如何测定石油产品的密度

原油和液体或固体石油产品密 度或

相对密度的测定毛细管塞比重瓶和

带刻度双毛细管比重瓶法

1范围

1.1本标准规定了液体状态下的原油和石油产品的密度和相对密度的测定方法。

1.2本标准中毛细管塞比重瓶法适用于测定固体和煤焦油产品,包括道路沥青、木馏油和焦油沥青或是与石油产品的混合物,不适用于测定按照GB/T8017测得雷德蒸气压超过50kPa(O.5bar)或初馏点低于40C的高挥发性液体的密度和相对密度。

1.3带刻度双毛细管比重瓶法适用于除高黏性产品以外的所有产品的密度和相对密度的精确测定,并特别适用于样品量很少的试验。该方法只限于测定按GB/T 8017测得雷德蒸气压不超过130 kPa(1. 3bar)及在试验温度下运动粘度低于50 mm'/s的液体。

2规范性引用文件

下

GB/T514石油产品试验用玻璃液体温度计技术条件

GB/T 1885石油计量表(GB/T 1885- - 1998 ,eqv ISO 91-2:1991)

GB/T 8017石油产 品蒸气压测定法(雷德法)

GB/T 17291石 油液体和气体计量的标准参比条件(GB/T 17291-1998,neq ISO 5024:1976)

ISO 3507:1999实验室玻璃器皿 比重瓶

IsO 5024:1999石油液体和液化石油气测量标准 参照条件

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

密度density

在规定温度下,单位体积内所含物质的质量数,以kg/m3或g/cm3(g/mL)表示。

注:当报告密度时,注明所用的密度单位和温度。例如,千克每立方米或克每毫升, C.

3.2

空气中的表观质量apparent mass in air

对照标准砝码,在空气中称重所获得的值,其中标准砝码和所称物体均未进行空气浮力影响的修正。

3.3

视密度

observed density

查取GB/T1885对应标准密度表所需要的数值。该值使用钠钙玻璃浮计在不同于标定温度的实

验温度下测定,没有进行玻璃的膨胀和收缩修正,相当于玻璃密度计的读数。

3.4

相对密度

relative density

物质在给定温度下的密度与参比温度下标准物质的密度之比。本标准的标准物质是水,参比温度

通常为标准温度。

注:在报告相对密度时,注明z:和z。

4原理

4.1毛细管塞 比重瓶法

通过比较相同体积的试样和水的质量来确定密度。把比重瓶充满液体至溢流,使其在试验温度下

的水浴中达到平衡可确保等体积。计算(第10章)中包括对玻璃热膨胀和空气浮力的修正。

4.2带刻度双毛细管 比重瓶

用水标定比重瓶的刻度臂,按比重瓶内水在空气中的表观质量与刻度值作图。将液体试样吸人干

燥的比重瓶中,在试验温度达到平衡后,记录液面刻度数并称出比重瓶的重量。从图表中读出等体积水在空气中的表观质量,计算试样的密度和相对密度,同时按4.1进行相应的修正。

5仪器

5.1 毛细管塞比重瓶,图1显示出三种型号的比重瓶(常用规格见8.1. 1)。

5. 1.1比重瓶应符合ISO 3507的相关要求。

图1a)中的防护帽<磨口帽)型推荐用于除黏稠或固体产品外的所有试样,通常适用于挥发性产品。

磨口帽或防护帽有效地减少了膨胀和挥发的损失,这种比重瓶可用于测定温度低于实验室室温的情况。

5.1.2图1b)所示比重瓶,称为盖-卢塞克型,适用于除高黏度外的非挥发性液体。

5.1.3图1c)所示的广口比重瓶,适用于较黏稠液体或固体。

5.1.4图1中b)和c)型比重瓶没有“防护帽"或膨胀室。这两种比重瓶均不适用于测定温度远低于实验室温度的情况,因为称重时样品通过毛细管的膨胀可造成试样损失。

5.2带刻度双毛细管 比重瓶，容量1 mL~10 mL,符合图2给出的尺寸,其规格尺寸在表1中给出。

由硼硅玻璃或钠钙玻璃制造,制造后经退火，总质量不超过30g。只要符合ISO3507中里普金比重瓶要求的任何比重瓶都可使用。

5.3恒温水浴:深度大于比重瓶的高度,水浴温度能保持在所要求温度的0.05C以内。

5.4水浴温度计:符合 GB/T 514中GB- 65,GB- 66,GB一 -67 的规格。其他具有合适量程,精度相等或更高的全浸式温度计也可使用。

5.5比重瓶支架(可选的):支撑比重瓶垂直位于恒温水浴中合适的位置,由合适的在水浴中不被腐蚀的金属制成。

图3所示的支架设计适用于带刻度双毛细管比重瓶。

在水浴中可以有几个比重瓶支架。使用抗腐蚀的长方形金属条制成,长度足以横跨浴边。条上钻

有一系列的孔,孔的直径适于6.5 mm比重架柱穿过。孔与孔的间距约为45 mm。各个柱用六角螺

帽,蝶形螺帽和垫片固定在条上的孔中。

5.6 天平:称重精确至0.1 mg。

6比重瓶的准备

用表面活性洗涤液*清洗比重瓶和塞子,用蒸馏水仔细冲洗，然后用一种溶于水的挥发性溶剂

(例如丙酮)干燥。必要时使用经过滤的干燥空气吹干,确保没有任何的微量水分。每当比重瓶要进行校准和比重瓶内壁或毛细管挂水珠时,就要这样清洗。正常时,每次测定之间,可用合适的40 C/60℃轻质石油醚清洗,然后真空干燥即可。

注:如果用表面活性洗涤液不能清洗干净,可用铬酸洗液。铬酸是一种强酸和强氧化剂,使用时应加倍小心。

警告:铭酸对 人体的健康有害。由于是含铬的化合物且有高的腐蚀性,同时它在和有机物接触

时会有潜在的毒性,所以铬酸是一种 被认识到的致癌物质。当其用作清洗溶液时，要特别注意带防护眼镜和穿防护衣,更不能用嘴吸取清洗的溶液。洗液使用完毕,不要将其倒入排水管中。由于铬酸含有浓硫酸,要小心地中和,并按照有毒实验室废物处理步骤来处理清洗溶液(铬酸对环境有严重的危害性)。

7比重瓶的校准

7.1条件准备

比重瓶经干燥后冷却至室温。消除比重瓶上可能生成的静电,称重至0.1 mg。

如果天平箱内没有装静电消除器,那么可以对比重瓶呼气消除静电,但要确保在记录质量前,比重瓶恢复到恒定质量。

为了确保高精度,应在不超过5C的温度范围内进行称重,以限制空气密度的变化。

7.2 毛细管塞比重瓶

7.2.1用新 煮沸并冷却到稍低于20 C的蒸馏水充满比重瓶,牢牢地插上毛细管塞,注意不要压人空气泡。将比重瓶浸入恒温水浴中至颈部,按需要保持在20C士0.05C不少于1h。

7.2.2当比重瓶以及内容物达到浴温时,擦于塞顶,以便使水的液面在毛细管顶部形成弯月面。在操作中必须小心,因为布的毛细作用能吸收走塞中的物质。如果是防护帽型比重瓶,将“防护帽"牢牢地按在塞子上。

7.2.3将比重瓶从水浴中取出,如果不是“防护帽"型,冷却比重瓶及其内容物低于水浴温度。

7.2.4用一块清洁的无毛布擦干比重瓶的外壁,消除静电后称重精确至0.1mg。

7.2.5盛满水的比重瓶与空的比重瓶在空气中的表观质量之差即为20C温度下比重瓶的水值。

7.2.6比重瓶的水值应至少测定五次,其极差不应大于0. 5 mg,取算术平均值作为比重瓶的水值。

7.3带刻度双毛细管 比重瓶

7.3.1将新煮沸并冷却的蒸馏水注人比重瓶内,以获得比重瓶刻度区内顶部附近的读数。比重瓶是采用虹吸法充液。在保持比重瓶直立的情况下,将弯成钩形的管口放在液体中,使液体在毛细管吸力的作用下越过弯曲部分吸人毛细管内,很快完成装液。将比重瓶放在恒温浴中,使比重瓶内的全部液体浸没水浴液面以下。将浴温保持在20C士0.05C,使比重瓶在浴内放置20min,读取每个刻度臂内液位对应的刻度读数,精确至最小分度。

7.3.2将比重瓶从水浴中取出,让其外臂的水流尽。可将比重瓶在盛有丙酮的烧杯中浸一下,再用一块洁净干燥的无毛布擦干。待比重瓶达到室温后,消除静电,称重精确至0.1 mg。

7.3.3盛水 比重瓶和空比重瓶在空气中的表观质量之差即为试验温度下的装水质量(即比重瓶的水值),相当于两刻度读数之和。陆续取出一定量的水,重复测定以便得到至少三对读数,即刻度臂上不同刻度点的水位和所对应的空气中的表观质量。一对读数位于刻度区的顶端,另一对读数位于刻度区的底端。用两臂刻度读数的和与相应的质量作图。这些点应在--条直线上,由此得到比重瓶各刻度读数所对应水的质量。如果点偏离这条直线的距离大于2个最小刻度,且后续试验仍然如此,则应废弃这支有缺陷的比重瓶。

7.4 其他参比温度

如果要测定其他温度下的密度或相对密度,建议在所需温度校准比重瓶。

7.5重新校准

根据经验订出重新校准比重瓶的时间间隔。

建议新比重瓶应在一-年后重新校准,随后根据变化大小来确定校准间隔。

8毛细管塞比重瓶法试验步骤

8.1液体试验步骤

8.1.1选择适用于所测试样的比重瓶型号和大小。通常25mL和50mL的最为适用。

8.1.2称出按第6 章和第7章准备并校准后的比重瓶的重量,必要时消除静电(见7.1第2段和

第3段),25mL或更大容量的比重瓶称重精确至0.5mg,其他较小容量比重瓶称重精确至0.1mg。

8.1.3将比重瓶注满试样,必要时,应预热比重瓶和试样,以便充满和气泡分出。将比重瓶及其内容物浸人恒温浴(见注和10. 2. 3) ,浸没到颈部，使其达到试验温度t,(见10.1)。为了稳定温度并使气泡升到表面,比重瓶要在水浴中浸没20min。如果此后液面仍有变动,则比重瓶在浴中应再保留一段时间，直到液面稳定。

注:对于产品混合物,应确保试验温度与最终报告温度的一致性,除非可以接受一个近似结果，而且已知混合物的体积组成以及混合物各组分的修正系数。

8.1.4当温度恒定后,牢牢地塞上预先处于试验温度的毛细管塞,注意塞子下面不要压入空气泡。

在塞上塞子前,要有足够的时间使空气泡升到液面上,确保液体中没有气泡是非常重要的。

擦去塞子顶上的多余液体使毛细管中液体在塞顶形成弯月面。如果是防护帽型比重瓶,盖上“防

护帽"。

8.1.5将比重瓶从水浴中取出,如不是“防护帽"型,则冷却到稍低于试验温度to如果试验温度高于室温,则将比重瓶及其内容物冷却到室温。

8.1.6用一块清洁的无毛布擦去比重瓶外壁的水和微量的试样,消除静电,按第8.1.2规定的精度

称重。

8.2固体或半固体的试验步骤

8.2.1称出按第6章和第7章准备并校准后的比重瓶的重量。若使用广口比重瓶(见图1中的c),称

至接近0.5 mg。对于沥青物质,只能使用广口比重瓶。

8.2.2向比重瓶中加入适量碎屑形状的试样,碎屑应尽量有规则，以减少带人空气泡的可能。另一种方法是将熔化的试样倾倒入温热的比重瓶中,注意不要带人空气泡。

8.2.3 使比重瓶及其内容物达到室温,称重精确至0.5 mg。

8.2.4向比重瓶注满新煮沸并经冷却的蒸馏水,除去全部空气泡。使用一根细金属丝除去气泡是比较有效的。

在恒温浴中,将比重瓶浸没至颈部，使比重瓶及所盛试样达到试验温度t。比重瓶浸人恒温浴

20min,使其温度达到稳定,并让气泡升到表面。如果经过这段时间后,液面仍然变化，则继续将比重瓶保持在水浴中直到液面稳定。

8.2.5当温度恒定后,将预先处于试验温度的毛细管塞牢牢地插人，注意不要压入空气泡。擦去毛细管顶上多余的水,使毛细管顶部水面出现弯月面。

8.2.6 将比重瓶从水浴中取出,冷却到稍低于t:的温度。如果试验温度高于环境温度,则将比重瓶及其内容物冷却到室温。

8.2.7用一块清洁的无毛布擦干比重瓶外臂,消除静电后称重精确至0.5 mg。

9带刻度双毛细管比重瓶试验步骤

9.1 称出按第6章和第7章准备并校准后的比重瓶的重量,精确至0.1 mg,必要时消除静电(见7.1

第2段和第3段)。

9.2按第7.3.1规定的方法,将接近试验温度的试样装人比重瓶,直到液面达到毛细管刻度部分(见

注)。如果试验温度低于实验室温度，则应装到低刻度部分以使称重时的蒸发损失减少到最小。按第7.3.1的规定,将比重瓶浸在恒温浴中达20min,使比重瓶及其内容物达到试验温度t(见10.1),读取两刻度臂中的液面读数。对于更黏稠的试样，比重瓶在受到扰动后,为使瓶壁上的液体*流下,只有留出足够的时间,才能进行读数。在此期间内，只要比重瓶不被扰动,浸没20 min通常就足够了。

注:对于产品混合物,应确保试验温度与最终报告温度的一致性,除非可以接受一个近似结果，而且已知混合物的体积组成以及混合物各组分的修正系数。

9.3将比重瓶从恒温水浴中取出,让外面的水流干。将比重瓶在-一个盛有丙酮的烧杯中浸--下,以加速干燥,用一块干燥、清洁的无毛布擦拭。让其达到室温,消除静电,称重精确至0.1 mg.

9.4对于含有大量沸点低于20C的高挥发性试样或不能肯定在测定过程中是否由于蒸发会造成损失的试样,则在装样前,要将试样和比重瓶冷却到(0~5)C。如果露点相当高以致在冷却过程中造成水蒸气在比重瓶中凝结,把一个干燥管连接到比重瓶的臂上,可以避免这种现象的发生。对这类试样,只能装样到低刻度,这样可以使由于蒸发造成的损失减少到最小。如果毛细管臂未充满段的总长超过10cm,则扩散速度是很低的,甚至象异戊烷这样的高挥发性化合物，在测定过程中的蒸发损失低到可以忽略不计。

10 计算

10.1 符号

计算中使用以下符号:

t_r 任一参比温度,例如20 C;

tc比重瓶充满 水的校准温度，C(见10.2. 2);

tt比重瓶 充满液体的试验温度，C(见10. 2.3);

m。空比重瓶在空气中的表观质量,g;

mc充满水的比重瓶在校准温度te下的空气中的表观质量,g;

mt充满液体 的比重瓶在试验温度t,下的空气中的表观质量,g;

m1盛有固体或半固体试样的比重瓶在空气中的表观质量,g;

m2盛有试样和水的比重瓶在试验温度t;下空气中的表观质量,g;

c空气浮力修正值,kg/m'(见表2)(见7.1第3段);

pc 在校准温度t。下的水密度,kg/m3(见表3);

a1硅硼玻璃 的体积膨胀系数(见10. 3.2);

a2钠钙玻璃的体积膨胀 系数(见10. 3.3);

ρt 试样在试验温度t,下的密度,kg/m2;

pr 试样在任-参比温度t,下的密度,kg/m3 ;

P2o试样在参比温度20 C下的密度,kg/m';

p't用20C下校准的钠钙玻璃仪器测量试验温度为t.的试样所得到的视密度,kg/m3,即通过

GB/T1885查取标准密度的未作玻璃膨胀修正的视密度。

注:标准所示计算基于密度的单位为kg/m2,如果希望使用密度的单位为g/cm3,计算结果应除以1000(见第12)。

dt试验温度为 t,的相对密度;

dr参比温度为t, 的相对密度。

10.2参比温度、校准温度和试验温度

10.2.1在石油及其产品的国际贸易中,使用的标准参比温度为15C(ISO5024),然而在某些法制计

量或其他特殊场合,可能要求使用其他参比温度。我国使用的标准参比温度为20C(GB/T17291)。.

10.2.2比重 瓶可以在方便的温度下校准,该温度可以是参比温度或者是试验温度(见7.1第3段)。

10.2.3当测定密度用于控制产品品质时,试验温度通常选用所需的参比温度(如20C);当测定密度

用于计算产品数量,包括产品在空气中表观质量或质量时,应该在该产品计量温度的3C以内测定密度。然而对于高挥发性试样,当雷德蒸气压超过毛细管塞比重瓶:10kPa;双毛细管比重瓶:50kPa的数值时,为减少轻组分的损失,应当在20C或20C以下进行密度测定。

10.3比重瓶 热膨胀的修正

10.3.1一般规则

当试验温度t,不同于比重瓶的校准温度t。时，由测量数据计算密度或相对密度时,应包括制造比

重瓶所用玻璃的体积膨胀修正。

如果计算基于GB/T1885的标准密度表或相对密度修正表,则可能也需要进行一项类似的修正

(见10. 3. 4)。

10.3.2 硅硼玻璃比重瓶

10.3.2.1已知硅硼玻璃体膨胀系数按玻璃的来源分为三个主要系列,对应的膨胀系数分别为10X

10^-6 ℃^-1,14X10^-6 C^-1和19 X 10^-6 ℃^-1。

注:硅硼玻璃比重瓶的体积膨胀系数通常为10 X 10^-6 ℃^-1

10.3.2.2当硅硼玻璃比重瓶用于最高精度的测量时，应确保£；=人或使用已知体积膨胀系数的比重瓶。当上述条件达不到，而且可以接受较低精度时，推荐用1O X 1O^-6℃^-1

10.3.3钠钙玻璃比重瓶

对于钠钙玻璃比重瓶，体积膨胀系数可设定为（25±2）X 1O^-6℃^-1

10. 3. 4 GB/T 1885标准中的石油计置表

10.3.4. 1在GB/T 1885中，石油计量表分为原油、产品和润滑油三部分,应使用与被测物质对应的石油计量表。

10. 3. 4. 2 GB/T 1885规定的石油计量表仅适用于石油和石油产品。

10. 3.4. 3 GB/T 1885规定的标准密度表包括了所用玻璃仪器（钠钙玻璃）的膨胀修正，其修正系数可 设定为（25±2）X 1O^-6℃^-1。

当使用硅硼玻璃比重瓶测得的结果去查表时，需要进行硅硼玻璃的体膨胀系数与表中包括 的钠钙玻璃体膨胀系数差的修正。当所用比重瓶为钠钙玻璃且校准温度人等于石油计量表的参比温度A时，不需要作任何 修正。如果t_c与编表的参比温度t_r不同时，就需要对比重瓶在t_c到t_r的温度范围内的膨胀进行修正。

10.4液体宓度的计算

10.4. 1任一温度t_t的密度

10.4. 1. 1 当t_t=t_c时

10.4. 1. 2 当t_t≠t_c时

其中a'为比重瓶对应的a1或a2。

10.4.2参比温度t_r 下的密度

10.4.2.1当t_t=t_c=t_r 时

10.4.2.2当t=tc≠t,(, =20 C)

按10.4.1所述,在试验温度tt;测得的密度是t.时的真密度,因此,在查GB/T1885标准密度表前，

所得密度应进行修正,以给出相当于钠钙玻璃仪器测量的视密度,其中钠钙玻璃仪器应是在参比温度t_r下校准的。在应用时通常不考虑比重瓶的材质,也就是用ρ't和t_t在表中查得P20。

10.4.2.3当t_c=t_r≠t_r(t_r=20℃)

10.4.2.3.1钠钙玻璃比重瓶

直接用ρ'_t和t_t查标准密度表获得相应的P2o。

10.4.2.3.2硅硼玻璃比重瓶

用经过比重瓶不同膨胀调整过的p'_t和温度t_t,查石油计量表,获得标准密度P2o。

二次项是无意义的,可忽略不计。

10.4.2.4当 t≠tc≠tr时

按10.4.1.2测定的在温度t,时的密度是t,时的真密度,所得结果应先修正到在温度tr,校准过的

钠钙玻璃仪器在温度tt,的视密度,才能用它查GB/T 1885的标准密度表。在应用时通常不考虑比重瓶的玻璃材质,即用ρ't和tt在GB/T 1885中查得P20.p't的式子略去无意义的二次项可整理如下:

10.4.2.4.1钠钙玻璃比 重瓶

10.4.2.4.2硅硼玻璃比重瓶

10.4.2.5当tr=tt≠tc 时

用10.4.1.2中的式子。

10. 4.3

计算的修约

根据密度使用的单位或是否测定相对密度,对小于1 000. 00或1. 000 00的数值,所有计算保留五

位有效数字;对等于或大于1000.00或1.00000的数值,所有计算保留六位有效数字。

10.5液体相对 密度的计算

10.5.1按照定义，试样的相对密度可由10.4.1和10.4.2所得密度值除以20C具有相同单位的水密

度值而得出(见10.5.2注)。

10.5.2

一律计算到五位小数。

注:如果密度值是用g/mL来表示的,则表3中的数值要除以1 000。

10.6固体或半固体的密度或相对密度

在采用8. 2所述的试验步骤时,在10. 4的计算要用下式:

代替公式：

11 精密度

11.1毛细管塞 比重瓶法

11.1.1 一般规则

在11.1.2到11.1.4中给出的本方法的精密度基于对常规合格试验的评估,不是由实验室之间的

试验结果统计分析得出的。

按下述规定来判断试验结果的可靠性<95%置信水平)。

11.1.2 重复性

同一操作者用同一仪器,对同一样品进行测定,所得连续测定结果之差不应超过下述数值:

密度0.6 kg/m3和0. 0006 g/mL或相对密度0. 000 6。

11.1.3 再现性

不同操作者在不同实验室对同-样品进行测定,两个独立结果之差不应超过下述数值:

密度0.6 kg/m3和0.000 6 g/mL或相对密度0.000 6。

11.1.4 挥发性和很黏稠物质

对于沥青以外的挥发性或很黏稠的物质或固体(见8.2),还没能给出精密度数据。

注:通过对按照德国国家标准<目前还没有等效的沥青取样的国际标准)取得的沥青样品进行测试,已经获得用比重瓶测量沥青的精密度数据。按照11.1.2和11.1.3的定义,其重复性和再现性分列如下:

重复性:密度3 kg/m2和0.003 g/ mL或相对密度0. 003。

再现性:密度5kg/m3和0.005g/mL或相对密度0.005.

11.2带刻度双毛细管比重瓶法

11.2.1一般规则

在11.2.2和11.2.3中给出了本方法的精密度,是使用5mL的比重瓶,通过实验室相互之间试验

结果的统计分析得出的。本方法不限于777.0 kg/m3~892.0 kg/m3和0. 777 g/mL~0. 892 g/mL 的

密度范围,但超出此范围外的精密度数据还没有获得。

如果使用较大的比重瓶,则所得结果的精密度应该等于或好于11.2.2和11.2.3所给出的数值。

按下述规定来判断试验结果的可靠性(95%置信水平)。

11.2.2重复性

同一操作者用同一仪器按照正确的试验方法,对同--样品进行测定,所得连续测定结果之差不应超过表4数值。

11.2.3再现性

不同操作者在不同实验室按照正确的试验方法,对同--样品进行测定,所得两个独立结果之差不应超过表5数值。

12试验报告

密度按照精确到0.1 kg/m2或0.000 1 g/mL,相对密度按照精确到0.000 1报告最终结果。此外，

在报告中,还应包括以下内容:

a) 报告值是密度还是相对密度;

b)如果是密度 ,要注明单位和温度(见3. 1);

c) 如果是相对密度,要注明温度t1和t2(见3.4);

d) 测定方法;

e) 采用的标准名称。

如果报告密度由石油计量表换算而成,应该报告参比温度和石油计量表的编号。