野外管線(xiàn)輸送3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系

劉 婕 岳 彬 李 輝 趙 軍 王如劍 郭江飛

〔北京航空工程技術(shù)研究中心 北京 100076〕

石油產(chǎn)品中的烴類(lèi)物質(zhì)由于不含離子而不易導(dǎo)電，是電的不良導(dǎo)體。3號(hào)噴氣燃料電阻高，是非導(dǎo)電物質(zhì)，其體積電阻通常在1011～1015Ω·m范圍內(nèi)。3號(hào)噴氣燃料在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、加注、使用過(guò)程中極易產(chǎn)生靜電荷。當(dāng)累積至一定程度，會(huì)產(chǎn)生靜電火花，引起3號(hào)噴氣燃料起火[1]。在加油作業(yè)中，控制燃料流速，采用暗流作業(yè)法，取消加油口綁扎綢套，在過(guò)濾器下游安裝消電管等措施，對(duì)減少靜電產(chǎn)生，防止事故有一定作用。但大量試驗(yàn)和實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，使用抗靜電劑增加燃料電導(dǎo)率是防止靜電爆炸事故最有效的方法[2]。溫度與電導(dǎo)率的關(guān)系是可變的，3號(hào)噴氣燃料中的微量元素將影響不同溫度下3號(hào)噴氣燃料的電導(dǎo)率，但對(duì)同一種3號(hào)噴氣燃料來(lái)說(shuō)，研究其電導(dǎo)率與溫度間的關(guān)系對(duì)3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率在無(wú)恒溫條件下的測(cè)定值轉(zhuǎn)化為《3號(hào)噴氣燃料》(GB 6537—2018)中要求的20 ℃電導(dǎo)率具有重要參考價(jià)值。在野外管線(xiàn)輸送噴氣燃料時(shí)，即時(shí)測(cè)定電導(dǎo)率能立即轉(zhuǎn)換成國(guó)標(biāo)要求的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量溫度下的電導(dǎo)率值，對(duì)判斷經(jīng)野外管道輸送后的3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率是否合格具有重要意義。

1 電導(dǎo)率與溫度的規(guī)律

噴氣燃料電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 噴氣燃料的電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線(xiàn)

根據(jù)國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)綜述，煤油型噴氣燃料電導(dǎo)率隨溫度而發(fā)生變化。含有抗靜電添加劑燃料的低溫性能大致由燃料運(yùn)動(dòng)黏度決定。其中運(yùn)動(dòng)黏度較小燃料的電導(dǎo)率隨溫度的變化較小，燃料中的微量物質(zhì)也會(huì)影響不同溫度下的電導(dǎo)率。黏土過(guò)濾后的燃料溫度與電導(dǎo)率的關(guān)系將發(fā)生變化。緩蝕劑/潤(rùn)滑劑會(huì)使低溫下的噴氣燃料電導(dǎo)率快速下降[3]。因此，研究的模型應(yīng)對(duì)同一種噴氣燃料。在相同條件下噴氣燃料的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖1[3]和表1[3]。

表1 噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系表達(dá)式

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)部分

2.1.1 主要材料

噴氣燃料分別來(lái)自國(guó)內(nèi)生產(chǎn)3號(hào)噴氣燃料的不同廠(chǎng)家，編號(hào)為1～3號(hào)。

2.1.2 儀器

恒溫箱：BF-48A，某分析儀器廠(chǎng)；電導(dǎo)率測(cè)定儀：emcee 1152，美國(guó)某公司制造。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)

將1～3號(hào)噴氣燃料分別在需要檢測(cè)溫度下恒溫1 h，用溫度計(jì)在噴氣燃料上、中、下層測(cè)試溫度恒定后，檢測(cè)噴氣燃料電導(dǎo)率，結(jié)果見(jiàn)表2。圖2是將1～3號(hào)電導(dǎo)率取自然對(duì)數(shù)，并與溫度做數(shù)據(jù)擬合，所得曲線(xiàn)分別用B，C，D表示。

表2 不同廠(chǎng)家噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系 電導(dǎo)率/(pS·m-1)

圖2 電導(dǎo)率的自然對(duì)數(shù)與溫度間的關(guān)系

2.2 結(jié)果與討論

從圖2可以看出，這3種3號(hào)噴氣燃料在不同溫度下測(cè)試出的電導(dǎo)率取自然對(duì)數(shù)后與測(cè)定溫度有線(xiàn)性關(guān)系，但線(xiàn)性關(guān)系中的斜率(b值)和截距(a值)不同，見(jiàn)下式和表3。

表3 溫度與電導(dǎo)率關(guān)系式

Y1=0.04X1+5.0

Y2=0.02X2+4.5

Y3=0.03X3+4.4

式中：X代表溫度；Y代表電導(dǎo)率的自然對(duì)數(shù)。

按表1中的方程式：有添加劑時(shí)，上限y=295.8exp(2.871×10-2x)；有添加劑時(shí)，下限y=84.85exp(2.458×10-2x)，計(jì)算0～30 ℃的電導(dǎo)率，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 理論上噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度的上、下限值 電導(dǎo)率/(pS·m-1)

1～3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率的自然對(duì)數(shù)與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 電導(dǎo)率的自然對(duì)數(shù)與溫度間的關(guān)系

圖3中同時(shí)給出了有添加劑時(shí)電導(dǎo)率理論值上限y=295.8exp(2.871×10-2x)和下限y=84.85exp(2.458×10-2x)的曲線(xiàn)，分別用E和F表示。從圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)得線(xiàn)性關(guān)系B，C，D在0℃以上時(shí)，能夠在有添加劑理論值的上限E和下限F的區(qū)間，符合上下限的區(qū)間約束。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)同種3號(hào)噴氣燃料測(cè)試溫度與電導(dǎo)率的自然導(dǎo)數(shù)值有線(xiàn)性關(guān)系。

(2)電導(dǎo)率取自然對(duì)數(shù)與溫度的線(xiàn)性關(guān)系中的斜率和截距隨不同3號(hào)噴氣燃料而不同。其中截距變化較小，這種關(guān)系反映出在溫度相對(duì)低的情況下，溫度的變化對(duì)電導(dǎo)率影響較小，而在溫度相對(duì)高的情況下，溫度的變化對(duì)電導(dǎo)率影響較大。

(3)加有抗靜電添加劑的3號(hào)噴氣燃料在不同溫度下測(cè)定的電導(dǎo)率可以符合文獻(xiàn)中噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度變化的典型范圍，且只要隨機(jī)測(cè)定兩個(gè)溫度點(diǎn)的電導(dǎo)率，就可以計(jì)算出斜率和截距，由此建立線(xiàn)性關(guān)系，對(duì)野外任意溫度下測(cè)定的電導(dǎo)率可以推導(dǎo)出20 ℃溫度下的電導(dǎo)率數(shù)值。

(4)了解3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，可將在野外管線(xiàn)輸送噴氣燃料時(shí)測(cè)定的電導(dǎo)率立即轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)溫度下(20 ℃)的電導(dǎo)率值，并據(jù)此及時(shí)判定3號(hào)噴氣燃料電導(dǎo)率是否合格。

(5)根據(jù)電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系公式，可以開(kāi)發(fā)在線(xiàn)電導(dǎo)率檢測(cè)儀器儀表。這種儀器可隨機(jī)測(cè)得數(shù)據(jù)，可以快速輸出20 ℃標(biāo)準(zhǔn)溫度下噴氣燃料的電導(dǎo)率。