[科普中國]-航空煤油

3號噴氣燃料

目前，航空燃料根據(jù)航空器動力的不同，分兩大類。一類是針對活塞式發(fā)動機的燃料，主要是汽油。另一類是針對噴氣式（渦噴、渦扇、渦槳、渦軸等燃氣輪機）航空發(fā)動機的，學(xué)名噴氣燃料，英文名稱Jet fuel，一般通稱航空煤油，是石油產(chǎn)品。

對航空渦輪發(fā)動機來說，汽油不安全，容易揮發(fā)，太容易燃燒；柴油黏度太大，在燃氣輪機里不適合，因為是靠很細的噴嘴把燃料噴成云霧狀跟高壓高溫空氣充分混合，產(chǎn)生猛烈燃燒。噴氣燃料分很多種，一般分1、2、3、4號，其中3號是比較常用。3號噴氣燃料由直餾餾分、加氫裂化和加氫精制等組分及必要的添加劑調(diào)和而成的一種透明液體，主要由不同餾分的烴類化合物組成的。3號噴氣燃料密度適宜，熱值高，燃燒性能好，能迅速、穩(wěn)定、連續(xù)、完全燃燒，且燃燒區(qū)域小，積炭量少，不易結(jié)焦；低溫流動性好，能滿足寒冷低溫地區(qū)和高空飛行對油品流動性的要求；熱安定性和抗氧化安定性好，可以滿足超音速高空飛行的需要；潔凈度高，無機械雜質(zhì)及水分等有害物質(zhì)，硫含量尤其是硫醇性硫含量低，對機件腐蝕小。

除此而外，還有一些特殊的噴氣燃料，大比重噴氣燃料、高閃點噴氣燃料、海軍多用途燃料等。還有一些特制的就比較有意思，比如美國SR-71用的燃料你用明火是點不著的。1號適用于寒冷地區(qū)， 2號、3號適用于一般地區(qū)， 其中3號用途最廣， 供出口和過境飛機加油。 4號餾分較寬， 輕餾分較多， 有利于啟動點火，但不宜于炎熱地區(qū)。 高閃點噴氣燃料用于艦載飛機和直升機?！?號噴氣燃料”是石油產(chǎn)品之一。英文名稱Jet fuel No.3，別名航空煤油。是由直餾餾分、加氫裂化和加氫精制等組分及必要的添加劑調(diào)和而成的一種透明液體。主要由不同餾分的烴類化合物組成。1

物化性質(zhì)閃點：38℃

自燃溫度：超過 425℃

凝固點：-47℃（-40℃for JET A）

露天燃燒溫度：260-315 ℃

最大燃燒溫度：980 ℃

我國航空煤油的發(fā)展歷史又稱噴氣燃料，主要用作噴氣式飛機發(fā)動機的燃料。在上世紀(jì)50年代，中國空軍飛機和大型民航客機已開始使用航空煤油，但來源一直靠從前蘇聯(lián)進口，1959年進口量近50萬噸。為解決航空煤油的國產(chǎn)化問題，1956年和1957年石油部曾組織玉門煉油廠按蘇聯(lián)噴氣燃料規(guī)格，以玉門原油試生產(chǎn)兩批航空煤油，但在地面臺架試車和空中試飛時發(fā)現(xiàn)存在火焰筒燒蝕問題，因而未能正式生產(chǎn)。1958年，又把該廠試產(chǎn)的航空煤油油樣送蘇聯(lián)進行研究，經(jīng)一年多試驗研究仍未解決問題。

1960年，中國航空煤油的進口量銳減，已進口的油品質(zhì)量也無保障。為保證空軍和民航的用油需要，同年8月10日，石油部發(fā)出《關(guān)于采取多種方法試制航空煤油的通知》，要求科研、生產(chǎn)單位就航空煤油的燒蝕問題進行研究攻關(guān)。8月18日，航空油料鑒定委員會召開會議，討論航空煤油的試制問題。會議決定分別由蘭州煉油廠、玉門煉油廠、獨山子煉油廠和石油三廠各試產(chǎn)一批航空煤油進行地面試車。隨后，根據(jù)國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志指示，石油科學(xué)研究院、撫順石油研究所、大連和蘭州化學(xué)物理研究所、沈陽金屬研究所。三機部一些科研所和飛機制造廠、解放軍總后勤部、空軍有關(guān)單位，以及各煉油廠共20多個單位進行聯(lián)合攻關(guān)。經(jīng)過大量實驗室研究和地面臺架試驗，終于找到了產(chǎn)生燒蝕的原因，采用石油科學(xué)研究院推薦的添加劑，使問題得到解決。1961年獨山子煉油廠用新疆原油的煤油餾分并加人抗燒蝕添加劑，生產(chǎn)出1號航空煤油，順利地通過了長期臺架試車和試飛。1962年，石油七廠采用大慶原油，在工業(yè)裝置上生產(chǎn)出了合格的2號航空煤油。為了證實國產(chǎn)航空煤油的使用安全性能，石油部還派機關(guān)干部和各煉油廠的總工程師共20多人乘坐使用國產(chǎn)航空煤油的飛機，進行了近萬公里的飛行，表明國產(chǎn)航空煤油質(zhì)量優(yōu)良，安全可靠。

從此，國產(chǎn)航空煤油很快在國內(nèi)軍用和民航飛機上推廣使用。為了擴大產(chǎn)量，滿足需要，石油部又安排各煉油廠生產(chǎn)航空煤油，并采用嚴格管理措施，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。1965年，國內(nèi)消費的近70萬噸航空煤油全系國內(nèi)生產(chǎn)，從而實現(xiàn)了航空煤油的自給，停止從國外進口。

現(xiàn)代航空煤油JET系列現(xiàn)行最常用的航空煤油，是以煤油為基礎(chǔ)的JET A-1，并根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格生產(chǎn)。在美國，另有一種型號的JET A-1煤油，稱為JET A。另一種常用的民用航空煤油是JET B，這是一種以石腦油與煤油混合配方制成的航空煤油，主要是為改善寒冷天氣下的性能而制的。不過，JET B航空煤油的重量較低，處理時的危險性較大，因此只有在寒冷天氣而有絕對需要時才會使用。兩種航空煤油都具有一些添加劑：

四乙基鉛（TEL, Tetra-ethyl lead），以提高燃油的閃點；

抗氧化劑，用來防止起膠，通常為堿性酚，如 AO-30、AO-31或AO-37；

防靜電劑，以消減靜電并防止發(fā)生火花；

新一代的航煤防靜電劑為無灰型防靜電劑，主要有Stadis 450, Antis JF3等抗靜電劑。其中一個例子是Stadis 450，含有 dinonylnaphthylsulfonic acid（DINNSA）作為有效成分；

腐蝕抑制劑，例如用于民用與軍用燃料的DCI-4A，以及軍用燃料專用的DCI-6A；

燃料系統(tǒng)結(jié)冰抑制劑（FSII），例如 二乙烯甘油單甲基醚，一般在使用前才混合，這樣，具有燃料加熱管道的飛機，就不需要額外支付此類添加劑的費用。

Jet A航空煤油Jet A航空煤油自上世紀(jì)50年代就成為美國的標(biāo)準(zhǔn)航空煤油類型。目前，只有美國才有供應(yīng)Jet A航空煤油。Jet A與Jet A-1相似，但凝固點為-40 °C，比Jet A-1的-47 °C為高。與Jet A-1一樣，Jet A的閃點也在最少38°C，而自燃溫度則為超過425°C. Jet A的標(biāo)準(zhǔn)燃油編碼為1863，在運油車與儲存設(shè)施也會注明。Jet A專用的運油車、油庫與管道，均會以黑底貼紙寫上白色“JET A”字樣，以及下面的另一條黑線作為識別。由于水比Jet A燃油重，水會在油箱的下面沉積，故此，儲存Jet A的油箱，需要定期排空，以檢查燃油是否混了水分。水份子可能會懸浮在Jet A燃油之中，這可以透過“明凈測試”檢出。若燃油呈混濁狀態(tài)，即表示含水量超出30ppm（百萬分之三十）的可接受水平。

美國法規(guī)并不要求商用燃料需要加上防靜電添加劑，故此Jet A燃油一般不含防靜電添加劑。2

JP系列世界各地的軍隊，使用的航空煤油具有另外一套稱為JP系列的編號。部分類型與民用燃油幾乎相同，只是部分的添加劑含量稍有不同：JET A-1與JP-8類同，而JET B與JP-4相似。其他的軍用燃料屬于高度專門化的制品，為特定的用途而設(shè)。JP-5燃油頗為常見，最初用于航空母艦，以減少船上火警的危機。其他的燃油就針對某一種飛機而開發(fā)：JP-6專為XB-70戰(zhàn)神侍婢式轟炸機而制，而JP-7就是SR-71黑鳥式偵察機的特定燃油。兩者都經(jīng)過特別調(diào)配，具有很高的閃點以應(yīng)付高超音速飛機遇上的高熱與應(yīng)力。另外一種為美國空軍所使用的單一型號飛機專用燃油是JPTS；此燃油于1956年開發(fā)，專為洛克希德U-2間諜飛機而設(shè)。

航空煤油的使用要求航空煤油的燃燒性航空煤油需要有良好的燃燒性能，即它的熱值要高，燃燒要穩(wěn)定，不因工作條件變化而熄火，一旦高空熄火后容易再起動，燃燒要完全，產(chǎn)生積炭要少。

航空煤油燃燒時，首要的是易于起動和燃燒穩(wěn)定，其次是要求燃燒完全。航空煤油的起動性取決于燃料的自燃點、著火延滯期、燃燒極限、燃料的蒸發(fā)性能以及粘度等。燃燒的完全程度一方面受進氣壓力、進氣溫度和飛行高度等條件的影響，另一方面也受燃料的粘度、蒸發(fā)性和化學(xué)組成的影響。

燃料的粘度與其霧化的質(zhì)量有直接的關(guān)系，霧化程度越好，越能加快可燃混合氣的形成，有利于燃燒的穩(wěn)定和安全。餾分較輕、蒸發(fā)性較好的航空煤油，能夠快速與空氣形成可燃混合氣，相應(yīng)燃燒完全度較高。各種烴類的燃燒完全度高低順序如下：正構(gòu)烷烴>異構(gòu)烷烴>單環(huán)環(huán)烷烴>雙環(huán)環(huán)烷烴>單環(huán)芳香烴>雙環(huán)芳香烴。3

航空煤油的安定性航空煤油的安定性包括儲存安定性和熱安定性。航空煤油在儲存過程中容易變化的指標(biāo)有膠質(zhì)、酸度和顏色等。航空煤油中含有少量的不安定組分，如烯烴、帶不飽和側(cè)鏈的芳香烴以及非烴等，導(dǎo)致膠質(zhì)和酸度隨儲存時間的延長而增加。儲存條件對航空煤油的質(zhì)量變化有很大的影響，其中最重要的是溫度。

當(dāng)飛機飛行時，由于與空氣摩擦生熱，飛機的表面溫度上升，郵箱內(nèi)燃料的溫度也上升，可達1000℃以上，因此就要求航空煤油必須具有良好的熱安定性。4

航空煤油的低溫性能航空煤油的低溫性能是指在低溫下燃料在飛機的燃料系統(tǒng)中能夠順利地泵送和過慮，即不能因產(chǎn)生烴類結(jié)晶體或所含水分結(jié)冰而堵塞過濾器，影響供油。航空煤油的低溫性能是用結(jié)晶點或冰點來表示的，結(jié)晶點是燃料在低溫下出現(xiàn)肉眼可辯的結(jié)晶時的最高溫度（按ZBE31008測定）；冰點是燃料出現(xiàn)結(jié)晶后，再升高溫度至原來的結(jié)晶消失時的最低溫度（按GB2430測定）。

航空煤油的腐蝕性航空煤油的腐蝕性分為液相腐蝕和氣相腐蝕兩類。液相腐蝕是指航空煤油對儲運設(shè)備和發(fā)動機燃料系統(tǒng)產(chǎn)生的腐蝕；氣相腐蝕是指航空煤油在燃燒過程中對燃燒室內(nèi)的火焰筒有燒蝕現(xiàn)象，并且燃燒產(chǎn)物對渦輪機尾氣噴管等也有腐蝕。

航空煤油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中除規(guī)定了酸度、水溶性酸或堿、硫含量、硫醇硫含量和銅片腐蝕等指標(biāo)外，還增加了銀片腐蝕試驗。

航空煤油的潔凈度噴氣發(fā)動機燃料系統(tǒng)機件的精密度很高，因而即使是細微的顆粒物質(zhì)也能夠造成燃料系統(tǒng)的故障。引起燃料臟污的物質(zhì)主要是水、表面活性物質(zhì)、固體雜質(zhì)和微生物。我國航空煤油的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定航空煤油中游離水的含量不超過30μg/g。國外一些航空煤油的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，每升燃料中的固體微粒不應(yīng)多于1mg，微粒直徑不得超過5μm。

航空煤油的起電性噴氣發(fā)動機的耗油量很大，在機場往往采用高速加油。在泵送燃料時，由于摩擦，會在油面產(chǎn)生和積累大量的靜電荷，其電勢可達數(shù)千伏甚至上萬伏。這樣，到一定程度就會產(chǎn)生火化放電，如果遇到可燃混合氣，就會引起爆炸、起火。

影響靜電荷積累的因素很多，其中之一就是燃料本身的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率小的燃料，在相同的條件下，靜電荷的消失慢而積累快；反之，電導(dǎo)率大的燃料，靜電荷消失速度快而不易積累。研究表明，當(dāng)燃料的電導(dǎo)率大于50×10-12Ω-1m-1時，就足以保證安全。

航空煤油的潤滑性在噴氣發(fā)動機中，燃料泵的潤滑依靠的是其泵送的燃料。當(dāng)航空煤油的潤滑性能不足時，燃料泵的磨損就會增大，這不僅會降低油泵的使用壽命，而且會影響油泵的正常工作，引起發(fā)動機運轉(zhuǎn)失常等故障，威脅飛行安全。

燃料的潤滑性是由其化學(xué)組成決定的。航空煤油中組分的潤滑性能如下：非烴化合物>多環(huán)芳香烴>單環(huán)芳香烴>環(huán)烷烴>烷烴。5