关于低硫船用燃料油全自动运动黏度检测的研究

范和武，石立杰

（1.海南炼化化工股份有限公司检验计量中心，海南儋州 578001；2.孚茂科技（北京）有限公司，北京 100071）

0 引言

《2019 年全球海运发展评述报告》研究显示，近年来船用燃料油年消费量在2.8 亿吨左右，其中高硫船用燃料油占比约70%，根据IMO（International Maritime Organization，国际海事组织）的限硫令规定，低硫船用燃料油的市场缺口高达2 亿吨。尽管，随着船用洗涤器的普及，未来高硫燃料油市场可能出现一定程度的回暖，但低硫燃料油仍会占据市场主导地位[1]。因此，低硫燃料油的生产研发不仅对全球环境有巨大贡献，而且有助于缓解我国成品油产能过剩和低价竞争问题，抢占全球船用燃料油市场[2]。

海南炼化化工股份有限公司是以炼油化工为主营业务的生产企业，面对国际船用燃料油市场出现的新机遇，海南炼化积极响应中石化集团关于全球低硫船用燃料油保障计划的号召，全力推进低硫船用燃料油的研发和生产，并于2020 年3 月成功生产研发出低硫船用燃料油。

船用燃料油为黑褐色、粘稠状可燃液体，主要由石油裂化渣油和直馏渣油制成[3]。黏度是低硫船用燃料油最重要的检测指标之一，能够反应燃料油的易泵送性和易雾化性能。黏度不仅决定了燃料油的流动性，而且能决定油滴直径的大小。在高温缺氧的条件下，直径过小或过大的油滴均会引起不完全燃烧，产生大量的残碳物质[4]。另外，对于低硫调和油来说，将低硫轻质燃油和高硫重质燃油按规定的比例进行混合[5]、调质，黏度是其混合比例考虑的因素之一。因此，低硫船用燃料油的黏度检测非常重要，是检验计量中心重要工作之一。

1 燃料油黏度检测面临的挑战

目前关于船用燃料油黏度检测的质量标准，国际上有ASTM D445-19《透明和不透明液体运动黏度测定法及动力黏度计算法》，国内有GB/T 265—1988《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》和GB/T 11137—1989《深色石油产品运动黏度测定法（逆流法）和动力黏度计算法》。因为船用燃料油是粘稠、常温下呈半固体状的物质，日常黏度检测工作中主要存在以下4个问题：

（1）样品不均匀。即使同一样品，连续进样进行黏度检测时所得检测结果经常相差较大、重复性差。

（2）操作繁琐。ASTM D445-19 和GB/T 11137—1989 均要求将船用燃料油进行60～65 ℃烘箱加热1 h 的处理，不仅操作时间长，而且在高温下开放性环境下轻组分更容易挥发，影响实验室环境和检测结果。

（3）船用燃料油不仅粘稠，而且含有固体杂质，非常难于清洗。

（4）清洗溶剂是石油醚、甲苯类试剂，对人体、实验室环境危害比较大。

2 解决方法

2.1 采用Duplo 黏度管

采用Duplo 黏度管有2 个检测区域，且具有大致相同的黏度管常数，可以解决样品不均一问题。在Duplo 模式下检测时，样品直接被吸到蓄样池，黏度计同时检测样品从上传感器到中传感器C1 区域的时间以及中传感器到下传感器C2 区域的时间（图1）。

图1 Duplo 黏度管工作原理

然后，根据式（1）进行计算：

式中 vt——运动黏度，mm2/s

C——黏度常数，mm2/s2

E——动能校正因子，mm2·s

t——试样的流动时间，s

这样，一次检测得到2 个结果。针对不均匀样品（如燃料油），可以有效改善因反复采而表现出重复精度和不确定度差的问题。

2.2 预加热附件解决样品前处理问题

预加热附件为杯状结构，进行预加热操作时样品四周均匀受热，会最大限度减少温度差异的影响（图2）。加热模式为对当前样品加热，虽然损失了一定的速度，但是避免了同时加热多个样品，因轻组分过度挥发而导致的样品黏度增高、精度下降的问题。另外，加热套筒直接安装在封闭的自动进样器中，挥发的轻组分被直接抽到实验室废气管道、统一处理，避免污染环境。

图2 预加热附件

2.3 使用独立的清洗位

进行样品清洗时，黏度管下方离开检测位，移到清洗位，黏度管内部及外壁底端的清洗溶剂及残油，流入废液收集装置，然后通过真空抽取，快速流入废液桶。这样设立独立的检测位和清洗位，可以避免废液中的固体颗粒堵塞黏度管，以及对仪器内部管路、阀门与电子元器件的伤害和污染，减少清洗溶液对环境及实验室的影响。

3 实验部分

3.1 仪器设备及化学试剂

（1）仪器设备。本实验采用荷兰Omnitek B.V.公司生产的U-Visc120 全自动黏度仪（2 台），每台设备包含1 个恒温油浴、2根黏度管和双溶剂清洗系统、带预加热功能的32 位自动进样系统。

（2）化学试剂：实验用溶液有甲苯溶液和正庚烷，均为分析纯级别；S600 黏度标油的标准为，50 ℃时标准黏度值为292.5 mm2/s。

3.2 实验步骤

3.2.1 全自动黏度仪标准物质检测

将S600 黏度标油放置于样品杯中，U-Visc120 自动吸样、热平衡、检测、清洗和干燥，所得的黏度值自动导入与仪器相连的计算机控制系统。

3.2.2 全自动黏度仪低硫船用燃料油RMG180 样品检测

将低硫船用燃料油RMG180 样品放置到样品杯中，在系统设定预加热10 min，自动预加热、吸样、热平衡、检测、清洗和干燥，所得的黏度值自动导入与仪器相连的计算机控制系统。

3.2.3 手动黏度计低硫船用燃料油RMG180 样品检测

将样品在60±2 ℃烘箱加热1 h，用长玻璃棒搅拌，直至没有沉淀物粘在棒上，然后盖紧盖子，剧烈摇动1 min，使其完全混合。根据样品黏度，选择43#1.5 mm 逆流黏度管和44#1.5 mm逆流黏度管（流动时间不小于200 s）。在恒温浴缸恒温，记录样品流动时间，清洗、干燥黏度管，最后根据公式计算样品的运动黏度，并做好实验数据的记录。

3.3 结果与讨论

3.3.1 全自动黏度仪标准物质检测的重复性

同一操作人员，使用同一台黏度计HNLH-0547-1，检测同一批次的S600 标准物质样品在50 ℃下的运动黏度值，重复检测6 次。同一台设备2 根黏度管的3 组检测数据见表1，平均黏度为293.3 mm2/s，标准偏差为0.150 6，RSD 为0.05%。根据ASTM D445-19 的要求，标准物质的重复性应控制在0.36%以内，因此该检测结果远高于标准要求，表明仪器符合标准要求，测定方法重复性良好。

表1 S600 标准物质重复性检测结果 mm2/s

3.3.2 全自动黏度仪低硫船用燃料油RMG180 样品的重复性和再现性

用低硫船用燃料油RMG180 T3706、T3707 样 品多次黏度测定结果，检验仪器的重复性、再现性。

同一操作人员，使用同一台黏度计U-Visc120 HNLH-0547-1，检测同一样品RMG180T3706 在50 ℃下的运动黏度值，重复检测6 次（表2）。6 次检测的平均值为140.6 mm2/s，标准偏差为0.196 6，RSD 为0.14%。根据标准方法ASTM D445-19 中要求，船用燃料油在50 ℃下的重复性应控制在2.44%以内，此检测结果远高于标准要求，表明仪器符合标准要求，测定船用燃料油方法重复性良好。

表2 重复性试验结果 mm2/s

不同操作人员，使用两台同一型号黏度计HNLH-0547-1 和HNLH-0547-2，检测同一样品（燃料油RMG180 T3706）在50 ℃下的黏度，每个样品重复检测2 次所得的结果（表3）。4 次检测的平均值为140.48 mm2/s，标准偏差为0.275 0，RSD 为0.196%。

表3 再现性试验结果 mm2/s

根据标准方法ASTM D445-19 中要求，船用燃料油在50 ℃下的再现性应控制在8.46%以内。此检测结果远高于标准ASTM D445-19 的要求，表明仪器符合标准要求，测定船用燃料油方法再现性良好。

3.3.3 全自动法与手动法测定结果的比较

分别用自动法和手动法对燃料油RMG180 T3706 样品进行测定，结果见表4。通过不同全自动法与手动法测定同一样品，得到运动黏度测定结果无明显差异，但是手动法测定花费时间多、一次成功率低，所以相应使用样品量大；而全自动法测定较手动法样品所需量少、花费时间少、自动清洁，高效准确。

表4 全自动法与手动法试验比对结果

4 结论

使用带有预加热功能的Duplo 全自动运动黏度仪检测低硫船用燃料油黏度，不仅能够满足线性标准的要求，并且还会在一定程度上消除样品误差，因此检测结果优于现行标准的要求。此外，它还具有操作简单、快速的特点，减小对实验室环境和操作人员的伤害，适合用于低硫船用燃料油出厂检测，以及炼油装置工艺中的混合原料、催化油浆、混合渣油、加裂尾油、尾油等样品的黏度检测。