淺談石油天然氣發(fā)動機潤滑油性質(zhì)檢測

淺談石油天然氣發(fā)動機潤滑油性質(zhì)檢測

近紅外光譜技術(shù)是一種分析手段，在20世紀50年代和80年代后已經(jīng)開發(fā)了10多年。最著名的光譜技術(shù)是近紅外光譜技術(shù)。它是光譜分析技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)和基礎(chǔ)測量技術(shù)的有機結(jié)合,可以快速、高效地對樣品進行定性和定量分析,被稱為“分析的巨人”。近紅外光譜分析法作為一種快速的分析方法,已廣泛應(yīng)用于石油產(chǎn)品的性質(zhì)及組成分析。使用近紅外光譜分析技術(shù)在很短的時間內(nèi)(幾s~幾min)可以分析油品中的多項質(zhì)量參數(shù)。與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比,近紅外光譜分析技術(shù)具有高效、快速、成本低等特點,并對被測樣品用量小、無破壞、無污染。1近紅外光譜分析技術(shù)1.1近紅外光譜定量分析基礎(chǔ)近紅外光譜的波長范圍為700~2500nm。含氫基團,如C—H、O—H、N—H等在近紅外區(qū)都有吸收。圖1為正庚烷、苯和異辛烷在短波和長波近紅外區(qū)域的吸收光譜。顯然,不同基團在該區(qū)域光譜的峰位、峰強及峰形不同,為近紅外光譜進行定性和定量分析奠定了理論基礎(chǔ)。石油產(chǎn)品主要組分為烴類化合物,其組成不同的油品在光譜圖上都有各自的明顯的特征吸收,即近紅外光譜圖中包含了油品詳細的組成信息。如果油品的光譜相同,其組成也相同,反之亦然。如果我們建立了油品光譜與其質(zhì)量參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系(稱為分析模型),那么,只要測得油品的光譜,通過光譜和上述對應(yīng)關(guān)系,就能很快得到所需要的質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)。1.2近紅外光譜油分析近紅外光譜快速測定油品性質(zhì)的分析方法包括校正和預(yù)測兩個過程。1.2.1化學(xué)計量學(xué)對油松餅質(zhì)量參數(shù)的優(yōu)化在校正過程中,收集大量能夠代表待測油品的樣品,根據(jù)相關(guān)的標準方法進行測量,得到油品的各種質(zhì)量參數(shù),即參考數(shù)據(jù)。同時,測量并采集其近紅外光譜圖。為了去除干擾信息和突出有用信息,要通過化學(xué)計量學(xué)對油品的近紅外光譜圖進行處理,將其與參考數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。這種在油品的近紅外光譜圖和參考數(shù)據(jù)之間建立起的一一對應(yīng)的關(guān)系,稱為模型。通過化學(xué)計量學(xué)處理得到的模型應(yīng)具有較強的普遍性,常用的校正方法有多元線性回歸、主成分分析、主成分回歸、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和拓撲方法等。其中多元線性回歸、主成分回歸和偏最小二乘法屬線性回歸方法,主要用于樣品質(zhì)量參數(shù)為線性關(guān)系的關(guān)聯(lián)。而拓撲學(xué)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法常用于非線性模型的關(guān)聯(lián)。1.2.2用質(zhì)量分析方法確定模型在預(yù)測過程中,首先使用近紅外光譜儀測定油品的光譜圖,通過軟件自動對模型庫進行檢索,選擇正確模型計算待測質(zhì)量參數(shù)。圖2為近紅外光譜定量分析流程圖。2近紅外光譜法適用于油氣快速分析的應(yīng)用2.1利用近紅外光譜圖進行的分析模型的建立,實現(xiàn)了對于非正義樣品的多光譜分作為汽油的關(guān)鍵指標之一,辛烷值直接表征汽油的抗爆性能,在汽油生產(chǎn)、調(diào)合以及銷售過程中受到廣泛重視。蘇清泉等對來自撫順石油二廠的汽油樣品進行了紅外光譜分析,使用偏最小二乘法建立近紅外光譜圖與辛烷值的關(guān)聯(lián)模型。實驗和計算結(jié)果表明,用所建立的模型對未知樣品的測定結(jié)果小于標準方法的再現(xiàn)性要求,并通過了顯著性、一致性和精密度的檢驗。曹永德等自主開發(fā)研制了汽油辛烷值近紅外光譜在線分析儀,該分析儀已成功應(yīng)用于某煉油廠重整裝置生成油的辛烷值在線分析。而且,近紅外光譜技術(shù)還用于測定汽油的族組成、烯烴和芳烴的含量以及汽油牌號的識別等[10~16]。2.2近紅外光譜檢測柴油十六烷值的優(yōu)勢柴油是目前使用最多的石油燃料之一,其質(zhì)量好壞直接影響它的使用性能和燃燒性能。柴油的十六烷值是衡量燃燒性能的主要指標。徐廣通等采用傅立葉變換近紅外光譜技術(shù)與偏最小二乘法結(jié)合測定了柴油的十六烷值。結(jié)果表明,與標準方法相比,近紅外光譜法具有重現(xiàn)性好、分析速度快、使用樣品量少、分析成本低等優(yōu)點,可以用于柴油十六烷值的常規(guī)分析。他們繼而考察了用傅立葉變換紅外光譜儀測定柴油的其它物理性質(zhì)(密度、折光指數(shù)、凝點、閃點和餾程)的可行性。結(jié)果表明,在近紅外短波和長波范圍內(nèi),該方法測定結(jié)果均能達到標準方法的誤差要求。另外,近紅外光譜還用于測定柴油的芳烴含量和氧化安定性。2.3噴氣燃料餾程校正餾程是噴氣燃料的重要指標之一。通常測定噴氣燃料的標準方法不僅操作復(fù)雜而且耗時,結(jié)果也因人差異較大。吳利剛等采集了50個噴氣燃料樣品的紅外光譜數(shù)據(jù),用偏最小二乘回歸法,建立了噴氣燃料餾程的校正模型。結(jié)果表明,近紅外光譜法和GB/T6536法相比,具有速度快、準確度高、操作方便等優(yōu)點,適用于常規(guī)分析。此外,近紅外光譜還用于測定噴氣燃料的冰點、烯烴含量和總硫含量[22~24]。2.4油基礎(chǔ)油粘度特性研究一般來說,相對分子質(zhì)量越大,側(cè)鏈越長則粘度越大。粘度與結(jié)構(gòu)的密切關(guān)系使近紅外分析技術(shù)測定潤滑油基礎(chǔ)油的粘度性質(zhì)成為可能。宋延?xùn)|等采用傅立葉變換近紅外光譜儀測定了不同潤滑油基礎(chǔ)油的近紅外光譜,分別建立了潤滑油基礎(chǔ)油40℃粘度、100℃粘度和粘度指數(shù)3項指標的偏最小二乘和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近紅外光譜分析的校正模型。研究數(shù)據(jù)表明,近紅外光譜能夠獲得與潤滑油基礎(chǔ)油粘度相關(guān)的光譜信息。3近紅外光譜技術(shù)在油脂檢測中的應(yīng)用及展望綜合以上分析,近紅外光譜技術(shù)在油品快速分析中已經(jīng)取得了很大的進展。它擺脫了傳統(tǒng)標準方法的操作繁瑣費時,實現(xiàn)了快速、無損檢測,尤其是在近紅外在線分析技術(shù),可以進行實時監(jiān)測。以上簡要介紹了近紅外光譜技術(shù)的原理、油品分析的過程以及在油品快速檢測中的應(yīng)用。今后,近紅外光譜技術(shù)在油品快速檢測中的應(yīng)用研究將主要集中于以下幾個方面:(1)硬件和軟件的專業(yè)化。硬件方面結(jié)合油品檢測項目的特點,對儀器進行改進,使其安裝調(diào)試更簡便,對各類不同油品的適應(yīng)性更強軟件方面編制專用軟件,即專用的定標模型校正軟件,