噴氣燃料中污染物分析方法現狀及有關建議

張波 李若愚 趙國旗

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司質量監督檢驗中心

本文介紹了國外/國內噴氣燃料污染物分析方法現狀，并從產品質量控制角度對我國噴氣燃料產品標準的制修訂提出了相關建議。

噴氣燃料是航空蒸汽渦輪發動機的專用燃料[1]，在貯存、運輸及使用過程中，由于管理或操作不當，很容易受到外部環境的污染。引起噴氣燃料污染的主要污染物有水分、固體雜質（顆粒污染物）、表面活性物質及微生物等雜質。據統計，飛行事故中的33%是由發動機故障引起的，而這些故障中的50%是由燃料中的顆粒等污染物引起的，11%左右是因燃料中的水分結冰造成的[2]。

顆粒污染物不僅會堵塞過濾器，還會導致油泵、閥門和其他潤滑部件的非正常磨損，造成發動機過早失效。因為油泵是比較精密的儀器，柱塞與柱塞孔的裝配間隙為0.015～0.022 mm，燃料分配器油針與襯套的間隙僅0.005～0.01 mm，噴氣燃料中的顆粒污染物足以使這些間隙很小的零件卡死或劃傷[3]。嚴重時還會導致發動機熄火或爆炸，造成機毀人亡的惡性事故[2]。每升噴氣燃料中含1 mg的10～80 μm大小的固體雜質時，就會引起燃油系統故障，每升噴氣燃料中含3 mg的10μ m以下的固體雜質時，則有發生故障的可能，國際航運協會和美國軍用標準均規定噴氣燃料的固體顆粒污染物含量不大于1 mg/L[4]，并且相應有膜片評級要求。顆粒污染物主要來源于噴氣燃料在貯存、運輸、加工過程中接觸到的輸油管道、貯油罐的鐵銹、抹布的纖維、泵及閥門產生的金屬末、通過呼吸閥進入的灰塵等[2]。

噴氣燃料中如果有水分存在，在分析自動冰點時，會在冰點到比冰點高出20～30 ℃的范圍內出現拖尾，導致冰點不合格，而且也可以在外觀項目中輔助判斷，因此在本文中不予討論。

本文主要介紹國內外噴氣燃料污染物分析方法的現狀，針對部分石化企業存在的噴氣燃料污染物指標不合格問題[5～8]，從產品質量控制角度對我國噴氣燃料產品標準的制修訂提出建議。

表1 噴氣燃料顆粒污染物測定標準

國外噴氣燃料污染物分析方法現狀

2009年6月以前，國外對噴氣燃料污染物測定普遍采用目測法（外觀）以及傳統的膜過濾稱重法。這些方法的詳細信息見表1。

外觀是判斷污染的一項指標，并在整個配送系統中一直是對燃油的一項重要要求。但是，對外觀的解釋可能會因視覺評估的主觀性質而引起問題。在使用膜過濾標準試驗方法測試時，只能給出顆粒污染物的總重量，而不能分析出不同粒徑顆粒污染物的分布情況。實際上，不同粒徑的機械雜質對運動部件的磨損危害是不同的[4]。

近些年英國出臺了測量噴氣燃料顆粒計數的新標準，具體見表2。

美國航空航天工業聯合會在20世紀60年代制定了表征油液固體顆粒污染程度的分級標準NAS 1638。該標準要求測定油液中污染顆粒的數量和粒徑分段，將污染顆粒分為5～15 μm、15～ 25 μm、25～ 50 μm、50～100 μm、＞100 μm 共 5段粒徑分布，客觀地反映了工程用油液固體顆粒污染狀態的分布規律，用來分析、指導油料管理和使用，具有嚴謹的科學性，并且成為這一學科發展的指導性標準。20世紀80年代，國際標準化組織頒布了ISO 4406標準《液壓傳動 油液 固體顆粒污染等級代號法》）。ISO 4406標準和NAS 1638標準《油品潔凈度分級標準》在國際上使用較為廣泛。近年來， 各國都采用國際標準ISO 4406標準，且ISO 4406正在取代NAS 1638[9]。美國航空航天工業聯合會也意識到NAS 1638標準在使用中存在一些缺點，并進行了改進，現已修訂為SAE AS 4509。目前，2個標準實現了粒徑分段的基本統一：ISO 4406將污染顆粒分為≥ 4 μm 、≥ 6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥ 38 μm、≥70 μm 共 6段 粒徑分布，而SAE AS 4509與ISO 4406的粒徑分布范圍相同，但不包括等于，此外SAE AS 4509同時保留 了 ＞1 μm、＞5 μm、＞15 μm、＞25 μm、＞50 μm、＞100 μm 的劃分。目前這2個標準都被用于潤滑油顆粒污染物的分析。

表2 測量噴氣燃料顆粒計數的新標準

另外，俄羅斯制定了ΓOCT 17216—2001《工作液污染度（工業純度）分級》，在當今俄羅斯航天、航空工業中，此標準不僅作為潤滑油和液壓油的檢控依據，同時也沿用于液體燃料、強溶性液體和溶劑等。

2008年4月，英國國防部噴氣燃料產品標準Def Stan91-91 Issue 6 發布，在此標準中，新增加了對噴氣燃料顆粒污染的要求和分析方法標準（IP564、IP565），并將顆粒污染物分為≥4 μm、≥6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥25 μm、≥30 μm 共6種粒徑范圍，通常將此方法稱為顆粒計數法。該方法于2009年6月30日生效。Def Stan91-91 Issue 7中規定噴氣燃料顆粒污染分析采用IP564、IP565或IP577標準。

國內噴氣燃料污染物分析方法現狀

我國3號噴氣燃料現行產品標準GB 6537—2006規定，采用目測無固體物質（即可視外觀方法）和SH/T 0093－1991《噴氣燃料固體顆粒污染物測定法》分析噴氣燃料顆粒污染物。SH/T 0093—1991參照采用美國試驗與材料協會ASTM D2276—88《航空渦輪燃料顆粒污染物測定法》和美國軍用標準MILT-5624N附 錄A《 測 定JP-4、JP-5過濾時間和顆?？偭糠ā?。

我國20世紀80年代新一代戰機的研制過程中，設立了液壓系統的污染監測和控制項目，等效沿用NAS 1638標準，制訂了GJB 420—87《飛機液壓系統用油液固體污染度分級》標準。20世紀90年代，美國航空航天工業聯合會增加了油料污染分級中2 μm固體顆粒污染物的檢測。為同國際先進技術接軌，由國防科學技術委員會于1996年10月3日發布了GJB 420A—96標準，代替GJB 420—87標準。2006年，GJB 420標準又根據SAE AS 4509D—2001進行了修訂，升級為GJB 420B—2006 《航空工作液固體污染度分級》。

2002年，我國修改采用ISO 4406—1999，制定了GB/T 14039—2002《液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號》。

近年來，我國噴氣燃料出口供貨任務增多，主要是由中國石化承擔的。中國石化每個月出口的噴氣燃料中，絕大部分供應香港、澳門和越南市場[5]。為了滿足出口噴氣燃料的分析需要，我國于2012年和2013年出臺了2個噴氣燃料顆粒計數分析的新標準，即中華人民共和國海南出入境檢驗檢疫局起草的SN/T 3230—2012《航空渦輪燃料潔凈度的測定 便攜式自動顆粒計數器法》（修改采用IP 565—09）和中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院起草的NB/SH/T 0868—2013 《噴氣燃料潔凈度的測定 便攜式自動顆粒計數器法》（修改采用IP 565—10）。

2005年2月1日，國家航空油料鑒定委員會秘書組在北京召開了會議，會議就噴氣燃料中懸浮物（噴氣燃料中懸浮物主要是指油品中細小懸浮在油品中的顆粒和纖維等）的相關問題進行了認真的討論，達成了一致意見，即對于噴氣燃料外觀有懸浮物判定結果存在爭議時，增加顆粒數量檢測，要求NAS 1638評級不超過7級。由此可見，對于噴氣燃料顆粒污染物采用顆粒計數法進行評級分析是大勢所趨。但目前我國噴氣燃料產品標準中尚未引入《噴氣燃料潔凈度的測定 便攜式自動顆粒計數器法》，也沒有制定相應的指標。

對噴氣燃料產品標準制修訂的建議

引入顆粒計數分析標準

膜過濾稱重法（SH/T 0093）已不能滿足分析要求，對噴氣燃料顆粒污染物進行計數評級分析是十分必要的。建議將NB/SH/T 0868—2013盡快引入3號噴氣燃料產品標準GB 6537中。

確定顆粒計數指標

鑒于目前還沒有我國3號噴氣燃料顆粒計數的分析數據，可在前期不制定判級標準，待獲得足夠的分析結果統計數據后，根據我國實際情況再規定判級標準。

在生產廠，油樣從裝置進入油罐，從油罐出來到裝火車前或進入管線前，均要經過過濾器過濾；但在使用單位卸車，進入貯藏容器、裝入加油車等環節，仍然不可避免地會引入雜質，因此使用單位通常在貯藏容器后加裝過濾器，以保證顆粒污染物可以被過濾掉。因此，將來在擬定固體顆粒計數指標時，建議將噴氣燃料出廠驗收的指標放寬，而在飛機加油前規定較為嚴格的適合飛機發動機的固體顆粒計數指標，以利于節約資源和成本。

控制噴氣燃料中的纖維狀物質

噴氣燃料中的纖維狀物質在我國已經有可測定的儀器。建議測定噴氣燃料中纖維狀物質在某長度范圍內的數量，并建立合適的控制指標，以適應我國噴氣燃料生產的實際情況。

[1]李娜，陶志平.國內外噴氣燃料規格的發展及現狀[J].標準科學，2014，（2）:80-83.

[2]李海平.艦載噴氣燃料綜合安全保障技術[J].艦船科學技術，2007，29（4）:86-88.

[3]張邦順，張建國，王燕舞，等.噴氣燃料污染原因及其預防措施[J].石油商技，2002，20（6）: 23-25.

[4]付偉，李明，陶志平.世界航空燃料規格及進展[M].北京:中國石化出版社，2011：32-33.

[5]趙升紅，曾小嵐，宋英紅，等.噴氣燃料中懸浮物的分離和分析[J].分析測試學報，2006，25（1）:87-89

[6]關紹春，劉多強，趙軍，等.噴氣燃料發展概述[J]. 石化技術，2008，15（4）:48-51.

[7]林培喜，安曉春，梁錫徑，等.油罐車污染噴氣燃料的原因分析及對策[J].煉油技術與工程，2004，34（6）:50-52.

[8]孫健.航空煤油低溫出現懸浮片狀物質的探討[J].河北化工，2002，（4）:34-36.

[9]周亞斌，焦麗菲. 油液清潔度標準及測定方法[J].潤滑油，2008，23（1）:62-64.