Tiêu chuẩn TCVN 14405:2025 Nhiên liệu tuốc bin hàng không - Xác định nồng độ phụ gia giảm trở lực đường ống

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 14405:2025

ASTM D7872-13

NHIÊN LIỆU TUỐC BIN HÀNG KHÔNG - XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ PHỤ GIA GIẢM TRỞ LỰC ĐƯỜNG ỐNG

Standard test method for determining the concentration of pipeline drag reducer additive in aviation turbine fuels

Lời nói đầu

TCVN 14405:2025 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D7872-13 Standard Test Method for Determining the Concentration of Pipeline Drag Reducer Additive in Aviation Turbine Fuels với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D7872-13 thuộc bản quyền của ASTM quốc tế.

TCVN 14405:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC28 Sản phẩm dầu mỏ và chất bôi trơn biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

NHIÊN LIỆU TUỐC BIN HÀNG KHÔNG - XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ PHỤ GIA GIẢM TRỞ LỰC ĐƯỜNG ỐNG

Standard test method for determining the concentration of pipeline drag reducer additive in aviation turbine fuels

1 Phạm vi áp dụng

1.1 Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định nồng độ các polyme có trọng lượng phân tử cao, đặc biệt là xác định phụ gia giảm trở lực đường ống (DRA), trong nhiên liệu tuốc bin hàng không với giới hạn phát hiện là 72 μg/L. Phương pháp này không thể phân biệt các loại polyme khác nhau.

Do đó, polyme có trọng lượng phân tử cao mà không phải là DRA sẽ gây ra sai số phép đo dương, cần phải kiểm tra thêm để khẳng định polyme được phát hiện là DRA.

1.2 Các giá trị được trình bày theo đơn vị SI được coi là tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn này không áp dụng đơn vị đo lường khác.

1.3 CẢNH BÁO: Thủy ngân đã được nhiều cơ quan quản lý xác định là chất nguy hại, có thể gây ra các vấn đề y tế nghiêm trọng. Thủy ngân hoặc hơi thủy ngân đã được chứng minh là gây nguy hiểm cho sức khỏe và ăn mòn vật liệu. Phải thận trọng khi xử lý thủy ngân và các sản phẩm có chứa thủy ngân.

Xem Phiếu dữ liệu an toàn sản phẩm (SDS) để biết thêm thông tin. Việc buôn bán thủy ngân hoặc các sản phẩm có chứa thủy ngân, hoặc cả hai, có thể bị luật pháp cấm. Người dùng phải xác định tính hợp pháp của việc kinh doanh thủy ngân.

1.4 Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khoẻ cũng như khả năng áp dụng phù hợp với các giới hạn quy định trước khi đưa vào sử dụng.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6022 (ISO 3171) Chất lỏng dầu mỏ - Lấy mẫu tự động trong đường ống

TCVN 6777 (ASTM D 4057) Dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp lấy mẫu thủ công

CRC Report No. 642 Investigation of pipeline drag reducers in aviation turbine fuels (Báo cáo CRC số 642 Nghiên cứu tác nhân giảm trở lực đường ống trong nhiên liệu tuốc bin hàng không)

3 Thuật ngữ, định nghĩa

3.1 Định nghĩa

3.1.1

Sôi bùng (bumping)

Sôi dữ dội làm dịch chuyển chất lỏng trong bình chưng cất.

3.1.2

Phụ gia giảm trở lực - DRA [drag reducing additive (DRA)]

Một loại vật liệu bao gồm các polyme hydrocacbon có trọng lượng phân tử rất cao, có thể hòa tan trong các sản phẩm dầu mỏ và được sử dụng để giảm ma sát chất lỏng trong quá trình vận chuyển bằng đường ống.

3.1.3

Cô quay chân không (rotary evaporation)

Quá trình chưng cất sử dụng nhiệt, chân không (áp suất giảm) và bình quay để làm bay hơi chất lỏng nhằm giảm thể tích của mẫu vật liệu.

3.1.3.1 Giải thích - Thiết bị gồm một bình đáy tròn trong bể gia nhiệt, được vận hành trong điều kiện chân không (áp suất giảm) để hạ thấp điểm sôi của chất lỏng và chuyển động quay của bình làm tăng tốc độ bay hơi của chất lỏng bằng cách tạo ra thêm diện tích bề mặt của chất lỏng đang được chưng cất.

3.1.4

DRA bị cắt (sheared DRA)

Các polyme hydrocacbon rất dài của tác nhân giảm trở lực đã bị cắt ngắn bởi các quá trình vật lý khắc nghiệt, khiến cho vật liệu thu được không còn hiệu quả trong việc giảm ma sát chất lỏng.

3.1.4.1 Giải thích - Các quá trình vật lý và cơ học khắc nghiệt bao gồm các thay đổi áp suất lớn có thể xảy ra ở van điều khiển, máy bơm, dụng cụ đo, sự giảm của đường kính ống ảnh hưởng đến vận tốc chất lỏng và siêu âm trong quá trình ở phòng thí nghiệm, dẫn đến các mạch polyme ngắn hơn nhưng vẫn rất lớn so với các phân tử nhiên liệu và không thể chưng cất được.

3.1.5

Loại trừ hoàn toàn (total exclusion)

Các polyme lớn hơn kích thước lỗ không thể đi vào lỗ và cùng bị rửa giải dưới dạng píc đầu tiên trong sắc ký đồ.

3.2 Các từ viết tắt

4 Tóm tắt phương pháp

4.1 Phương pháp này sử dụng một thiết bị cô quay (thiết bị rotovap) để cô đặc DRA trong mẫu gốc, sau đó DRA được tách ra khỏi nhiên liệu phản lực còn lại sau cô đặc bằng phương pháp GPC và được định lượng. Cô quay là quá trình chưng cất chân không nhanh được sử dụng để giảm thể tích nhiên liệu phản lực, nhờ thế làm tăng một cách hiệu quả nồng độ tương đối DRA. Phương pháp GPC sử dụng heptan hoặc THF làm pha động, một cột tách đơn và phát hiện chất cần đo bằng đo chỉ số khúc xạ. Cột tách chứa các hạt có kích thước lỗ rỗng mà loại trừ hoàn toàn các polyme DRA bị cắt và không cắt để tạo ra píc DRA sắc ký sắc nét.

4.2 Một mẫu nhiêu liệu phản lực khoảng 400 g được cô đạc thông qua quá trình cô quay và được phân tích bằng GPC. Nồng độ DRA được định lượng bằng cách tích phân diện tích dưới píc DRA. So sánh diện tích này với đường cong hiệu chuẩn cho phép xác định phần khối lượng của thành phần DRA trong nhiên liệu phản lực cô đặc. Nồng độ ban đầu thu được bằng cách hiệu chỉnh nồng độ trong quá trình cô quay của nhiên liệu phản lực. Detector được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các chuẩn của DRA cắt trong nhiên liệu phản lực trong dải nồng độ thấp đo bằng mg/L.

5 Ý nghĩa và ứng dụng

5.1 DRA thường được thêm vào đường ống đa sản phẩm để làm tăng thông lượng hoặc giảm yêu cầu về năng lượng để vận chuyển nhiên liệu. Mặc dù các chất phụ gia này không được sử dụng trong nhiên liệu phản lực, nhưng sự xâm nhiễm có thể xảy ra từ các sản phẩm khác nếu không tuân thủ đúng hướng dẫn phối liệu hoặc do các trường hợp lỗi khác của con người. Báo cáo CRC số 642 đã xem xét tác động của DRA đến tính năng phù hợp với mục đích sử dụng của nhiên liệu phản lực và kết luận rằng góc phun nhiên liệu và khả năng phun sương của một số vòi phun nhiên liệu, loại dùng cho động cơ, có thể bị ảnh hưởng bất lợi, tác động đến hiệu suất đốt lại tại nồng độ cao trên độ cao lớn. Một phương pháp định lượng chính xác lượng DRA trong nhiên liệu phản lực có thể hữu ích trong việc xác nhận không có ô nhiễm đáng kể để bảo vệ sự an toàn của hoạt động bay. Phương pháp thử này được thiết kế để đo mức DRA xuống tới dưới 100 μg/L trong nhiên liệu hàng không.

6 Yếu tố gây nhiễu

6.1 Phương pháp thử này không có tính đặc hiệu riêng đối với DRA và cũng sẽ xác định hợp chất khác với trọng lượng phân tử cao có trong mẫu làm cho phép đo dễ bị nhiễu. Tuy nhiên, không polyme với trọng lượng phân tử cao nào được chấp thuận để pha trộn vào nhiên liệu hàng không. Stadis 450 có polyme có trọng lượng phân tử thấp và đã được kiểm tra và không phát hiện gây nhiễu. Sự có mặt của polyme có trọng lượng phân tử cao mà không phải là DRA sẽ tạo ra độ chệch dương cho phép đo. Tuy nhiên, độ nhạy phát hiện của polyme có trọng lượng phân tử cao không phải là DRA có thể không giống nhau do sự khác biệt về loại polyme. Do đó, không nên định lượng polyme có trọng lượng phân tử cao mà không phải là DRA bằng phương pháp thử này.

7 Thiết bị và dụng cụ

7.1 Nguồn chân không, chẳng hạn như bơm chân không có khả năng giảm áp suất trong thiết bị cô quay xuống 6,77 kPa (28 in. thủy ngân dưới áp suất khí quyển).

7.2 Thiết bị cô quay, được trang bị một bể gia nhiệt dùng dầu silicon loại phù hợp với bình cất chứa 400 g nhiên liệu phản lực. Có thể kết nối một bẫy sôi bùng với bình cất. Bất kỳ bể dầu silicon nào có thể đạt tới nhiệt độ 180 °C đều phù hợp. Có thể sử dụng nhiều loại dầu Silicon nhiệt độ cao và sẵn có trên thị trường. Có thể sử dụng nước để làm mát bình ngưng cô quay. Chi tiết về thiết bị cô quay được mô tả trong Bảng 1.

CHÚ THÍCH 1: Khi nhiên liệu trong bình bị sôi bùng có thể gây mất polyme làm cho giá trị phát hiện thấp hơn giá trị thực tế.

Bảng 1 - Điều kiện Rotovap

7.3 Hệ thống sắc ký thẩm thấu gel, được mô tả trong Bảng 2. Phương pháp này có tính linh hoạt trong việc lựa chọn thiết bị GPC và các điều kiện sắc ký; tuy nhiên, yêu cầu thiết bị phải có detector chỉ số khúc xạ (RI).

Bảng 2 - Các thành phần GPC và tham số vận hành

Thời gian (min)

CHÚ THÍCH 1: sắc ký đồ thu được sử dụng thiết bị GPC như mô tả trong Bảng 2 (cột GPC, hạt 10 μm với kích thước lỗ 500 Å, pha động heptan) của mẫu nhiên liệu phản lực cô đặc lúc đầu có chứa 50 μg/L DRA bị cắt. Độ nhiễu là chiều cao của sự dịch chuyển pic tới pic với tần suất cao, sự dịch chuyển này được lấy ở gần pic DRA qua một khoảng bằng ít nhất là bề rộng của đáy píc DRA. Tín hiệu là chiều cao píc. Ví dụ sắc ký đồ thể hiện tín hiệu DRA thỏa mãn S/N > 10

Hình 1 - Ví dụ về tín hiệu nhiễu

7.4 GPC, có thể sử dụng thiết bị GPC bất kỳ, miễn là đáp ứng của thiết bị xác định chỉ số khúc xạ (RI) đối với píc DRA có tỷ lệ tín hiệu so với độ nhiễu (S/N) là > 10 đối với mẫu DRA 50 μg/L trong nhiên liệu hàng không sau khi cô quay (tương đương với 10 mg/L nếu cô quay giảm 400 g xuống còn 2 g đối với mẫu nhiên liệu máy bay chứa 50 μg/L DRA).

7.5 Để đạt được phát hiện DRA dưới 100 μg/L, yêu cầu cột phải loại trừ hoàn toàn DRA bị cắt. Việc loại trừ hoàn toàn DRA bị cắt làm cho các píc rửa giải sắc nét hơn, giúp phát hiện dễ dàng hơn. Ngoài ra, polyme dễ bị cắt khi đi qua cột GPC. Các cột được nhồi với pha tĩnh có kích thước hạt lớn để tránh bị cắt, khuyến nghị kích thước hạt 5 μm hoặc 10 μm.

8 Thuốc thử và vật liệu

8.1 Độ tinh khiết của thuốc thử - Phải sử dụng hóa chất cấp tỉnh khiết thuốc thử trong tất cả các phép thử. Có thể sử dụng các loại khác, nhưng trước tiên phải đảm bảo thuốc thử đó có độ tinh khiết đủ cao để cho phép sử dụng mà không làm giảm độ chính xác của phép xác định.

8.2 Phụ gia giảm trở lực, sẵn có từ nhà cung cấp phụ gia thích hợp ở dạng “cắt” để sử dụng trong quá trình chuẩn bị tiêu chuẩn.

9 Lấy mẫu

9.1 Mẫu nhiên liệu thường được lấy từ đường ống. Xem TCVN 6777 (ASTM D 4057) để được hướng dẫn về quy trình lấy mẫu phù hợp. Xem TCVN 6022 (ISO 3171) về lấy mẫu tự động.

10 Chuẩn bị thiết bị

10.1 Thiết bị GPC nên được cân bằng trong 1 h và nhiệt độ cột đã ổn định ở nhiệt độ phân tích trước khi phân tích mẫu.

11 Hiệu chuẩn và chuẩn hóa

11.1 Chuẩn bị các mẫu chuẩn của DRA bị cắt trong nhiên liệu phản lực bằng cách pha loãng dung dịch gốc đậm đặc do nhà cung cấp phụ gia thích hợp cung cấp theo dải nồng độ từ 0 mg/L đến 100 mg/L. Nhiên liệu phản lực gốc phải không có chứa DRA và các tạp chất polyme có trọng lượng phân tử cao khác. Để phát triển phương pháp này, một dung dịch đậm đặc chứa chất phụ gia FLO XS DRA bị cắt với nồng độ 1 % khối lượng (10000 mg/kg, 8010 mg/L) trong nhiên liệu phản lực đã được cung cấp từ Baker Hughes để tạo mẫu hiệu chuẩn. Dung dịch đậm đặc cũng có thể được cấp trong nhiên liệu điêzen.

11.2 Chuẩn bị mẫu hiệu chuẩn gốc 200 mg/L bằng cách pha trộn định lượng 4,0 mL dung dịch đậm đặc 8010 mg/L với 156,2 mL nhiên liệu phản lực. Từ dung dịch này tạo một loạt mẫu hiệu chuẩn 100 mL trong dải từ 2,0 mg/L đến 100 mg/L, bằng cách cho các thể tích mẫu hiệu chuẩn gốc 200 mg/L, được nêu trong Bảng 3, vào số lượng bình định mức dung tích 100 mL cần thiết và điền đầy đến 100 mL bằng nhiên liệu phản lực.

Bảng 3 - DRA trong các mẫu chuẩn để hiệu chuẩn nhiên liệu phản lực ^A

12 Quy trình

12.1 Nếu mẫu DRA không cắt được cung cấp, hoặc để đảm bảo DRA trong nhiên liệu phản lực bị cắt, mẫu có thể được đặt trong máy siêu âm hoặc tiến hành cắt cơ học bằng máy đồng thể hóa. Thông tin chi tiết về quy trình cắt có thể cung cấp bởi nhà cung cấp DRA.

12.2 Cân khoảng 400 g nhiên liệu phản lực chính xác đến 0,1 g vào bình tròn đáy tròn dung tích 1 L đã trừ bì (W ₁ ). Cô đặc mẫu này đến khối lượng bằng từ 2 g đến 10 g trên thiết bị cô quay và cân chính xác phần cặn đến 0,1 g (W ₂ ).

CHÚ THÍCH 2: Dầu từ bể dầu phải được loại bỏ khỏi bề mặt bên ngoài của binh đáy tròn bằng dung môi dễ bay hơi và để khô để đảm bảo cân chính xác bình chứa dung dịch nhiên liệu phản lực đậm đặc.

CHÚ THÍCH 3: Tránh sử dụng mỡ chân không Silicon tại các đầu nối của bình đáy tròn.

12.3 Chuyển một phần mẫu cô đặc vào lọ mà từ đó có thể dùng xy lanh để lấy ra một lượng mẫu xác định (hoặc vào lọ lấy mẫu tự động loại phù hợp cho GPC). Không cần chuyển toàn bộ mẫu và phần còn lại có thể được cất giữ hoặc loại bỏ.

12.4 Các thông số vận hành GPC được tóm tắt trong Bảng 2. Thực hiện bước cân bằng một giờ (10.1) để đảm bảo đường nền phẳng trước khi bơm mẫu. 100 pL mẫu chuẩn và mẫu cô đặc được bơm vào thiết bị GPC và kết quả đầu ra được ghi lại trên hệ thống thu thập dữ liệu điện tử.

13 Báo cáo

13.1 Diện tích píc sắc ký đồ tương ứng với tín hiệu DRA trong khoảng từ 3 min đến 4 min được tích phân. Đường cong ngoại chuẩn được vẽ dựa trên của diện tích tích phân của các mẫu chuẩn DRA so với nồng độ (mg/L) của các chuẩn được sử dụng để xác định nồng độ DRA (mg/L) trong mẫu. Phải đảm bảo nồng độ mẫu chuẩn được nhập chính xác vào bảng hiệu chuẩn hệ thống của dữ liệu sắc ký, và xây dựng đường cong hiệu chuẩn cho DRA bị cắt. Xem ví dụ trong Hình 2.

DRA trong nhiên liệu phản lực xác định bằng GPC

DRA trong nhiên liệu phản lực (mg/L)

CHÚ THÍCH 1: Dải hiệu chuẩn 0 mg/L đến 100 mg/L DRA bị cắt trong nhiên liệu phản lực

Hình 2 - Đường chuẩn điển hình

13.2 Nồng độ DRA trong mẫu nhiên liệu phản lực cô đặc được xác định bằng cách tích phân diện tích píc DRA trong nhiên liệu cô đặc và sử dụng đường cong hiệu chuẩn ngoài để xác định nồng độ mg/L DRA liên quan (Hình 3).

min

Hình 3 - Sắc ký đồ GPC của mẫu nhiên liệu phản lực cô đặc chứa DRA ở nồng độ ban đầu là 50 μg/L

13.3 Mức DRA trong mẫu thử được xác định bằng cách nhân nồng độ DRA trong nhiên liệu cô đặc xác định bằng GPC (tính bằng mg/L) với hệ số pha loãng của mẫu là tỷ lệ giữa khối lượng nhiên liệu sau và trước khi cô đặc.

Nồng độ DRA (C _DRA ) trong nhiên liệu phản lực tính bằng mg/L theo công thức 1:

trong đó:

C ₁ là nồng độ DRA trong nhiên liệu phản lực cô đặc, tính bằng mg/L;

W ₁ là khối lượng nhiên liệu phản lực trong bình đáy tròn dung tích 1 L đã trừ bì trước khi cô quay;

W ₂ khối lượng của chất cặn sau khi cô quay.

13.5 Công thức (1) báo cáo mức nồng độ DRA tính bằng mg/L. Nhân kết quả với 1000 để báo cáo mức μg/L DRA trong nhiên liệu thành phẩm.

14 Báo cáo

14.1 Báo cáo nồng độ phụ gia giảm trở lực (DRA) trong mẫu nhiên liệu theo đơn vị μg/L, làm tròn đến số nguyên gần nhất và viện dẫn tiêu chuẩn này. Nếu kết quả nhỏ hơn 72 μg/L, báo cáo “nhỏ hơn 72 μg/L”.

15 Độ chụm và độ chệch

15.1 Độ chụm của phương pháp thử này như sau:

Độ lặp lại = 0,01793 (X + 1117,6082) μg/L

Độ tái lập = 0,03014 (X + 1117,6082) μg/L

(X là giá trị trung bình của các kết quả đang được so sánh).

15.1.1 Độ chụm được xác định bằng phần mềm DP22, áp dụng trên các kết quả liên phòng, trong dải nồng độ từ 40 μg/L đến 200 μg/L.

15.1.2 Các giá trị độ lặp lại và độ tái lập thấp được trình bày ở trên phản ánh các thách thức trong việc tiến hành nghiên cứu liên phòng (ILS) này. Khuyến nghị rằng trong tương lai, thực hiện một nghiên cứu liên phòng khác có tính đến các bài học rút ra từ thử nghiệm về độ không đảm bảo và độ tin cậy của phương pháp này, đó là ILS được nêu chi tiết trong Báo cáo nghiên cứu ASTM RR:D 02-1763 ¹⁾ và kinh nghiệm thực tế, độ lặp lại và độ tái lập cũng như độ chệch có thể được hiểu rõ và được giải quyết và độ chụm cũng sẽ được cải thiện.