石油产品闪点的测量

CONTROL AND INSTRUMENTS IN CHEMICAL INDUSTRY

1999年 第25卷 第2期 Vol.25 No.2

1999

石油产品闪点的测量

曹树德

　　摘要　叙述油品闪点在生产过程中的作用及其测量方法，介绍国内外两种闪点分析器的原理、构成和在炼油装置的应用情况。

　　关键词：　石油产品　闪点　测量　分析器　炼油装置

The Measurement of Flash Point for Petroleum Products

CAO Shu-de

(Zhenhai Refining & Chemical Company Limited Refining Works,Ningbo,315207)

　　The action and its measuring method of flash point in production process are described.The principle,constitute and application refining installation for two flash point analyzer by internal and external manufacture are introduced.

1　概述

　　闪点是表征石油产品火灾危险性的安全指标。因为闪点是出现火灾危险的最低温度，闪点愈低，燃料愈易燃，火灾危险性也愈大。按照闪点的高低，可以确定运送、储存和使用燃料时的防火安全措施。

　　闪点又是判断油品馏分组成的重要质量指标。一般来说，油品蒸汽压越高，馏分的组成越轻，则油品的闪点越低；反之，馏分组成越重的油品，则具有较高的闪点。所以，在生产过程中，根据油品的闪点就能够调整操作指标，以便提出其中所含的轻质馏分。

　　石油产品闪点测定法分成闭口法和开口法。闭口闪点是用闭口法测得的；而开口闪点是用开口法测得的。通常蒸发性较大的轻质油品多用闭口法测定。因为用开口法测定时，油品受热后形成的蒸汽不断向周围空气扩散，使测得的闪点偏高。对于多数润滑油和重质油，尤其是在非密闭的机件或较低温度条件下使用时，即使有极少量轻质掺合物，在使用过程中也会蒸发掉，不至于构成着火或爆炸的危险，所以它们都采用开口法测定。

　　在某些润滑油的规格中，规定有开口和闭口闪点两种质量指标，其目的是利用两种闪点的差值，去检查润滑油馏分的宽窄程度和低沸点混入物的含量。一般情况下，开口闪点要比闭口闪点高20～30℃，如果两者相差太大，说明有轻质馏分混入，或是蒸馏时有裂解现象，或是溶剂脱蜡过程中溶剂分离不完全等。

　　记录闪点温度有三种方法：①当点火发生时，将记录仪的热电偶短路；②当点火发生时，把电位差记录仪正在重新平衡的电机断开；③在点火发生时采取温度信号，并把选取的峰值信号送给拾峰器的保持电路。

2　44624/5型集成式闪点系统

2.1　构成和工作原理

　　整套仪表由测量组件和控制组件以及辅助系统组成。测量组件包括闪蒸杯组件、样品温度控制器、闪爆检测控制器、下刻度驱动电路和高电压点火变压器以及箱体加热器系统；而控制组件包括电源继电器、冷却周期时间控制器和高电压点火控制电路；辅助系统包括样品处理单元、样品冷冻单元、样品输送和停车系统。

　　测量组件(图1)的核心部分是闪蒸杯，它系垂直安装，接有排液、放空和样品管道。闪蒸杯右上侧是金属接地电极，左侧是玻璃绝缘的高压电极，在加热周期中每1～2 s在气相产生一个5

kV的火花。

图1　测量组件流程图

　　闪蒸杯上部气相空间装有铁—康铜(J型)热电偶，下部液相内也装有铁—康铜(J型)或康铜—铝硅(K型)热电偶。它们作为发讯器，与闪爆检测电路板、下刻度驱动变压器和翻转继电器共同组成闪爆检测电路。在热蒸汽—空气混合物点火之前，气相和液相热电偶的温差保持相对恒定；点火之后，气相热电偶的温度(或气液两相的温差)急剧升高。由于两个热电偶是反向串联的，因而温差的急剧增大导致电势的突然增加，并使放大器带动的翻转继电器动作。当这个继电器被触发时，一个下刻度驱动电势加到液相热电偶上，产生瞬时的下刻度漂移，于是记录仪所示的峰值电压就是实际的闪点温度。

　　高压点火变压器装在加热器旁边，5 kV的输出电压供给闪蒸杯组件内玻璃隔离的高压电极；在控制组件内，冷却周期时间控制器由可变阻抗控制元件和延时继电器组成；高压点火控制电路内的多谐振荡器或锯齿波振荡器，产生大约1 s周期的脉冲，接通5 kV变压器，它使电极到地两端产生一个高压火花；仪表的辅助系统中，手操阀和电磁阀用来控制样品的流向以及开停车。样品处理系统过滤和冷冻样品，并调整样品和空气的压力和流量。

　　本系统是采用高电压电极点火，热电偶直接测量闪点温度，其测试结果符合ASTM测试方法D-56(即塔格闭口杯测试方法)，所以其精度是比较高的，在10～121℃(50～250。F)的闪点范围内工作时，可以达到±1℃(±2。F)。如果需要测量79℃(175。F)以上的闪点，必须用彭斯基—马顿斯方法(ASTM D-93)，或其它相似的实验室方法所作的分析来修正结果。

2.2　运行情况

　　加氢精制装置(Ⅲ)于1996年底开工以后，闪点分析器即投入运行。从运行情况来看，仪表能够连续提供准确的分析数据，使得工艺操作人员可以随时掌握闪点的变化趋势，以便在超限时采取适当的措施，维持工况于既定的操作指标。这是人工分析所不能胜任的。

　　仪表质量是令人满意的，运行以来还没有发生任何部件损坏的现象。它最主要的缺点是，高压点火电极的点火频率极高(1～2 s一次)，使得样品中的碳分子不断燃烧，燃烧后生成的碳就在点火电极周围堆积(结焦)。这样，引起点火电极和金属接地电极之间的间隙缩小，一旦短路分析器将无法工作。结焦的速度与样品中的碳原子数成比例，汽油的碳原子数较煤油少，结焦的速度就要慢一些。一般可以用调整冷却周期时间的方法来控制结焦的速度。我们经过试验，分析煤油样品时，10 min的冷却周期可以保证仪表正常运行20天。到达这个期限时，点火电极就必须拆下清洗。此外，因为点火电极是用玻璃隔离的，所以它容易破碎，拆卸时要特别小心，否则可能造成损坏。由于我厂的煤油样品的温度较低，光是水冷却就能达到分析所需要的样品温度要求，因此系统中的致冷元件没有使用。对于温度较高的油品，致冷元件是不可缺少的。3　FPA-12型闪点分析仪

　　FPA-12型闪点分析仪是荆州分析仪器厂的产品，应用于我厂加氢裂化装置的柴油闪点分

析。原理见图2所示。

图2　工作原理示意图

　　图注：1——油加热器TH2；2——闪蒸器；3——反应器；4——加热器TH1；5——测温铂

电阻Rt1；6——传感器；7——换热器；8——测温铂电阻Rt2

　　该仪器利用以纯铂催化剂为核心的传感器，测得油气的浓度，并通过相应的控制系统控制油气的浓度恒定，从而完成闪点值的测量。

3.1　工作原理

　　过滤和冷却后的样品由进料泵以一定的流量输入，经过热交换器和加热器(1)加热，然后流进闪蒸器(2)。仪表空气经减压过滤器和流量计，以恒定的压力和流量去加热器的空气预热腔，加热后也进入闪蒸器，在那里与样品混合，并从闪蒸器上部进入反应器(3)。参与反应的油气自反应器(3)顶部逸出后通过热交换器(7)，并从其上部排出箱外，而液体经热交换器的排油管排出。闪蒸器与热交换器的排油管构成U型管，以保证闪蒸器中具有一定的液位。

　　反应器内装有加热器(4)和测温铂电阻(5)，它们通过控制电路构成自成体系的闭环温度控制系统。由铂电阻测得反应器的温度，信号经R/V变换成电压信号，与温度给定值的电压信号比较后馈送给调节器，调节器信号输送给驱动器，后者驱动反应器的加热器(300W内热式烙铁芯)，

保证传感器(6)的条件温度不变。

　　因为传感器的表面是一层催化剂，所以进入反应器的一部分油气与之接触时，在催化剂的作用下发生热化学反应。随着油气浓度的不断变化，其反应产生的热量Q也发生变化，使传感器所感受到的温度同样发生变化。传感器内装有一个热电偶，由它将温度信号转变为毫伏电势信号。

　　这个代表传感器温度的电势信号，与代表传感器条件温度的热电势信号相减，得到的温差电势信号经放大器放大，并与温差电势给定值进行比较，然后馈送到调节器。调节器的输出信号控制油加热器的功率，从而改变进入闪蒸器的油品温度。

　　在其它条件不变的情况下，油温升高时其油气浓度也升高。若油气浓度一定，则传感器所获得的温差信号也一定。若用规定的方法，将已知闪点值的标准样品通入分析仪，由置入进油管道内的铂电阻测得的油温作为闪点值，则改变传感器的温差给定值，就可使它与标准样品的闪点值完全相符。固定该给定值不变，当通入未知样品时，由传感器、调节器和油加热器等组成的闭环控制系统便可以自动调节。当传感器的温差与给定值相等时，调节系统趋于平衡。此时，铂电阻Rt2(BA1，46 Ω)测得的油温度值便是未知样品的闪点值，再经R/V转换器转换成4～20 mADC的标准信号。

　　因为FPA-12型是通过维持催化热化学反应造成的传感器温差信号为定值时，测量样品的进口温度作为闪点温度，可以看作是间接(或参比)的方法，所以其分析精度不如美国的44624/5型。它在测量范围为25～125℃时，测量结果与国际通用的闭口闪点法，ASTM-D56标准分析方法的分析结果相对应，它们之间的偏差小于等于2℃，仪表重复性精度为2℃，稳定性为连续分析同一种样品168 h，极差不大于2℃，响应时间不大于8 min。这样的规范还是比较好的，能够适应在炼油装置使用。

3.2　运行情况

　　我厂加氢裂化装置设置的FPA-12闪点分析仪于1993年投入运行，至今已有5年多时间。从运行效果来看，头两年故障率较高，维护量较大，后来逐渐稳定下来。仪表的主要问题还是少数元件的质量不能适应长期运行。首先，传感器表面的催化剂经过一段时间后，很容易失去活性，造成油气产生的热量不够，热电偶测得的温度就偏低。其次，仪表工作时要求将样品冷却到低于闪点10～15℃，航空煤油的闪点为30～40℃，接近夏天的水温度，所以夏天用水冷却效果不好；故采用冷堆致冷技术，但是冷堆质量不良，经常需要更换。还有在电气元件方面，电路板上的某些电位器和插座经常接触不好，测量和调整都比较困难。又因为我厂近几年加工大量高硫原油，常有硫化氢渗入密封不良的电子部分箱体，引起电路板腐蚀。此外，一些与样品接触的部件，如齿轮泵、过滤器和膜片等，也曾经损坏过。

　　我们认为，这种仪表采用热化学反应的检测方式，结构可靠，使用方便，虽然精度比美国44624/5型低，但是其重复性优于国产实验室仪器，而且不存在44624/5型容易结焦而影响运行的缺陷，使得维护量大为减少。

作者单位:镇海炼油化工股份有限公司炼油厂，浙江宁波，315207

收稿日期　1998－09－30。

石油产品闪点的测量

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被引用次数：曹树德， CAO Shu-de镇海炼油化工股份有限公司炼油厂,浙江宁波,315207化工自动化及仪表CONTROL AND INSTRUMENTS IN CHEMICAL INDUSTRY1999，25(2)2次

1.期刊论文 陈晓彤. 邹惠玲. 夏攀登 石油产品闪点测定方法的探析 -硅谷2009,""(22)

介绍闪点试验起源和发展以及国内测定石油产品闪点的主要标准方法.闪点可分为闭口闪点和开口闪点,根据石油产品种类的不同采取不同的方法测定闪点.因此,对影响测定石油产品闪点准确性的因素进行探讨,包括升温速度、火焰大小和点火次数、试样的含水量、大气压的校正等;同时将闪点不同的测试方法进行比对,并对近年来国外在石油产品闪点测试标准中如何采用标准物质来保证测试的可靠性予以探讨.

2.期刊论文 袁汉平. 王瑞荣. YUAN Han-ping. WANG Rui-rong 石油产品闪点测定方法的探讨 -润滑油2005,20(2)

介绍了闪点试验起源和发展以及国内外测定石油产品闪点的主要标准方法.闪点可分为闭口闪点和开口闪点,根据石油产品种类的不同采取不同的方法测定闪点.文章对影响测定石油产品闪点准确性的因素进行探讨,包括升温速度、火焰大小和点火次数、试样的含水量、大气压的校正等,同时对测定闪点不同方法之间进行比对,并对近年来国外在石油产品闪点测试标准中如何采用标准物质来保证测试的可靠性予以介绍.

3.学位论文 蔡嫣然 石油产品闭口闪点检测仪设计与研究 2005

石油产品闭口闪点是石油产品的一项重要特性，它的检测意义重大，不仅关系到石油产品的使用、存储、运输安全，还关系到环境保护及多种化工产品的加工和制造。石油产品闭口闪点检测仪作为检测石油产品闭口闪点的科学仪器要求具有良好的稳定性及较高的精度。

该文介绍的是基于Atmega128单片机的石油产品闭口闪点检测仪设计与研究。根据国家石油产品闭口杯法闪点检测标准(GB/T261)，该文设计了一套完整的、自动化、智能化的石油产品闭口闪点检测系统。该系统可实现油温检测、闪点检测、加热器控制、键盘输入及LCD显示、RS-232及RS-485串行通讯等功能。该文对每个功能的实现都进行了硬件电路设计及软件编程工作。在对现有闭口闪点检测仪的研究状况进行分析的基础上，发现油温检测不准确是影响检测仪性能的主要因素。因此，该文重点研究了油温检测方法，利用分段线性化结合增益校正及量程校正得到了高精度的油温检测值。针对目前多数国产检测仪存在闭口闪点检测长期稳定性、复现性差的问题，该文对闪点检测方法——温度闪火判断法进行了改进。利用面积闪火判断法检测闪点，从而有效地区分了闪火与不闪火，闪火与假闪火的情况。经实验数据表明，这种改进的闪点检测方法完全符合GB/T261规定的闪点检测要求。

该文还介绍了利用VisualBasic6.0开发的与石油产品闭口闪点检测仪相配套的上位机监控软件，该软件不仅可实现石油产品闭口闪点检测仪的菜单设置及功能操作，还可以实时地显示各种检测数据及曲线。另外，该软件还增加了报表打印功能以及数据库查询功能。上位机监控软件的开发大大扩展了检测仪的功能，方便了用户的使用。

4.期刊论文 周山丹. ZHOU Shan-dan 对石油产品闪点测定的讨论 -科技信息2009,""(21)

论述石油产品闪点测定原理及测定方法,讨论影响测定石油产品闪点准确度的因‘素,以及测定石油产品闪点在生产和应用中具有重要的指导意义.

5.期刊论文 谭秋艳. 刘慧玫. 于忠. TAN Qiu-yan. LIU Hui-mei. YU Zhong 石油产品闪点测定方法的研究分析 -现代测量与实验室管理2006,14(6)

本文介绍了国内外石油产品闪点测试的主要方法及我国采用的标准方法存在的主要问题.探讨了影响闪点测试准确性的几种主要影响因素,包括试样的保存、处理、加样量、升温速度、点火、大气压的影响等.并对我国闪点标准的修订提出了几点建议.

6.学位论文 修伟 石油产品闭口闪点检测仪研究 2008

在石油产品的生产、储存和运输过程中，闭口闪点是必不可少的反映石油品质和安全性的检测指标。与国外相比，国内的石油产品闭口闪点自动测定仪，在测量精度、稳定性、实验效率和操作界面等方面仍然需要改进。

根据国标GB/T261和美国材料与试验协会ASMD93两种石油产品闭口闪点测定标准，本文设计了一套自动化、高精度、高可靠性、操作方便的石油产品闭口闪点检测系统。该系统采用MSP430F169为控制单元，EPM240为接口和功能协处理器的核心框架方案。运用∑-△转换技术的16位模数转换器AD7705提高了系统的测量精度。设计了基于RS232的内部扩展总线，使仪器具有很强的可扩展性，并将LCD控制器、触摸屏控制器和U盘读写器连接到总线上。系统使用触摸屏和大尺寸彩色LCD技术，提供用户丰富的信息和良好的操作环境。

在使用Pt100温度传感器代替液体温度计过程中，二者的动态特性差异会给测量带来误差。为了符合石油产品检测仪器标准，须以液体温度计为标准对Pt100传感器进行动态补偿。本文分析装配式Pt100传感器和GB1水银温度计的数学模型，首次引入三阶模型描述Pt100传感器。通过实验，辅以MATLAB软件计算仿真，得到二者传递函数。提出基于传递函数的补偿算法将前者动态特性逼近后者，并将该算法应用于实际检测中，得到了较好的逼近效果。

经实际调试验证，该系统结构简单，成本低廉，控制灵活，性能可靠，人机交互界面友好，提高了工作效率和准确度，满足现实生产需要，有较好的应用和推广价值。

7.会议论文 李建华. 陈丹凤. 黄丽丽 自动闭口闪点测定系统分析研究的软件开发 2007

介绍了采用国外自动闭口闪点测定仪实现石油产品闪点测定的自动化,开发出完全满足分析方～法规定的测定条件要求的软件,实现了石油产品闪点测定由过去的人工手动控制操作转变为软件自动控制操作,软件自动存储分析数据,便于测定结果的追踪,确保了分析数据的真实性,消除了人为因素所造成的误差,提高了化验分析准确性,减低了分析人员的劳动强度,在给生产操作提供真正可靠的指导性数据的同时,达到了优化操作、提高收率的目的。为石油产品闪点的测定方法的开发,提供了技术支持。

8.期刊论文 李建华. 陈丹凤. 黄丽丽. Li Jianhua. Chen Danfeng. Huang Lili 自动闭口闪点测定系统在石油产品分析中的应用 -现代科学仪器2008,""(1)

本文介绍了采用国外自动闭口闪点测定仪实现石油产品闪点自动测定的应用.利用仪器提供的功能开发了满足分析方法规定要求的应用模型,实现了石油产品闪点测定由过去的人工手动控制操作为软件自动控制操作的转变,软件自动存储分析数据,便于测定结果的追踪,确保了分析数据的真实性,消除了人为因素所造成的误差,降低了分析人员的劳动强度,为石油产品闪点的测定方法的开发,提供了技术支持.

9.学位论文 李素芳 基于智能控制的石油产品的闭口闪点的检测 2007

石油产品的闪点是石油产品在储运中最为重要的安全性指标。随着我国对外开放的高速发展和石油产品贸易的迅猛增加，我国现有的闪点测试仪在速度、精度及测试标准等方面已经远远不能满足经济发展的需要。因此，开发现代化智能的自动闪点测试系统具有十分重要的意义。

测定闪点的标准仪器有闭口杯式和开口杯式两种。前者用于测定挥发性强、低闪点的液体；后者用于测定挥发性差、高闪点的液体。本文主要研究了石油产品的闭口闪点的测定，对火焰检测系统和线性升温控制的方法进行了重点研究。

本智能闭口闪点自动测试系统是根据国家标准GB/T261-83及国际标准IS02719-1988的规定方法与操作程序研制的。根据测试标准要求吸收了原机型的优点及已成型的搅拌、风冷等方案，对原机型欠缺方面作了较大改进。在质的方面智能机比原型机有更大的优越性，大大提高了闪点测试速度及精度且具有较多的附加功能。整机用AT89C51等芯片组成单片机对整个测试过程进行调控，控温用数字式PID与模糊控制相结合方式以获得良好的控温线性。由铂电阻作为测温传感器，通过电桥把温度的变化转化为电压的变化，并用ICL7135组成A/D转换器作为测温单元，使用中无需调零。闪点检测采用热电偶微分检测方式。接口电路及逻辑控制电路均采用集成电路及高可靠性光电耦合器件。在软硬件方面均作了较大努力，也解决了一些诸如干扰造成的问题。

目前线性控温算法多采用PID算法，这种算法比较简单、易于编程实现、收敛快、鲁棒性好。但是PID的超调对于闭口闪点控温过程显得过高，故本控温研究采用先PID控制，后模糊算法控制的方案。两者结合使系统动态和稳态特性均较好，达到系统的优化。

本文还对智能闪点测定仪的若干安全问题进行了研究，提出了对一些安全隐患的防范措施，提高了系统的安全性能。

10.会议论文 李宁 闪点计算在先进控制中的应用 2002

闪点是石油产品的一项重要物性，也是控制产品质量的一项重要指标.以往是由实验室测得，随着先进控制技术的发展和应用，这种由实验室测定闪点数据的方法就显有些滞后.先进控制中的模型要求现场实时数据(DCS系统中的温度、压力、流量等)提供控制的目标和手段，所以要建立闪点等控制目标的有效数学模型.闪点的理论方法有一般方法、线性回归方程和其他计算方法.用线性方程关联ASTM10％的计算方法得到较满意的结果.

1. 李建良. 李秋萍. 李秋娟. 杜秀玲 导热油在使用中的化验检测[期刊论文]-油气储运 2010(3)

2. 蔡嫣然 石油产品闭口闪点检测仪设计与研究[学位论文]硕士 2005

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