TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 14400:2025
ASTM D3338/D3338M-20a
NHIÊN LIỆU HÀNG KHÔNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT TRỊ CHÁY THỰC
Test method for estimation of net heat of combustion of aviation fuels
Lời nói đầu
TCVN 14400:2025 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM
D3338/D3338-20a Standard Test Method for Estimation of Net Heat of Combustion of Aviation Fuels
với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA.
Tiêu chuẩn ASTM D3338/D3338-20a thuộc bản quyền của ASTM quốc tế.
TCVN 14400:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 28 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 HÀNG KHÔNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT TRỊ CHÁY THỰC
Test method for estimation of net heat of combustion of aviation fuels
1 Phạm vi áp dụng
1.1 Tiêu chuẩn này quy định phương pháp tính nhiệt trị cháy thực của xăng hàng không, nhiên liệu
tuốc bin máy bay và nhiên liệu động cơ phản lực (tính bằng megajun trên kilogam trong khoảng từ
40,19 MJ/kg đến 44,73 MJ/kg hoặc tính bằng Btu trên pound trong khoảng từ 17.280 Btu/lb đến
19.230 Btu/lb). Phương pháp này chưa xác định độ chụm đối với phép tính nhiệt trị cháy thực nằm
ngoài dải trên.
1.2 Phương pháp này hoàn toàn mang tính thực nghiệm và có thể áp dụng cho nhiên liệu
hydrocacbon lỏng phù hợp với các quy định kỹ thuật đối với xăng máy bay hoăc nhiêu liệu tuốc bin
máy bay và nhiên liệu động cơ phản lực Jet A, Jet A-1, Jet B, JP-4, JP05, JP-7 và JP-8.
CHÚ THÍCH 1: Dữ liệu thực nghiệm về nhiệt trị cháy để xây dựng nên mối tương quan của phương
pháp ASTM D3338 thu được bằng một phương pháp chính xác tương tự phương pháp ASTM D4809.
CHÚ THÍCH 2: Việc tính toán nhiệt trị cháy thực của nhiên liệu hydrocacbon là hợp lý chỉ khi nhiên
liệu này thuộc phân loại nhiên liệu đã được quy định rõ ràng trong đó mối quan hệ giữa nhiệt trị cháy
với hàm lượng chất thơm và hàm lượng lưu huỳnh, khối lượng riêng và dải chưng cất của nhiên liệu
được bắt nguồn từ phép đo thực nghiệm chính xác trên các mẫu đại diện của phân loại đó. Ngay cả
trong trường hợp này, cần phải nhận ra khả năng tính toán có thể có sai số lớn đối với từng loại nhiên
liệu. Các nhiên liệu được sử dụng để thiết lập mối tương quan trình bày trong phương pháp này bao
gồm:
Nhiên liệu:
Xăng hàng không - Loại 100/130 và 115/145 [1, 2]
Các kerosin, alkylat và nhiên liệu WADC đặc biệt [3]
Hydrocacbon tinh khiết - parafin, naphten và chất thơm [4]
Nhiên liệu được Hội đồng nghiên cứu điều phối báo cáo dữ liệu [5].
CHÚ THÍCH 3: Các dải đặc tính được sử dụng trong mối tương quan này như sau:
Chất thơm - từ 0 % theo khối lượng đến 100 % theo khối lượng
Khối lượng riêng API - từ [25,7° API đến 81,2° API]
Độ bay hơi, điểm sôi trung bình - từ [160 °F đến 540 °F]
1.3 Các giá trị được trình bày theo đơn vị SI hoặc theo đơn vị inch-pound được coi là tiêu chuẩn theo
từng hệ đơn vị riêng biệt. Các giá trị được trình bày theo mỗi hệ có thể không chính xác tương
đương; do đó, mỗi hệ phải được sử dụng độc lập với hệ khác. Việc kết hợp các giá trị từ hai hệ trên
có thể dẫn đến sự không phù hợp với tiêu chuẩn này.
1.3.1 Đơn vị SI được ưu tiên sử dụng, mặc dù phương pháp cho phép tính nhiệt trị cháy thực theo
đơn vị SI hoặc inch-pound.
1.3.2 Nhiệt trị cháy thực cũng có thể được tính bằng đơn vị inch-pound theo ASTM D1405 hoặc tính
bằng đơn vị SI theo ASTM D4529. ASTM D1405 yêu cầu tính bằng một trong bốn phương trình tùy
thuộc vào loại nhiên liệu cần tính với độ chụm tương đương độ chụm của phương pháp này. ASTM
D4529 yêu cầu tính bằng một phương trình duy nhất cho tất cả các loại nhiên liệu hàng không với độ
chụm tương đương độ chụm của phương pháp này. Khác với ASTM D1405 và ASTM D4529, TCVN
14400 (ASTM D3338/D3338M) không yêu cầu sử dụng điểm aniline.
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 rất cần thiết cho việc 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 2698 (ASTM D 86), Sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu lỏng - Phương pháp xác định thành phần
cất ở áp suất khí quyển
TCVN 2708 (ASTM D 1266), Sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh
(Phương pháp đốt đèn)
TCVN 3172 (ASTM D 4294), Dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp xác định lưu huỳnh bằng
phổ huỳnh quang tán xạ năng lượng tia-X
TCVN 6594 (ASTM D 1298), Dầu thô và sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng - Xác định khối lượng riêng,
khối lượng riêng tương đối, hoặc khối lượng API - Phương pháp tỷ trọng kế
TCVN 6701 (ASTM D 2622), Sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp xác định lưu huỳnh bằng phổ huỳnh
quang tán xạ bước sóng tia X
TCVN 7330 (ASTM D 1319), Sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng - Phương pháp xác định các loại
hydrocacbon bằng hấp phụ chỉ thị huỳnh quang
TCVN 7760 (ASTM D 5453), Hydrocarbon nhẹ, nhiên liệu động cơ đánh lửa, nhiên liệu động cơ
điêzen và dầu động cơ - Phương pháp xác định tổng lưu huỳnh bằng huỳnh quang tử ngoại
TCVN 8314 (ASTM D 4052), Sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng - Xác định khối lượng riêng và khối lượng
riêng tương đối bằng máy đo kỹ thuật số
TCVN 11585 (ASTM D 2887) Sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp xác định sự phân bố dải sôi của
phân đoạn dầu mỏ bằng sắc ký khí
TCVN 12921 (ASTM D 6379) Nhiên liệu hàng không và các phân đoạn chưng cất dầu mỏ - Xác định
các loại hydrocacbon thơm - Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao với detector chỉ số khúc xạ
ASTM D240, Test method for heat of combustion of liquid hydrocarbon fuels by bomb calorimeter
(Phương pháp xác định nhiệt trị cháy của nhiên liệu hydrocacbon lỏng bằng nhiệt trị kế dạng bom)
ASTM D1405, Test method for estimation of net heat of combustion of aviation fuels (Phương pháp
tính nhiệt trị cháy thực của nhiên liệu hàng không)
ASTM D1552, Test method for sulfur in petroleum products by high temperature combustion and
intrared (IR) detection or thermal conductivity detection (TCD) (Xác định hàm lượng lưu huỳnh trong
các sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp đốt cháy ở nhiệt độ cao và đầu dò tia hồng ngoại (IR) hoặc
đầu dò độ dẫn nhiệt (TCD))
ASTM D3120, Test method for trace quantities of sulfur in light liquid petroleum hydrocarbons by
oxidative microcoulometry (Phương pháp định lượng vết lưu huỳnh trong hydrocacbon dầu mỏ nhẹ
dạng lỏng bằng phép đo vi điện lượng oxy hóa)
ASTM D4529, Test method for estimation of net heat of combustion of aviation fuels (Phương pháp
tính nhiệt trị cháy thực của nhiên liệu hàng không)
ASTM D4809, Test method for heat of combustion of liquid hydrocarbon fuels by bomb calorimeter
(Precision method) (Phương pháp xác định nhiệt trị cháy của nhiên liệu hydrocacbon lỏng bằng nhiệt
trị kế dạng bơm (phương pháp độ chụm))
ASTM D8267, Test method for determination of total aromatic, monoaromatic and diaromatic content
of aviation turbine fuels using gas chromatography with vacuum ultraviolet absorption spectroscopy
detection (GC-VUV) (Phương pháp xác định tổng hàm lượng aromatic, hàm lượng monoaromatic và
hàm lượng diaromatic của nhiên liệu tuốc bin hàng không bằng phương pháp sắc ký khí với đầu dò
quang phổ hấp thụ tia cực tím chân không (GC-VUV))
ASTM D8305, Test method for the determination of total aromatic hydrocarbons and total polynuclear
aromatic hydrocarbons in aviation turbine fuels and other kerosene range fuels by supercritical fluid
chromatography (Phương pháp xác định hàm lượng tổng hydrocarbon thơm và hàm lượng tổng
hydrocacbon thơm đa nhân trong nhiên liệu tuốc bin hàng không và các loại nhiên liệu kerosin khác
bằng sắc ký lỏng siêu tới hạn)
IP 436, Determination of aromatic hydrocarbon types in aviation fuels and petroleum distillates - High
performance liquid chromatography method with retractive index detection (Xác định các loại
hydrocacbon thơm trong nhiên liệu hàng không và sản phẩm chưng cất dầu mỏ - Phương pháp sắc
ký lỏng hiệu năng cao với phát hiện chỉ số khúc xạ)
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Trong tiêu chuẩn này, sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau
3.1
Nhiệt trị cháy tổng (gross heat of combustion), Qg (MJ/kg)
Lượng năng lượng được giải phóng khi đốt một đơn vị khối lượng nhiên liệu trong điều kiện không đổi
về thể tích, với sản phẩm là khí, ngoại trừ nước, được ngưng tụ thành trạng thái lỏng.
3.2
Nhiệt trị cháy thực (net head of combustion), Qn (MJ/kg)
Lượng năng lượng được giải phóng khi đốt một đơn vị khối lượng nhiên liệu ở áp suất không đổi, với
tất cả các sản phẩm bao gồm cả nước đều ở dạng khí.
4 Tóm tắt phương pháp
4.1 Mối tương quan[6] theo đơn vị inch-pound giữa nhiệt trị cháy thực với khối lượng riêng API, hàm
lượng chất thơm và độ bay hơi trung bình của nhiên liệu được thiết lập. Mối tương quan được chuyển
sang hệ đơn vị SI. Các tương quan này được thể hiện bởi các phương trình 1 và phương trình 2 dưới
đây:
Loại nhiên liệu
Tất cả các loại xăng hàng không, nhiên liệu tuốc bin máy bay và nhiên liệu động cơ phản lực
Phương trình
Qp1 = 16,24(G) - 3.007(A) + 0,01714(G x V) - 0,2983 (A x G) + 0,00053(A x G x V) + 17685 (1)
hoặc theo đơn vị SI
Qp2 = [5528,73 - 92,6499 A + 10,1601 T + 0,314169 AT]D + 0,0791707 A - 0,00944893 T -
0,000292178 AT + 35,9936
(2)
trong đó:
Qp1 = Nhiệt trị cháy thực trên cơ sở không có lưu huỳnh, [Btu/lb];
Qp2 = Nhiệt trị cháy thực trên cơ sở không có lưu huỳnh, MJ/kg;
A = Chất thơm, % thể tích;
G= Khối lượng riêng, API;
V = Độ bay hơi: điểm sôi hoặc điểm sôi trung bình tại 10 %, 50 % và 90 % thể tích xác định
theo TCVN 2698 (ASTM D 86) hoặc TCVN 11585 (ASTM D 2887), [°F];
D= Khối lượng riêng ở 15 °C, kg/m3;
T = Độ bay hơi: điểm sôi hoặc điểm sôi trung bình tại 10 %, 50 % và 90 % thể tích xác định
theo TCVN 2698 (ASTM D 86) hoặc TCVN 11585 (ASTM D 2887), °C.
4.2 Để hiệu chỉnh ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu đến nhiệt trị cháy thực, áp
dụng phương trình sau:
Q = Qp x [1 - 0,01 (S1)] + C(S1) (3)
Trong đó:
Q= Nhiệt trị cháy thực của nhiên liệu chứa phần trăm khối lượng lưu huỳnh S1, MJ/kg hoặc
[Btu/lb];
Qp= Qp1 [đơn vị inch - pound] hoặc Qp2 (đơn vị SI);
S= Hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu, % khối lượng;
C= Hằng số dựa trên dữ liệu nhiệt hóa của các hợp chất lưu huỳnh và bằng 0,10166 (khi sử
dụng đơn vị SI) hoặc bằng 43,7 (khi sử dụng đơn vị inch - pound).
4.3 Các phương trình thực nghiệm để tính nhiệt trị cháy thực của nhiên liệu không chứa lưu huỳnh
được suy ra bằng phương pháp hồi quy tuyến tính từng bước sử dụng dữ liệu từ 241 loại nhiên liệu,
hầu hết đều phù hợp với quy định kỹ thuật của xăng hàng không và nhiên liệu tuốc bin máy bay hoặc
nhiên liệu động cơ phản lực.
5 Ý nghĩa và ứng dụng
5.1 Phương pháp này nhằm mục đích sử dụng như một hướng dẫn trong trường hợp khi không có
sẵn và không thể thực hiện được việc xác định nhiệt trị cháy bằng thực nghiệm và khi tính toán được
coi là thỏa đáng. Phương pháp này không nhằm mục đích thay thế cho các phép đo nhiệt trị cháy
bằng thực nghiệm. Bảng 1 trình bày tóm tắt về phạm vi của từng biến được sử dụng để xây dựng mối
tương quan. Giá trị trung bình và ước tính phân bố giá trị của biến xung quanh giá trị trung bình có tên
gọi là độ lệch chuẩn được nêu trong Bảng 1. Điều này cho thấy, ví dụ: khối lượng riêng trung bình của
tất cả các nhiên liệu được sử dụng để xây dựng mối tương quan là 779,3 kg/m3, trong đó 2/3 số mẫu
có khối lượng riêng trong khoảng từ 721,4 kg/m3 đến 837,1 kg/m3, nghĩa là, trong khoảng cộng hoặc
trừ một độ lệch chuẩn. Mối tương quan chính xác nhất là khi giá trị của các biến được sử dụng nằm
trong một độ lệch chuẩn của trung bình nhưng vẫn có ích trong phạm vi đến hai độ lệch chuẩn của
trung bình. Có thể sử dụng mối tương quan này cho các sản phẩm chưng cất hydrocacbon khác và
các hydrocacbon tinh khiết; tuy nhiên, chỉ có dữ liệu hạn chế về nhiên liệu phi hàng không trên toàn
bộ phạm vi của các biến số được đưa vào mối tương quan.
CHÚ THÍCH 4: Quy trình xác định nhiệt trị cháy tổng và nhiệt trị cháy thực bằng phương pháp thực
nghiệm được mô tả trong ASTM D240 và ASTM D4809.
Bảng 1 - Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các biến số
Biến số Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn
Chất thơm, % khối lượng 13,5 23,9
Khối lượng riêng kg/m3 [°API] 779,3 [50,0] 58,0 [13,5]
Độ bay hơi, °C [°F] 171,11 [340] 57,2 [103]
Nhiệt trị cháy, MJ/kg [Btu/lb] 43,421 [18 668] 0,862 [371]
5.2 Các phương pháp đo nhiệt trị nêu trong Chú thích 4 là để đo nhiệt trị cháy tổng. Tuy nhiên, trong
tính toán cho máy bay thì cần nhiệt trị thực. Phương pháp tính toán này là dựa trên nhiệt trị thực
nhưng cần phải hiệu chỉnh đối với các hợp chất lưu huỳnh ngưng tụ.
6 Quy trình
6.1 Xác định hàm lượng chất thơm trong nhiên liệu chính xác đến 0,1 % thể tích theo TCVN 7330
(ASTM D 1319).
6.1.1 Các tiêu chuẩn TCVN 12921 (ASTM D 6379), IP 436, ASTM D8267 hoặc ASTM D8305 có thể
được sử dụng thay thế cho TCVN 7330 (ASTM D 1319) để xác định hàm lượng chất thơm trong
nhiên liệu sử dụng trong tiêu chuẩn này.
6.1.2 Nếu sử dụng TCVN 12921 (ASTM D 6379) hoặc IP 436 thì nhân tổng hàm lượng chất thơm
tính theo % thể tích với 25/26,5 (= 0,9434) và sử dụng giá trị đã hiệu chỉnh này thay cho chất thơm
được xác định bằng TCVN 7330 (ASTM D 1319) trong Công thức 2.
6.1.3 Nếu sử dụng tiêu chuẩn ASTM D8305, kết quả phần trăm khối lượng phải được hiệu chỉnh độ
chệch bằng cách sử dụng phương trình hiệu chỉnh độ chệch cho tổng số chất thơm trong Điều 13 (Độ
chụm và độ chệch) của ASTM D8305.
6.2 Xác định khối lượng riêng ở 15 °C hoặc khối lượng riêng API của nhiên liệu chính xác đến 0,1
kg/m3 hoặc [0,1° API] theo TCVN 6594 (ASTM D 1298) hoặc TCVN 8314 (ASTM D 4052).
6.3 Xác định điểm sôi 10 %, 50 % và 90 % của nhiên liệu chính xác đến 1 °C hoặc [1 °F] theo TCVN
2698 (ASTM D 86). Tính giá trị trung bình ba nhiệt độ này để thu được giá trị T (°C) hoặc giá trị V (°F)
được sử dụng trong các phương trình tại 4.1. Đối với hydrocacbon nguyên chất, T hoặc V là nhiệt độ
sôi bình thường.
6.3.1 TCVN 11585 (ASTM D 2887) có thể được sử dụng thay thế cho TCVN 2698 (ASTM D 86) để
xác định độ bay hơi của nhiên liệu dùng trong tiêu chuẩn này. Giá trị trung bình của điểm sôi 10 %, 50
% và 90 % được xác định theo TCVN 11585 (ASTM D 2887) có thể được sử dụng trực tiếp thay cho
giá trị trung bình tương ứng được xác định theo TCVN 2698 (ASTM D 86).
6.4 Xác định hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu chính xác đến 0,02 % lưu huỳnh theo các tiêu
chuẩn TCVN 2708 (ASTM D 1266), ASTM D1552, TCVN 6701 (ASTM D 2622), ASTM D3120, TCVN
3172 (ASTM D 4294) hoặc TCVN 7760 (ASTM D 5453), tùy thuộc vào độ bay hơi của mẫu.
7 Tính toán và báo cáo
7.1 Đơn vị SI
7.1.1 Tính nhiệt trị cháy thực, trên cơ sở không có lưu huỳnh, sử dụng phương trình 2 trong 4.1. Làm
tròn giá trị thu được đến một phần nghìn.
Ví dụ:
Mẫu: Kerosin
Giá trị xác định được:
Chất thơm: A = 12,5 % thể tích
Khối lượng riêng: D = 805,0 kg/m3
Thành phần cất
T10 = 203 °C
T50 = 233 °C
T90 = 245 °C
(4)
Giá trị tính toán: A x T = 2837,5 (5)
T = (203 + 233 + 245)/3 = 227 °C
Thay vào phương trình 2 trong 4.1:
Qp2 = [5528,73 - 92,6499 (12,5) + 10,1601 (227) + 0,314169 (2837,5)1/805,0 + 0,0791707
(12,5) - 0,00944893(227) - 0,000292178(2837,5) + 35,9936
(6)
Qp2 = 43,411015 = 43,411 MJ/kg, trên cơ sở không có lưu huỳnh (7)
7.1.2 Tính nhiệt trị cháy thực được hiệu chỉnh đối với hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu, sử dụng
phương trình 3 trong 4.2. Làm tròn giá trị thu được đến một phần nghìn.
Ví dụ: Qp2 = 43,411 MJ/kg
Giá trị xác định được: Lưu huỳnh, S1 =0,1 % theo khối lượng
Thay vào phương trình 3 trong 4.2:
Q = 43,411[1 -0,01(0,1)] + 0,10166 (0,1) (8)
Q = 43,3778 = 43,378 MJ/kg (5)
7.2 Đơn vị Inch - Pound
7.2.1 Tính nhiệt trị thực của quá trình đốt cháy, trên cơ sở không có lưu huỳnh, sử dụng phương trình
1 trong 4.1. Làm tròn giá trị thu được đến số nguyên.
Ví dụ:
Mẫu: Kerosin
Giá trị xác định được:
Chất thơm: A = 12,5 % thể tích
Khối lượng riêng: G = 44,2 °API
Thành phần cất
T10 = 398 °F
T50 = 451 °F
T90 = 473 °F
T = (398 + 451 + 473)/3 = 440,7 °F
(10)
Các giá trị tính được:
G x V = 19478,9 (11)
A x G = 552,5 (12)
A x G x V = 243486,8 (13)
Thay vào phương trình 1 trong 4.1:
Qp1 = 16,24(44,2)-3,007(12,5)+ 0,01714(19 478,9) - 0,2983(552,5) + 0,00053(2243 486,8) +
17 685
(14)
Qp1 = 18 663,3 = 18 663 Btu/lb, trên cơ sở không chứa lưu huỳnh (15)
7.2.2 Tính nhiệt trị cháy thực được hiệu chỉnh đối với hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu và làm tròn
giá trị thu được đến số nguyên.
Ví dụ: Qp1 = 18 663 Btu/lb
Giá trị xác định được: Lưu huỳnh, S1 =0,10 % theo khối lượng