標準黏度油混配及重復利用方法的探討

喬亞波

（1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產增注重點實驗室）

1 背景及介紹

標準黏度油是一種液態(tài)的國家有證標準物質，主要用于儀器的校準、檢定以及期間核查等量值溯源的方式，以保證測量黏度的儀器設備的可靠性及穩(wěn)定性[1-2]。但標準黏度油的使用條件較為苛刻，必須在定值溫度下使用，且不可二次使用。對于檢驗檢測實驗室，旋轉黏度計對油化劑以及成品油的黏度進行測量，使用的儀器主要是以六速旋轉黏度計、布氏黏度計及MARS流變儀為主，儀器運轉利用率達到80%以上，使用頻率均較高，對此類使用頻率較高，對檢測結果判定起重要作用的儀器需要進行期間核查，以滿足其在兩次校準或檢定之間狀態(tài)得到保持，使檢測數據更加可靠，而對旋轉黏度計進行期間核查最簡單有效的方法就是使用標準黏度油對儀器進行期間核查[3-10]。經過調研得知標準黏度油價格以及實驗室旋轉黏度計期間核查費用較高。實驗室每年除了對儀器進行校準檢定需要支付一定的費用外，仍需要花費資金購買標準黏度油來對儀器進行期間核查，給實驗室?guī)聿恍〉慕洕摀⑶覙藴署ざ扔鸵淮涡允褂煤蠹磮髲U，產生廢液較多，難以處理，不符合節(jié)能環(huán)保要求。對標準黏度油價格統(tǒng)計見表1及實驗室常見黏度計期間核查費用進行統(tǒng)計見表2。

由表1及表2中可以看出標準黏度油的價格較高，實驗室常見的三種黏度計的期間核查均要使用標準黏度油，特別是MARS流變儀需要核查的點比較多，因此對標準油的使用量較大，而根據黏度計檢定規(guī)程JJG1002—2005中規(guī)定，標準油的使用不能重復利用，且要一次性使用，這對于非計量部門的實驗室僅對儀器做期間核查來說費用較高。因此亟需對標準黏度油的混配及重復利用方法進行研究，利用毛細管黏度計對標準黏度油重新定值后使用，以提高黏度油利用率[10-12]。

2 標準黏度油重復利用的理論依據

標準黏度油的主要成分為甲基硅油，成分單一，化學性質穩(wěn)定，具有牛頓流體的一般性質。將標稱黏度值（標準黏度油的出廠黏度）為531.52、105.98 mPa·s的標準黏度油，利用流變儀在一定的剪切速率下對其分別剪切1 min，每次剪切后重新放入試劑瓶進行密閉保存。在一年中的不同時間段進行實驗數據的對比，標準黏度油531.52 mPa·s黏度曲線見圖1、標準黏度油105.98 mPa·s黏度曲線見圖2。

圖1 標準黏度油531.52 mPa·s黏度曲線Fig.1 Viscosity curve of standard viscosity oil 531.52 mPa·s

圖2 標準黏度油105.98 mPa·s黏度曲線Fig.2 Viscosity curve of standard viscosity oil 105.98 mPa·s

從圖1和圖2可以看出其標準黏度油的黏度基本不隨時間及剪切速率的變化而變化，反映出其性質十分穩(wěn)定，理論上表明使用過的標準黏度油可以進行重新定值以達到重復利用的目的。

3 標準黏度油的混配及定值方法

3.1 混配比例的確定

1）標準黏度油的混配定義。標準黏度油的混配只是兩種不同黏度的標準黏度油按照一定比例進行混合從而得到第3種黏度的黏度油的方法。

2）標準黏度油混配方法。可參照JJG1002—2005《旋轉黏度計》附錄D及表D.1的內容對標準黏度油進行混配以得到所需要的標稱黏度值的黏度油。

3.2 標準黏度油的定值方法

3.2.1 標準黏度油定值對毛細管黏度計的要求

毛細管黏度計必須在檢定周期內且檢定合格，而且必須由實驗室工作人員對毛細管黏度計檢定結果進行確認，確認常數穩(wěn)定性滿足JJG155—2016《工作毛細管黏度計》中的要求。

常數穩(wěn)定性計算公式為：

式中：δT為黏度計常數穩(wěn)定性；C為本次測量所得黏度計常數，mm2/s2；C0為上一周期黏度計常數，mm2/s2。

3.2.2 標準黏度油定值方法

按照JJG155—2016《工作毛細管黏度計》的要求對混配過的標準黏度油進行定值。定值后得出的標準黏度油的黏度為運動黏度，需要轉化為動力黏度，使用密度計得出標準黏度油的密度，根據公式2計算出動力黏度值即為標準黏度油的黏度值：

式中：?為標準黏度油的黏度，mPa·s；γ標準黏度油的運動黏度，mm2·s；ρ標準黏度油的密度，g/cm3。

3.3 對標準黏度油定值的環(huán)境及設備要求

3.3.1 對毛細管黏度計的要求

1）毛細管黏度計測量原理。在一定溫度下，當液體在直立的毛細管中，以完全濕潤管壁的狀態(tài)流動時，其運動黏度與流動時間成正比。測定時，用已知運動黏度的液體作標準，測量其從毛細管黏度計流出的時間，再測量試樣自同一黏度計流出的時間，則可計算出試樣的黏度。

2）毛細管黏度計計量要求。在使用毛細管黏度計對標準黏度液進行定值時，需要保證毛細管黏度計在檢定周期內，且檢定合格，常數穩(wěn)定性要求符合JJG155—2016《工作毛細管黏度計》中的要求。

3）毛細管黏度計清洗要求。使用前必須將黏度計洗凈，一般先用能溶解黏度計內殘留物的溶劑反復洗滌，再用酒精或汽油洗，然后用發(fā)煙硫酸洗或重鉻酸鉀洗液浸2～3 h，最后用蒸餾水沖洗，放入烘箱，升溫至105℃左右即可，或在自然溫度下倒置數天，晾干為止。

3.3.2 對輔助設備及環(huán)境要求

毛細管黏度計需要在恒溫槽中操作，恒溫槽要求溫度波動度不超過±0.01℃/h，測溫設備要求分度值為0.01℃的全浸式水銀溫度計或者分辨力優(yōu)于0.01℃的數字溫度計，使用時應修正。環(huán)境溫度要求2 h內變化不超過±2℃。

3.3.3 標準黏度油重復利用方法

按照3.2、3.3的規(guī)定對使用過的標準黏度油進行定值。

3.4 對標準黏度油定值后的取值方法

1）Q值檢驗法。Q值檢驗法又叫做舍棄商法，是迪克森（W.J.Dixon）在1951年專為分析化學中少量觀測次數（n＜10）提出的一種簡易判據式。

2）重復測量。對標準黏度油定值后，應該使用重復測量法，得出多個標準黏度油的黏度值。

3）剔除異常值。利用Q值檢驗法（舍棄商法），剔除異常值，分析數據，確定標準黏度油最終定值。

4 標準黏度油定值后使用時間的要求

對定值后的標準黏度油開封或者使用后應該儲存在室溫18～30℃環(huán)境，避光保存。

4.1 標準黏度油定值結果再現性要求

在不同的時間進行再現性測量，使用毛細管黏度計對重新定值后的標準黏度油（標稱黏度值為49.869 mPa·s）黏度測量兩次，使用讀數記為η1，η2，β代表再現性測量結果，ηz為定值結果，標準黏度油49.869 mPa·s再現性測試結果見圖3，計算公式如下：

圖3 標準黏度油49.869 mPa·s再現性測試結果Fig.3 Reproducibility test results of standard viscosity oil 49.869 mPa·s

式中：η1為標準黏度液第一次測量值，mPa·s；η2標準黏度液第二次測量值，mPa·s；β為再現性；ηz為標準黏度液定值，mPa·s。

從圖3可以看出，標準黏度油（49.869 mPa·s）重新定值后使用期限在8個月內能夠保持再現性滿足小于或等于±2.5%的要求，因此標準黏度油一次定值后的重復利用時間延長至8個月。

4.2 標準黏度油定值后再現性時間保持的要求

分 別 對 標 稱 黏 度 值 為49.869、105.98、531.52、1 000.6、4 996.0）mPa·s的標準黏度油進行一次定值、二次定值、三次定值、四次定值，并對每次定值后滿足再現性要求的時間進行統(tǒng)計，不同標稱黏度值的黏度油多次定值再現性保持時間結果統(tǒng)計見表3。

表3 不同標稱黏度值的黏度油多次定值再現性保持時間結果統(tǒng)計Tab.3 Statistics of the reappearance time of viscosity oils with different nominal viscosity values

由表3可以看出，定值結果雖然發(fā)生變化，但是其再現性仍然可以滿足相應要求，因此，得出結論，標準黏度油在保存得當的情況下可以定值后再次使用，直到定值結果再現性大于±2.5%，即進行標準黏度油的報廢處理，利用該方法可將標準黏度油由一次性使用至多次定值后重復利用，一次定值可保持使用時間延長至8個月，并可實現多次定值重復利用。

5 標準黏度油重復利用可降低廢液產生量

標準黏度油重復利用次數及定值保持時間要根據黏度油應用情況及保存情況測算其再現性是否符合要求而確定。一般來說，定值次數越多，定值保持時間會越短，這跟標準黏度油使用過程中受到容器污染及保存條件的限制有關。標準黏度油經過定值后可以重復利用，可大大節(jié)省廢液的產生量，一次定值后重復利用，可節(jié)省一次的標準黏度油的購買費用，同時可降低一次標準黏度油的廢液產生量，標準黏度油重復利用降低廢液產生量統(tǒng)計見表4。

表4 標準黏度油重復利用降低廢液產生量統(tǒng)計Tab.4 Statistical table of reduction of waste liquid production by reuse of standard viscosity oil

6 結論

1）通過毛細管黏度計對混配后的標準黏度油以及使用后的標準黏度油進行重新定值，使用Q值檢驗法（舍棄商法）定值后可實現對標準黏度油的重復利用。

2）利用該方法可將標準黏度油由一次性使用至多次定值后重復利用，一次定值可保持使用時間延長至8個月，并可實現多次定值重復利用，從根本上提高了標準黏度油的利用率。

3）通過重復利用標準黏度油，可顯著減少標準黏度油的購買數量，間接降低了廢液的產生量，但對于定值次數及每次定值后粘度保持期限有待于進一步研究。