王海青，張會成

（1．中國石化九江分公司，江西 九江 332004；2．中石化（大連）石油化工研究院有限公司）

GB／T 33298—2016《柴油十六烷值的測定 風量調(diào)節(jié)法》[1]與GB／T 386—2010《柴油十六烷值測定法》[2]測定柴油十六烷值時均采用內(nèi)插法，即選用兩個十六烷值相差不大于5且能夠覆蓋試樣十六烷值范圍的標準燃料，測量其氣量或氣缸壓縮量，通過計算得到試樣的十六烷值。

在工作實踐中，中國石化九江分公司（簡稱九江分公司）檢驗計量中心探索出一種新的柴油十六烷值檢測方法——FCD-壓縮比法[3]，此方法為柴油十六烷值檢測技術自動化、裝置生產(chǎn)在線分析儀表化提供了技術理論支持。以下針對柴油十六烷值測定的FCD-壓縮比法進行闡述及探討。

1 實 驗

1．1 儀器與試劑

FCD-Ⅱ型柴油十六烷值測定機，中石化（大連）石油化工研究院有限公司／上海滬順石化裝備有限公司產(chǎn)品；CFR-F5型十六烷值機，美國試驗與材料協(xié)會／Waukesha公司產(chǎn)品；LD301-Ⅳ型辛烷值及十六烷值參比燃料混合配樣機，上海滬順石化裝備有限公司產(chǎn)品。

副標準燃料：T-26（十六烷值75．2）；U-19（十六烷值19．4）。

1．2 壓縮比測試方法

1．2．1 FCD-Ⅱ型柴油十六烷值測定機工作原理（內(nèi)插法）

（1）FCD-Ⅱ型十六烷值機是采用固定著火滯后期法測定柴油十六烷值的。該方法的實質(zhì)是在標準操作條件下，將試樣的著火性質(zhì)與已知十六烷值的標準燃料（正十六烷與七甲基壬烷按一定體積比組成的混合物）的著火性質(zhì)相比較來測定的。其具體方法是改變?nèi)剂先紵龝r所需的進氣量，以此來獲得確定的著火滯后（延遲）期，即燃料噴射開始和燃燒（發(fā)火）開始之間的時間間隔。無論是試樣或是標準燃料，在燃燒過程中，這個時間間隔都要固定在20°（以發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角計），但不同的燃料在燃燒時所需的進氣量不同，也就是壓縮沖程終了時的溫度和壓力不同。

（2）根據(jù)試樣的氣量表讀數(shù)選擇十六烷值不大于5的兩種標準燃料，以同樣的方法得到確定的著火滯后期。當試樣的氣量表讀數(shù)處于兩種標準燃料的氣量表讀數(shù)之間時，用內(nèi)插法算出試樣的十六烷值。

（3）風量調(diào)整，一般進氣量調(diào)整由大進氣量向小進氣量進行，氣量測試完畢后，可以將進氣量調(diào)大或不調(diào)整直接進行下一個試驗。測試過程中，如果進氣量由大進氣量向小進氣量調(diào)整過度，則由小進氣量向大進氣量反向調(diào)整，直至測出準確進氣量。

（4）2020年12月7日九江分公司檢驗計量中心成功對FCD-Ⅱ型十六烷值機機組風量系統(tǒng)進行技術創(chuàng)新改造，本研究采用改造后的設備進行試樣十六烷值檢測。

1．2．2 FCD-壓縮比法測試原理

（1）按照1．2．1節(jié)（1）測定試樣風量。

（2）選擇一種標準燃料，按照1．2．1節(jié)（1）測定標準燃料風量。

（3）查閱風量-十六烷值表，依據(jù)風量查出相對應的十六烷值（自動儀器可自帶校準，直接顯示測定樣品的十六烷值）。

（4）十六烷值計算修正（自動儀器免計算修正）。

式中：CN為柴油試樣的十六烷值；CN′為柴油試樣的十六烷值測定值；CNs為標準燃料的十六烷值；CNs′為標準燃料的十六烷值測定值。

十六烷值修正的原理和目標：風量-十六烷值表是依據(jù)大氣壓等環(huán)境因素，測試系列十六烷值標油的風量建成的冪函數(shù)曲線，再形成表中數(shù)據(jù)。大氣壓的波動導致冪函數(shù)曲線整體漂移，通過分析一個十六烷值標油將整體漂移的冪函數(shù)曲線修正到與當下環(huán)境相適應的曲線狀態(tài)。

1．2．3 CFR型柴油十六烷值測定機的工作原理[2]

CFR柴油十六烷值測試原理同1．2．1節(jié)（1），使用同一標準燃料，采用內(nèi)插法計算試樣的十六烷值。CFR十六烷值測試過程與1．2．1節(jié)（1）的區(qū)別在于，CFR測試方法是通過手輪轉(zhuǎn)動改變氣缸容積壓縮比獲得柴油著火滯后期，而FCD方法則是通過風量調(diào)整獲得柴油著火滯后期。

用于十六烷值檢測時，手輪只能順時針轉(zhuǎn)動以改變氣缸容積壓縮比獲得柴油著火滯后期；若手輪順時針轉(zhuǎn)動過量，則檢測失敗，需要將手輪復位到原始狀態(tài)，重新開始下一輪檢測。

2 結果與討論

2．1 風量-十六烷值表制作方式

系列副標準燃料（十六烷值分別為23．0，28．0，33．0，38．0，43．0，48．0，53．0，58．0，63．0，68．0，73．0）配制（采用參比燃料混合配樣機）：將副標準燃料T-26和U-19加入到LD301-Ⅳ型辛烷值及十六烷值參比燃料混合配樣機中，同時將T-26和U-19的副標準燃料密度錄入配樣機參數(shù)中，將要配制的上述系列副標準燃料目標十六烷值標準值和需要配制的體積輸入配樣機，啟動配樣程序。

采用1．2．1節(jié)方法測量系列副標準燃料的相應風量（F），建立系列副標準燃料十六烷值與相應風量的關系如表1所示。

表1 副標準燃料十六烷值與試樣風量的關系

利用表1數(shù)據(jù)進行冪函數(shù)曲線擬合，得到模型擬合運算式。

由式（2）計算得到風量-十六烷值對應關系[3]，如表2所示。表2中，十六烷值整數(shù)在表兩端列，十六烷值小數(shù)在表頂端，表中部為試樣燃燒所需風量。例如，樣品十六烷值測試時，樣品燃燒所需風量為709，在表2中找到數(shù)值709，對應兩端列十六烷值72．0，對應頂端行十六烷值0．2，樣品十六烷值＝列＋行＝72．0＋0．2＝72．2。

表2 風量-十六烷值對應關系

表格的建立（表2）加速了柴油十六烷值檢測進程，試樣在風量檢測出的第一時間或檢測動態(tài)中直觀反映出相應的試樣十六烷值。十六烷值計算式（2）計算繁瑣，以現(xiàn)今的人力操作及檢測設備不利于現(xiàn)場檢測。計算式（2）為后續(xù)的自動化分析提供了技術支持。

2．2 FCD-Ⅱ型柴油十六烷值測定機組改造后的穩(wěn)定性

2020年12月7日九江分公司檢驗計量中心成功對FCD-Ⅱ型十六烷值測定機組風量系統(tǒng)進行技術創(chuàng)新改造，改造后的風量測定值更加穩(wěn)定，提高了十六烷值測定結果的穩(wěn)定性。試驗分2組進行：第一組對十六烷值51．3的標樣與Z401罐柴油樣品交替測定十六烷值；第二組對十六烷值51．0的標樣與焦化柴油及其他油樣交替測定十六烷值。試驗測定結果見表3。測定值CN′依據(jù)風量查表2得到，十六烷值CN為式（1）計算值。通過延長測試時間和間隔不同樣品的方法測試試樣十六烷值，檢查同一試樣在不同時間段測得風量的重現(xiàn)性。由測得風量通過表2查得對應的十六烷值，再通過式（1）換算為試樣十六烷值。由表3可見：十六烷值51．3的標樣經(jīng)過3次測定，風量穩(wěn)定在讀數(shù)987，而Z401罐中的柴油風量測定穩(wěn)定在讀數(shù)1 015，十六烷值各自沒有變化；十六烷值51．0標樣的連續(xù)測定風量穩(wěn)定在讀數(shù)1 073～1 078，而焦化柴油風量測定在讀數(shù)1 100。說明測定結果穩(wěn)定性良好。

表3 十六烷值機組風量穩(wěn)定性

整理表3數(shù)據(jù)，不同樣品測得十六烷值的極差與對應十六烷值平均值的重復性[2]比較見表4。由表4可見，不同樣品多次測試所得十六烷值間極差均小于相應重復性，F(xiàn)CD機組風量穩(wěn)定性優(yōu)良。風量的高穩(wěn)定性為進一步縮小檢測偏差、提高分析精度打下堅實的技術基礎；同時，也為后續(xù)柴油十六烷值測試自動化提供了技術保障。

表4 風量重復性

2．3 FCD-壓縮比法和CFR-ASTM法的差異性

采用FCD-壓縮比法測定柴油十六烷值和CFR-ASTM法測定柴油十六烷值結果見表5，考察方法準確性及應用價值。

表5 FCD-壓縮比法和CFR-ASTM法測試試樣十六烷值結果

由表5可見，F(xiàn)CD-壓縮比法和CFR-ASTM法測定柴油十六烷值的結果差異偏離均在重復性范圍內(nèi)，均滿足中間精密度和再現(xiàn)性要求，由此判斷兩種測定方法無顯著性差異。采用配對t檢驗方法[5]判斷FCD-壓縮比法和CFR-ASTM法是否存在顯著性差異，給定顯著性水平α＝0．05，查表[5]得t（0．05，11）＝1．80，t（0．05，45）＝1．68。由表5結果計算出t檢驗結果為0．113，小于1．68，說明兩種方法測定結果是一致的，即用FCD-壓縮比法測定柴油十六烷值代替CFR-ASTM法是可行的。

FCD-壓縮比法和CFR-ASTM法測定柴油十六烷值具有差異性，CFR-ASTM法基于機械原因只能朝一個方向壓縮；與CFR-ASTM法相比，F(xiàn)CD方法（含F(xiàn)CD-壓縮比法、FCD-內(nèi)插法）實現(xiàn)了風量調(diào)整雙向自由化調(diào)整，因此有更大的靈活性。

2．4 FCD-壓縮比法和傳統(tǒng)FCD-內(nèi)插法的差異性

表6為FCD-壓縮比法和FCD內(nèi)插法測試試樣十六烷值結果。由表6可見，F(xiàn)CD-壓縮比法和FCD-內(nèi)插法測定柴油十六烷值結果差異偏離均在重復性范圍內(nèi)，均滿足中間精密度和再現(xiàn)性要求，由此判斷兩種測定方法無顯著性差異。

表6 FCD-壓縮比法和FCD-內(nèi)插法測試試樣十六烷值結果

柴油十六烷值測定FCD-壓縮比法和FCD-內(nèi)插法的差異性在于：FCD-內(nèi)插法只能夠利用人力，不能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作；FCD-壓縮比法擺脫了內(nèi)插法的斷續(xù)十六烷值計算基礎，只用一個標樣或不用標樣即可測得柴油試樣十六烷值。FCD-壓縮比法的后續(xù)發(fā)展可在IC技術配合下（冪函數(shù)方程式與十六烷值測定機組合成一體，機組直接顯示測試試樣的十六烷值），通過電阻電橋等元件的應用實現(xiàn)自動化操作，在防爆技術配合下實現(xiàn)裝置在線分析儀表化。

采用配對t檢驗方法[5]判斷FCD-壓縮比法和FCD-內(nèi)插法是否存在顯著性差異，給定顯著性水平α＝0．05，查 表[5]得t（0．05，11）＝1．80，t（0．05，45）＝1．68。由表6數(shù)據(jù)計算出t檢驗結果為0．012，小于1．68，表明兩種方法測定結果是一致的，即用FCD-壓縮比法測定柴油十六烷值代替FCD-內(nèi)插法是可行的。

3 結 論

（1）九江分公司研發(fā)出柴油十六烷值測定FCD-壓縮比法，該方法測定結果精密度高，重復性好。FCD-壓縮比法與CFR-ASTM法和FCD-內(nèi)插法無顯著性差異；用FCD-壓縮比法代替CFR-ASTM法和FCD-內(nèi)插法測定柴油十六烷值是可行的。

（2）FCD機組改造風量系統(tǒng)后，十六烷值測試結果重復性差異最大為0．1，小于0．9的重復性要求。風量系統(tǒng)的高穩(wěn)定性為進一步縮小檢測偏差、提高分析精度打下了堅實的技術基礎；同時，也為柴油十六烷值測試自動化提供了技術保障。

（3）與 CFR-ASTM 法相比，F(xiàn)CD 方法（含F(xiàn)CD-壓縮比法、FCD-內(nèi)插法）實現(xiàn)了風量調(diào)整雙向自由化調(diào)整（CFR-ASTM法基于機械原因只能朝一個方向壓縮）；與FCD-內(nèi)插法（內(nèi)插法只能利用人力資源，不能實現(xiàn)自動化操作）相比，F(xiàn)CD-壓縮比法擺脫了內(nèi)插法的斷續(xù)十六烷值計算基礎，只用一個標樣或不用標樣即可測得柴油試樣十六烷值。

（4）FCD-壓縮比法的后續(xù)發(fā)展可在IC技術配合下通過電阻電橋等元件的應用技術實現(xiàn)自動化操作，在防爆技術配合下實現(xiàn)裝置在線分析儀表化。