杨东凯

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

1 概述

航空煤油（简称航煤）是喷气发动机的专用燃料，一般是由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分的基础油与抗氧剂和抗静电剂等添加剂调和而成。作为航空燃料，其质量好坏对航空安全至关重要，由于其特殊的应用场所和环境，使得对航煤的性能要求十分苛刻，不仅要求其具有良好的低温流动性能，较大的净热值和密度，较快的燃烧速度，燃烧完全，而且更要具有良好的安定性，包括储存安定性和热氧化安定性以及良好的导电性。

国内的航煤产品强制执行了中华人民共和国国家标准的GB 6537—2018《3号喷气燃料》，该标准规定了航煤技术指标，主要包括外观、组成、挥发性、流动性、燃烧性、腐蚀性、安定性、洁净性、导电性等9大类24个分析项目，而且对馏程、芳烃体积分数、闪点、冰点、烟点、热氧化安定性等影响产品质量的项目设定了控制指标，尽管这些项目的测定原理各不相同，但有些质量特性之间存在一定的相关性。

航煤的电导率很低，在装卸和加注作业中，燃料与管壁，罐壁，过滤介质发生表面摩擦，出现电荷分离，产生静电，往往不易导走，聚集到一定程度，电位很高，若在可燃的油气浓度范围内，一旦发生静电放电，会酿成失火事故，大量试验研究工作表明，抗静电添加剂可增加燃料的导电率，防止静电失火。

目前，传统的添加抗静电剂的方法有两种，定量加剂法和在线加剂法。定量加剂法是将航煤基础油收集到航煤储罐或调和罐，按照已经收集到的基础航煤总量按照实验室得出的合适比例，一次性将抗静电剂加入航煤储罐或调和罐中，通过循环或搅拌等方式将航煤基础油与抗静电剂混合均匀，然后测定成品航煤的电导率，如果电导率未达到预期指标，再根据测得结果继续添加抗静电剂并混合均匀，直至达到或超过预期指标为止完成一批航煤产品调和；在线加剂法是根据实验室测定的航煤基础油与抗静电剂添加比例的经验模型，根据当时离线检测航煤基础油的电导率值，人工调节设定抗静电剂的流量，采用在线伴随加入航煤基础油主管线中，可以在进入收油罐之前进行快速混合然后进入收油储罐，进入收油储罐的调和航煤根据入罐前混合器的效果决定是否需要在收油罐中继续混合均匀，然后人工采样离线检测电导率值，再根据测得结果继续添加抗静电剂并在收油罐中混合均匀，再次检测决定是否再次加剂并直至达到或超过预期指标为止完成一批航煤产品调和。

2 实验部分

2.1 实验原料

2.1.1 航煤基础油

常一线加氢组分、煤柴油加氢裂化组分、蜡油加氢裂化组分等，按照生产现场混合比例与抗氧剂混合均匀。航煤基础油的主要技术指标见表1。

表1 航煤基础油的主要技术指标

2.1.2 抗静电剂

采用现场在用同型号产品Stadis 450。

航煤的电导率很低，在装卸和加注作业中，燃料与管壁、罐壁、过滤介质发生表面摩擦，出现电荷分离产生静电，往往不易导走，聚集到一定程度，电位很高，若在可燃的油气浓度范围内，一旦发生静电放电，会酿成失火事故，大量试验研究工作表明，抗静电添加剂可增加燃料的导电率，防止静电失火。

目前国内使用的抗静电剂均为无灰型抗静电剂，主要有国产的T1502抗静电剂和进口的Stadis 450型抗静电剂，二者均由聚砜、聚胺等高分子化合物与溶剂复配而成。本项目采用与现场相同厂家和牌号的Stadis 450型抗静电剂进行实验，以尽可能接近现场情况。Stadis 450型抗静电剂是英诺斯派（Innospec）公司生产的一种无灰型有机抗静电剂，依托其中的聚砜等有机极性聚合物的螺旋结构使得分子链上存在首尾相连的偶极离子提高电导率。Stadis 450型抗静电剂是获全球认证的可用于碳氢燃料的抗静电剂，目前在国际范围内广泛使用。该产品具有加剂量小，溶解速度快，能够迅速提高燃油的导电率、能和其添加剂兼容，对航煤其他性能指标无不良影响。抗静电剂主要技术指标见表2。

表2 抗静电添加剂主要技术指标

2.2 实验设备与装置

2.2.1 电导率仪

电导率仪由传感器、转换器、显示器及联接组件组成，传感器具有电导率感知部件和温度感知部件，显示元件可显示实时温度下的电导率值也可显示根据数学模型换算的不同工况下的电导率值，并可在二者之间任意切换或交替显示。传感器是电导率测定仪的关键元件，传感器测得实时信号可经转换在电导率测定仪就地显示，并可将信号转输到程序计算机用于控制单元。采用插入式传感器，传感器探头深入物料内部，现对于外置传感器或套管式传感器对物料的变化更加便捷灵敏，能够随时感知流过物料的瞬间变化，避免信号延迟或离线探测误差，以便将信号实时传递到控制系统，做到实时精准调控。传感器探头长度保证处于物料流经管道中心，安装示意见图1。

图1 插入式传感器安装示意图

传感器参数如下：

量程：5～2 000pS/m

测量精度：±1pS/m

设计温度：-20～+60℃

设计压力：16bar

防爆等级：II IG Ex ia IIC T4 Ga

主要材质：SS316

2.2.2 加剂泵

平流式计量泵。主要参数如下：

电压：220V，50/60Hz

功率：50W

流量：≤0.1L/h

输出信号/负载：4～20mA

防爆等级：II 2G IIC T6Gb DMT 03 ATEX E023

2.2.3 航煤泵

容积式计量泵。主要参数如下：

电压：380V，50/60Hz

功率：2.2kW

流量：≤1m3/h

防爆等级：II 2G IIC T6Gb DMT 03 ATEX E023

2.2.4 基础航煤罐

基础航煤罐用于临时储存航煤基础油并用于添加抗氧剂组分。主要技术参数如下：

容积：5m3

主要材质：SS316

液位计：板式

2.2.5 收油罐

收油罐用于临时收集储存调和后的航煤成品。主要技术参数如下：

容积：5m3

主要材质：SS316

液位计：板式

2.2.6 控制单元

输出信号/负载：4～20mA/0～500Ω

通讯方式：模拟直流信号

供电：24V DC

最大负载：5W

显示：电导率温度状态

2.2.7 工艺流程

将常一线加氢组分、煤柴油加氢裂化组分、蜡油加氢裂化组分等按比例与抗氧剂混合均匀的航煤基础油用计量泵从基础航煤罐中打出，在经航煤主管路时与抗静电剂合并进入快速混合器混匀后进入收油罐，通过航煤基础油管路上安装的在线传感器，将采集信号转化成相应的电导率值，根据航煤基础油电导率的测定数值和温度等参数补偿机制和预置数学模型，通过计算机程序运算并自动发出指令实时控制调节加剂泵到合适的数值，同时预置程序可根据进入收油罐前反馈的调和航煤实际电导率值进行后评估，自动校正加剂泵的瞬时流速，从而实现航煤在线快速评价和抗静电剂自动添加。工艺流程见图2。

图2 工艺流程图

2.2.8 系统控制原理

电导率仪测得信号实时上传到处理器，经控制单元执行程序计算机发出指令，控制加剂泵自动加剂，作为温度补偿与测量反馈系统将整合为一体。系统控制原理图见图3。

图3 系统控制原理图

2.3 实验方法

将航煤基础油用计量泵从基础航煤罐中打出，在经航煤主管路时与流量调节适当的抗静电剂混合并进入混合器快速混匀进入收油罐，通过航煤基础油管路上安装的在线传感器采集信号转化成相应的电导率值，根据航煤基础油电导率的测定数值和温度等参数补偿机制，建立抗静电剂添加量的数学模型，通过预置计算机程序计算并调控加剂泵的流量，实现在线检测航煤电导率与自动加剂。通过预设成品航煤目标电导率控制值，定时取样并离线检测成品航煤电导率值，与在线检测实时数据进行比对，研究在线检测数据相较于传统离线检测方法的可靠性。

电导率与温度关系根据ASTM D 2624按下式计算：

式中：t1，t2为温度，℃

Kt1，Kt2为t1，t2温度时的电导率，pS/m

n：温度传导系数，℃-1

通过公式可得：

取实验用航煤样品，分别测定10℃和0℃时的电导率，即t1=10℃时，Kt1=148pS/m；t2=0℃时，Kt2=110pS/m。通过公式计算得温度传导系数n=0.013℃-1。

由此建立电导率与温度关系模型，电导率与温度的关系如下图：

图4 电导率与温度的关系

离线电导率采用《航空燃料与熘分燃料电导率测定法》（GB/T 6539）进行测定；该标准等效采用美国试验与材料协会标准ASTM D 2624《航空燃料与馏分燃料电导率标准试验方法》中的部分内容。其原理是在浸没于燃料内两个电极之间施加一个直流电压，其间所产生的电流以电导率的数值来表示。为避免由于离了极化所引起的误差，在施加电压后，立即在瞬间测量电流。本标准可采用MAIHAK MLA型电导率测定仪或EMCEE 1152型电导率测定仪。本实验采用EMCEE 1152型电导率测定仪进行测定，实验前采用EMCEE1152型电导率测定仪校准程序进行校正。

3 实验结果

进行了连续在线检测与加剂实验，在线检测与离线检测结果见表3。

表3 离线电导率与在线电导率测试数据对比（单位：pS/M）

通过离线电导率与在线电导率测试数据比较可见，二者极差值均在2pS/m以内，测量数据的重复性符合国家标准要求，与设定数值相差均不超过3pS/m，系统运行稳定可靠。

4 结束语

通过自动加剂时在线检测与离线检测数据对比可见，在设定的航煤电导率国标要求范围内，在线检测自动加剂与离线检测航煤电导率数据基本一致，航煤产品能够满足航煤生产工艺控制和航煤产品国家标准相关要求，本项目在航煤生产罐区工业化实施后将解决现有加剂工艺存在的加剂量控制困难、加剂调和周期长及加剂浪费问题。