石油产品密度是最重要的基本物性参数，在油品储运、生产、销售过程中发挥着重要作用，是原料的计量及炼油加工等方面的重要组成部分[1]。因此，在石化行业生产过程控制和成品油调和过程中，准确的对密度进行监控具有重要意义[2]。
比重瓶法、U形振动管法及密度计法是3种常见的测定石油产品密度的方法，3种方法原理各不相同[3～7]。比重瓶法操作简单，但精密度差、清洗难[8]；采用传统的GB/T 1884-2000密度计法测量，由于其样品用量大、样品温度难以控制、分析时间长，挥发导致误差大、结果重复性差，效率低、人为操作误差和读数误差大等原因，使得劳动强强度和工作量大大增加，已经与现代石化行业生产和计量的需求不相符，特别是在一些轻质油品和重质油品等特殊油品的分析过程中尤为明显。U形振动管法测量密度的技术以实用、可靠、准确率高、测量精度高等优点，正广泛应用于饮料食品、石油化工、检验检疫、计量校准等领域里[9～11]。
U形振动管法在石油炼制行业应用时，由于液体石油产品种类多，性质复杂，在测定过程中，如果前处理及进样等方式不当，会产生较大的影响。根据密度不同，将液体石油产品分为轻质油品、常规油品、重质油品3种类型，密度小于0.860 g/cm3时为轻质油品；密度在0.860～0.910 g/cm3时为常规油品；密度大于0.910 g/cm3时为重质油品[12]。密度越轻，低温、密闭测定结果更可靠；密度越大，粘度影响越大，进样系统保温要求越高。
文中通过优化前处理、进样方式，对石化行业全馏分液体石油产品密度进行分类测定，保证了样品的完整性，提高了分析准确度。
1实验
1.1实验原理
1.1.1 U形振动管分析仪原理
U形振动管法测定密度是应用数字式密度仪，将机械振动和现代电子技术结合起来的1种仪器测量方法。
原理基于电磁引发U形管的振荡，即振荡器使U形玻璃测量管产生振动，通过传感器检测U形管的振动周期。
U形玻璃管有特有的振动频率，当管内填充试样后，频率会发生变化，不同的试样频率有所不同，通过传感器捕捉到的频率来计算试样的密度，其工作原理见图1。
图1 U形振动管法测定密度工作原理
通过研究得到密度与振荡频率的关系，见式（1）。
式中ρ—密度，kg/m3;f—振荡频率，s-1;A、B—仪器常数，通过测量已知标准样品（空气、水）测得。
1.1.2正压输送式自动进样器原理
采用样品瓶取样，进样器管线输送样品进入U形管，对于高粘度样品具有保温效果，确保样品流动性，瓶品瓶上方有空间，对于易挥发样品有一定影响。
1.1.3直压式自动进样器原理
采用注射器密闭取样，直接将样品压入U形管，样品盘无保温功能，但密闭性好，对于易挥发样品，可以减少气泡的产生，降低挥发的影响。
1.2实验仪器与试剂
1.2.1仪器主要技术参数
DMA4500M高温数字式密度仪，主要部件有正压输送式自动进样器、哈氏合金U型管，关键参数见表1。
自动密度分析仪VIDA 50HSC的主要部件是直压式自动进样器和U形管，关键参数见表2。
表1 DMA 4500M高温数字密度计主要参数
表2 VIDA 50HSC自动密度分析仪主要参数
1.2.2实验试剂
（1）洗涤溶剂。石油醚，清洗轻质油品；乙醇：清洗普通油品；甲苯：清洗重质油品；（2）标定液体。1级水；苯（GR），德国默克（Merck）公司；甲苯（GR），德国默克（Merck）公司。
1.3原料性质分析
1.3.1常规石油产品分析
煤油、柴油等常规石油产品室温下流动性好、不易挥发、性质稳定。无需进行降温或者加热等前处理，文中仅考察2种进样方式对结果的影响。
1.3.2轻质石油产品分析
石油化工企业加工过程中，会生产出很多常温下易挥发甚至直接气化的产品，如汽油、石脑油、原油等。样品的前处理及分析过程中，必须保证样品的完整性，否则分析出的结果将会产生严重偏离。文中通过采用降低样品取样温度和常温取样2种前处理方式，再分别考察2种进样方式下的分析结果。
1.3.3重质石油产品分析
重质石油产品是石油化工企业中普遍存在的石油产品，因其分子量较大、流动性差，常温下呈粘稠或固态，准确测定其密度的难度较大。因此，在实际测试中需要根据样品的实际情况选择合适的样品前处理及进样方法，使得密度分析更加准确[13]。文中通过加热至流动状态的前处理方式后，分别考察了采用2种进样方式的测定结果，其性质见表3。
表3 原料性质分析
1.4实验方法
1.4.1常规石油产品密度测定
以煤油、柴油为样品进行测定，取样前充分摇匀试样，吸取适量试样于样品管内，放在仪器自动转盘上，添加样品编辑样品信息，运行仪器，分别使用VIDA 50HSC自动密度分析仪和DMA4500M高温数字式密度仪进行测定，仪器精确控制U形管温度、检测试样震动频率并自动计算出试样密度。测试后依次使用乙醇和石油醚清洗仪器管线及U形管。
1.4.2轻质石油产品密度测定
以汽油、石脑油为样品进行测定，分别在常温取样和冷藏箱冷却至10～15℃后取样。放在仪器自动转盘上，添加样品编辑样品信息，运行仪器，分别使用VIDA 50HSC自动密度分析仪和DMA4500M高温数字式密度仪进行测定，仪器精确控制U形管温度、检测试样震动频率并自动计算出试样密度。测试后依次使用乙醇和石油醚清洗仪器管线及U形管[14]。
1.4.3重质石油产品密度测定
以渣油、蜡油为样品进行测定，小心加热至流动状态，盖紧瓶塞剧烈振荡60 s后取样到密度管内，运行仪器，分别使用VIDA 50HSC自动密度分析仪和DMA4500M高温数字式密度仪进行测定。置于DMA4500M高温数字式密度仪进样转盘的样品管，设置进样盘及管线预热温度，保证样品在测试时具有良好的的流动性，后经自动进样器进入U形管，仪器自动检测并计算目标温度下的密度，测定完成后，升高U形管的温度，样品经加热恢复流动性后排出，依次使用甲苯及石油醚清洗仪器管线及U形管。
2结果与讨论
2.1精密度和分析时间比对
2.1.1精密度比对
常规油品分析结果精密度的比对见表4。
表4 常规油品分析结果精密度的比对
由表4可以看出，U形振动管法和密度计法平均值相差0.2 g/cm3，在±0.5 g/cm3范围内，可以满足GB/T 1884-2000的重复性要求。U形振动管法相对标准偏差均<0.01，优于密度计法。正压进样和直压进样2种方式的U形振动管法的平均值和相对标准偏差均一致。
2.1.2分析时间比对
常规油品密度分析时间的比对见表5。
表5 常规油品密度分析时间的比对
由表5可见，2种方法分析所用时间基本一致，U形振动管所用时间只比密度计法节省5 min。由于煤、柴油组分较稳定，使用密度计法分析时，不需防止轻组分挥发，而进行长时间的低温恒温，也不需为了保证流动性在高温下恒温，节省了样品预处理和恒温的时间。因此，在时间上，U形振荡管法在煤柴油的分析时间上并没有太大优势。
2.2轻质石油分析精密度和时间比对
2.2.1精密度比对轻
质油品分析结果精密度的对比见表6。
表6 轻质油品分析结果精密度的对比
由表6可见，U形振动管法和密度计法平均值最大相差0.2 g/cm3，最小相差0，均在±0.5 g/cm3范围内，符合GB/T1884-2000的重复性要求。密度计法的相对标准偏差最大0.029%，最小0.025%,U形振动管法的相对标准偏差最大0.017%，最小0.006%，明显U形振动管法测量结果的相对标准偏差要优于密度计法。
汽油、石脑油的U形振动管法测定的结果表明，采用冷却的前处理方式、直压进样方式的结果与密度计法一致性最高。
2.2.2单次分析时间比对
轻质油品分析时间的比对见表7。
由表7可以看出，U形振动管所用时间比密度计法节省10 min,U形振动管法优势明显。表明对于易挥发的轻质油品的密度分析，U形密度管法更能节省分析时间。
表7 轻质油品分析时间的比对
2.3重质石油产品分析精密度及时间比对
2.3.1精密度比对
重质油品精密度比对见表8。
表8 重质油品分析精密度的比对
由表8可以看出，U形振动管法和密度计法平均值最大相差0.2 g/cm3，在±0.5 g/cm3范围内，符合GB/T1884-2000的重复性要求。密度计法的相对标准偏差最大0.033%，最小0.020%,U形振动管法的相对标准偏差最大0.012%，最小0.006%，明显U形振动管法的相对标准偏差更优于密度计法。
渣油、蜡油的U形振动管法测定的结果中，均是正压进样方式的结果与密度计法一致性最高。
2.3.2分析时间对比
重质油品分析时间的对比见表9。
表9 重质油品分析时间的对比
由表9可以看出，对于渣油、蜡油的密度分析，密度计法分析时间最长50 min，最短40 min，而U形振动管法只需20 min。结果表明，对于粘度大的重质油品，U形振动管法的分析时间明显优于密度计法。
3结论
(1）用U形振动管法测定油品密度，避免了人为误差，准确可靠，精密度高，测定结果与GB/T1884-2000密度计法一致。
(2)U形振动管法测定密度时，进样方式和前处理方式对常规油品的测定结果无影响，对于轻质油品，选择低温前处理方式和密闭直压进样方式可以使结果更准确。对于重质油品，选择能够保温的正压输送进样方式使结果更准确。
(3）通过实验时间的比对表明，用U形振动管法测定液体油品密度，节省时间，尤其对于易挥发轻质油品、高粘度重质油品，优势显著。降低了检测强度，工作效率得到有效提高，适用于炼油厂装置中控大量的密度分析。
(4)U形振动管法自动化程度高，分析采用自动进样手段，最大程度上避免了分析人员与样品的长时间接触。对于苯类有毒有害、易挥发样品，分析过程更加安全、环保。
发布时间：2025-12-10 
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