柴油喷嘴

众所周知，柴油机属于压燃式发动机，没有其他点火设备。柴油喷入气缸后与压缩空气混合，再压缩行程气缸达到高温高压条件，气缸中的燃料便能自行着火燃烧。燃烧后产生的高温高压，将推动活塞下行做功，从而为其他部件提供动力。柴油的燃烧可分为四个时期（阶段），即滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。其中最为关键的就是滞燃期，它与柴油的品质性能有关。滞燃期越短，柴油的着火性能越好。柴油的着火性能是评价柴油燃料的重要指标，目前在我国仍用柴油的十六烷值（CN）表示。十六烷值高，表明该燃料在柴油机中发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀且完全，发动机工作平稳。测试十六烷值的传统方法是“马达法”，在GB/T 386 柴油着火性质测定法（十六烷值法）中, 使用正十六烷和七甲基壬烷作为标准燃料，将正十六烷的CN值设定为100，七甲基任烷的CN值设置为15，在标准单缸发动机上按规定方法条件进行测试，采用内插法计算出待测柴油样品的十六烷值。然而，十六烷值仅是柴油燃烧特性的表征值（即约定参比值），只与柴油中含有的导致滞燃期长短的物质有关，与柴油中是否含有十六烷和七甲基任烷并无直接关系。准确测定燃烧过程中滞燃期的长短(燃烧延迟时间)才具有实际意义。这一概念和技术，也已在欧美等国家得到广泛认可和应用，并且发现了更为合适的等容燃烧法测定柴油十六烷值。等容燃烧法与CFR IQT-TALM 测试原理等容燃烧法，采用模拟柴油机上止点前后一定范围内的温度、压力、喷嘴雾化等状态，根据不同燃料在气缸内燃烧着火延迟时间不同的原理，精确测量出该柴油燃料的着火延迟时间——滞燃期，再通过滞燃期与十六烷值的关联计算公式，导出该柴油燃料的衍生十六烷值（DCN）。也可以直接采用柴油着火延迟时间（ID），来表示该燃料的着火燃烧性能。本文将介绍全球使用最多的CFR IQT-TALM 等容燃烧法十六烷值机的测试原理。CFR IQT-TALM 等容燃烧法十六烷值机主机主要由恒压等容燃烧室、气动燃油注射泵、自控冷却液调节器和数据采集计算机组成，详细内容可观看以下视频：当燃料在气动燃油注射泵的推动作用下，通过喷嘴被喷入燃烧室时，位于喷嘴后方的位移传感器将记录下该喷油动作发生的时刻。当柴油燃料在燃烧室内高温高压下发生自燃时，恒压燃烧室内的压力会骤然增大，位于燃烧室末端的动态压力传感器将记录下燃烧室内压增大发生的时刻。由此，计算机将直接测出该燃料从喷射至开始燃烧所需要的延迟时间(ID)，并导出该燃料的衍生十六烷值（DCN）。如下图所示：等容燃烧法（NB/SH/T 0883）与传统马达法(GB/T 386)准确性比较CFR IQT-TALM 等容燃烧法十六烷值机（以下简称IQT），最早由美国西南研究院进行技术研发，1994年投入商业化，2018年被美国CFR公司收购。自2003年至今，IQT每年都会参加由ASTM国家样品交换组(NEG)和英国能源协会组织的燃料交换对比实验。全球每年有170多个实验室会参加该项对比实验，历次比对工作都表明IQT有极其良好的实测数据表现。2015年美国汽车工程师学会SAE发表论文认为，最新版本的IQT-TALM系统具有业界更高的精确度，下图为2015年NEG国家样品交换组发布的实测比对数据。从数据上不难看出，等容燃烧法(ASTM D6890，NB/SH/T 0883)设备IQT-TALM ,相较传统发动机法（ASTM D613，GB/T 386），从实测的重复性和再现性而言，IQT-TALM所测得的数据偏差均是最小的。重复性大多在0.8个单位之内，再现性在1.5个单位之内。同时，IQT拥有更为宽泛的检测范围，十六烷值的经典值可涵盖31.5-76 DCN。通过以上数据对比可以看出，IQT所采用的NB/SH/T 0883（ASTM D6890）等容燃烧法的精准性优于GB/T 386(ASTM D613)马达法。目前，全世界众多国家和地区已将CFR IQT-TALM 实验方法列入其产品标注之中。CFR IQT-TLAM等容燃烧法十六烷值机在国内外市场的应用全世界大多数国家的柴油标准都采取ASTM标准或者EN标准。比如，加拿大车用超低硫柴油标准CAN/CGSB- 3.517-2000, CAN/CGSB-3.6-2000。均列明可使用ASTM D6890方法。越来越多的国家已经将ASTM 6890 列入了柴油标准。IQT在国际上的认可度非常高，尤其在美洲和欧洲，IQT部分允许被公开的用户名单，包括BP全球燃料技术，壳牌德国石油，雪佛龙，埃克森美孚，德国石油公司，巴西石油公司，沙特石油公司，美国普林斯顿大学，韦恩州立大学，代顿大学研究所，哥伦比亚石油学院，丰田汽车，意大利海关，美国监察局，日本石油能源中心等。IQT在国内市场也同样受到广泛关注， 2010年，中国石化石油化工科学研究院采购了3台，燕山石化采购了1台，这是国内首次使用IQT进行柴油十六烷值测试，自2016年起，国内多家炼化单位如中石化镇海炼化、山东京博石化、浙江省石油公司、中石化淮安清江石化、中石化武汉石化、中石化天津石化、中石化南京扬子石化、中石化湛江东兴石化、中石化济南炼化、湖北荆门石化，购买并使用IQT进行柴油十六烷值检测。下图为近两年来，IQT用户的实测比对数据和应用反馈评价：注：红色数据为IQT实测重复性最大偏差；平均值为0.37；绿色数据为IQT与GB T386实测比对最大偏差；平均值：0.58以下为国内用户使用的真实评价IQT的特点和优势IQT之所以能得到广大用户的好评和厚爱，源自于IQT独具的特点和优势。仪器型号CFR-IQTCFR-F5符合标准NB/SH T0883 ， ASTM D6890GB/T 386 ，ASTM D613价格低廉昂贵体积台式；体积小；可自由移动固定；需制作混凝土底座；不可移动分析精度重复性（平均0.62）；再现性（2.1）；偏差小重复性（平均0.9）；再现性（平均3.8）；偏差大样品使用量20ml250ml标样正庚烷99.5%；甲基环己烷99%；价格便宜易购的专用标样需进口，价格昂贵分析时间20分钟60分钟自动化程度无需人工值守，自动运行需人工值守操作手轮，存在人为误差检测范围经典值：31.5~75.1经典值：40~56噪音低噪音高噪音，工作间需消音处理操作难度操作简单操作复杂，人员要求高维护成本每年免费校准定期需付费保养，大修应用范围普通实验室环境不可独立应用于高海拔地区界面状态Windows10界面，运行状态图文显示，异常报警无运行状态分析功能数据存储自动存储备份，可保存10万条以上测试数据，便于用户查找过往数据。无数据存储功能断电保护UPS断电保护无通过以上各方面的比较，不难看出。IQT在数据精密度、设备重复性、再现性、执行标准和检测方法等各方面的的表现都是非常优秀的。随着我国燃油品质的不断提高，油品质量升级步伐的不断加快。能够快速准确的检测出十六烷值，已成为国际、国内各炼厂的一致共识。此外，CESTOIL集团与加拿大CFR公司携手，研究的 IQT™ 辛烷值测试项目，已取得重大进展。这一项目将实现“一机多用”，减化了辛烷值检测的复杂性，降低了高昂的投入成本。作者： 广昌达新材料技术服务（深圳）股份有限公司技术中心 訾瑶

柴油是在260～350℃的温度范围内从石油中提炼出来的，主要由碳、氢和部分氧组成。柴油按馏分轻重分重柴油和轻柴油二种，其中重柴油适用于1000r/min以下的中、低速柴油机，轻柴油则适用于1000r/min以上的高速机。其根本的区别是硫含量不同，轻柴油的硫含量不大于0.2%,车用柴油的硫含量不大于0.035%。目前市场的柴油质量标准主要采用国家标准GB 19147-2016。性能指标及要求柴油的主要指标有：燃烧性、蒸发性、流动性、安定性和腐蚀性等。（1）燃烧性（着火性）： 柴油燃烧性的高低直接影响到柴油机的工作。十六烷值是表示柴油在发动机中着火和燃烧性能的重要指标。柴油的十六烷值直接影响燃料在柴油机中的燃烧过程。 柴油的十六烷值高，其自燃点低，在柴油机气缸中容易自燃，发动机工作平稳。更多油品资讯油品信息调油技术请关注微信公众号油品圈。柴油的十六烷值如果过低，燃料着火困难，会产生不正常燃烧，降低发动机的功率。但柴油的十六烷值也不宜过高，如果过高，柴油不能完全燃烧，耗油量增大。 柴油的十六烷值与其化学组成有关。正构烷烃的十六烷值******，环烷烃次之，多环芳香烃的十六烷值******。通常车用柴油的十六烷值应在45～60范围内。 （2）蒸发性： 要使发动机启动和正常工作，要求柴油具有良好的蒸发性。但蒸发性也不能太强，因为蒸发速度过快，燃烧时会积聚 柴油，使发动机工作不稳定。同时，蒸发性强，即馏分轻，粘度必然小，不仅会增大喷油泵磨损，而且降低喷雾质量，使燃烧过程恶化。这就是说，柴油的蒸发性过强或过差、即馏分过轻或过重都不适宜。柴油的蒸发性主要用馏程和闭口闪点来评定。 ①馏程 50％回收温度：该温度越低，说明柴油中轻质组分越多，蒸发性越好，使柴油易于启动。标准中规定50％回收温度不高于300℃。 90％回收温度和95％回收温度：该温度越低，说明柴油中重质组分越少，可以提高柴油的燃烧性能和柴油机的动力性能，降低油耗，减少机械磨损。标准中规定90％回收温度和95％回收温度分别不高于355℃和365℃。②闪点 柴油闪点既是控制柴油蒸发性的项目，也是保证柴油安定性的项目。一般认为轻质燃料在储运时，其闪点高于35℃就是安全的。标准中规定0号柴油的闪点不低于55℃。 （3）流动性：柴油的流动性主要由粘度、凝点、冷滤点来表示。①粘度 是柴油重要的使用性能项目，它与柴油额供给量、雾化性、燃烧性和润滑性均有密切的关系。高速柴油机在运行时，喷油时间每次只有0.001～0.002秒，要在如此短的时间内使喷入的柴油气化自燃，雾滴直径不能超过0.025mm，才能保证完全燃烧。雾化好坏取决于粘度，粘度过大则雾滴大，与空气混和不均匀，燃烧不完全形成积炭；如果粘度过小，雾化虽好，但喷射角大而近，也不能与空气混和完全，同时对喷油嘴等部件的润滑性能变差，增大磨损。标准中要求0号轻柴油在20℃时的运动粘度在3.0～8.0mm2/s,只有在这个范围内，才既能保证柴油对发动机燃油供给系统有较好的润滑性，保证柴油有较好的雾化性能和供给量，从而使柴油有较好的燃烧性能。②凝点、冷滤点 是评定柴油低温流动性两个主要指标，我国柴油就是按凝点划分牌号的，凝点是柴油不能流动的******温度。但实际使用中，在柴油完全凝固前，便有蜡结晶析出，结晶达到一定尺寸，就可能造成过滤器滤网堵塞，使柴油并未达到凝点前便不能使用。 在规定条件下柴油不能通过滤网的******温度，叫柴油的冷滤点。冷滤点与柴油的使用性能有良好的对应关系，各牌号柴油的实际使用温度范围就是按冷滤点来划分的。（4）安定性 柴油的安定性对发动机影响与汽油类似。柴油安定性差，容易氧化变质，颜色加深变黑，沉淀物和胶质增大，堵塞过滤器，容易在燃烧室形成 积炭，柴油喷射系统形成漆膜并使活塞环粘结和加大磨损，对柴油的储存和使用有很大影响。柴油的安定性指标主要用10％蒸余物残炭和总不溶物表示，同时色度的大小及变化也可以反映出柴油安定性的好坏。（5）腐蚀性 柴油的腐蚀性基本同汽油腐蚀性一样，它通过硫含量、酸度、铜片腐蚀三个指标加以控制。①酸度 酸值、酸度表示石油产品中酸性物质的总和。通常，柴油用酸度来表示。酸度大的柴油不但腐蚀机件，而且会增加喷油嘴和燃烧室的结焦和积垢。国家标准规定柴油的酸度不大于7㎎KOH/100ml。②腐蚀试验 腐蚀试验是评定油品对一种或几种金属的腐蚀作用的一种定性的试验，目的是检验油品中是否含有对金属产生腐蚀作用的硫醇、活性硫或游离硫及酸性物质、碱性物质和水分等物质。国家标准规定铜片腐蚀不大于1级。③硫含量 硫含量是指存在于油品中的硫及其衍生物的含量，是保证用油的机械不受腐蚀和操作人员不致损害健康以及防止环境污染的指标。燃料中硫含量较多时，活性硫可以腐蚀油品的储运设备和机械的供油系统；非活性硫燃烧后形成SO2和SO3，遇水形成亚硫酸和硫酸而腐蚀机械，而SO2和SO3排入大气会造成污染。标准中规定柴油的硫含量不大于0.2%,车用柴油不大于0.05%。（6）密度石油的密度随着其组成中的碳、氧、硫的含量的增加而增大。 由于密度随温度的升高而减小，我国一般用20℃下测定的密度，称为标准密度，柴油的标准密度一般为0.81～0.86克/毫升。视密度是指在试验温度（环境温度）下的密度，一般客户在接受油品测的密度为视密度。柴油密度过小，会使发动机产生爆震，耗油量增大；密度过大，则柴油不能充分燃烧，并在汽缸内和喷嘴上产生积炭，造成汽缸的磨损和堵塞油路，使耗油量增大。（7）水分和机械杂质 水分和机械杂质是大多数石油产品的重要质量指标。油品在储运过程中可能由于种种原因混入水分和机械杂质，对于油品的使用是有害的。会堵塞供油系统的管线和过滤器，增加用油机械设备的磨损等。柴油中含水时，不但设备增加腐蚀和降低效率，而且会使燃料过程恶化。在低温情况下，燃料中的水分会结冰堵塞发动机油路，影响供油。（8）色度 色度是表示柴油颜色的指标，国家标准中规定轻柴油的色度不大于3.5。柴油的色度跟原油品质、炼油工艺、精制程度都有关系。不同炼厂出品的柴油颜色会有较大差异。

前 言FID检测器作为气相色谱中使用最为广泛的检测器，早已经进入到了大众的视野中，被测样品通过色谱柱，到达FID检测器后首先要在氢火焰上燃烧生成碳正离子。如下图所示，可以看出FID的喷嘴既是检测器成功点火的保障也是样品最后的传输通道，下面我们来讨论一下这个“小零件”不言而喻的重要性。 图示：FID结构图 喷嘴的结构与多样性 1喷嘴的结构如图1，2为GC-2014的毛细柱喷嘴，岛津喷嘴均为石英喷嘴。指示1：保证喷嘴密封性的陶瓷胶，如果不慎脱落会造成检测器点火困难。指示2：石英玻璃由于喷嘴下方是高压电极，需要与基座之间做绝缘，所以中间使用了不容易碳化的石英玻璃。正因为如此，我们在拆卸时也要格外小心，防止喷嘴断裂。 2喷嘴的多样性喷嘴的种类并不局限于一种，遇到不同的分析情况时我们也要选择不同型号的喷嘴来应对。 以GC-2014为例：221-70162-92: 毛细柱分析高沸点高浓度的样品使用，防止堵塞 221-70162-93:毛细柱分析常规样品及痕量分析，灵敏度高 221-70162-94: 毛细柱分析水样时使用 221-70162-95: 填充柱时使用 221-70162-96: 填充柱分析水样时使用。 FID喷嘴的维护和更换当仪器工作中遇到FID点火失败、点火困难、点火有爆鸣声、进样后溶剂出峰时熄火、样品保留时间偏移等现象时，此时我们可以检查喷嘴状态并进行维护。 1仪器关机时，请使用手电照射FID下方与色谱柱连接端口。 2视线移动至FID喷嘴上方，查看是否有明亮光斑，如无明显光斑呈现，请使用合适口径（外径小于喷嘴内径）的细丝从上至下进行疏通（需具有一定硬度，如针灸针或琴弦等）。 当FID喷嘴污染严重无法疏通，分析特殊样品时都需要进行喷嘴的更换，过程如下：更换之前，必要的工具要先准备好，扳手两把（10-12），螺丝刀，镊子，套筒（8mm）。 第一步：准备好工具后，再开始一步一步更换FID喷嘴。如上图所示，使用螺丝刀拧松斜对角两个螺丝，取下FID收集极。 第二步：断开放大板上信号线，向上取出高压板。如图中黄色箭头所示，向右侧轻取出高压电极后断开高压线缆。使用8mm套筒（670-18800）直上直下套住喷嘴，逆时针旋转套筒，拧松喷嘴，后用镊子轻取出。 图示：拆卸下的2010喷嘴 更换新喷嘴后，安装步骤与上方拆卸部分顺序相反即可。 注意事项❖更换喷嘴前，需要各部分温度降低到至少50度以下。❖如拆卸后的喷嘴上有污物，请用醮溶剂后的纱布轻轻擦拭，不可直接超声。❖如果喷嘴堵塞无法处理或断裂，请拨打岛津售后电话400-650-0439。