基于顆粒計數的噴氣燃料中固體顆粒沉降性研究

朱建軍 王立 呂敏敏

摘 要： 噴氣燃料中的固體顆粒污染物會增大飛機發動機精密部件磨損，堵塞飛機燃油系統，引發飛行事故。在我國的機場油庫，常使用靜置沉降法來提高油罐中噴氣燃料的潔凈性，但其作用效果很難通過目測法或者微孔過濾重量法從顆粒的尺寸大小和數量分布上進行分析。基于此，將基于顆粒計數對噴氣燃料中固體顆粒的沉降性進行研究，利用自動顆粒計數器來研究靜置沉降對儲油罐中噴氣燃料的不同尺寸固體顆粒污染物數量變化的影響，從而研究其作用效果。

關 鍵 詞：固體顆粒污染物；噴氣燃料；靜置沉降；顆粒計數

中圖分類號： TE 626.23 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1723-03

Abstract： The soild particle contaminant in jet fuel can increase the wear of the aircraft engine precision components， block the aircraft fuel system and cause accidents. In our country， static settling method is often used to enhance the cleanness of the jet fuel， but it is very difficult to analyze its effect from the size and distribution of the particles by the visual method or membrane filter method. In this paper， the influence of static settling on quantity change of soild particle contaminant with different sizes in the jet fuel in the storage tank was studied by automatic particle counter.

Key words： solid particle contaminant； jet fuel； static settling

噴氣燃料常常會受到外來諸如鐵銹、油漆、金屬屑、橡膠屑、塵埃和沙子等固體顆粒污染物的污染，它們大多是噴氣燃料在儲存和運輸過程中通過油罐、管線、軟管、油泵、人員和空氣而混入的[1]。研究表明，噴氣燃料中5～50 m的固體顆粒污染物會增大飛機發動機精密件之間的磨損，容易造成燃油系統堵塞，影響飛行安全[2-10]。因此，近年來各國航空業都在加強對噴氣燃料中污染物的控制，例如，英國國防部2008年公布的第六版91-91就再次強調要加強對噴氣燃料污染物的控制，在噴氣燃料的質量關方面明確提出要用自動顆粒計數器進行污染度檢測[11]。在我國，大多數的機場油庫都會采取靜置沉降法來降低金屬油罐中噴氣燃料的污染度，提高其潔凈性，確保油料質量能滿足飛機對噴氣燃料的潔凈性要求[12]。但是這一措施的污染控制效果往往都是通過目測法或者微孔過濾重量法來判斷，不能從噴氣燃料中固體顆粒污染物的具體尺寸大小以及數量分布方面來進行定量分析?；诖耍疚牟捎米詣宇w粒計數器對機場油庫諸多噴氣燃料污染控制措施中的靜置沉降法進行研究，分析噴氣燃料在不同靜置沉降時間段中各尺寸固體顆粒污染物的數量分布，總結固體顆粒的沉降規律，判斷靜置沉降的作用效果。

1 實驗部分

1.1 樣品

選取機場油庫，按照GB/T 4756[13]從儲油罐取樣。

1.2 儀器

（1）ACM20顆粒計數器：英國Paker公司生產。

（2）UBS離線取樣器：英國Paker公司生產。

1.3 方法

自動顆粒計數法，參照GJB 380.4-2004飛機液壓系統固體顆粒污染度測定（自動顆粒計數器法）[14]，采用ACM20激光顆粒計數器，配合UBS離線取樣器對所取試樣進行離線檢測。

1.4 標準

結果報告選用NAS 1638標準[15]。

2 結果與討論

2.1 取樣靜置前后噴氣燃料中固體顆粒污染物分布

在機場儲油罐接收的3個批次的噴氣燃料分別取樣，立即用顆粒計數器進行檢測，然后將油樣在油樣瓶中密閉靜置沉降9 h后去上部清液再用顆粒計數器進行檢測，其結果對比如表1、表2和表3。

由表1、表2和表3的數據可知，提取油樣立即進行顆粒計數器檢測時，污染度等級按NAS 1638標準可確定為7級且都由粒度在5～15 m的顆粒物確定，而靜置9 h后油樣的檢測結果優于立即檢測的結果，油樣的污染度按NAS 1638標準均下降至六級且均由粒度在50～100 m的顆粒物確定，三個油樣污染度下降最多的為5～15 m粒度的顆粒且均下降2級。與此同時，基本上每個粒度區間的固體顆粒污染物顆粒數均有減少，其中，5～15 m粒度區間顆粒減少的比例最大，分別是56.51%、72.34%和75.14%。由此可以說明，在密閉狀態下，由于沒有外來污染物進入的影響，靜置沉降對固體顆粒污染物的去除尤其是顆粒數較多的粒度區間顆粒的去除是相當有效的措施。但是粒度在50～100 m的顆粒物的減少并不明顯且三號油樣檢測的這個粒度區間的顆粒數反而增大22.5%且污染度等級上升一級，可能與少數顆粒污染物在沉降的這9 h內再次與其他物質吸附聚集卻又沒有達到滿足立即沉降下去的條件有關。不過，當顆粒尺寸大于50 m時，容易被過濾器過濾，對發動機的危害較小?？傮w而言，靜置沉降可以提高噴氣燃料的潔凈性。

2.2 不同靜置沉降時間噴氣燃料固體顆粒污染物分布

機場油庫接收油樣后每間隔一定時間從儲油罐分層取樣檢測其固體顆粒污染物含量，其中5～15 m顆粒數據如表4所示。

表4數據表明，儲油罐中噴氣燃料在靜置沉降期間內，100 mL試樣的3號噴氣燃料中固體顆粒污染物5～15 m粒度區間的顆粒數在檢測初期保持在5位數，檢測后期為4位數，檢測期間上、中、下部樣檢測顆粒數最多時與最少時的差值分別為12 761、13 971和14 732。燃料的污染度等級按NAS 1 638標準可確定檢測初期為6級，說明噴氣燃料經過多次過濾進入儲油罐時，噴氣燃料的潔凈性已經較好。噴氣燃料在儲油罐中靜置沉降期間，污染度等級最高為7級，到靜置后期，燃料污染度等級檢測為5級左右，噴氣燃料污染度等級降低2級，45小時時比1 h時污染度等級降低1級，說明靜置沉降效果明顯。靜置沉降后的噴氣燃料潔凈性已達到相當理想的程度，只要能夠防止污染物的再次進入，即可完全滿足飛機燃油系統的用油潔凈度要求，以保證飛行安全。

由圖1可見，隨著噴氣燃料靜置沉降時間的延續，儲油罐上、中、下部樣均呈現類似的規律，固體顆粒污染物的顆粒數在早期均呈現起伏不定的一種變化趨勢，而后起伏減小并逐漸趨于穩定，在25 h左右時顆粒數開始要比靜置沉降初期的顆粒數低。

35 h后上部樣顆粒數保持穩定并稍有增加，這可能是由于儲油罐上部呼吸閥呼吸引入的新的固體顆粒雜質顆粒數要大于沉降下去的顆粒數導致的?？偟膩碚f，造成噴氣燃料中固體顆粒含量這種變化規律的原因是因為固體顆粒在噴氣燃料中不斷地聚集、分散、沉降，一直處于動態變化，最終趨于平衡的結果。在靜置沉降的后期，儲油罐中噴氣燃料中的固體顆粒污染物顆粒數便處于一個相對少而穩定的一個狀態，可以說明，靜置沉降可以降低固體顆粒的運動活性，使其部分沉降到油罐底部，減少檢測中固體污染物顆粒數的波動，加之儲油罐良好的儲油環境，新引入的固體顆粒污染物較少，從而導致最終的檢測結果顆粒數較靜置沉降開始時的檢測結果顆粒數要明顯減少。

3 結 論

（1）通過以上的檢測數據可以發現，油樣靜置前后的固體顆粒數變化明顯，靜置沉降在降低噴氣燃料污染度，提高其潔凈性方面的效果顯著。

（2）機場儲油罐中的噴氣燃料在靜置沉降初期時固體顆粒污染物不斷地聚集、分散、沉降，一直處于動態變化，因而導致靜置沉降初期測得的顆粒數處于一個較大的波動狀態，到靜置沉降后期，固體顆?；钚越档?，檢測到的顆粒數數據趨于平穩。

（3）儲油罐中的噴氣燃料在靜置沉降25 h左右時其中的固體顆粒數開始低于靜置沉降初期的固體顆粒數，并在之后數量繼續減小且逐漸穩定，40 h往后污染度等級檢測均為5級，由此說明靜置沉降對提高噴氣燃料潔凈性效果明顯。

參考文獻：

[1] 劉濟灜，等.中國噴氣燃料[M]. 北京：中國石化出版社，1991：353-355.

[2] Lao L， Ramshaw C， Yeung H， et al. Behaviour of water in jet fuel in a simulated fuel tank[J].SAE Technical Paper ， 2011（01）：2794.

[3] 劉惠榮，李富榮，陳勇強，等. 影響噴氣燃料潔凈度的污染物及處理措施[J]. 石油煉制與化工，1999，30（11）：60-61.

[4] 熊云，袁祥波，劉曉，等. 儲存噴氣燃料中懸浮物與真菌的相關性研究[J]. 石油學報，2014，30（4）：24-27.

[5] Murray BJ， Broadley SL， Morris GJ. Supercooling of water droplets in jet aviation fuel[J]. Fuel， 2011，90（1）：433-5.

[6] 南國枝，范維玉，李水平，等. 微量水分對噴氣燃料中懸浮物形成的影響[J]. 中國石油大學學報，2007，31（2）：139-142.

[7] 李正章，王軍華，麥明榮，等. 應對航空渦輪燃料潔凈度檢驗現狀的措施[J]. 科技創新與應用，2014（36）：108-109.

[8] 趙升紅，范維玉，薛艷，等. 儲存噴氣燃料中懸浮物的組成分析及過濾處理方法研究[J]. 中國石油大學學報，2007，31（3）：140-142.

[9] 胡銳. 噴氣燃料產生懸浮物的原因及預防措施[J]. 石油技術與應用，2006（1）：43-45.

[10] 陶志平. 噴氣燃料中纖維狀懸浮物的研究[J]. 石油煉制與化工，2003，34（11）：57-59.

[11] Defense Standard 91-91[S].

[12] 章澤華. 航空燃料加注及質量控制[M]. 北京：國防工業出版社，1995-11.

[13] GB/T 4756石油液體手工取樣法[S].

[14] GJB380飛機液壓系統固體顆粒污染度測定（自動顆粒計數器法）[S].

[15] NAS 1638油液污染度等級標準[S].