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航空煤油

航空煤油是石油产品之一。英文名称Jet fuel,别名无臭煤油。主要由不同馏分的烃类化合物组成。

航空煤油密度适宜,热值高,燃烧性能好,能迅速、稳定、连续、完全燃烧,且燃烧区域小,积碳量少,不易结焦;低温流动性好,能满足寒冷低温地区和高空飞行对油品流动性的要求;热安定性和抗氧化安定性好,可以满足超音速高空飞行的需要;洁净度高,无机械杂质及水分等有害物质,硫含量尤其是硫醇性硫含量低,对机件腐蚀小。

航空煤油适用于燃气涡轮发动机和冲压发动机使用,用于超音速飞行器没有低饱和蒸气压与良好的热安定性。此外,因为煤油不易蒸发、燃点较高,燃气涡轮发动机起动时多用汽油,航空燃油中也加有多种添加剂,以改善燃油的某些使用性能。

航空煤油多采用一次通过部分转化的工艺,加工过程中采用共凝胶型催化剂,催化剂量装填多,分子筛含量少,芳烃饱和能力强,油品具有密度大、烟点高、热值高、芳烃低的特点。 除航空煤油外,各国还在研究合成烃燃料和其他高能燃料,但尚未获得广泛使用。

目前,航空燃料根据航空器动力的不同,分两大类。一类是针对活塞式发动机的燃料,主要是汽油。另一类是针对喷气式(涡喷、涡扇、涡桨、涡轴等燃气轮机)航空发动机的,学名喷气燃料,英文名称Jet fuel,一般通称航空煤油,是石油产品。

对航空涡轮发动机来说,汽油不安全,容易挥发,太容易燃烧;柴油黏度太大,在燃气轮机里不适合,因为是靠很细的喷嘴把燃料喷成云雾状跟高压高温空气充分混合,产生猛烈燃烧。喷气燃料分很多种,一般分1、2、3、4号,其中3号是比较常用。3号喷气燃料由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体,主要由不同馏分的烃类化合物组成的。3号喷气燃料密度适宜,热值高,燃烧性能好,能迅速、稳定、连续、完全燃烧,且燃烧区域小,积炭量少,不易结焦;低温流动性好,能满足寒冷低温地区和高空飞行对油品流动性的要求;热安定性和抗氧化安定性好,可以满足超音速高空飞行的需要;洁净度高,无机械杂质及水分等有害物质,硫含量尤其是硫醇性硫含量低,对机件腐蚀小。

除此而外,还有一些特殊的喷气燃料,大比重喷气燃料、高闪点喷气燃料、海军多用途燃料等。还有一些特制的就比较有意思,比如美国SR-71用的燃料你用明火是点不着的。1号适用于寒冷地区, 2号、3号适用于一般地区, 其中3号用途最广, 供出口和过境飞机加油。 4号馏分较宽, 轻馏分较多, 有利于启动点火,但不宜于炎热地区。 高闪点喷气燃料用于舰载飞机和直升机。“3号喷气燃料”是石油产品之一。英文名称Jet fuel No.3,别名航空煤油。是由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体。主要由不同馏分的烃类化合物组成。 [1]

闪点:38℃

自燃温度:超过 425℃

凝固点:-47℃(-40℃for JET A)

露天燃烧温度:260-315 ℃

最大燃烧温度:980 ℃

又称喷气燃料,主要用作喷气式飞机发动机的燃料。在上世纪50年代,中国空军飞机和大型民航客机已开始使用航空煤油,但来源一直靠从前苏联进口,1959年进口量近50万吨。为解决航空煤油的国产化问题,1956年和1957年石油部曾组织玉门炼油厂按苏联喷气燃料规格,以玉门原油试生产两批航空煤油,但在地面台架试车和空中试飞时发现存在火焰筒烧蚀问题,因而未能正式生产。1958年,又把该厂试产的航空煤油油样送苏联进行研究,经一年多试验研究仍未解决问题。

1960年,中国航空煤油的进口量锐减,已进口的油品质量也无保障。为保证空军和民航的用油需要,同年8月10日,石油部发出《关于采取多种方法试制航空煤油的通知》,要求科研、生产单位就航空煤油的烧蚀问题进行研究攻关。8月18日,航空油料鉴定委员会召开会议,讨论航空煤油的试制问题。会议决定分别由兰州炼油厂、玉门炼油厂、独山子炼油厂和石油三厂各试产一批航空煤油进行地面试车。随后,根据国务院领导同志指示,石油科学研究院、抚顺石油研究所、大连和兰州化学物理研究所、沈阳金属研究所。三机部一些科研所和飞机制造厂、解放军总后勤部、空军有关单位,以及各炼油厂共20多个单位进行联合攻关。经过大量实验室研究和地面台架试验,终于找到了产生烧蚀的原因,采用石油科学研究院推荐的添加剂,使问题得到解决。1961年独山子炼油厂用新疆原油的煤油馏分并加人抗烧蚀添加剂,生产出1号航空煤油,顺利地通过了长期台架试车和试飞。1962年,石油七厂采用大庆原油,在工业装置上生产出了合格的2号航空煤油。为了证实国产航空煤油的使用安全性能,石油部还派机关干部和各炼油厂的总工程师共20多人乘坐使用国产航空煤油的飞机,进行了近万公里的飞行,表明国产航空煤油质量优良,安全可靠。

从此,国产航空煤油很快在国内军用和民航飞机上推广使用。为了扩大产量,满足需要,石油部又安排各炼油厂生产航空煤油,并采用严格管理措施,保证了产品质量。1965年,国内消费的近70万吨航空煤油全系国内生产,从而实现了航空煤油的自给,停止从国外进口。

JET系列

现行最常用的航空煤油,是以煤油为基础的JET A-1,并根据国际标准规格生产。在美国,另有一种型号的JET A-1煤油,称为JET A。另一种常用的民用航空煤油是JET B,这是一种以石脑油与煤油混合配方制成的航空煤油,主要是为改善寒冷天气下的性能而制的。不过,JET B航空煤油的重量较低,处理时的危险性较大,因此只有在寒冷天气而有绝对需要时才会使用。两种航空煤油都具有一些添加剂:

四乙基铅(TEL, Tetra-ethyl lead),以提高燃油的闪点;

抗氧化剂,用来防止起胶,通常为碱性酚,如 AO-30、AO-31或AO-37;

防静电剂,以消减静电并防止发生火花;

新一代的航煤防静电剂为无灰型防静电剂,主要有Stadis 450, Antis JF3等抗静电剂。其中一个例子是Stadis 450,含有 dinonylnaphthylsulfonic acid(DINNSA)作为有效成分;

腐蚀抑制剂,例如用于民用与军用燃料的DCI-4A,以及军用燃料专用的DCI-6A;

燃料系统结冰抑制剂(FSII),例如 二乙烯甘油单甲基醚,一般在使用前才混合,这样,具有燃料加热管道的飞机,就不需要额外支付此类添加剂的费用。

Jet A煤油

Jet A航空煤油自上世纪50年代就成为美国的标准航空煤油类型。目前,只有美国才有供应Jet A航空煤油。Jet A与Jet A-1相似,但凝固点为-40 °C,比Jet A-1的-47 °C为高。与Jet A-1一样,Jet A的闪点也在最少38°C,而自燃温度则为超过425°C. Jet A的标准燃油编码为1863,在运油车与储存设施也会注明。Jet A专用的运油车、油库与管道,均会以黑底贴纸写上白色“JET A”字样,以及下面的另一条黑线作为识别。由于水比Jet A燃油重,水会在油箱的下面沉积,故此,储存Jet A的油箱,需要定期排空,以检查燃油是否混了水分。水份子可能会悬浮在Jet A燃油之中,这可以透过“明净测试”检出。若燃油呈混浊状态,即表示含水量超出30ppm(百万分之三十)的可接受水平。

美国法规并不要求商用燃料需要加上防静电添加剂,故此Jet A燃油一般不含防静电添加剂。 [2]

JP系列

世界各地的军队,使用的航空煤油具有另外一套称为JP系列的编号。部分类型与民用燃油几乎相同,只是部分的添加剂含量稍有不同:JET A-1与JP-8类同,而JET B与JP-4相似。其他的军用燃料属于高度专门化的制品,为特定的用途而设。JP-5燃油颇为常见,最初用于航空母舰,以减少船上火警的危机。其他的燃油就针对某一种飞机而开发:JP-6专为XB-70战神侍婢式轰炸机而制,而JP-7就是SR-71黑鸟式侦察机的特定燃油。两者都经过特别调配,具有很高的闪点以应付高超音速飞机遇上的高热与应力。另外一种为美国空军所使用的单一型号飞机专用燃油是JPTS;此燃油于1956年开发,专为洛克希德U-2间谍飞机而设。

航空煤油的燃烧性

航空煤油需要有良好的燃烧性能,即它的热值要高,燃烧要稳定,不因工作条件变化而熄火,一旦高空熄火后容易再起动,燃烧要完全,产生积炭要少。

航空煤油燃烧时,首要的是易于起动和燃烧稳定,其次是要求燃烧完全。航空煤油的起动性取决于燃料的自燃点、着火延滞期、燃烧极限、燃料的蒸发性能以及粘度等。燃烧的完全程度一方面受进气压力、进气温度和飞行高度等条件的影响,另一方面也受燃料的粘度、蒸发性和化学组成的影响。

燃料的粘度与其雾化的质量有直接的关系,雾化程度越好,越能加快可燃混合气的形成,有利于燃烧的稳定和安全。馏分较轻、蒸发性较好的航空煤油,能够快速与空气形成可燃混合气,相应燃烧完全度较高。各种烃类的燃烧完全度高低顺序如下:正构烷烃>异构烷烃>单环环烷烃>双环环烷烃>单环芳香烃>双环芳香烃。 [3]

航空煤油的安定性

航空煤油的安定性包括储存安定性和热安定性。航空煤油在储存过程中容易变化的指标有胶质、酸度和颜色等。航空煤油中含有少量的不安定组分,如烯烃、带不饱和侧链的芳香烃以及非烃等,导致胶质和酸度随储存时间的延长而增加。储存条件对航空煤油的质量变化有很大的影响,其中最重要的是温度。

当飞机飞行时,由于与空气摩擦生热,飞机的表面温度上升,邮箱内燃料的温度也上升,可达1000℃以上,因此就要求航空煤油必须具有良好的热安定性。 [4]

航空煤油的低温性能

航空煤油的低温性能是指在低温下燃料在飞机的燃料系统中能够顺利地泵送和过虑,即不能因产生烃类结晶体或所含水分结冰而堵塞过滤器,影响供油。航空煤油的低温性能是用结晶点或冰点来表示的,结晶点是燃料在低温下出现肉眼可辩的结晶时的最高温度(按ZBE31008测定);冰点是燃料出现结晶后,再升高温度至原来的结晶消失时的最低温度(按GB2430测定)。

航空煤油的腐蚀性

航空煤油的腐蚀性分为液相腐蚀和气相腐蚀两类。液相腐蚀是指航空煤油对储运设备和发动机燃料系统产生的腐蚀;气相腐蚀是指航空煤油在燃烧过程中对燃烧室内的火焰筒有烧蚀现象,并且燃烧产物对涡轮机尾气喷管等也有腐蚀。

航空煤油质量标准中除规定了酸度、水溶性酸或碱、硫含量、硫醇硫含量和铜片腐蚀等指标外,还增加了银片腐蚀试验。

航空煤油的洁净度

喷气发动机燃料系统机件的精密度很高,因而即使是细微的颗粒物质也能够造成燃料系统的故障。引起燃料脏污的物质主要是水、表面活性物质、固体杂质和微生物。我国航空煤油的标准规定航空煤油中游离水的含量不超过30μg/g。国外一些航空煤油的标准中规定,每升燃料中的固体微粒不应多于1mg,微粒直径不得超过5μm。

航空煤油的起电性

喷气发动机的耗油量很大,在机场往往采用高速加油。在泵送燃料时,由于摩擦,会在油面产生和积累大量的静电荷,其电势可达数千伏甚至上万伏。这样,到一定程度就会产生火化放电,如果遇到可燃混合气,就会引起爆炸、起火。

影响静电荷积累的因素很多,其中之一就是燃料本身的电导率。电导率小的燃料,在相同的条件下,静电荷的消失慢而积累快;反之,电导率大的燃料,静电荷消失速度快而不易积累。研究表明,当燃料的电导率大于50×10-12Ω-1m-1时,就足以保证安全。

航空煤油的润滑性

在喷气发动机中,燃料泵的润滑依靠的是其泵送的燃料。当航空煤油的润滑性能不足时,燃料泵的磨损就会增大,这不仅会降低油泵的使用寿命,而且会影响油泵的正常工作,引起发动机运转失常等故障,威胁飞行安全。

燃料的润滑性是由其化学组成决定的。航空煤油中组分的润滑性能如下:非烃化合物>多环芳香烃>单环芳香烃>环烷烃>烷烃。 [5]


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