基于颗粒计数的喷气燃料中固体颗粒沉降性研究

朱建军 王立 吕敏敏

摘 要： 喷气燃料中的固体颗粒污染物会增大飞机发动机精密部件磨损，堵塞飞机燃油系统，引发飞行事故。在我国的机场油库，常使用静置沉降法来提高油罐中喷气燃料的洁净性，但其作用效果很难通过目测法或者微孔过滤重量法从颗粒的尺寸大小和数量分布上进行分析。基于此，将基于颗粒计数对喷气燃料中固体颗粒的沉降性进行研究，利用自动颗粒计数器来研究静置沉降对储油罐中喷气燃料的不同尺寸固体颗粒污染物数量变化的影响，从而研究其作用效果。

关 键 词：固体颗粒污染物；喷气燃料；静置沉降；颗粒计数

中图分类号： TE 626.23 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1723-03

Abstract： The soild particle contaminant in jet fuel can increase the wear of the aircraft engine precision components， block the aircraft fuel system and cause accidents. In our country， static settling method is often used to enhance the cleanness of the jet fuel， but it is very difficult to analyze its effect from the size and distribution of the particles by the visual method or membrane filter method. In this paper， the influence of static settling on quantity change of soild particle contaminant with different sizes in the jet fuel in the storage tank was studied by automatic particle counter.

Key words： solid particle contaminant； jet fuel； static settling

喷气燃料常常会受到外来诸如铁锈、油漆、金属屑、橡胶屑、尘埃和沙子等固体颗粒污染物的污染，它们大多是喷气燃料在储存和运输过程中通过油罐、管线、软管、油泵、人员和空气而混入的[1]。研究表明，喷气燃料中5～50 m的固体颗粒污染物会增大飞机发动机精密件之间的磨损，容易造成燃油系统堵塞，影响飞行安全[2-10]。因此，近年来各国航空业都在加强对喷气燃料中污染物的控制，例如，英国国防部2008年公布的第六版91-91就再次强调要加强对喷气燃料污染物的控制，在喷气燃料的质量关方面明确提出要用自动颗粒计数器进行污染度检测[11]。在我国，大多数的机场油库都会采取静置沉降法来降低金属油罐中喷气燃料的污染度，提高其洁净性，确保油料质量能满足飞机对喷气燃料的洁净性要求[12]。但是这一措施的污染控制效果往往都是通过目测法或者微孔过滤重量法来判断，不能从喷气燃料中固体颗粒污染物的具体尺寸大小以及数量分布方面来进行定量分析。基于此，本文采用自动颗粒计数器对机场油库诸多喷气燃料污染控制措施中的静置沉降法进行研究，分析喷气燃料在不同静置沉降时间段中各尺寸固体颗粒污染物的数量分布，总结固体颗粒的沉降规律，判断静置沉降的作用效果。

1 实验部分

1.1 样品

选取机场油库，按照GB/T 4756[13]从储油罐取样。

1.2 仪器

（1）ACM20颗粒计数器：英国Paker公司生产。

（2）UBS离线取样器：英国Paker公司生产。

1.3 方法

自动颗粒计数法，参照GJB 380.4-2004飞机液压系统固体颗粒污染度测定（自动颗粒计数器法）[14]，采用ACM20激光颗粒计数器，配合UBS离线取样器对所取试样进行离线检测。

1.4 标准

结果报告选用NAS 1638标准[15]。

2 结果与讨论

2.1 取样静置前后喷气燃料中固体颗粒污染物分布

在机场储油罐接收的3个批次的喷气燃料分别取样，立即用颗粒计数器进行检测，然后将油样在油样瓶中密闭静置沉降9 h后去上部清液再用颗粒计数器进行检测，其结果对比如表1、表2和表3。

由表1、表2和表3的数据可知，提取油样立即进行颗粒计数器检测时，污染度等级按NAS 1638标准可确定为7级且都由粒度在5～15 m的颗粒物确定，而静置9 h后油样的检测结果优于立即检测的结果，油样的污染度按NAS 1638标准均下降至六级且均由粒度在50～100 m的颗粒物确定，三个油样污染度下降最多的為5～15 m粒度的颗粒且均下降2级。与此同时，基本上每个粒度区间的固体颗粒污染物颗粒数均有减少，其中，5～15 m粒度区间颗粒减少的比例最大，分别是56.51%、72.34%和75.14%。由此可以说明，在密闭状态下，由于没有外来污染物进入的影响，静置沉降对固体颗粒污染物的去除尤其是颗粒数较多的粒度区间颗粒的去除是相当有效的措施。但是粒度在50～100 m的颗粒物的减少并不明显且三号油样检测的这个粒度区间的颗粒数反而增大22.5%且污染度等级上升一级，可能与少数颗粒污染物在沉降的这9 h内再次与其他物质吸附聚集却又没有达到满足立即沉降下去的条件有关。不过，当颗粒尺寸大于50 m时，容易被过滤器过滤，对发动机的危害较小。总体而言，静置沉降可以提高喷气燃料的洁净性。

2.2 不同静置沉降时间喷气燃料固体颗粒污染物分布

机场油库接收油样后每间隔一定时间从储油罐分层取样检测其固体颗粒污染物含量，其中5～15 m颗粒数据如表4所示。

表4数据表明，储油罐中喷气燃料在静置沉降期间内，100 mL试样的3号喷气燃料中固体颗粒污染物5～15 m粒度区间的颗粒数在检测初期保持在5位数，检测后期为4位数，检测期间上、中、下部样检测颗粒数最多时与最少时的差值分别为12 761、13 971和14 732。燃料的污染度等级按NAS 1 638标准可确定检测初期為6级，说明喷气燃料经过多次过滤进入储油罐时，喷气燃料的洁净性已经较好。喷气燃料在储油罐中静置沉降期间，污染度等级最高为7级，到静置后期，燃料污染度等级检测为5级左右，喷气燃料污染度等级降低2级，45小时时比1 h时污染度等级降低1级，说明静置沉降效果明显。静置沉降后的喷气燃料洁净性已达到相当理想的程度，只要能够防止污染物的再次进入，即可完全满足飞机燃油系统的用油洁净度要求，以保证飞行安全。

由图1可见，随着喷气燃料静置沉降时间的延续，储油罐上、中、下部样均呈现类似的规律，固体颗粒污染物的颗粒数在早期均呈现起伏不定的一种变化趋势，而后起伏减小并逐渐趋于稳定，在25 h左右时颗粒数开始要比静置沉降初期的颗粒数低。

35 h后上部样颗粒数保持稳定并稍有增加，这可能是由于储油罐上部呼吸阀呼吸引入的新的固体颗粒杂质颗粒数要大于沉降下去的颗粒数导致的。总的来说，造成喷气燃料中固体颗粒含量这种变化规律的原因是因为固体颗粒在喷气燃料中不断地聚集、分散、沉降，一直处于动态变化，最终趋于平衡的结果。在静置沉降的后期，储油罐中喷气燃料中的固体颗粒污染物颗粒数便处于一个相对少而稳定的一个状态，可以说明，静置沉降可以降低固体颗粒的运动活性，使其部分沉降到油罐底部，减少检测中固体污染物颗粒数的波动，加之储油罐良好的储油环境，新引入的固体颗粒污染物较少，从而导致最终的检测结果颗粒数较静置沉降开始时的检测结果颗粒数要明显减少。

3 结 论

（1）通过以上的检测数据可以发现，油样静置前后的固体颗粒数变化明显，静置沉降在降低喷气燃料污染度，提高其洁净性方面的效果显著。

（2）机场储油罐中的喷气燃料在静置沉降初期时固体颗粒污染物不断地聚集、分散、沉降，一直处于动态变化，因而导致静置沉降初期测得的颗粒数处于一个较大的波动状态，到静置沉降后期，固体颗粒活性降低，检测到的颗粒数数据趋于平稳。

（3）储油罐中的喷气燃料在静置沉降25 h左右时其中的固体颗粒数开始低于静置沉降初期的固体颗粒数，并在之后数量继续减小且逐渐稳定，40 h往后污染度等级检测均为5级，由此说明静置沉降对提高喷气燃料洁净性效果明显。

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