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芳香度指數(shù)(CCAI)檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-12 20:12:58 更新時(shí)間：2025-08-11 20:12:58

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

芳香度指數(shù)(CCAI)檢測(cè)

芳香度指數(shù)（Calculated Carbon Aromaticity Index, CCAI）是評(píng)估船用燃料油，特別是重質(zhì)燃料油（如船用殘?jiān)剂嫌停┤紵阅芎吞細(xì)埩魞A向的重要計(jì)算參數(shù)。它并非直接測(cè)得的物理或化學(xué)值，而是通過(guò)燃料油的密度和運(yùn)動(dòng)粘度兩個(gè)基礎(chǔ)物性參數(shù)計(jì)算得出。CCAI值的高低直接影響船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率、積碳趨勢(shì)、活塞環(huán)和缸套的磨損程度以及廢氣排放特性。較高的CCAI值通常意味著燃料中芳香烴含量較高，燃燒時(shí)可能產(chǎn)生更多積碳和煙炱，導(dǎo)致點(diǎn)火延遲、燃燒不充分，增加機(jī)械磨損和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)；較低的CCAI值則通常表示燃料更易燃燒且更清潔。因此，準(zhǔn)確測(cè)定燃料油的密度和粘度，并據(jù)此計(jì)算出可靠的CCAI值，對(duì)于船東、租船人、燃料供應(yīng)商以及船舶輪機(jī)管理人員評(píng)估燃油質(zhì)量、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)操作、遵守環(huán)保法規(guī)和避免潛在機(jī)械故障至關(guān)重要。

檢測(cè)項(xiàng)目

CCAI檢測(cè)的核心項(xiàng)目是準(zhǔn)確測(cè)定構(gòu)成其計(jì)算基礎(chǔ)的以下兩個(gè)物理量：

1. 密度： 指在規(guī)定溫度下（通常為15°C），單位體積燃料油的質(zhì)量。單位通常為千克每立方米或克每立方厘米。
2. 運(yùn)動(dòng)粘度： 指燃料油在重力作用下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度，是動(dòng)力粘度與同溫度下密度的比值。單位通常為平方毫米每秒（mm2/s），也常用厘斯（cSt）表示。測(cè)試溫度通常為50°C或40°C。

獲得準(zhǔn)確的密度和運(yùn)動(dòng)粘度值后，即可使用國(guó)際公認(rèn)的CCAI計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

CCAI = D - 81 - 141.4 log log (V + 0.85) - 0.387 * T (注意：不同文獻(xiàn)中公式形式略有差異，常數(shù)項(xiàng)可能不同，但核心基于密度D和粘度V的對(duì)數(shù)關(guān)系)

其中：
- `D`：燃料油在15°C時(shí)的密度（單位：kg/m3）
- `V`：燃料油在指定溫度（通常是50°C）時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度（單位：mm2/s / cSt）
- `T`：燃料油粘度的測(cè)試溫度（以°C為單位，如50）

檢測(cè)儀器

CCAI檢測(cè)依賴于測(cè)量其基礎(chǔ)參數(shù)（密度和粘度）的專用儀器：

1. 密度測(cè)定儀器：
- 數(shù)字密度計(jì)： 最常用的是基于振蕩U型管原理的數(shù)字密度計(jì)。儀器通過(guò)精確測(cè)定充滿樣品的U型石英管在特定溫度下的振動(dòng)周期來(lái)計(jì)算密度。具有精度高、速度快、樣品量少、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)（符合ASTM D4052, ISO 12185標(biāo)準(zhǔn)）。
- 比重瓶： 傳統(tǒng)方法（符合ASTM D1217, ISO 3675標(biāo)準(zhǔn)）。通過(guò)稱量已知體積的比重瓶（通常約為50ml）在盛滿水和盛滿樣品時(shí)的質(zhì)量差來(lái)計(jì)算密度。操作相對(duì)繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)。

2. 運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定儀器：
- 玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)： 最經(jīng)典和標(biāo)準(zhǔn)的方法（符合ASTM D445, ISO 3104標(biāo)準(zhǔn)）。測(cè)量一定體積的樣品在嚴(yán)格控溫條件下流經(jīng)經(jīng)過(guò)精確校準(zhǔn)的毛細(xì)管所需的時(shí)間，結(jié)合毛細(xì)管常數(shù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度。需要恒溫水浴和精密計(jì)時(shí)器。
- 旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)： 通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子在樣品中旋轉(zhuǎn)受到的阻力（扭矩）來(lái)計(jì)算動(dòng)力粘度，然后結(jié)合密度（通常由密度計(jì)測(cè)得）計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度（符合ASTM D2983, D6080等標(biāo)準(zhǔn)）。適用于某些非牛頓流體或?qū)捳扯确秶?
- 自動(dòng)粘度儀： 集成了恒溫、進(jìn)樣、計(jì)時(shí)和計(jì)算的自動(dòng)化設(shè)備，通常也基于毛細(xì)管原理，大大提高了效率和精度。

此外，還需要：

- 恒溫水浴： 為粘度計(jì)提供精確、穩(wěn)定的測(cè)試溫度（如40°C或50°C ±0.1°C）。
- 溫度計(jì)/溫度傳感器： 高精度測(cè)溫裝置用于監(jiān)控樣品溫度。
- 烘箱/干燥器： 用于清潔和干燥玻璃器皿（如比重瓶、毛細(xì)管粘度計(jì)）。

檢測(cè)方法

CCAI的測(cè)定方法實(shí)質(zhì)上是其基礎(chǔ)參數(shù)（密度、粘度）的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法：

1. 密度測(cè)定方法：
- ASTM D4052 / ISO 12185： 使用數(shù)字密度計(jì)測(cè)定液體石油和石油產(chǎn)品的密度。方法自動(dòng)化程度高，精度好。樣品需脫氣并過(guò)濾（視情況），儀器自動(dòng)控溫至15°C并測(cè)量。
- ASTM D1298 / ISO 3675： 使用比重瓶（玻璃比重瓶或金屬比重瓶）測(cè)定原油和液態(tài)石油產(chǎn)品的密度、比重或API重度。需將比重瓶和樣品恒溫至15°C（或其他規(guī)定溫度），精確稱重計(jì)算。

2. 運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定方法：
- ASTM D445 / ISO 3104： 透明和不透明液體石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（和動(dòng)力粘度的計(jì)算）。使用合適的玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)，在40°C（常用）或50°C（對(duì)重油常用）下恒溫，測(cè)量樣品流過(guò)毛細(xì)管兩計(jì)時(shí)刻線之間的時(shí)間，結(jié)合粘度計(jì)常數(shù)計(jì)算粘度。這是CCAI計(jì)算中最普遍采用的粘度測(cè)定方法。
- ASTM D7042： 使用自動(dòng)粘度儀（如斯托默粘度計(jì)）測(cè)定液體動(dòng)態(tài)粘度和密度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（從而計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度）。

3. CCAI計(jì)算： 嚴(yán)格按照選定的、合同中或規(guī)范要求的特定公式（如ISO 8217中引用的CCAI公式或各大船級(jí)社推薦的公式），將測(cè)得的15°C密度值和50°C（或40°C）運(yùn)動(dòng)粘度值代入計(jì)算。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

CCAI檢測(cè)及其基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定主要遵循國(guó)際和國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

1. 核心基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：
- ISO 8217： 《船舶燃料油規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了船用燃料油的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)要求，在附錄中對(duì)CCAI的計(jì)算公式（基于40°C或50°C粘度）和報(bào)告要求進(jìn)行了定義。不同版本（如ISO 8217:2010, ISO 8217:2017, ISO 8217:2023）對(duì)CCAI的要求（限值或報(bào)告要求）可能略有不同。
- ASTM D4737： 《通過(guò)計(jì)算碳芳香度指數(shù)（CCAI）估算船用燃料油燃燒質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。該標(biāo)準(zhǔn)明確了計(jì)算CCAI使用的公式（基于50°C粘度）和計(jì)算步驟。雖名為"試驗(yàn)方法"，但實(shí)質(zhì)是計(jì)算導(dǎo)則。

2. 密度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)：
- ASTM D4052 / ISO 12185 (數(shù)字密度計(jì)法)
- ASTM D1298 / ISO 3675 (比重瓶法)

3. 運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)：
- ASTM D445 / ISO 3104 (毛細(xì)管粘度計(jì)法)
- ASTM D7042 (自動(dòng)粘度儀法)

4. 相關(guān)行業(yè)規(guī)范：
- 各大船級(jí)社（如DNV-GL, LR, ABS, CCS等）通常在其燃料油使用指南中引用ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)CCAI值有具體的建議或操作指導(dǎo)（例如建議CCAI不要超過(guò)850-890等區(qū)間）。
- 國(guó)際海事組織（IMO）的MARPOL公約附則VI雖然主要關(guān)注硫含量，但對(duì)燃料油質(zhì)量有總體要求，CCAI作為影響燃燒效率和排放的間接指標(biāo)也受到關(guān)注。船東和租家通常在燃料采購(gòu)/供應(yīng)合同（Bunker Delivery Note, BDN）中引用ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)并要求報(bào)告CCAI值。

注意事項(xiàng)： 進(jìn)行CCAI檢測(cè)時(shí)，務(wù)必確保密度和粘度測(cè)試嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，溫度控制精確，儀器校準(zhǔn)有效，樣品處理得當(dāng)（如均化、脫氣、過(guò)濾），并使用合同或規(guī)范指定的計(jì)算公式。結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性高度依賴于基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定的規(guī)范性。