发动机抗磨剂喷气燃料也称航空煤油，是军用和民用飞机发动机的主要燃料。2017年我国仅民用喷气燃料的消耗量就达到了3000万t，且随着航空业的蓬勃发展及航空领域的进一步开放，喷气燃料的需求量还在以10%以上的速度继续增长。3#喷气燃料主要用于航空燃气涡轮发动机和冲压发动机。发动机的燃油系统，尤其是它的喷油泵、旋转部件、摆动部件，只能依靠喷气燃料自身的润滑性进行润滑，所以喷气燃料的润滑性直接影响到发动机使用状况。随着飞机和涡轮式发动机技术的发展与革新，发动机要求的喷油压力、喷油过程的灵活性、喷油过程的复杂性都有所提高，这就对喷气燃料的润滑性提出了新的要求。
航煤生产过程中易把油品中自身存在的抗磨组分，如有机酸、硫、氮等极性化合物去除，从而使喷气燃料的润滑性能变差。如果喷气燃料的润滑性不能达到发动机要求，会引起发动机的过度磨损，导致供油量有所下降，从而降低发动机转速，严重时会影响发动机的基本运转，造成不可估量的严重后果。因此，喷气燃料润滑性的影响因素一直是行业内关注的重点。
1 实验部分
1.1 评定依据
依据GB/T6537—2018《3#喷气燃料》[1]产品标准规定，喷气燃料的润滑性评定方法为SH/T0687—2000
《航空涡轮燃料润滑性测定法（球柱润滑性评定仪法）》[2]，军用3#喷气燃料（简称军用航煤）的磨痕直径指标为不大于0.65mm，民用3#喷气燃料（简称民用航煤）的磨痕直径指标为不大于0.85mm。
1.2 评定方法
把待测试样放入试验油池中，一个不能转动的钢球被固定在垂直安装的卡盘中，使之正对一个轴向安装的钢环并加上负荷。试验的柱体部分浸入油池内并以固定速度旋转。这样就可以保持柱体处于润湿条件并连续不断地把试样输送到球/环界面上。在试球上产生的磨痕直径是试样润滑性的量度，磨痕直径越小，燃料的润滑性能就越好；反之，燃料的润滑性能越差。
1.3 仪器与材料
ABS航煤磨痕全自动分析仪，英国PCS公司。
符合SH/T0687—2000要求的航煤专用试环和试球，英国PCS公司；干燥器；标准油A，磨痕直径为（0.85±0.08）mm；标准油B，磨痕直径为（0.56±0.04）mm；高压加氢裂化装置馏出口航煤；直馏柴油裂化装置轻航煤；航煤加氢精制航煤；军用航煤；民用航煤；抗静电剂Stadis450；抗磨剂T1602。
1.4 操作条件
标准操作条件如表1所示：
表1 标准操作条件
项目数据
试样体积/mL50±1.0
试样温度/℃25±1
施加的负荷/g1000
主体转动速度/（r·min-1）240±1
空气湿度，%10±0.2
流过试样表面的空气流速/（L·min-1）  3.8
试验时间/min30±0.1
注：试样预处理时一股空气流以0.5 L/min通入试样中，同时另一股空气流以3.3 L/min流过试样表面15min。
2 影响因素研究
2.1 温度对喷气燃料润滑性的影响
保持表1中其他操作条件不变，改变温度，测定标油A、标油B和3#喷气燃料的磨痕直径，考察温度对喷气燃料润滑性的影响，分析结果如图1所
喷气燃料润滑性影响因素研究
 武莉莉
中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司检验计量中心 北京 102500摘要：喷气燃料的润滑性直接关系到燃油系统能否正常运行。当喷气燃料的润滑性较差时，会加速燃油泵柱塞球面的磨损，从而导致供油量不足，发动机转速下降， 严重时甚至会引起空中停车事故。因此，对喷气燃料润滑性影响因素的考察一直是行业内研究的重点。本文考察了温度、湿度、调油组分、添加剂、调油方案等因素对喷气燃料润滑性的影响，并分析了其影响机理。提醒从业人员要严格按照标准SH/T0687—2000规定的条件进行喷气燃料润滑性分析，并建议调油单位合理判断民用喷气燃料中的抗磨剂添加量 ，在保证喷气燃料质量合格的前提下，达到降本减费的目的。
关键词：喷气燃料 润滑性 影响因素 抗磨剂
示。图1 温度对磨痕直径的影响
从图1可以看出，同一试样温度越高磨痕直径就越大。这是由于试样的温度越高，黏度越低，润滑性就
越差。为说明黏度对喷气燃料润滑性影响的原因，本文分析了军用航煤、民用航煤的磨
痕直径与运动黏度的关系，如图2、图3所示。
图2 
军用航煤黏度与磨痕直径的关系
图3 民用航煤黏度与磨痕直径的关系
根据图2、图3可知，航煤黏度越低，磨痕直径就越大。黏度对润滑性的影响主要是由于试样的黏度降低后，无法在试球和试环之间形成有效的润滑油膜，这就降低了燃料的润滑性。综上所述，在实验室测定喷气燃料磨痕直径的操作中，必须严格按照SH/T0687—2000标准要求，将油温控制在（25±1）℃。
2.2 空气湿度对喷气燃料润滑性的影响
保持表1中其他操作条件不变，改变空气湿度，将不同湿度的空气通入油样，测定标油A、标油B的磨痕直径，通过实验考察空气湿度对喷气燃料磨痕直径的影响。结果表明，反应过程中空气的湿度越高，测得的燃料磨痕直径越大。空气湿度从10%升高到50%时，标油A的磨痕直径从0.85mm增大到0.93mm，标油B的磨痕直径为从0.56mm增大到0.65mm。这是由于通入试样的空气湿度越大，试样就越容易吸收空气中的微量水，这些微量水会代替试球和试环之间的少量燃料，从而增加试环与试球之间的磨损，降低燃料的润滑性，使测定的磨痕直径增大。因此，磨痕直径测定过程中，必须严格按照SH/T0687—2000标准要求，将湿度控制在（10±0.2）%。
本实验室目前在用的新型航煤润滑性测定仪可以全程监控反应过程的温度和湿度并以曲线的形式记录下来，使用该仪器对标油A、标油B、军用航煤和民用航煤重复测定5次，分析结果如表2所示。 
从表2可以看出，在严格控制温湿度的情况下，试样磨痕直径重复性良好，精密度高，使用该仪器能够确保分析数据准确可靠。
2.3 调油组分对喷气燃料润滑性的影响
喷气燃料的润滑性与其含有的有机酸、杂环硫、氮等极性物质的量息息相关，在实验过程中这些极性物质易吸附到金属表面，从而在金属表面形成牢固的油膜，降低金属间的磨损，起到润滑作用。
3#喷气燃料调油组分分别取自航煤加氢精制装置、直馏柴油裂化装置和高压加氢裂化装置。按照表1中的标准操作条件分别对取自不同装置的航煤样品进行磨痕直径分析，用于考察不同调油
表2 严格控制温湿度条件下试样磨痕直径测定结果
试样名称磨痕直径/mm
平均值/mm 极差/mm 重复性要求/mm
12345标样A 0.850.850.860.840.880.860.030.08标样B 0.560.570.570.560.560.560.010.04军用航煤0.620.630.640.620.610.620.020.05民用航煤
0.68
0.67
0.69
0.68
0.66
0.68
0.02
0.05
组分对喷气燃料润滑性的影响。结果如表3所示。
表3 调油组分对喷气燃料润滑性的影响
组分名称
磨痕直径/mm硫醇性
硫质量
分数平
均值，% 123平均值
航煤加氢精制航煤0.670.680.680.680.0011
直馏柴油裂化装置
轻航煤
0.800.780.790.79<0.0003高压加氢裂化航煤0.900.890.890.89<0.0003从表3可以看出，采用不同工艺生产的航煤磨痕直径大小的关系为：高压加氢裂化航煤>直馏柴油裂化装置轻航煤>航煤加氢精制航煤。这是由于作为提高航煤质量的必要手段，加氢精制工艺和加氢裂化工艺在生产过程中，会脱除燃料中的极性物质[3]，反应深度越高，脱除能力就越强(这一点从表中不同组分的硫醇硫分析数据中也得到一定的验证)，喷气燃料中极性物质越少，其润滑性就越差。因此，在实际采样、储存、分析过程中，必须确保样品的清洁，实验过程用到的所有容器和部件都必须清洗干净，任何极性物质的混入都可能会导致喷气燃料磨痕直径测定结果偏小。
2.4 添加剂对喷气燃料润滑性的影响
2.4.1 抗静电剂Stadis450用量对喷气燃料润滑性的影响
按照表1规定的标准操作条件，改变抗静电剂Stadis450的用量，考察对喷气燃料磨痕直径的影响。未加抗静电剂Stadis450时，喷气燃料磨痕直径为0.65mm，加入少量的抗静电剂Stadis450，不会对喷气燃料的润滑性有明显影响。但随着抗静电剂用量的增大，喷气燃料磨痕直径有所下降，当抗静电剂Stadis450用量达到1.5mg/L时，磨痕直径减小到0.62mm。这是由于抗静电剂也具有一定的表面活性，加入较多的抗静电剂有助于喷气燃料吸附在金属表面形成油膜，从而减小磨痕直径。
2.4.2 抗磨剂T1602用量对喷气燃料润滑性的影响
按照表1规定的标准操作条件，改变抗磨剂T1602的用量，考察对喷气燃料磨痕直径的影响。未加抗磨剂T1602时喷气燃料的磨痕直径为0.89mm，随着抗磨剂用量增加，喷气燃料的磨痕直径呈减小趋势。当抗磨剂T1602用量达到20mg/ L时，喷气燃料磨痕直径减小到0.63mm。这是因为，未加抗磨剂的燃料黏度小，在金属间形成的油膜比较薄，且稳定性、机械强度均较差，无法有效减少金属间的磨损。抗磨剂T1602是一种环烷酸添加剂，环烷酸的红外光谱图如图4[4]所示。由图4可以看出，在3000cm-1处出现羟基—OH特征吸收峰；1701cm-1处出现羰基—C=O伸缩振动吸收峰；1289cm-1处出现羧基—COOH伸缩振动峰；934cm-1处出现羧基－COOH变形振动吸收峰。在谱图中没有出现三元环、四元环特征峰，
推测环烷酸是以五元环、六元环为主的混合有机酸[5]。环烷酸具有较强化学活性，羧基端会牢固吸附在金属的表面，五元环和六元环结构还会使环内结构张力分散，使电子在金属表面均匀分散，减少局部电子聚集，从而形成牢固的、均匀的化学吸附膜[6]
，也就能起到抗磨作用。
图4 环烷酸的红外光谱图
虽然，在喷气燃料中添加抗磨剂T1602能有效地提升喷气燃料的润滑性，但是，添加过多的抗磨剂，会影响到喷气燃料的水分离指数、腐蚀、总酸值等分析项目。因此，在产品标准GB/T6537—2018《3#喷气燃料》中规定了抗磨剂的用量不大于20mg/L。
2.5 调和方案对喷气燃料润滑性的影响
某公司民用航煤的调和方案见表4，两方案加剂前的磨痕直径基本都可以达到不大于0.85mm 的指标要求，一般抗磨剂T1602用量均控制在3mg/ L。该公司生产的民用航煤磨痕直径分析结果均距离指标要求较远，建议调油时综合考虑调和方案及组分油性质，合理确定抗磨剂用量。在保证民用航煤产品质量合格的前提下，降低抗磨剂的消耗费用，达到降低调油成本的目的。
表4 某公司航煤调和方案
组分名称
民用航煤调和
方案1
民用航煤调和
方案2
组分A比例，%040
组分B比例，%10060
加剂前磨痕直径/mm0.690.71
抗磨剂T1602用量/(mg·L-1)33
磨痕直径指标要求/mm≯0.85≯0.85
（下转第１５２页）
图6 VPO催化剂在正丁烷浓度0.70%时400℃恒温Raman图3 结束语 
使用原位拉曼光谱实时观察VPO催化剂表面微观晶相结构的变化过程，发现V的晶相结构随反应条件而变化，处于VⅣ与VⅤ的动态平衡中。过量的正丁烷能够稳定VⅣ促进（VO）2P2O7的存在，抑制VⅤ的形成。延长反应时间和增加氧含量，VⅤ的含量相应增加。在高温长时间的反应条件下VⅤ以热力学更为稳定的αⅠ-VOPO4存在。 参考文献
[1] PRINCETON CHEMICAL RESEARCH，INC. Production of maleic anhydride by oxidation of n-butane:US. US3293268（A）. 1966-12-20. 
[2] Abdelouanab F B，Olier R，Guilhaume N，et al. A study by in situ laser Raman spectroscopy VPO catalysts for n-butane oxidation to maleic anhydride[J]. Journal of Catalysis，1992，134（1）:151-167.
[3] Hodnett B K. Vanadium-phosphorus oxide catalysts for the selective oxidation of c-4 hydrocarbons to maleic-anhydride[J]. Catalysis Reviews-Science and Engineering，1985，27（3）:373-424.
[4] Mestl G，Lesser D，Turek T. Optimum performance of vanadyl pyrophosphate catalysts[J]. Topics in Catalysis，2016，59（17/18）:1533-1544.
[5] Aït-Lachgar K，Tuel A，Brun M，et al. Selective Oxidation of N-Butane to Maleic Anhydride on Vanadyl Pyrophosphate:Ⅱ.Characterization of the Oxygen-Treated Catalyst by Electrical Conductivity，Raman，XPS，and NMR Spectroscopic Techniques[J]. Journal of Catalysis，1998，177（2）:224-230.
[6] Ryumon N，Imai H，Kamiya Y，et al. Effect of water vapor on the transformation of VOHPO4•0.5H2O into（VO）2P2O7[J]. Applied  Catalysis A:Genenral，2006，297（1）:73-80
3 结束语
1）温度、湿度对喷气燃料磨痕直径有较大影响，随着温度、湿度的增大，喷气燃料的磨痕直径明显增大。因此，实验室在进行喷气燃料磨痕直径测定时，应保持恒温恒湿，且必须严格控制标准规定的温度为（25±1）℃，湿度为（10±0.2）%。
2）抗磨剂的加入能有效改善喷气燃料的润滑性，但是过多的抗磨剂不但会影响喷气燃料的其他性质还增加了调油成本。民用航煤磨痕直径指标较宽（≯0.85mm），建议调油单位在加剂时，综合考虑组分性质，合理判断抗磨剂用量，在保证产品质量合格的前提下做到降本减费。
参考文献
[1]中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院. GB 6537—2006 3号喷气燃料[S]. 北京：中国标准出版社，2011.
[2]中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院. SH/T 0687—2000航空涡轮燃料润滑性测定法（球柱润滑性评定仪法）[S]. 北京：中国标准出版社，2010.
[3]Hu Jianming， Wang Dachuan，Zhao Yonggang，et al. Theory study of the adsorption of hydrocyanic acid onto small silver clusters[J]. Chinese Journal of Structural Chemistry，2014，33（2）：228-236.
[4]柯以侃. 分析化学手册：第三分册：光谱分析[M]. 2版. 北京：化学工业出版社，1998：1076-1119.
[5]张春晓，白福臣，潘振远，等. 有机高分子吸湿材料的吸附模型与机理[J]. 高分子材料科学与工程，2012，28（3）：83-87.
[6]李进，胡泽祥，陈国需，等.环烷酸用做喷气燃料润滑添加剂及其机理研究[J].后勤工程学院学报，2015，9（3）：31-38.
（上接第２４６页）