喷气燃料中溶解水含量变化规律研究

吴 楠，胡建强，杨士钊

(空军勤务学院，江苏 徐州 221000)

喷气燃料中溶解水含量变化规律研究

吴 楠，胡建强，杨士钊

(空军勤务学院，江苏 徐州 221000)

水含量是喷气燃料质量检测的一项重要性能指标。针对环境温度、湿度、储存时间、防冰剂含量等因素对喷气燃料中溶解水含量的影响，采用微量水分测定仪研究了不同条件下喷气燃料中溶解水含量的变化规律，确立了变化规律模型，建立了溶解水含量数据库，为进一步准确、高效测定喷气燃料中的水含量提供了参考依据。

喷气燃料 溶解水 微量水分测定仪

喷气燃料属于轻质石油产品，由多种烃类和芳香烃类物质组成，具有一定的吸水性，在储存、运输、加注和使用过程中，不可避免地会混入水分。水在喷气燃料中以两种状态存在：溶解水和游离水。喷气燃料中的溶解水是不可避免的，燃料中的溶解水含量(或水溶解度)是指在一定温度、压力和湿度下，燃料与水处于平衡时的饱和水含量。溶解水是一种自然现象，很难完全除去。而水分的溶解是可逆的，当燃料温度升高或大气压、湿度增大时，水在燃料中的溶解度增大，燃料中的溶解水相应增多[1]；反之，水在燃料中的溶解度减小，燃料中的水超过饱和极限就会从中析出，或从表面逸出，当析出的水呈细小的水滴状态时，燃料便出现浑浊现象。

喷气燃料中水含量超标直接影响油品使用质量和飞行设施设备的正常工作，严重时甚至危及飞行安全[2]。本课题通过跟踪研究环境温度、湿度、储存时间和防冰剂含量对喷气燃料中溶解水含量的影响，确定不同条件下喷气燃料中溶解水含量的变化规律，建立变化规律模型和溶解水含量数据库，有利于快速、高效测定不同条件下喷气燃料中的溶解水含量，为进一步准确评估油品使用质量提供有效的参考依据和数据支持。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

微量水分测定仪，山东中惠仪器有限公司产品；微量注射器(0.5 μL和1 000 μL)，上海安亭微量进样器厂产品。

卡尔费休试剂，山东中惠仪器有限公司产品；3号喷气燃料，市售，满足GB 6537—1994《3号喷气燃料》指标要求。

1.2 实验原理

卡尔费休试剂由碘、二氧化硫、醇类和有机碱组成[3]。当有水存在时，碘被二氧化硫还原，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸氢吡啶。其化学反应方程式为：

C5H5N·SO3

当仪器电解池中的卡尔费休试剂达到平衡时注入含水的喷气燃料样品，用电解产生的碘来进行水分滴定，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止。根据法拉第电解定律，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的，通过计算电解消耗的电量可得出电解所产生碘的量，而碘与水按照等摩尔量进行反应，由此可计算出水含量。

在电解过程中，电极反应如下：

1.3 实验步骤

预滴定：启动水分滴定仪，依次按下“搅拌”和“开始”功能键，显示器显示数值，待读数稳定(漂移值小于0.5 μg/s)时，预滴定结束。

水分标定：取一定量的标准水(通常取与待测油品最大溶解水含量相当的标准水，本试验取0.1 μL)注入微量水分测定仪，待漂移值小于0.5 μg/s时，记录显示器读数。平行试验3次，取平均值。若测量值与本底值相比误差小于5%，说明仪器性能稳定，可以开始测量。

样品检测：用1 000 μL微量注射器抽取1 000 μL样品，注入微量水分测定仪，待漂移值小于0.5 μg/s时，记录显示器读数。平行试验3次，取平均值，即为待测样品的水含量。

2 结果与讨论

2.1 环境温度对喷气燃料中溶解水含量的影响

图1为环境温度对喷气燃料中溶解水含量的影响。为排除空气湿度对油品中水含量的影响，提前对样品进行预处理，模拟外界环境大气湿度(100%)，使样品中溶解水含量达到最大饱和度。实验前对待测油样进行预处理，将喷气燃料与标准水按照体积比1∶1混合，振荡混匀，静置48 h以上。从图1可以看出，在常温(1～34 ℃)下，3号喷气燃料中溶解水含量从45 mg/L升高至92 mg/L，水含量随环境温度升高呈指数增长，变化趋势稳定。

图1 喷气燃料中溶解水含量随环境温度的变化

根据喷气燃料中水含量随环境温度变化的计算模型，建立不同环境温度下3号喷气燃料中溶解水含量数据库，结果如表1所示。

2.2 环境湿度对喷气燃料中溶解水含量的影响

表1 不同环境温度下3号喷气燃料中溶解水含量

注： 表中数据为不同环境温度下3号喷气燃料中最大饱和溶解水含量(湿度为100%)的理论计算值。

微量水分测定仪检测灵敏度高，对水十分敏感，在对样品进行水含量检测时，发现环境湿度对测定结果有一定的影响。控制环境温度在24～26 ℃，测定不同环境湿度下，喷气燃料中的水含量，结果见图2。从图2可以看出，随环境湿度增大，3号喷气燃料中溶解水含量从7 mg/L升至76 mg/L，呈线性增长。水含量(mg/L)随环境湿度H(%)的变化关系式为：Y=-0.17+0.77H。对比25 ℃时喷气燃料中最大饱和溶解水含量(76 mg/L)数据，可以近似看作3号喷气燃料中水的溶解度g与相同温度、标准大气压下最大水溶解度g0成正比关系，即g=g0H。

图2 3号喷气燃料中溶解水含量随环境湿度的变化

2.3 储存时间对喷气燃料中溶解水含量的影响

在环境温度20 ℃、环境湿度58%的条件下，测定不同储存时间下3号喷气燃料中的溶解水含量，结果见表2。从表2可以看出，储存时间对喷气燃料中水含量的影响不大。这可能是由于3号喷气燃料的主要组分为轻质烃类，本身的水溶解度较低，因此储存时间对其溶解水含量影响不大。

表2 储存时间对3号喷气燃料水含量的影响

2.4 防冰添加剂含量对喷气燃料中溶解水含量的影响

在环境温度13 ℃、环境湿度24%时，测定防冰添加剂含量不同时3号喷气燃料中的溶解水含量，结果见图3。从图3可以看出：当喷气燃料中防冰剂含量较低(质量分数小于0.15%)时，添加防冰剂不会对喷气燃料中水分的溶解产生较大的影响，喷气燃料中溶解水含量为12～13 mg/L；当喷气燃料中防冰剂含量较高(质量分数大于0.15%)时，燃料中溶解水的含量会随着防冰剂加入量的增大而增大，例如当防冰剂质量分数为0.3%时，喷气燃料中溶解水含量为16 mg/L，当防冰剂质量分数为0.6%时，喷气燃料中溶解水含量明显升高，达到24 mg/L。考虑到3号喷气燃料中防冰剂含量通常为0.10%～0.15%，因此添加防冰剂不会对燃料中溶解水的含量产生明显影响。

图3 防冰剂含量不同时3号喷气燃料中溶解水含量的变化

3 结 论

(1) 喷气燃料中溶解水含量随环境温度和湿度的升高而升高，且变化规律可循。通过考察环境温度对喷气燃料中溶解水含量的影响，总结归纳出喷气燃料中溶解水含量数据库，再根据溶解水含量随环境湿度变化关系式g=g0H，可确定任意温度和湿度时喷气燃料中的溶解水含量。

(2) 储存时间不会对喷气燃料中的溶解水含量产生显著影响，只要储存方式得当，密封状态良好，燃料中的溶解水含量不会产生显著变化。而当防冰添加剂质量分数为0.1%～0.15%时，也不会对喷气燃料中的水含量产生明显影响。

[1] Joseph K L，Mark D C，Colleen A W，et al.Water solubility characteristics of current aviation jet fuels[J].Fuel，2014，133：26-33

[2] 易方，薛水发，郭冬磊.喷气燃料污染控制技术现状分析及发展研究[J].军用航油，2014(4)：52-53

[3] 张丙伍，金理力，彭立，等.微量水对冷冻后PAO性能的影响[J].石油炼制与化工，2014，45(5)：91-93

STUDY ON CHANGE RULE OF DISSOLVED WATER CONTENT IN JET FUELS

Wu Nan， Hu Jianqiang， Yang Shizhao

(AirForceLogisticsCollege，Xuzhou，Jiangsu221000)

Moisture content is an important performance index of the jet fuel quality inspection. Considering the effect of environmental temperature， humidity， storage time and anti-icing agent concentration on dissolved water content in jet fuel， this project determined the change rule of the dissolved water content under different conditions using trace moisture analyzer. The change rule model and the database of the dissolved water were established. It provides an effective reference for accurate and efficient determination of jet fuel moisture content.

jet fuels； dissolved water； trace moisture analyzer

2015-01-26； 修改稿收到日期： 2015-04-12。

吴楠，硕士，副教授，主要研究方向为航空油料应用。

吴楠，wunan_china@163.com。