第四章 柴油分析.ppt

第四章柴油分析,4-1柴油规格4－2柴油技术要求的分析检验,一、柴油种类、牌号,1．柴油种类,4-1柴油规格,用于压燃式发动机（简称柴油机）作能源的石油燃料称为柴油。我国柴油主要分为馏分型和残渣型两类，馏分型柴油机燃料即为轻柴油和车用柴油。,我国轻柴油和车用柴油均按凝点不同划分为七个牌号，即10号、5号、0号、－10号、－20号、－35号和－50号轻柴油或车用柴油。其中，10号轻柴油表示其凝点不高于10℃。轻柴油和车用柴油产品标记由国家标准号、产品牌号和产品名称三部分组成例如，－10号轻柴油标记为GB252－10号轻柴油；－10号车用柴油的标记为GB/T19147－10号车用柴油。不同牌号的轻柴油、车用柴油适用于不同的地区和季节,2．柴油牌号,4-1柴油规格,一、柴油种类、牌号,重柴油和残渣型柴油机燃料按100℃时的运动黏度划分牌号如35.0是指该油品在100℃时的运动黏度不小于35.0mm2/s。,一、柴油种类、牌号,2．柴油牌号,4-1柴油规格,车用柴油标准是GB/T191472003车用柴油，该标准是参照采用欧盟标准EN5091998车用柴油制定的，排放达到欧Ⅱ标准，满足国际贸易和环保要求，该标准于2003年5月23日发布，于2003年10月1日实施。该标准主要是对城市车用柴油而定，属于推荐实施标准，其实施可依据各地环保部门的具体要求而定。轻柴油标准为GB2522000轻柴油，残渣型船用燃料油标准执行GB/T17411－1998船用燃料。,二、柴油规格一、柴油种类、牌号,1．规格标准,4-1柴油规格,,二、柴油规格一、柴油种类、牌号,2．技术要求,4-1柴油规格,轻柴油和车用柴油的馏程、铜片腐蚀、水分、机械杂质、总不溶物、10蒸余物残炭值、灰分、凝点、冷滤点和运动黏度等指标要求相同，其他质量指标略有差异，车用柴油要求更高。此外，车用柴油还对密度提出了具体要求；而轻柴油还有色度和酸度两项指标。车用柴油的技术要求和试验方法见表4-1。,一、蒸发性,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,轻柴油和车用柴油主要用于高速柴油机，它对蒸发性的质量要求是在很短的时间内能完全蒸发，迅速与空气形成均匀的可燃性混合气，以保证发动机正常、稳定运转。,,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,轻柴油和车用柴油的蒸发性主要是用馏程与闪点来评价。（1）馏程与汽油略有不同，车用柴油的馏程主要用50、90和95回收温度评价。①测定意义50回收温度反映轻柴油和车用柴油的启动性。该点温度低，表明柴油中的轻质馏分含量多，柴油机易于起动，我国轻柴油和车用柴油要求50回收温度不高于300℃。,（1）馏程90与95回收温度反映车用柴油的燃烧完全性。该两点温度过高，表明柴油中重质馏分含量过多，易使其燃烧不充分，这不仅增大油耗，降低柴油机的动力性，而且还加大机械磨损，易引起发动机过热。我国轻柴油和车用柴油要求95回收温度不高于365℃。显见，柴油的馏分过轻、过重都不适宜，我国轻柴油和车用柴油馏程一般控制在200－380℃范围内。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,（1）馏程②分析检验方法轻柴油和车用柴油的馏程测定也按GB/T6536－1997石油产品蒸馏测定法进行。与汽油相比，除测定项目不同外，其取样条件、仪器准备及测定条件也略有差异。例如，样品的储存温度要求在室温下即可，而不是0－10℃；若试样含水，需用无水硫酸钠或其他合适的干燥剂干燥，再用倾注法除去，而无需另取试样；蒸馏烧瓶支板孔径为50mm，而不是38mm；蒸馏烧瓶和温度计温度不高于室温，不是限制在13～18℃；量筒和100mL试样温度为13～室温之间，而不是13～18℃；试验过程中冷浴温度控制在0－60℃内，可根据试样含蜡量控制操作允许的最低温度，不是限制在0～1℃之间；量筒周围的温度为试样温度3℃；从开始加热到初馏点的时间限制在5～15min；从蒸馏烧瓶残留液体约为5mL到终馏点的时间，要求不大于5min即可，而不是35min。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,（2）闪点闪点是将可燃性液体在专门仪器和规定条件下加热，其蒸气与空气形成的混合气与火焰接触，发生瞬间闪火的最低温度。闪点既是评价柴油蒸发倾向的指标，又是确保其安全性的指标。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,根据测定仪器的不同，闪点又分为开口闪点与闭口闪点两种，轻柴油和车用柴油的蒸发倾向用闭口闪点评价。①测定意义通常，低闪点柴油蒸发性好；但过低的闪点，也会引起柴油燃烧猛烈，致使柴油机工作不稳定。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,②分析检验方法轻柴油和车用柴油闪点的测定按GB/T261－83（91）石油产品闪点测定法（闭口杯法）进行，适用于测定燃料油、润滑油等油品的闭口杯闪点。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,测定时，将试样装入油杯至环状刻线处，在连续搅拌下加热，按要求控制恒定的升温速度，在规定温度间隔内用一小火焰进行点火试验，点火时必须中断搅拌，试样表面上蒸气闪火时的最低温度，即为闭口杯法闪点。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,③测定注意事项影响闭口闪点测定的主要因素有试样含水量、加热速度、点火控制、试样装入量和大气压力等。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,试样含水量闭口杯闪点测定法规定试样含水量不大于0.05，否则，必须脱水。含水试样加热时，分散在油中的水会气化，形成水蒸气，有时形成气泡覆盖于液面上，影响油品的正常气化，推迟闪火时间，使测定结果偏高。加热速度加热速度过快，试样蒸发迅速，会使混合气局部浓度达到爆炸下限而提前闪火，导致测定结果偏低；加热速度过慢，测定时间将延长，点火次数增多，消耗了部分油气，使到达爆炸下限的温度升高，则测定结果偏高。因此，必须严格按标准控制加热速度。点火控制点火用的火焰大小、与试样液面的距离及停留时间都应按国家标准规定执行。球形火焰直径偏大、与液面距离较近及停留时间过长等都会使测定结果偏低。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,试样装入量按要求杯中试样要装至环形刻线处，过多或过少都会改变液面以上的空间高度，进而影响油蒸气和空气混合气的浓度，使测定结果不准确。大气压力油品的闪点与外界压力有关。气压低，油品易挥发，闪点有所降低；反之，闪点则升高。标准中规定以为101.3kPa为闪点测定的基准压力。若有偏离，需作压力修正。,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,闭口闪点的压力修正公式为,（4-22）,一、蒸发性,4－2柴油技术要求的分析检验,2．评定指标的分析检验,（1）柴油机工作粗暴从理论上讲，柴油喷入燃烧室，便已具备了着火燃烧的基本条件。但实际上从柴油喷入至自燃，往往还有一定的时问间隔，这是由于柴油需完成与空气充分混合、先期氧化及形成局部着火点等物理化学准备的缘故。从喷油器开始喷油到柴油开始着火这段时间，称为着火滞后期或称为滞燃期。着火滞后期很短，通常为百分之几秒到千分之几秒，但它对柴油机工作状况的影响却很大。正常情况下，柴油的自燃点较低，着火滞后期短，燃料着火后，边喷油、边燃烧，发动机工作平稳，热功效率高。但如果柴油的自燃点过高，则着火滞后期延长，以致于在开始自燃时，气缸内积累较多的柴油同时自燃，温度和压力剧烈增高，冲击活塞头剧烈运动而发出金属敲击声，这称为柴油机工作粗暴。柴油机工作粗暴同样会使燃料燃烧不完全，形成黑烟，油耗增大，功率降低，并使机件磨损加剧，甚至损坏。,,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,二、着火性一、蒸发性,（2）影响柴油机粗暴的因素（3）质量要求要求轻柴油和车用柴油有良好的燃烧性，十六烷值适宜，自燃点低,燃烧完全，发动机工作稳定性好，不发生粗暴现象，能发挥应有的功率。,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,二、着火性一、蒸发性,（1）十六烷值①概念十六烷值是表示柴油在发动机中着火性能的一个约定量值。它是在规定操作条件的标准发动机试验中，将柴油试样与标准燃料进行比较测定，当两者具有相同的着火滞后期时，标准燃料中的正十六烷值即为试样的十六烷值。标准燃料是用抗爆性能好的正十六烷和抗爆性能较差的七甲基壬烷按不同体积比配制成的混合物。规定正十六烷的十六烷值为100，七甲基壬烷的十六烷值为15。则试样的十六烷值为（4-3）,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,二、着火性一、蒸发性,②测定意义通常，十六烷值高的柴油，自燃点低，着火性好，燃烧均匀，易于启动，不易发生爆震现象，发动机热功效率高，使用寿命长。从使用性和经济性两方面考虑，使用十六烷值适当的柴油才合理，通常柴油机的转速越大，要求燃料的十六烷值越高。,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,二、着火性一、蒸发性,③分析检验方法柴油十六烷值按GB/T386－91柴油着火性质测定法（十六烷值法）进行，该标准参照采用ASTMD613－86。测定仪器是一台可改变压缩比的专用单缸柴油机（900r/min），压缩比可调范围为7.9523.50，机上装有着火滞后期表（见图3-32）及其辅助装置（包括四个电磁传感器即燃烧传感器、喷油传感器、及两个参比传感器）。（2）十六烷指数,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,二、着火性一、蒸发性,小结重点是馏程、10蒸发温度、50蒸发温度、90蒸发温度和终馏点、残留量等概念的理解和测定方法。柴油开口闪点的测定方法。,4－2柴油技术要求的分析检验,要求是黏度适宜，即具有良好的流动性，以保证高压油泵的润滑和喷油雾化的质量，利于形成良好的混合气。,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,,（1）概念黏度是液体在一定剪切应力流动时内摩擦力的量度。黏度有动力黏度与运动黏度之分，两者有简单的换算关系，车用柴油的黏度用运动黏度评价。动力黏度是表示液体在一定剪切应力下流动时内摩擦力的量度。当流体处于层流状态时，符合牛顿黏性定律。,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,,符合式（3-26）关系的流体称为牛顿型流体。黏滞系数是衡量流体黏性大小的指标，称为动力黏度，简称黏度。其物理意义是当两个面积为1m2，垂直距离为1m的相邻流体层，以1m/s的速度作相对运动时所产生的内摩擦力。,（4-6）,运动黏度则是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度。其数值为相同温度下液体的动力黏度与其密度之比。,,,（4-7）,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,测定意义我国轻柴油和车用柴油按牌号对20℃的运动黏度有不同的要求，详见表3-17。,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,（3）分析检验方法柴油运动黏度的测定按GB/T265－88石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法进行，主要仪器是玻璃毛细管黏度计，该法适用于属于牛顿型流体的液体石油产品。其原理是依据泊塞耳方程式。,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,对于指定的毛细管黏度计，其直径、长度和液柱高度都是定值，即r、L、V、h、均为常数，因此，式（4-9）可改写为,,,,（4-10）,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,其他符号意义同式（4-8）。毛细管黏度计常数仅与黏度计的几何形状有关,而与测定温度无关。,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,由于油品的黏度与温度有关,故式（3-30）可改为,,（4-11）,2．分析检验方法,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度二、着火性一、蒸发性,轻柴油和车用柴油要求有良好的低温流动性能，以保证在使用条件下无结晶析出，不堵塞滤清器，容易泵送，供油正常，发动机易于启动。评定车用柴油低温流动性的指标主要有凝点和冷滤点。,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,（1）凝点石油产品是多种烃类的复杂混合物，在低温下油品是逐渐失去流动性的，没有固定的凝固温度。由于油品的凝固过程是一个渐变过程，所以凝点的高低与测定条件有关。油品的凝点（或称凝固点）是指油品在规定的条件下，冷却至液面不移动时的最高温度，以℃表示。,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,①测定意义凝点是油品完全失去流动性的温度，我国轻柴油和车用柴油按凝点划分牌号，如－10号车用柴油，其凝点不高于－10℃，余此类推。不同地区和气温下，应选用不同牌号的油品。②分析检验方法柴油凝点的测定按GB/T510－83（91）石油产品凝点测定法进行。该标准方法适用于测定深色石油产品及润滑油的凝点。,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,测定时将试样装入规定的试管中，按规定条件预热到50℃1℃，在室温中冷却到35℃5℃，然后将试管放入装好冷却剂的容器中。当试样冷却到预期的凝点时，将浸在冷却剂中的试管倾斜45，保持1min，观察液面是否移动。然后，从套管中取出试管重新将试样预热到50℃1℃，按液面有无移动的情况，用比上次试验温度低或高4℃的温度重新测定，直至能使液面位置静止不动而提高2℃又能使液面移动时，则取液面不动的温度作为试样的凝点。,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,（2）冷滤点在规定条件下，柴油试样在60s内开始不能通过过滤器20mL时的最高温度，称为冷滤点，以℃（按1℃的整数倍）表示。①测定意义为保证柴油发动机正常工作，规定轻柴油和车用柴油要在高于其冷滤点5℃的环境温度下使用。②分析检验方法③测定注意事项,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,与汽油相似，影响柴油安定性的主要原因同样是油品中的不饱和烃（如烯烃、二烯烃）以及含硫、氮化合物等不安定组分。安定性差的柴油，长期储存，颜色会变深，易在油罐或油箱底部、油库管线内及发动机燃油系统生成胶质和沉渣。车用柴油要求安定性好，在储存时生成胶质及燃烧后形成积炭倾向要小。评价轻柴油和车用柴油安定性的指标主要有总不溶物和10蒸余物残炭。（1）总不溶物（2）10蒸余物残炭,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,五、安定性四、低温流动性三、黏度二、着火性一、蒸发性,柴油中的硫化物会引起油管、气缸、活塞环以及其他发动机部件的腐蚀；增加积炭的生成；进入取轴箱，使润滑油老化；以及造成大气污染。轻柴油和车用柴油要求硫含量要小，以保证发动机不被腐蚀。评价轻柴油和车用柴油腐蚀性的指标有硫含量、酸度和铜片腐蚀。,1．质量要求,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度六、腐蚀性二、着火性五、安定性一、蒸发性四、低温流动性,（1）硫含量与汽油相同，柴油硫含量是指存在于油品中的硫及其衍生物的含量。①测定意义轻柴油和车用柴油分别要求硫含量不大于0.2％、0.05。②分析检验方法其测定方法与车用无铅汽油相同。（2）铜片腐蚀铜片腐蚀的测定意义、指标要求及测定方法与车用无铅汽油相同。（3）酸度酸度是用来衡量油品中酸性物质含量的指标，轻柴油要酸度不大于7mgKOH/100mL。其意义及试验方法详见第四章。,2．评定指标的分析检验,4－2柴油技术要求的分析检验,三、黏度六、腐蚀性二、着火性五、安定性一、蒸发性四、低温流动性,评价轻柴油和车用柴油清洁性的指标有机械杂质、水分和灰分。（1）水分①测定意义水分的存在，将影响柴油的低温流动性，使柴油机运转不稳定，在低温时还可能因结冰而堵塞油路；同时，因溶解带入的无机盐将使柴油灰分增大，并加重硫化物对金属零件的腐蚀作用。所以，轻柴油和车用柴油严格规定水分为痕迹。,1．清洁性,4－2柴油技术要求的分析检验,七、其他指标三、黏度六、腐蚀性二、着火性五、安定性一、蒸发性四、低温流动性,②分析检验方法柴油水分的检验可用目测法，即将试样注人100mL的玻璃量筒中，在室温（20℃5℃）下静置后观察，应当透明，没有悬浮和沉降的水分。如有争议，可按GB/T2607788石油产品水分测定法进行测定。该方法属于常量分析法，测定装置由蒸馏烧瓶、带刻度的接受器及冷凝管组成，见图4-14。蒸馏法的测定原理是，将称量好的试样及一定体积的无水溶剂注入蒸馏烧瓶中，加热至沸腾，使溶剂气化并将油品中的水分携带出去，通过接受器支管进入冷凝器中，冷凝回流后进入带刻度的接受器内。由于二者互不相溶，且水的密度比溶剂大，故在接受器内油水分层，水分沉入底部，而返回蒸馏烧瓶中，在不断加热的情况下，反复气化、冷凝，直至接受器中水的体积不再增加为止。根据接受器内的水量及所取试样量，即可由式（3-32）计算出试样的含水质量分数。,1．清洁性,4－2柴油技术要求的分析检验,七、其他指标三、黏度六、腐蚀性二、着火性五、安定性一、蒸发性四、低温流动性,,,,,（4-14）,1．清洁性,4－2柴油技术要求的分析检验,由于蒸馏法是一种常量测定法，因此只能测定含水量在0.03以上的油品。当含水量少于0.03时，认为是痕迹，如接受器中没有水，则认为试样无水。,（1）水分,七、其他指标三、黏度六、腐蚀性二、着火性五、安定性一、蒸发性四、低温流动性,（2）机械杂质（3）灰分（4）色度色度是在规定条件下，油品颜色最接近于某一色号的标准色板（色液）颜色时所测得的结果。①测定意义颜色越深，色号越大，则油品精制程度或储存安定性越差。轻柴油要求色度不大于3.5号。②分析检验方法色度的测定按GB/T654086（91）石油产品颜色测定法进行。,七、其他指标,1．清洁性,4－2柴油技术要求的分析检验,小结重点是柴油黏度、低温流动性，理解概念和测定方法,4－2柴油技术要求的分析检验,