U 形管振动法测定石油产品密度的应用

周鸿刚，陆 蓉

（中国石油兰州石化分公司，甘肃兰州 730060）

密度是物质的质量与其体积的比值，说及密度应标明温度，我国规定油品在20 ℃的密度为其标准密度，因为水在4 ℃时的密度等于1.000 0 g/cm3，通常以4 ℃水为基准，将温度为t 的油品密度对4 ℃时水的密度之比称为相对密度，我国常用表示相对密度。

原油及油品的密度和相对密度在生产和储运过程中有着重要意义，在原料及产品的计量及炼油装置的设计等方面都是必不可少的，此外，油品的相对密度还与其化学组成有密切的内在联系，可以为基础关联油品其他重要的性质参数[1]。因此无论在炼油厂生产控制，还是油品调合过程中，严格监控油品的密度都具有十分重要的意义。

石油产品密度的测定方法主要有三种即比重瓶法、U 形管振动法和密度计法[2-6]，三种方法的原理也不相同，U 形管振动法测量密度已广泛应用于不同领域[7-9]。本文就U 形管振动法对尼日尔炼油厂进厂原油和11 种石油产品密度测定的应用情况进行了详细的说明。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

数字密度计测定仪：Anton Paar DMA 4100M（测量结果为小数点后四位），测量范围0～3 g/cm3，温控精度0.02 ℃，测量温度范围0～90 ℃。

清洗溶剂1：重整进料；清洗溶剂2：丙酮（分析纯）。

异丙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

黏度标样：CONOSTAN Oil Analysis Standards。

汽油（iis19B01ASTM）：荷兰IIS 机构国际实验室比对样品。

柴油（iis19G01EN）：荷兰IIS 机构国际实验室比对样品。

不同温度下水和空气的密度值，见分析方法。

1.2 方法概要

ASTM D4052：手动将1 mL～2 mL 样品注入U 形振动管中，记录由U 形管质量变化而引起的振动频率的变化，结合校准数据来确定样品的密度、相对密度和API 度（由内置程序自动计算完成），可以测定任何设定温度下的实际密度，并直接转化成15 ℃的密度和API 度。

1.3 仪器的校正和清洗

用蒸馏水和空气来校正仪器，以检查确认仪器处于良好正确的工作状态，校正结果（见表1）（炼油厂实验室大气压约为960 kPa，室温25 ℃左右，相对空气湿度50%左右，查表可知，空气密度值0.001 1 g/cm3）。

清洗溶剂1 要能溶解并清除测量池中样品残留，它必须对所有样品都易溶解；清洗溶剂2 能清除第一种溶剂并且在干燥空气流下易蒸发，加速测量池的干燥，同时溶剂2 必须和溶剂1 有很好的相溶性。

清洗的频率：（1）每次校正后，用两种溶剂进行清洗；（2）日常生产中，样品与样品之间用溶剂1 清洗即可；（3）每周固定时间用两种溶剂清洗一次；（4）结果不稳定或有疑问时，随时用两种溶剂清洗。清洗干燥完成后，可用水或空气进行检查。

1.4 分析步骤

（1）仪器初始化完成后，调用相应的分析方法（DMA 4100M 出厂时内置了10 种分析方法，基本满足大多数应用，可根据实际情况新建分析方法）。

（2）当仪器显示空气密度为0.001 1 g/cm3时，用合适的注射器将大约1 mL～2 mL 样品注入干净、干燥的U 形管中，样品必须是均匀的且不含小气泡，确保试样充满试管，从可视窗观察，U 形管中不能有气泡存在，如果发现有气泡，退空试样管，再次进样并重新检查有无气泡。

（3）开始测量后，当仪器显示稳定的读数时，测试结束，记录显示屏上的结果。

（4）排放样品，清洗干燥U 形管，进行下次分析。

2 结果与讨论

2.1 准确度考察

利用几种纯试剂考察仪器和方法的准确度，连续分析两次20 ℃密度，取平均值，结果（见表2）。

由表2 可见，四个标准试剂20 ℃密度的测量值，绝对误差均小于0.000 2 g/cm3，满足ASTM D4052 的再现性要求，说明仪器测量结果是准确可靠的；另一方面，实验室从2013 年开始连续七年参加由荷兰IIS 机构组织的汽柴油国际实验室能力验证项目，密度测定结果评价一直处在优秀档级，也充分说明结果的准确度高。

表1 水和空气密度校正结果（20 ℃），g/cm3Tab.1 The density calibration results of water and air（20 ℃），g/cm3

表2 准确度考察结果，g/cm3Tab.2 The accuracy test results，g/cm3

2.2 重复性考察

选取尼日尔炼油厂进厂原油和常见的11 种石油产品，测定20 ℃密度，进行重复性的考察，结果（见表3）。

表3 重复性考察结果，g/cm3Tab.3 The repeatability test results，g/cm3

表4 中间再现性考察结果，g/cm3Tab.4 The intermediate reproducibility test results，g/cm3

由表3 可见，各个样品的重复性测定结果均较好，最大差值为0.000 2 g/cm3，均满足方法的重复性要求。

说明：由于原油是黏稠液体，测定原油密度时仪器有一加热部件，测定40 ℃密度，仪器自动转换显示15 ℃密度，然后再查石油计量表转换成20 ℃密度；由于常三线的浊点约20 ℃，对直接进样测定20 ℃密度有影响，采取测定常三线30 ℃的密度，仪器自动转换显示15 ℃密度，然后再查石油计量表转换成20 ℃密度。

2.3 中间再现性考察

由于尼日尔客观条件的限制，未能找到另一家与本实验室使用相同型号仪器的实验室，因此采取本实验室内，不同操作者用同一台仪器对同一样品按照同一分析方法，测定样品20 ℃密度，以考察中间再现性，结果（见表4）。

从表4 可以看出，不同操作者分析结果的最大差值为0.000 3 g/cm3，均符合方法的再现性要求，说明仪器性能稳定，不因操作者不同而产生大的波动。

3 结论

（1）U 形管振动法测定石油产品的密度，其准确度高，精密度完全满足方法标准的要求，是测定石油产品密度较为理想的方法。

（2）U 形管振动法所需样品量少，分析步骤简单快速，易于操作维护，测定过程影响因素相对较少，减少了实验人员的误差、工作量和工作强度，提高了分析效率，产生的废液少，减少二次环境污染，适用于炼油厂大批量的中控样品分析和产品出厂质量检测。