油品燃烧性能的规定

1、第六章 油品燃烧性能的测定目前，石油产品的绝大部分仍是作为燃料使用的，特别是内 燃机（汽油机、柴油机及喷气机）都是以液体石油产品（汽油、柴油及喷气燃料）为动力而运转的。燃烧性能是评价燃料油品的重要指标，所谓燃烧性是指燃料 是否具有较高的热值及在内燃机工作状况下能否充分燃烧，提 供更多的有效功率。当然，燃料能否充分燃烧和许多因素有关， 诸如内燃机的结构、工作状况、空气的合理供应，油品的物理 性质和化学组成等，本节主要从油料性能角度讨论这一问题， 主要目的是阐明判断燃料燃烧性能指针与组成的关系及其测定 方法。第一节 汽油的抗爆性一、汽油机爆震现象的产生1.工作原理汽油机又称为点燃式发动机，除有些种

2、类的摩托车的发动机是二冲程外，其余大多数汽油机车的发动机多为四冲程，即都要经历吸气、压缩、燃烧膨胀做功和排气四个工作过程。燃料蒸气和空气（氧气）的混合气在大于 2000C 的温度下氧化生成过氧化物，当过氧化物积累至一定浓度便自燃，生成CO2、CO、H2O，同时放出大量的热量，但是点燃式发动机中的汽油不是靠它自燃，而是靠电火花点燃，即在压缩冲程进行到离上止点前 150-200 角，火花塞便开始点火（注：压缩冲程终了汽缸压力可达到 1-1.4MPa，温度可达 250-4000C,而汽油自燃点为 415-5300C），电火花附近的烃类迅速氧化成过氧化物，并迅速聚集至一定浓度，便被电火花点燃着火燃烧，

3、产生焰峰， 以 20-40m/s 速度向前推进，此时汽缸内压力可达 3-5MPa，温 度可达 2000-25000C，属正常燃烧膨胀做功。注：活塞从上止点到下止点的直线距离称为一个冲程，所扫过的容积称为称为发动机的工作容积或发动机排量，用符号VL 表示。2.爆震现象若汽油品质不好（辛烷值低），含易氧化烃类多，已燃区温度、压力迅速增加，燃烧产物体积增加，压缩未燃区（即火焰未能传播到的地方）使某一局部过氧化物浓度浓度已很高，温度已超过烃类自燃点很多，这时，烃类便自燃，产生多个燃烧中心，是燃烧速度猛增至 1000-2000m/s，这时燃烧是已爆炸形式进行，气缸内压力为正常压力的 2-4 倍，局部温度

4、可达2500-30000C,其结果便产生猛烈的金属敲击声，同时也因火焰瞬间掠过汽缸内空间使燃烧不完全，而排出黑烟，这就是爆震现象的产生。二、影响点燃式发动机爆震的因素1.燃料的性质汽油中含有较多的自燃点低易氧化的烃类，使烃类自燃点下降，未燃区产生过多的过氧化物，汽缸温度升高超过自燃点， 使在汽缸内产生多个燃烧中心而自燃，从而引起爆震，结果产生金属敲击声，排气冒黑烟。注：C 数相同时，烷烃和烯烃易被氧化，自燃点最低，易产生爆震异构烷烃、芳烃和环烷烃不易被氧化，不易引起爆震同类烃，沸点越高（相对分子质量越大）形成不稳定过氧化物的倾向越大，故：由同一原油炼制的汽油，馏分越重，越易发生爆震。2.发动机

5、的结构和工作状况（1）压缩比压缩比 R 为发动机在汽缸活塞行驶到下止点时汽缸的容积与活塞行驶到上止点时汽缸的容积之比。汽油发动机的压缩比通常在 6.0-10.0 之间。发动机的好坏主要与热转化为功的效率有关，人们总是希望使用热功率高的发动机，而热功率又与压缩比成正比，即热功率越高，汽缸所需压缩比越大。压缩比增加，压缩后汽缸内温度压强越高，有利于烃类氧化，过氧化物积累，因而，对汽油机来说压缩比越大越易产生爆震。但是，对于汽油机我们不能采取降低压缩比的方法来达到不产生爆震的目的，而是要从燃料本身入手，想法提高汽油质量，改变汽油组成。资料：一般压缩比越大的要求汽油标号越高，通常压缩比在 7.5-8.

6、0 应选 90-93#汽油，压缩比 8.0-8.5 应选用 93-95#车用汽油，压缩比在 9.5-10.0 应选用 95-97#汽油，具体车到底选什么样的汽油，说明书上都有说明，按照说明书上加油是不会错的。（2）操作条件的影响、发动机的操作条件：汽缸内油气与空气的混合浓度（可用空气过剩系数 表示，即燃烧过程空气实际供给量和理论空气需要量之比），在 =0.8-0.9 时，最易爆震，一般在 =1.05-1.15 情况下爆震轻，功率大；汽缸进气的温度和压力增高，爆震倾向增大，冷却水温度增高，爆震趋势增大；发动机转速增大，爆震减弱。总之，凡能促使汽缸内温度，压力增加，促进汽油自燃的因素，均能增加爆震

7、，凡是能促进汽油充分汽化，燃烧完全的因素，均能减缓爆震。三、评定汽油抗爆性的意义（1）划分车用汽油的牌号汽油的抗爆性是指汽油在发动机中燃烧时，不发生爆震的能力，车用无铅汽油对抗爆性的要求是：辛烷值符合规定，保证发动机正常工作，不爆震，充分发挥功率。车用汽油的抗爆性用研究法辛烷值和抗爆指数来评价，辛烷值越高，汽油的抗爆性越好，使用可允许发动机在更高的压缩比下工作，这样可以大大提高发动机功率，降低燃料消耗。辛烷值的定义：是规定条件下的标准发动机实验中，通过和标准燃料进行比较来测定，采用和被测燃料具有相同抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积分数表示。辛烷值越高，汽油的抗爆性越好。标准燃料：或称参比燃料，由

8、抗爆性能很高的异辛烷（2.2.4-三甲基戊烷，其辛烷值规定为 100）和抗爆性很差的正庚烷（其辛烷值规定为 0），按不同体积分数配制而成。标准燃料中所含异辛烷的体积分数就是标准燃料的辛烷值。例如：某一汽油辛烷值为 81，则表明该汽油的抗爆性与含 81%异辛烷，19%正庚烷的标准燃料的抗爆性相同，所以该汽油的辛烷值是 81，辛烷值是一个相对比较值，无单位。我国车用汽油（GB17930-2006）按研究法辛烷值划分为 3 个牌号：90 号、93 号和 97 号；航空汽油的牌号也有三种：RH- 75, RH-95/130, RH-100/130,其中 75、95、100 指的就是马达法辛烷值。（自己

9、看书 111 页）资料：高效、节能、环保汽油是大势所趋，国际潮流，我国在 20 世纪 90 年代中期以前，为了提高汽油的抗爆性采用添加四乙基铅的做法，四乙基铅是一种优异的抗爆剂，但它对于环境的污染，人体的毒害及车辆中的传感器，三效催化剂伤害十分严重，故此目前已停止使用，我国车用汽油的无铅化始于 20 世纪 90 年代初，1991 年首次颁布车用无铅汽油用标准。关于车用汽油的牌号：2001 年 7 月 1 日前，按照国家新标准， 车用汽油分为三个牌号：90#、93#、95#，为了与国际接轨，随后又增加了 97#汽油，97 号汽油主要用于装有尾气催化转换器及压缩比高于 9.8 以上的汽车，颜色水白

10、透明，为目前国际先进水平。（2）评价汽油质量、指导油品生产由于各类烃类抗爆性不同，所以汽油组成不同，抗爆性不同， 汽油主要是由烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃组成，这些烃类的辛烷值高低对抗爆性好坏的影响如下：（1）烷烃C 数相同时，异构烷烃辛烷值正构烷烃，异构化程度增加， 辛烷值增加。C 数不同时，异构化程度相同时，随分子中 C 数增加，辛烷值增加直链烷烃：随分子所含 C 数的增加，辛烷值降低（2）烯烃：C 数相同时，总的看来，烯烃辛烷值正构烷烃，且双键越靠近分子中心，则辛烷值越高，烯烃异构化程度越大，辛烷值越高。C 数不同异构化程度相同时，C 数增加，辛烷值降低。（3）环烷烃五元环：侧链 C 数越多

11、，辛烷值越低；侧链异构化程度增加， 辛烷值增加；且环上小分子侧链数增多，辛烷值增大。六元环同五元环，但是辛烷值比五元环相应低些C 数相同时，带不饱和侧链的环烷烃辛烷值大于带饱和侧链的环烷烃辛烷值。环上 C 数增加，辛烷值减小。（4）芳烃：苯的辛烷值=94一取代芳烃：随取代基 C 数增加，辛烷值减小；随取代基异构化程度的增加，辛烷值升高二取代：对二取代芳烃间位二取代邻位二取代三取代：取代基对称性越高，辛烷值越高。当 C 数相同时，各类烃类辛烷值高低顺序为：芳烃高分支异构烷烃环烷烃异烯烃正烯烃异构烷烃烯烃正构烷烃 但互有交替。另外：汽油馏分轻重对抗爆性也有影响：同一原油，汽油馏分越轻，辛烷值越高。

12、辛烷值与原油基属也有关：环烷基、中间基原油汽油辛烷值比石蜡基原油所得汽油辛烷值高。例如：大庆原油为石蜡基原油，所得直馏汽油辛烷值=40-37； 辽河原油为石蜡基原油，所得直馏汽油辛烷值=62.四、汽油抗爆性评定方法1.车用汽油抗爆性的评定方法（1）马达法辛烷值马达法辛烷值是在 900r/mim 的发动机中测定的，测定条件较苛刻，一般加热至 1490C（进气温度），用以表示点燃式发动机在重负荷条件下及告诉行驶时，汽油的抗爆性能，目前，马达法辛烷值只作为评定航空汽油抗爆性的质量指针。（2）研究法辛烷值研究法辛烷值是发动机在 600r/min 条件下测定的，测定条件缓和，进气温度为室温，反映汽车在市

13、区慢速行驶时的汽油抗爆性。表示点燃式发动机在低速运转时，汽油的抗爆性能，研究法所测的结果一般比马达法高 5-10 个辛烷值单位。例如：过去用马达法辛烷值确定的 85 号汽油与现在由研究法辛烷值划分的 93 号汽油相对应。目前研究法测定车用汽油辛烷值已被确定为国际标准方法，我国车用无铅汽油抗爆性能从 2000 年起已开始采用研究法表示。研究法和马达法所测辛烷值可用式：MON=RON0.8+10 换算，其中 MON 表示马达法辛烷值，RON 表示研究法辛烷值研究法辛烷值和马达法辛烷值之差称为汽油的敏感性，它反 映汽油抗爆性随发动机工作状况剧烈程度的加大而降低的情况， 敏感性高越低，发动机工作稳定性

14、越高，敏感性的高低取决于 油品的化学组成，通常烃类的敏感性顺序为：烯烃芳烃环烷烃烷烃（3）道路法辛烷值也称行车辛烷值，用汽车进实测或全功率实验台上模拟汽车在公路上行驶的条件进行测定。一些国家采用了行车法来评定汽油的实际抗爆能力，称为道路辛烷值，它是在一定温度下用多缸汽油机进行辛烷值测定，实际应用中，大多采用经验公式（课本 112 页）计算道路辛烷值，目前，此法还未列入我国汽油的评定标准。（4）抗爆指数抗爆指数是反映车辆在行驶时汽油的抗爆性能指针，它由不同类型车辆通过典型的道路实验来确定的，通常，抗爆指数用总车辆的抗爆性能来表示，故又称为平均实验辛烷值，ONI=MON+RON/2 其中 ONI

15、代表抗爆指数、抗爆指数越高，汽油的抗爆性越好，95 号车用无铅汽油的抗爆指数为 90，表示研究法辛烷值不小于 95，抗爆指数不小于90.2.品度值航空汽油抗爆性能的评定方法对航空汽油除要求辛烷值外还要求品度值品度值的定义：燃料在富油混合气的条件下（空气过剩系数=0.7-0.8），在单缸发动机中，所能发出的最大功率与用异辛烷（品度值定为 100）工作所能发出最大功率的比值。品度值 MPN=100+3(MON-100)(注：MON100 时)MPN：马达法品度值MPN=2800/128-MON （MON环烷烃，烯烃芳烃喷气燃料的质量热值越高，耗油率越小，续航能力越强。测定意义确定燃料的理想组分及馏

16、分的轻重。（自己看书 P123 页）测定方法概述（GB/T 384-81(88)氧弹量热计法）取一定量试样，放入小器皿中，用胶片密封后，放入氧弹中，充氧气至一定压力，用电火花点燃导火索，再引燃试样， 试油完全燃烧放出的热量被量热计周围的水吸收，测量水在试样燃烧前后的温度变化值，由用水量和水的比热，可算出试油热值。A.计算水吸收的热量：Q 水=mc(t-t0) B.计算弹热值 QDQD:校正量热计散失热量，校正胶片、导火索燃烧时放出的热量和量热计吸收的热量之后所得到的每克试油放出的热量，称为弹热值 QD(J/g)QD=Q 水+量热计散失的热量-胶片、导火线燃烧热+量热计吸收热C.计算总热值 QZ

17、弹热值 QD 减去酸的生成热和溶解热后所得到的每克试油放出的热量，称为总热值 QZQZ= QD-94.2KJ/KgWs-QNWs:试样的硫含量94.2 KJ/Kg：每 1%硫转化为硫酸时生成热和溶解热，J/g QN:硝酸的生成热和熔解热 J/g，轻质燃料的 QN=50.24J/g 重质燃料的 QN=41.87 J/gD.计算净热值 QJQJ 为总热值减去水的汽化热轻质油 QJ=QZ-25.12 KJ/Kg9H重质油 QJ=QZ-25.12 KJ/Kg9（H+H2O） H:试样的氢含量，H2O：试样中的水含量9：氢含量转换为水含量的系数25.12 KJ/Kg：水蒸气在氧弹中每凝聚 1%所放出的潜

18、热，J/g自己看书 5min测定注意事项 实验室温度：波动不超过50C，测定应单独房间内进行 热量计搅拌速度：垂直搅拌，大于 50r/min,防止容器中水飞溅，并控制因搅拌产生的温度升高每 10min 不超过0.010C 温度的测定：使用热量温度计或贝克曼温度计，其校正误差不大于 0.0050C 读取温度计示值：用固定在水平支架啥把那个的放大镜读取温度计示值 引火电压：用低于 12V 的电源引火，为避免导火线的发热而带来的多余热量，在燃烧胶片及试样时，其通电时间不应超过 1S，为方便观察点火的情况，可在电路上串联一盏指示灯 氧气压力表：带减压阀的氧气压力表的分压指示范围为 0- 5.88KPa

19、 或 0-7.35KPa，供弹内装满氧气时测压力使用 压缩氧气用具的连接：严禁在连接部分涂润滑油脂。（2）烟点定义：又称无烟火焰高度，是指在规定的条件下，试样在标准灯具中燃烧时，产生无烟火焰的最大高度，单位为 mm，它是评定喷气燃料生成软积炭倾向的指标。烟点与油品组成的关系H/C 越小的烃类生成积炭的倾向越大，各种烃类生成积炭的倾向为：双环芳烃单环芳烃带侧链的芳烃环烷烃烯烃烷烃要求喷气燃料的烟点不小于 25mm，灯用煤油烟点不小于20mm，要使烟点合格，就需控制燃料的组成和馏分组成。芳烃， 特别是双环烃含量增加，油料变重都会使烟点值变小，喷气燃 料和灯油都希望限制上述有害组分的含量。故规格中除

20、限制烟 点外，还限制芳烃含量，航煤不大于 20%，灯油不大于 10%，但灯油中保留少量芳烃，燃烧后产生炭粒可增加灯焰高度。测定意义积炭的存在危害发动机的正常运行，例如：喷嘴上的积炭破坏燃料雾化状态，恶化燃烧状况，加速火焰筒壁积炭的生成， 易引起局部过热，导致筒壁变形，甚至产生裂纹，脱落的积炭可随燃气进入燃气涡轮，损伤涡轮叶片，点火器电极的积炭， 会使电极连桥而短路，无法点火启动。测定方法概述具体测定方法请看实训内容 128-130 页，自己看书（5min）测定注意事项 试样的准备：试样保持到室温即可，不能加热，以防轻组分挥发损失，如发现试样有雾状杂质，则用定性滤纸过滤 灯芯的处理：灯芯不能卷曲

21、，灯芯头必须剪平，并使其突出灯芯管 3mm，仲裁试验必须更换新灯芯 试样用量：通常试样量为 20ml，不允许用少于 10ml 的试样做实验 读数方法：为消除视觉误差，在观察灯芯呈现油烟的现象时，可在烟道后方衬上一张白纸或不透明白色板 仪器校正系数的测定：要定期测定，特别是当调换仪器， 改变操作者或大气压力变化超过 706.4Pa 时，必须进行仪器校正系数测定。（3）辉光值定义：在可见光谱的黄绿带内于固定火焰辐射强度下，火焰温度升高的相对值测定意义辉光值表示喷气燃料燃烧时火焰辐射强度，用以评定燃料生成硬积炭的倾向。喷气式发动机燃烧室壁上积炭的生成与火焰辐射强度密切相关， 辉光值越高，表示燃料燃烧

22、时火焰的辐射强度越低，燃烧时声 称硬积炭的倾向越小，为减少积碳的生成，喷气燃料的辉光值 要求不低于 45.与化学组成的关系当烃类相同时，各类烃的辉光值大小次序为：正构烷烃异构烷烃环烷烃烯烃芳烃含芳烃多的燃料，燃烧后生成炭粒较多，火焰亮度大，热辐射强度高，当达到辐射强度时，火焰温升小，其辉光值也小。环烷烃辉光值大，生成积炭倾向小，兼顾其他性能应是喷气燃料的理想组分；而烯烃、芳烃的辉光值小，生成积炭倾向最大， 必须限制其含量。测定方法概述测定原理：在标准试验条件下将试样与两个标准燃料相比较（工业标准异辛烷，辉光值规定为 100，四氢化萘，其辉光值为 0），当三者在同样辐射强度时（规定以四氢化萘烟点

23、时的火焰辐射强度为基准），测定火焰温度升高值，即可计算出试样的辉光值。LN=T1-T2/T3-T2100% T1：试样在评价基准处的火焰温升值， T2:四氢化萘在烟点时的火焰温升值 T3：异辛烷在评价基准处的火焰温升值。测定方法：P111 自己看书测定注意事项、辉光值测定主要使用灯芯式小油灯，同样要求灯芯不能卷曲， 灯芯头必须剪平，并使其高出灯芯管 6.4mm，使用前小油灯必须用丙酮或石油醚彻底清洗，烘干，否则将引起测定结果错误。（4）萘系芳烃含量：萘系芳烃包含萘及其同系物萘系芳烃燃烧程度差，对烟点影响大，更容易形成积炭，因此喷气燃料规格指标中除限制烟点外，还限制有害组分萘系芳烃含量，要求体积

24、分数不大于 3.0%。测定方法略（5）密度喷气燃料的热值有质量热值和体积热值之分，质量热值大，喷气式发动机的推动力大，油耗低，在油箱体积不变的条件下， 为增加续航时间，则需要燃料具有较高的体积热值，即在保证燃烧不变坏的条件下，喷气燃料的密度大一些较好，例：我国2 号喷气燃料要求密度（20 度）不小于 775kg/m3。与质量热值相反，烃类氢碳比越低，其密度越大，体积热值越高，当 C 数相同时，烃类密度大小顺序为：芳烃环烷烃烷烃。第四节 实训-煤油烟点的测定自己复习做课后思考题做本章练习第六章 油品燃烧性能的测定一、名词解释1、辛烷值 2、抗爆指数 3、十六烷值 4、十六烷指数 5、辉光值6、烟点 7、滞燃期 8、柴油着火点 9、净热值二、填空1、车用无铅汽油的抗爆性用辛烷值和来评价。（研究法、抗爆指数）2、我国车用无铅汽油按研究法辛烷值划分为 3 个牌号：、和。（90 号、93 号、95 号）3、同一原油，汽油馏分越轻，辛烷值越。(高)4、反映汽油抗爆性随发动机工作状况剧烈程度的加大而降低的情况，其越低，发动机工作稳定性越。（汽油的敏感性、高）5、净热值为总热值减去水的。（蒸发热）6、测定热值时，用低于V 的电源引火，为避免导火线的发热而带来的多余热量，在燃烧胶片及试样时，其通