喷气燃料中污染物分析方法现状及有关建议

张波 李若愚 赵国旗

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司质量监督检验中心

本文介绍了国外/国内喷气燃料污染物分析方法现状，并从产品质量控制角度对我国喷气燃料产品标准的制修订提出了相关建议。

喷气燃料是航空蒸汽涡轮发动机的专用燃料[1]，在贮存、运输及使用过程中，由于管理或操作不当，很容易受到外部环境的污染。引起喷气燃料污染的主要污染物有水分、固体杂质（颗粒污染物）、表面活性物质及微生物等杂质。据统计，飞行事故中的33%是由发动机故障引起的，而这些故障中的50%是由燃料中的颗粒等污染物引起的，11%左右是因燃料中的水分结冰造成的[2]。

颗粒污染物不仅会堵塞过滤器，还会导致油泵、阀门和其他润滑部件的非正常磨损，造成发动机过早失效。因为油泵是比较精密的仪器，柱塞与柱塞孔的装配间隙为0.015～0.022 mm，燃料分配器油针与衬套的间隙仅0.005～0.01 mm，喷气燃料中的颗粒污染物足以使这些间隙很小的零件卡死或划伤[3]。严重时还会导致发动机熄火或爆炸，造成机毁人亡的恶性事故[2]。每升喷气燃料中含1 mg的10～80 μm大小的固体杂质时，就会引起燃油系统故障，每升喷气燃料中含3 mg的10μ m以下的固体杂质时，则有发生故障的可能，国际航运协会和美国军用标准均规定喷气燃料的固体颗粒污染物含量不大于1 mg/L[4]，并且相应有膜片评级要求。颗粒污染物主要来源于喷气燃料在贮存、运输、加工过程中接触到的输油管道、贮油罐的铁锈、抹布的纤维、泵及阀门产生的金属末、通过呼吸阀进入的灰尘等[2]。

喷气燃料中如果有水分存在，在分析自动冰点时，会在冰点到比冰点高出20～30 ℃的范围内出现拖尾，导致冰点不合格，而且也可以在外观项目中辅助判断，因此在本文中不予讨论。

本文主要介绍国内外喷气燃料污染物分析方法的现状，针对部分石化企业存在的喷气燃料污染物指标不合格问题[5～8]，从产品质量控制角度对我国喷气燃料产品标准的制修订提出建议。

表1 喷气燃料颗粒污染物测定标准

国外喷气燃料污染物分析方法现状

2009年6月以前，国外对喷气燃料污染物测定普遍采用目测法（外观）以及传统的膜过滤称重法。这些方法的详细信息见表1。

外观是判断污染的一项指标，并在整个配送系统中一直是对燃油的一项重要要求。但是，对外观的解释可能会因视觉评估的主观性质而引起问题。在使用膜过滤标准试验方法测试时，只能给出颗粒污染物的总重量，而不能分析出不同粒径颗粒污染物的分布情况。实际上，不同粒径的机械杂质对运动部件的磨损危害是不同的[4]。

近些年英国出台了测量喷气燃料颗粒计数的新标准，具体见表2。

美国航空航天工业联合会在20世纪60年代制定了表征油液固体颗粒污染程度的分级标准NAS 1638。该标准要求测定油液中污染颗粒的数量和粒径分段，将污染颗粒分为5～15 μm、15～ 25 μm、25～ 50 μm、50～100 μm、＞100 μm 共 5段粒径分布，客观地反映了工程用油液固体颗粒污染状态的分布规律，用来分析、指导油料管理和使用，具有严谨的科学性，并且成为这一学科发展的指导性标准。20世纪80年代，国际标准化组织颁布了ISO 4406标准《液压传动 油液 固体颗粒污染等级代号法》）。ISO 4406标准和NAS 1638标准《油品洁净度分级标准》在国际上使用较为广泛。近年来， 各国都采用国际标准ISO 4406标准，且ISO 4406正在取代NAS 1638[9]。美国航空航天工业联合会也意识到NAS 1638标准在使用中存在一些缺点，并进行了改进，现已修订为SAE AS 4509。目前，2个标准实现了粒径分段的基本统一：ISO 4406将污染颗粒分为≥ 4 μm 、≥ 6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥ 38 μm、≥70 μm 共 6段 粒径分布，而SAE AS 4509与ISO 4406的粒径分布范围相同，但不包括等于，此外SAE AS 4509同时保留 了 ＞1 μm、＞5 μm、＞15 μm、＞25 μm、＞50 μm、＞100 μm 的划分。目前这2个标准都被用于润滑油颗粒污染物的分析。

表2 测量喷气燃料颗粒计数的新标准

另外，俄罗斯制定了ΓOCT 17216—2001《工作液污染度（工业纯度）分级》，在当今俄罗斯航天、航空工业中，此标准不仅作为润滑油和液压油的检控依据，同时也沿用于液体燃料、强溶性液体和溶剂等。

2008年4月，英国国防部喷气燃料产品标准Def Stan91-91 Issue 6 发布，在此标准中，新增加了对喷气燃料颗粒污染的要求和分析方法标准（IP564、IP565），并将颗粒污染物分为≥4 μm、≥6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥25 μm、≥30 μm 共6种粒径范围，通常将此方法称为颗粒计数法。该方法于2009年6月30日生效。Def Stan91-91 Issue 7中规定喷气燃料颗粒污染分析采用IP564、IP565或IP577标准。

国内喷气燃料污染物分析方法现状

我国3号喷气燃料现行产品标准GB 6537—2006规定，采用目测无固体物质（即可视外观方法）和SH/T 0093－1991《喷气燃料固体颗粒污染物测定法》分析喷气燃料颗粒污染物。SH/T 0093—1991参照采用美国试验与材料协会ASTM D2276—88《航空涡轮燃料颗粒污染物测定法》和美国军用标准MILT-5624N附 录A《 测 定JP-4、JP-5过滤时间和颗粒总量法》。

我国20世纪80年代新一代战机的研制过程中，设立了液压系统的污染监测和控制项目，等效沿用NAS 1638标准，制订了GJB 420—87《飞机液压系统用油液固体污染度分级》标准。20世纪90年代，美国航空航天工业联合会增加了油料污染分级中2 μm固体颗粒污染物的检测。为同国际先进技术接轨，由国防科学技术委员会于1996年10月3日发布了GJB 420A—96标准，代替GJB 420—87标准。2006年，GJB 420标准又根据SAE AS 4509D—2001进行了修订，升级为GJB 420B—2006 《航空工作液固体污染度分级》。

2002年，我国修改采用ISO 4406—1999，制定了GB/T 14039—2002《液压传动 油液固体颗粒污染等级代号》。

近年来，我国喷气燃料出口供货任务增多，主要是由中国石化承担的。中国石化每个月出口的喷气燃料中，绝大部分供应香港、澳门和越南市场[5]。为了满足出口喷气燃料的分析需要，我国于2012年和2013年出台了2个喷气燃料颗粒计数分析的新标准，即中华人民共和国海南出入境检验检疫局起草的SN/T 3230—2012《航空涡轮燃料洁净度的测定 便携式自动颗粒计数器法》（修改采用IP 565—09）和中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院起草的NB/SH/T 0868—2013 《喷气燃料洁净度的测定 便携式自动颗粒计数器法》（修改采用IP 565—10）。

2005年2月1日，国家航空油料鉴定委员会秘书组在北京召开了会议，会议就喷气燃料中悬浮物（喷气燃料中悬浮物主要是指油品中细小悬浮在油品中的颗粒和纤维等）的相关问题进行了认真的讨论，达成了一致意见，即对于喷气燃料外观有悬浮物判定结果存在争议时，增加颗粒数量检测，要求NAS 1638评级不超过7级。由此可见，对于喷气燃料颗粒污染物采用颗粒计数法进行评级分析是大势所趋。但目前我国喷气燃料产品标准中尚未引入《喷气燃料洁净度的测定 便携式自动颗粒计数器法》，也没有制定相应的指标。

对喷气燃料产品标准制修订的建议

引入颗粒计数分析标准

膜过滤称重法（SH/T 0093）已不能满足分析要求，对喷气燃料颗粒污染物进行计数评级分析是十分必要的。建议将NB/SH/T 0868—2013尽快引入3号喷气燃料产品标准GB 6537中。

确定颗粒计数指标

鉴于目前还没有我国3号喷气燃料颗粒计数的分析数据，可在前期不制定判级标准，待获得足够的分析结果统计数据后，根据我国实际情况再规定判级标准。

在生产厂，油样从装置进入油罐，从油罐出来到装火车前或进入管线前，均要经过过滤器过滤；但在使用单位卸车，进入贮藏容器、装入加油车等环节，仍然不可避免地会引入杂质，因此使用单位通常在贮藏容器后加装过滤器，以保证颗粒污染物可以被过滤掉。因此，将来在拟定固体颗粒计数指标时，建议将喷气燃料出厂验收的指标放宽，而在飞机加油前规定较为严格的适合飞机发动机的固体颗粒计数指标，以利于节约资源和成本。

控制喷气燃料中的纤维状物质

喷气燃料中的纤维状物质在我国已经有可测定的仪器。建议测定喷气燃料中纤维状物质在某长度范围内的数量，并建立合适的控制指标，以适应我国喷气燃料生产的实际情况。

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