标准黏度油混配及重复利用方法的探讨

乔亚波

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室）

1 背景及介绍

标准黏度油是一种液态的国家有证标准物质，主要用于仪器的校准、检定以及期间核查等量值溯源的方式，以保证测量黏度的仪器设备的可靠性及稳定性[1-2]。但标准黏度油的使用条件较为苛刻，必须在定值温度下使用，且不可二次使用。对于检验检测实验室，旋转黏度计对油化剂以及成品油的黏度进行测量，使用的仪器主要是以六速旋转黏度计、布氏黏度计及MARS流变仪为主，仪器运转利用率达到80%以上，使用频率均较高，对此类使用频率较高，对检测结果判定起重要作用的仪器需要进行期间核查，以满足其在两次校准或检定之间状态得到保持，使检测数据更加可靠，而对旋转黏度计进行期间核查最简单有效的方法就是使用标准黏度油对仪器进行期间核查[3-10]。经过调研得知标准黏度油价格以及实验室旋转黏度计期间核查费用较高。实验室每年除了对仪器进行校准检定需要支付一定的费用外，仍需要花费资金购买标准黏度油来对仪器进行期间核查，给实验室带来不小的经济负担，并且标准黏度油一次性使用后即报废，产生废液较多，难以处理，不符合节能环保要求。对标准黏度油价格统计见表1及实验室常见黏度计期间核查费用进行统计见表2。

由表1及表2中可以看出标准黏度油的价格较高，实验室常见的三种黏度计的期间核查均要使用标准黏度油，特别是MARS流变仪需要核查的点比较多，因此对标准油的使用量较大，而根据黏度计检定规程JJG1002—2005中规定，标准油的使用不能重复利用，且要一次性使用，这对于非计量部门的实验室仅对仪器做期间核查来说费用较高。因此亟需对标准黏度油的混配及重复利用方法进行研究，利用毛细管黏度计对标准黏度油重新定值后使用，以提高黏度油利用率[10-12]。

2 标准黏度油重复利用的理论依据

标准黏度油的主要成分为甲基硅油，成分单一，化学性质稳定，具有牛顿流体的一般性质。将标称黏度值（标准黏度油的出厂黏度）为531.52、105.98 mPa·s的标准黏度油，利用流变仪在一定的剪切速率下对其分别剪切1 min，每次剪切后重新放入试剂瓶进行密闭保存。在一年中的不同时间段进行实验数据的对比，标准黏度油531.52 mPa·s黏度曲线见图1、标准黏度油105.98 mPa·s黏度曲线见图2。

图1 标准黏度油531.52 mPa·s黏度曲线Fig.1 Viscosity curve of standard viscosity oil 531.52 mPa·s

图2 标准黏度油105.98 mPa·s黏度曲线Fig.2 Viscosity curve of standard viscosity oil 105.98 mPa·s

从图1和图2可以看出其标准黏度油的黏度基本不随时间及剪切速率的变化而变化，反映出其性质十分稳定，理论上表明使用过的标准黏度油可以进行重新定值以达到重复利用的目的。

3 标准黏度油的混配及定值方法

3.1 混配比例的确定

1）标准黏度油的混配定义。标准黏度油的混配只是两种不同黏度的标准黏度油按照一定比例进行混合从而得到第3种黏度的黏度油的方法。

2）标准黏度油混配方法。可参照JJG1002—2005《旋转黏度计》附录D及表D.1的内容对标准黏度油进行混配以得到所需要的标称黏度值的黏度油。

3.2 标准黏度油的定值方法

3.2.1 标准黏度油定值对毛细管黏度计的要求

毛细管黏度计必须在检定周期内且检定合格，而且必须由实验室工作人员对毛细管黏度计检定结果进行确认，确认常数稳定性满足JJG155—2016《工作毛细管黏度计》中的要求。

常数稳定性计算公式为：

式中：δT为黏度计常数稳定性；C为本次测量所得黏度计常数，mm2/s2；C0为上一周期黏度计常数，mm2/s2。

3.2.2 标准黏度油定值方法

按照JJG155—2016《工作毛细管黏度计》的要求对混配过的标准黏度油进行定值。定值后得出的标准黏度油的黏度为运动黏度，需要转化为动力黏度，使用密度计得出标准黏度油的密度，根据公式2计算出动力黏度值即为标准黏度油的黏度值：

式中：ϕ为标准黏度油的黏度，mPa·s；γ标准黏度油的运动黏度，mm2·s；ρ标准黏度油的密度，g/cm3。

3.3 对标准黏度油定值的环境及设备要求

3.3.1 对毛细管黏度计的要求

1）毛细管黏度计测量原理。在一定温度下，当液体在直立的毛细管中，以完全湿润管壁的状态流动时，其运动黏度与流动时间成正比。测定时，用已知运动黏度的液体作标准，测量其从毛细管黏度计流出的时间，再测量试样自同一黏度计流出的时间，则可计算出试样的黏度。

2）毛细管黏度计计量要求。在使用毛细管黏度计对标准黏度液进行定值时，需要保证毛细管黏度计在检定周期内，且检定合格，常数稳定性要求符合JJG155—2016《工作毛细管黏度计》中的要求。

3）毛细管黏度计清洗要求。使用前必须将黏度计洗净，一般先用能溶解黏度计内残留物的溶剂反复洗涤，再用酒精或汽油洗，然后用发烟硫酸洗或重铬酸钾洗液浸2～3 h，最后用蒸馏水冲洗，放入烘箱，升温至105℃左右即可，或在自然温度下倒置数天，晾干为止。

3.3.2 对辅助设备及环境要求

毛细管黏度计需要在恒温槽中操作，恒温槽要求温度波动度不超过±0.01℃/h，测温设备要求分度值为0.01℃的全浸式水银温度计或者分辨力优于0.01℃的数字温度计，使用时应修正。环境温度要求2 h内变化不超过±2℃。

3.3.3 标准黏度油重复利用方法

按照3.2、3.3的规定对使用过的标准黏度油进行定值。

3.4 对标准黏度油定值后的取值方法

1）Q值检验法。Q值检验法又叫做舍弃商法，是迪克森（W.J.Dixon）在1951年专为分析化学中少量观测次数（n＜10）提出的一种简易判据式。

2）重复测量。对标准黏度油定值后，应该使用重复测量法，得出多个标准黏度油的黏度值。

3）剔除异常值。利用Q值检验法（舍弃商法），剔除异常值，分析数据，确定标准黏度油最终定值。

4 标准黏度油定值后使用时间的要求

对定值后的标准黏度油开封或者使用后应该储存在室温18～30℃环境，避光保存。

4.1 标准黏度油定值结果再现性要求

在不同的时间进行再现性测量，使用毛细管黏度计对重新定值后的标准黏度油（标称黏度值为49.869 mPa·s）黏度测量两次，使用读数记为η1，η2，β代表再现性测量结果，ηz为定值结果，标准黏度油49.869 mPa·s再现性测试结果见图3，计算公式如下：

图3 标准黏度油49.869 mPa·s再现性测试结果Fig.3 Reproducibility test results of standard viscosity oil 49.869 mPa·s

式中：η1为标准黏度液第一次测量值，mPa·s；η2标准黏度液第二次测量值，mPa·s；β为再现性；ηz为标准黏度液定值，mPa·s。

从图3可以看出，标准黏度油（49.869 mPa·s）重新定值后使用期限在8个月内能够保持再现性满足小于或等于±2.5%的要求，因此标准黏度油一次定值后的重复利用时间延长至8个月。

4.2 标准黏度油定值后再现性时间保持的要求

分 别 对 标 称 黏 度 值 为49.869、105.98、531.52、1 000.6、4 996.0）mPa·s的标准黏度油进行一次定值、二次定值、三次定值、四次定值，并对每次定值后满足再现性要求的时间进行统计，不同标称黏度值的黏度油多次定值再现性保持时间结果统计见表3。

表3 不同标称黏度值的黏度油多次定值再现性保持时间结果统计Tab.3 Statistics of the reappearance time of viscosity oils with different nominal viscosity values

由表3可以看出，定值结果虽然发生变化，但是其再现性仍然可以满足相应要求，因此，得出结论，标准黏度油在保存得当的情况下可以定值后再次使用，直到定值结果再现性大于±2.5%，即进行标准黏度油的报废处理，利用该方法可将标准黏度油由一次性使用至多次定值后重复利用，一次定值可保持使用时间延长至8个月，并可实现多次定值重复利用。

5 标准黏度油重复利用可降低废液产生量

标准黏度油重复利用次数及定值保持时间要根据黏度油应用情况及保存情况测算其再现性是否符合要求而确定。一般来说，定值次数越多，定值保持时间会越短，这跟标准黏度油使用过程中受到容器污染及保存条件的限制有关。标准黏度油经过定值后可以重复利用，可大大节省废液的产生量，一次定值后重复利用，可节省一次的标准黏度油的购买费用，同时可降低一次标准黏度油的废液产生量，标准黏度油重复利用降低废液产生量统计见表4。

表4 标准黏度油重复利用降低废液产生量统计Tab.4 Statistical table of reduction of waste liquid production by reuse of standard viscosity oil

6 结论

1）通过毛细管黏度计对混配后的标准黏度油以及使用后的标准黏度油进行重新定值，使用Q值检验法（舍弃商法）定值后可实现对标准黏度油的重复利用。

2）利用该方法可将标准黏度油由一次性使用至多次定值后重复利用，一次定值可保持使用时间延长至8个月，并可实现多次定值重复利用，从根本上提高了标准黏度油的利用率。

3）通过重复利用标准黏度油，可显著减少标准黏度油的购买数量，间接降低了废液的产生量，但对于定值次数及每次定值后粘度保持期限有待于进一步研究。