十六烷值是柴油在柴油机中燃烧时着火性质的指标。近年来某些国家的原油所生产出来的轻柴油其十六烷值逐年下降。十六烷值已成为很多炼油厂轻柴油出厂的关键指标。十六烷值高, 说明该燃料在柴油机中发火性能好, 滞燃期短, 燃烧均匀且完全, 发动机工作平稳。但是柴油的十六烷值高于50后再继续提高, 对着火延迟期的缩短作用不大。另外十六烷值过高的柴油其分子量均较大, 使柴油的低温流动性、雾化与蒸发均受影响, 会使燃烧不完全, 导致发动机功率下降、油耗升高及排气冒黑烟。因此, 在选用柴油时通常要求柴油的十六烷恒在40-60之间, 基本上已能满足高速柴油机的工作要求。美国材料与试验协会标准ASTM D613—2005《柴油着火性质测定法》中规定标准发动机转速为900±9r/min, 这样适合测量30—60范围内的柴油。我国催化剂裂化装置加工能力的不断扩大, 催化柴油量不断增加, 给柴油的调和出厂造成一定困难, 也别是催化柴油十六烷值较低, 催化柴油完全依赖于直馏柴油调和出厂, 使各炼油厂柴油十六烷值出厂指标常常卡边或小于标准要求。测量十六烷值小于30的柴油的确切值成了生产中的很重要的参数。可是测量十六烷值小于30的柴油不符合发动机要求, 就会引起柴油在发动机的气缸中延迟发火, 以致燃烧不正常使发动机工作不平稳, 引起仪器损坏, 使测定结果偏差很大。为了给生产和化验分析工作解决这个实际问题, 填补低十六烷值测定方面的知识空白, 有必要研究低十六烷值的分析方法。
1实验部分
1.1试剂与仪器
1.1.1十六烷值机
FSHY-II型十六烷值机由抚顺石油化工研究院生产;
1.1.2正标准燃料
正十六烷:定十六烷值为100。
七甲基壬烷:定十六烷值为15。
正十六烷与七甲基壬烷调配时, 对任何体积的混合物均可由下式求得:
十六烷值=正十六烷%+0.15×七甲基壬烷% (体积百分数)
计算结果, 取两为小数。
1.1.3副标准燃料
目前国内正标准燃料依靠进口, 而且价格昂贵, 故日常测试样品主要使用副标准燃料。副标准燃料是一种工业产品, 由烃类混合物组成。
高十六烷值副标准燃料, 十六烷值为94.6, 抚顺石油化工研究院;
低十六烷值副标准燃料, 十六烷值为16, 抚顺石油化工研究院;
1.2操作条件
1.2.1试验时, 发动机转速与六极电动机转速相同, 即转速为1000±10 r/min。1.2.2喷油提前角:上止点前20-。
1.2.3喷油压力:12.75±0.5 M P a。
1.2.4喷油量:180±3S为20 m L, 90±1.5 S为10 m L。
1.2.5润滑油压力:0.1-0.3 MPa。
1.2.6气缸冷却液温度为100±2℃, 试验期间温度变化应保持在0.5℃以内。1.2.7发火延迟角:20-。
1.3开机准备工作
1.3.1检查飞轮旋转方向, 面对飞轮为逆时针旋转。
1.3.2打开通冷凝器盘管自来水阀。
1.3.3向一支进样管中注入予热燃料, 打开燃料放泄阀, 排出油泵油道内的空气。
1.4试验步骤
1.4.1试验机的启动及预热
将三位阀旋向接通有燃料的一支进样管。
电源, 按下启动电钮。
适当调大进油量, 以有利于最初着火。
逆时针旋转进气量控制旋钮, 使气量表指示到较大数值处。通常情况下, 发动机即开始着火燃烧。
检查冷凝器排水口出水是否正常。
发动机连续着火后, 予热20-30 m i n。使其达到标准操作温度。
1.4.2油量的测量和调节
为加快调节和测量速度, 通常使用10 m l计量泡。如需加大进油量, 则增大油量调节器的读数 (顺时针旋转) , 反之则减小读数, 得到正确的喷油量后, 记下相应的油量调节器数值。 (试样和标准燃料都要测量)
1.4.3喷油提前角的调整
首先将发火延迟仪三段开关转到校准位置, 调准到25°, 然后换到喷射位置, 此时仪表显示实际的喷油提前角, 旋转喷油提前角调节器的旋钮, 即可得到要求的20°。
1.4.4燃料着火滞后期的测量
将三段开关转到发火位置。随即旋转进气量调节旋钮。最终调节以着火滞后期 (发火延迟) 稳定在20°为止。在实验中要经常校正仪表的25°。
1.4.5标准燃料的选择
选用两个相差不大于5个十六烷值单位的标准燃料进行试验, 可根据每台试验机的十六烷值与气量关系的参考曲线进行选择, 使其在着火滞后期为20°时所需的气量正好把试样夹在中间, 其试验步骤与试样测定相同。因标准燃料的性质十分相似, 故从一种标准燃料改用另一种时, 可不必测量喷油量。
十六烷值机经过预热, 发动机转速为1000±10r/min;喷油提前角为上止点20°;喷油压力为12.75±0.5MPa;喷油量为180±3s为20m L;气缸冷却液温度为100±2℃, 经检验燃料的检验合格即可开始实验。
1.4.6实验操作
当换用燃料操作时, 使发动机运转约2分钟, 以保证燃料系统彻底冲洗, 并使发动机达到稳定, 此时方可记录气量表数值。不论是试样还是标准燃料, 都要进行重复试验, 至少两次。重复试验时要重新检查全部试验条件, 以保持在标准条件下进行试验。
为保证十六烷值机的平稳工作和测定结果的准确性, 把低十六烷值的试样与高十六烷值副标准燃料按其体积比混合为十六烷值为40—45的混合试样 (见表1) 。采用固定着火滞后期法, 将混合后的试样的进气量处于所选两种标准燃料之间, 并使其相差不大于5个十六烷值单位, 再根据内插法, 联合公式①、②即可得到低十六烷值柴油试样的值。
式中:CN—混合试样的十六烷值;
CN1—低着火性质标准燃料的十六烷值;
CN2—高着火性质标准燃料的十六烷值;
CN3—低十六烷值试样的十六烷值;
a—混合试样的气量表读数算术平均值;
a1—低十六烷值标准燃料气量表读数算术平均值;
a2—高十六烷值标准燃料气量表读数算术平均值
X—试验样品在100m L总体试验燃料中占的百分数
2结果与讨论
2.1准确度
收集十六烷值21-30的10个标样组成验证集, 检验此分析方法所得结果的准确性 (见表2) 。从表中可以看出混合试样实测1与实测2的精密度很高。
由低十六烷值标样的算术平均值与标样相比较得知本分析方法的准确度较高。
2.2本方法与国家标准方法的比较
由表3本方法与标准方法比较可以看出, 采用本方法十六烷值仪器工作平稳, 分析结果较为准确;而采用标准方法十六烷值仪器稳定性差, 所得的十六烷值结果不够准确。
注:“∕”, 代表仪器不平稳, 无法读取风量值所以无法得出标样的十六烷值。
3结语
将低十六烷值的柴油与已知高着火滞后期标准燃料按其体积比混合, 从而得到低十六烷值柴油的十六烷值的分析方法。试验结果表明, 这是一种快速、准确的分析方法。与标准方法相比, 具有稳定性高、准确度高, 对试验仪器的损害性小等特点。
摘要：提出了一种低十六烷值柴油十六烷值的分析方法。将低十六烷值的柴油与已知高着火滞后期标准燃料按其体积比混合, 采用固定着火滞后期法, 标准操作条件下, 将混合试样的着火性质与已知十六烷值的标准燃料的着火性质相比较来测定的。对低十六烷值柴油进行了研究。结果表明, 此方法具有重复性高、准确度高、精密度高等特点。
关键词：低十六烷值,柴油,标准燃料,着火滞后期
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准GB/T 386—1991, 柴油着火性质测定, 中国标准出版社.
[2] 美国材料与试验协会标准ASTM D613—2005, 柴油着火性质测定法.
[3] 杨名滨.论柴油十六烷值的测定方法及其使用的仪器.巴陵石化科技, 1994, (1) :28-32.
[4] 中国石油化工总公司, 抚顺石油化工研究院。FSHY-II型十六烷值机使用说明书中国石油.化工总公司, 抚顺石油化工研究院.FSHY-II型十六烷值机使用说明书.