噴氣燃料中溶解水含量變化規律研究

吳 楠，胡建強，楊士釗

(空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000)

噴氣燃料中溶解水含量變化規律研究

吳 楠，胡建強，楊士釗

(空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000)

水含量是噴氣燃料質量檢測的一項重要性能指標。針對環境溫度、濕度、儲存時間、防冰劑含量等因素對噴氣燃料中溶解水含量的影響，采用微量水分測定儀研究了不同條件下噴氣燃料中溶解水含量的變化規律，確立了變化規律模型，建立了溶解水含量數據庫，為進一步準確、高效測定噴氣燃料中的水含量提供了參考依據。

噴氣燃料 溶解水 微量水分測定儀

噴氣燃料屬于輕質石油產品，由多種烴類和芳香烴類物質組成，具有一定的吸水性，在儲存、運輸、加注和使用過程中，不可避免地會混入水分。水在噴氣燃料中以兩種狀態存在：溶解水和游離水。噴氣燃料中的溶解水是不可避免的，燃料中的溶解水含量(或水溶解度)是指在一定溫度、壓力和濕度下，燃料與水處于平衡時的飽和水含量。溶解水是一種自然現象，很難完全除去。而水分的溶解是可逆的，當燃料溫度升高或大氣壓、濕度增大時，水在燃料中的溶解度增大，燃料中的溶解水相應增多[1]；反之，水在燃料中的溶解度減小，燃料中的水超過飽和極限就會從中析出，或從表面逸出，當析出的水呈細小的水滴狀態時，燃料便出現渾濁現象。

噴氣燃料中水含量超標直接影響油品使用質量和飛行設施設備的正常工作，嚴重時甚至危及飛行安全[2]。本課題通過跟蹤研究環境溫度、濕度、儲存時間和防冰劑含量對噴氣燃料中溶解水含量的影響，確定不同條件下噴氣燃料中溶解水含量的變化規律，建立變化規律模型和溶解水含量數據庫，有利于快速、高效測定不同條件下噴氣燃料中的溶解水含量，為進一步準確評估油品使用質量提供有效的參考依據和數據支持。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

微量水分測定儀，山東中惠儀器有限公司產品；微量注射器(0.5 μL和1 000 μL)，上海安亭微量進樣器廠產品。

卡爾費休試劑，山東中惠儀器有限公司產品；3號噴氣燃料，市售，滿足GB 6537—1994《3號噴氣燃料》指標要求。

1.2 實驗原理

卡爾費休試劑由碘、二氧化硫、醇類和有機堿組成[3]。當有水存在時，碘被二氧化硫還原，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸氫吡啶。其化學反應方程式為：

C5H5N·SO3

當儀器電解池中的卡爾費休試劑達到平衡時注入含水的噴氣燃料樣品，用電解產生的碘來進行水分滴定，消耗了的碘在陽極電解產生，從而使氧化還原反應不斷進行，直至水分全部耗盡為止。根據法拉第電解定律，電解產生碘是同電解時耗用的電量成正比例關系的，通過計算電解消耗的電量可得出電解所產生碘的量，而碘與水按照等摩爾量進行反應，由此可計算出水含量。

在電解過程中，電極反應如下：

1.3 實驗步驟

預滴定：啟動水分滴定儀，依次按下“攪拌”和“開始”功能鍵，顯示器顯示數值，待讀數穩定(漂移值小于0.5 μg/s)時，預滴定結束。

水分標定：取一定量的標準水(通常取與待測油品最大溶解水含量相當的標準水，本試驗取0.1 μL)注入微量水分測定儀，待漂移值小于0.5 μg/s時，記錄顯示器讀數。平行試驗3次，取平均值。若測量值與本底值相比誤差小于5%，說明儀器性能穩定，可以開始測量。

樣品檢測：用1 000 μL微量注射器抽取1 000 μL樣品，注入微量水分測定儀，待漂移值小于0.5 μg/s時，記錄顯示器讀數。平行試驗3次，取平均值，即為待測樣品的水含量。

2 結果與討論

2.1 環境溫度對噴氣燃料中溶解水含量的影響

圖1為環境溫度對噴氣燃料中溶解水含量的影響。為排除空氣濕度對油品中水含量的影響，提前對樣品進行預處理，模擬外界環境大氣濕度(100%)，使樣品中溶解水含量達到最大飽和度。實驗前對待測油樣進行預處理，將噴氣燃料與標準水按照體積比1∶1混合，振蕩混勻，靜置48 h以上。從圖1可以看出，在常溫(1～34 ℃)下，3號噴氣燃料中溶解水含量從45 mg/L升高至92 mg/L，水含量隨環境溫度升高呈指數增長，變化趨勢穩定。

圖1 噴氣燃料中溶解水含量隨環境溫度的變化

根據噴氣燃料中水含量隨環境溫度變化的計算模型，建立不同環境溫度下3號噴氣燃料中溶解水含量數據庫，結果如表1所示。

2.2 環境濕度對噴氣燃料中溶解水含量的影響

表1 不同環境溫度下3號噴氣燃料中溶解水含量

注： 表中數據為不同環境溫度下3號噴氣燃料中最大飽和溶解水含量(濕度為100%)的理論計算值。

微量水分測定儀檢測靈敏度高，對水十分敏感，在對樣品進行水含量檢測時，發現環境濕度對測定結果有一定的影響。控制環境溫度在24～26 ℃，測定不同環境濕度下，噴氣燃料中的水含量，結果見圖2。從圖2可以看出，隨環境濕度增大，3號噴氣燃料中溶解水含量從7 mg/L升至76 mg/L，呈線性增長。水含量(mg/L)隨環境濕度H(%)的變化關系式為：Y=-0.17+0.77H。對比25 ℃時噴氣燃料中最大飽和溶解水含量(76 mg/L)數據，可以近似看作3號噴氣燃料中水的溶解度g與相同溫度、標準大氣壓下最大水溶解度g0成正比關系，即g=g0H。

圖2 3號噴氣燃料中溶解水含量隨環境濕度的變化

2.3 儲存時間對噴氣燃料中溶解水含量的影響

在環境溫度20 ℃、環境濕度58%的條件下，測定不同儲存時間下3號噴氣燃料中的溶解水含量，結果見表2。從表2可以看出，儲存時間對噴氣燃料中水含量的影響不大。這可能是由于3號噴氣燃料的主要組分為輕質烴類，本身的水溶解度較低，因此儲存時間對其溶解水含量影響不大。

表2 儲存時間對3號噴氣燃料水含量的影響

2.4 防冰添加劑含量對噴氣燃料中溶解水含量的影響

在環境溫度13 ℃、環境濕度24%時，測定防冰添加劑含量不同時3號噴氣燃料中的溶解水含量，結果見圖3。從圖3可以看出：當噴氣燃料中防冰劑含量較低(質量分數小于0.15%)時，添加防冰劑不會對噴氣燃料中水分的溶解產生較大的影響，噴氣燃料中溶解水含量為12～13 mg/L；當噴氣燃料中防冰劑含量較高(質量分數大于0.15%)時，燃料中溶解水的含量會隨著防冰劑加入量的增大而增大，例如當防冰劑質量分數為0.3%時，噴氣燃料中溶解水含量為16 mg/L，當防冰劑質量分數為0.6%時，噴氣燃料中溶解水含量明顯升高，達到24 mg/L。考慮到3號噴氣燃料中防冰劑含量通常為0.10%～0.15%，因此添加防冰劑不會對燃料中溶解水的含量產生明顯影響。

圖3 防冰劑含量不同時3號噴氣燃料中溶解水含量的變化

3 結 論

(1) 噴氣燃料中溶解水含量隨環境溫度和濕度的升高而升高，且變化規律可循。通過考察環境溫度對噴氣燃料中溶解水含量的影響，總結歸納出噴氣燃料中溶解水含量數據庫，再根據溶解水含量隨環境濕度變化關系式g=g0H，可確定任意溫度和濕度時噴氣燃料中的溶解水含量。

(2) 儲存時間不會對噴氣燃料中的溶解水含量產生顯著影響，只要儲存方式得當，密封狀態良好，燃料中的溶解水含量不會產生顯著變化。而當防冰添加劑質量分數為0.1%～0.15%時，也不會對噴氣燃料中的水含量產生明顯影響。

[1] Joseph K L，Mark D C，Colleen A W，et al.Water solubility characteristics of current aviation jet fuels[J].Fuel，2014，133：26-33

[2] 易方，薛水發，郭冬磊.噴氣燃料污染控制技術現狀分析及發展研究[J].軍用航油，2014(4)：52-53

[3] 張丙伍，金理力，彭立，等.微量水對冷凍后PAO性能的影響[J].石油煉制與化工，2014，45(5)：91-93

STUDY ON CHANGE RULE OF DISSOLVED WATER CONTENT IN JET FUELS

Wu Nan， Hu Jianqiang， Yang Shizhao

(AirForceLogisticsCollege，Xuzhou，Jiangsu221000)

Moisture content is an important performance index of the jet fuel quality inspection. Considering the effect of environmental temperature， humidity， storage time and anti-icing agent concentration on dissolved water content in jet fuel， this project determined the change rule of the dissolved water content under different conditions using trace moisture analyzer. The change rule model and the database of the dissolved water were established. It provides an effective reference for accurate and efficient determination of jet fuel moisture content.

jet fuels； dissolved water； trace moisture analyzer

2015-01-26； 修改稿收到日期： 2015-04-12。

吳楠，碩士，副教授，主要研究方向為航空油料應用。

吳楠，wunan_china@163.com。