Вязкость топлива на что влияет на
Вязкость топлива
11.11.2019 09:36
Продажей дизтоплива в Москве занимаются многие компании. Но при покупке дизеля обязательно нужно учитывать его вязкость. Поговорим подробнее, что то такое.
Каким должно быть дизельное топливо
Дизельное топливо – продукт перегонки нефти. Его состав определяет свойства и влияет на работу мотора.
Важный показатель – вязкость топлива. От неё зависит, как будет работать двигатель.
Как связана вязкость с другими характеристиками
Густота горючего связана со всеми другими свойствами.
Цетановое число и индекс влияют на мощность двигателя. Если вязкость оптимальная, сырье хорошо сгорает и мотор работает эффективно.
Плотность меняется вместе с температурой окружающей среды. В холодный сезон и плотность, и вязкость становятся больше.
При низкой температуре дизель кристаллизируется. Поэтому есть такое свойство как температура помутнения. Если топливо густое, то кристаллы образуются быстрее.
Чем выше вязкость, тем больше концентрация углеродов или коксуемость. Если углеродов много, образуется нагар и двигатель перестает работать.
Когда в топливе слишком много сернистых соединений, то его экологичность будет очень низкой. Оно затвердевает быстрее при пониженной температуре.
Все трущиеся детали двигателя нуждаются в смазке. Превышение допустимых значений вязкости затрудняет смазку.
На что влияет вязкость дизеля
В двигателе на дизеле воспламенение топлива проходит без свечей зажигания. При этом вязкость влияет на подачу горючего, подготовку и воспламенение смеси.
Если этот показатель низкий, то капли горючего получаются мелкими. Они сгорают, не попадая в форсунки. Тогда форсунки могут перегреваться и деформироваться.
Зависимость густоты от температуры
Выбирают его по сезону. Играет роль вязкость.
При небольшом морозе дизель может загустеть. Но многие водители не учитывают этот фактор. Поэтому заливают летний дизель зимой и наоборот.
Также многие недобросовестные продавцы занимаются продажей разбавленного дизтоплива, смешанного с другим горючим либо вовсе откровенной подменой топлива.
Чтобы избежать проблем с работой машины, нужно заранее покупать соответствующую марку дизеля в зависимости от погоды. Приобретать дизтопливо лучше с доставкой.
Летние сорта
Получается, что при минусовой температуре, летними марками пользоваться нельзя.
Рекомендуется задолго до наступления зимы и уже при прохладной погоде заливать соответствующее горючее.
Зимние марки
У зимнего топлива меньше вязкость, поэтому двигатель хорошо работает в холодное время года. Нижний предел его замерзания – минус 30С.
Также его можно использовать в осенне-весенний период. Параметры вязкости у него шире.
К зимнему дизелю относится и арктическое. Его не применяют при 0 С.
Разница в стоимости марок дизтоплива
Дизельное топливо по цене отличается. Так, дизтопливо с доставкой будет стоить дешевле. Влияют также его качество (стандартное или евро) и сезонность.
Арктическое стоит на 20% больше, чем летнее и на 30% дороже зимнего.
Использовать горючее для лета зимой нельзя. Оно моментально загустевает, топливный насос перестает работать и придется ремонтировать машину.
Также и при плюсовых градусах зимние марки плохо влияют на мотор.
Разница в цене дизеля зависят от затрат на его производство, а также, есть ли необходимость в присадках.
В статье – о том, какой срок годности имеет солярка и как правильно ее хранить, если купить дизтопливо оптом. А также – о том, как продлить срок годности ДТ.
Почему многим компаниям выгодно закупать дизельное топливо оптом. Советы по тому, как правильно выбрать поставщика дизельного топлива с доставкой. Об этом – в статье.
Вязкость топлива на что влияет на
Дизельные топлива. Свойства и показатели дизельных топлив, влияющие на подачу и смесеобразования
Дизельное топливо после бензина относится к самым массовым продуктам, применяемым на автомобильном транспорте. Дизельные двигатели по сравнению с карбюраторными обладают лучшей топливной экономичностью, удельный расход топлива у них примерно на 30 % ниже, чем у карбюраторных двигателей.
Дизельным топливом называется нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения в пределах от 200 до 350º С.
По внешнему виду дизельное топливо представляет собой прозрачную, по сравнению с бензином более вязкую жидкость, окрашенную имеющимися в ее составе смолами в цвета от желтого до светло-коричневого. Дизельное топливо легче воды и практически в ней не растворяется.
Дизельное топливо производиться из отбензиненной нефти, благодаря чему увеличивается выход из нефти жидких топлив.
Технико-экономические требования к дизельным топливам.
Дизельное топливо должно:
— бесперебойно поступать в цилиндры двигателя при любых температурах (сохранять подвижность до возможно более низких температур) и обеспечивать легкий пуск двигателя:
— обеспечивать хорошее распыление и смесеобразование в цилиндрах двигателя;
— легко воспламеняться и плавно сгорать, обеспечивая мягкую и бездымную работу двигателя;
— быть в необходимой степени химически стабильными;
— обладать минимальным коррозионным воздействием на металлы;
— не содержать механических примесей и воды.
Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу
Вязкость дизельного топлива, равно как и других жидкостей, характеризует его подвижность, величину внутреннего трения, взаимную силу сцепления молекул. Она может быть выражена в единицах динамической и кинематической вязкости. Для дизельного топлива указывается кинематическая вязкость.
Кинематическая вязкость измеряется удельным коэффициентом внутреннего трения и представляет собой отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при температуре определения
К основным требованиям по качеству дизельного топлива относиться прокачиваемость его по топливной системе, обеспечивающая подачу топлива в цилиндры двигателя в необходимом для заданного режима количестве.
Одним из показателей, которым оценивается прокачиваемость, является вязкость. Вязкость топлива влияет непосредственно на процесс образования смеси. От нее зависит надежность и ресурс топливной аппаратуры двигателя. Топливо с чрезмерно высокой вязкостью будет оказывать значительное сопротивление при движении по трубопроводам, через фильтры, отверстия форсунок и т.д. При использовании топлива с очень низкой вязкостью ухудшается смазка деталей насоса высокого давления и нарушается дозировка подачи топлива. Кроме того, при использовании топлива с малой вязкостью дальнобойность его струи оказывается недостаточной вследствие чрезмерного распыливания. Недостаточная вязкость приводит к неоднородности рабочей смеси, ухудшению процесса сгорания и перегреву форсунок. Капли высоковязкого топлива получаются крупными, с излишне большой дальнобойкостью образующегося из них факела, что ведет к замедленному их испарению и частичному оседанию на днище поршня, а также на стенки камеры сгорания.
Из выше сказанного следует, что топливо для быстроходных дизельных двигателей должно обладать оптимальной вязкостью (при 20º С) и находиться для летней эксплуатации в пределах 3,0-6,0, для зимней 1,8-6,0, для арктических условий – в пределах 1,5- 4,0 мм 2 /с.
Низкотемпературные свойства жидких углеводородных топлив зависят от группового и фракционного состава. Наихудшими низкотемпературными свойствами обладают парафины (алканы) и ароматические углеводороды, наилучшими — циклоалканы. Углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру кристаллизации, это, прежде всего, относится к нормальным алканам. При понижении температуры окружающей среды эти углеводороды видны невооруженным глазом как отдельные кристаллики.
Наивысшая температура, при которой топливо теряет прозрачность, называется температурой помутнения. При этом топливо не теряет свойство текучести. Значение вязкости при повышении температуры увеличивается незначительно, однако кристаллы, проникая через фильтр грубой очистки, образуют непроницаемую для топлива пленку на фильтре тонкой очистки, что приводит к прекращению подачи топлива.
Следует учитывать, что температура помутнения должна быть на 3—5 °С ниже температуры окружающей среды.
При дальнейшем охлаждении ДТ наступает сращивание отдельных кристаллов в каркас, который пронизывает все топливо, сковывая его. Топливо теряет текучесть.
Наивысшую температуру, при которой топливо теряет текучесть, называют температурой застывания. Она должна быть на 8—12 °С ниже температуры окружающей среды.
Для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив проводят их частичную депарафинизацию и добавляют специальные присадки (депрессоры).
Температуры застывания и помутнения определяют в специальном приборе по ГОСТ 20287—91.
Температуру застывания можно понизить путем введения депрессорной присадки (например, АзНИИ—ЦИАТИМ-1).
Физическая и химическая стабильность
Под воздействием внешних факторов в ДТ протекают физические и химические процессы, основными из которых являются испарение, загрязнение механическими примесями и водой, выпадение высокоплавких компонентов при охлаждении, окисление, разложение, конденсация.
При перекачке топлива происходит испарение легких фракций, что приводит к ухудшению его пусковых свойств. При хранении, транспортировке, заправке топливо вступает в контакт с воздухом, который содержит влагу. Поэтому в ДТ вводят антикристаллизационные присадки. Окисление ДТ увеличивает содержание фактических смол. В зимних марках их должно быть не более 30 мг на 100 мл топлива, а в летних — не более 40 мг.
Механические примеси и вода в дизельных топливах.
Дизельное топливо, как и бензины, не должно содержать механических примесей и воды.
При положительных температурах вода с топливом образует эмульсию, разрушающую фильтрующие элементы фильтров тонкой очистки, а при отрицательных температурах вода превращается в кристаллы льда, которые закупоривают топливные фильтры.
Содержание воды в нефтепродуктах, равное 0,025 %, принято называть следами. Такое количество воды допустимо только в летних дизельных топливах, которые разрешается применять в период с 1 мая по 1 октября.
Механические примеси могут попасть в дизельное топливо при его хранении, транспортировании и заправке автомобиля. Наибольший вред механические примеси наносят плунжерной паре насоса высокого давления, а так же форсунке. Механические примеси засоряют топливные фильтры, в результате чего затрудняется подача топлива.
Свойства и показатели ДТ, влияющие на смесеобразование
Топливо в цилиндры двигателя подается в жидкой фазе. С момента введения в цилиндр первой порции топлива начинается подготовка этой и последующих порций к сгоранию, на что требуется определенное время (t1), называемое периодом задержки самовоспламенения (период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения). Если величина периода задержки укладывается в определенные пределы, то в работе дизеля не происходит недопустимых отклонений от нормы. Следствием увеличения задержки самовоспламенения (t2) является очень интенсивное тепловыделение на первой стадии горения, в результате чего создается очень высокая скорость нарастания давления. Если при этом темп повышения давления превзойдет 0,6 МПа на один градус поворота коленчатого вала, то возникает ненормальная, а так называемая жесткая работа дизеля. При жесткой работе дизельного двигателя его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.
Период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения.
Чем выше испаряемость топлива, тем качественнее проходит смешивание его с воздухом, а значит и его сгорание. До конца может сгореть только полностью испарившееся топливо. Если же топливо находится в капельно-жидком состоянии, то в процессе горения участвует только оболочка капель. Ядро же под воздействием высокой температуры превращается в сажу и выбрасывается с отработавшими газами, загрязняя окружающую среду.
Испаряемость ДТ зависит также и от конструктивных особенностей дизеля. Форма камеры сгорания, конструкция и размер сопловых отверстий форсунок, а также давление и направление впрыска топлива — факторы, которые влияют на оптимальное перемешивание топлива с воздухом, а значит и испаряемость. Вязкость, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение имеют такое же значение для испаряемости дизельного топлива, как и у бензинов.
Испаряемость ДТ оценивается его фракционным составом, т. е. температурами t10, t50, t96, tНР и tКР. ГОСТ устанавливает лишь t50 и t96. В зависимости от марки ДТ t50 колеблется от 255 до 280 °С; a t96 — от 330 до 360 °С.
При плохой испаряемости ДТ возникают затруднения при пуске двигателя, ухудшается его экономичность и увеличивается дымность отработавших газов. Однако топливо с высокой испаряемостью имеет худшую самовоспламеняемость.
Плотность и поверхностное натяжение
Плотность и поверхностное натяжение наряду с вязкостью оказывают влияние на качество распыления топлива. Чем более мелкую структуру капель будет иметь распыляемый факел топлива из форсунки, тем быстрее произойдёт переход его в парообразное состояние.
Свойства и показатели ДТ, влияющие на самовоспламенение и процесс сгорания
Воспламенение ДТ, как и любого другого вида топлива, зависит от температуры в очаге возгорания. Температура самовоспламенения ДТ определяется его химическим составом.
Способность ДТ самовоспламеняться оценивают цетановым числом (ЦЧ). Метод оценки самовоспламеняемости топлив для быстроходных дизелей аналогичен методу оценки детонационной стойкости бензинов. В качестве эталонных топлив для определения самовоспламеняемости выбирают два углеводорода: цетан С16Н34 и альфаметилнафталин С10Н7СН3. Самовоспламеняемость первого углеводорода условно принята за 100, второго — за 0. Смешивая их можно получить смесь с самовоспламеняемостью от 0 до 100. Таким образом, цетановым числом называется условный показатель, численно равный процентному содержанию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая по самовоспламеняемости соответствует испытуемому образцу.
Цетановое число ДТ определяют методом совпадения вспышек (рис. 1).
Для безотказной работы современных двигателей требуется топливо с цетановым числом летом — не менее 45, зимой — 50. При цетановом числе ниже 45 дизели работают жестко, особенно зимой, а выше 45 — мягко. Однако использовать топлива с цетановым числом выше 60 нерентабельно, так как жесткость работы при этом изменяется незначительно, а удельный расход топлива возрастает. Последнее объясняется тем, что при повышении ЦЧ свыше 55 период задержки воспламенения (время с момента начала подачи топлива в цилиндр двигателя до начала горения) настолько мал, что топливо воспламеняется вблизи форсунки, и воздух, находящийся дальше от места впрыска почти не участвует в процессе сгорания. В результате топливо сгорает не полностью, снижается экономичность двигателя.
Рис. 1 Установка ИТ9-3 для определения цетановых чисел ДТ:
1 — пульт управления; 2 — топливные бачки; 3 — подогреватель воздуха;
4 — зеркало для наблюдения за вспышками; 5 — механизм изменения степени сжатия; 6 — форсунка; 7 — одноцилиндровый двигатель; 8 — насос высокого давления
ДТ не всегда обеспечивают необходимую самовоспламеняемость, поэтому возникает необходимость в повышении цетанового числа. Существуют два основных метода: изменение химического состава и введение специальных присадок.
Цетановое число зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в состав ДТ. Цетановые числа алканов — самые высокие, самые низкие числа имеют ароматические углеводороды. Углеводороды, входящие в состав ДТ, по ЦЧ располагаются следующим образом: 1 — алканы, 2 — циклоалканы, 3 — изоалканы, 4 — ароматические углеводороды. Увеличение числа углеродных атомов в молекулах углеводородов приводит к увеличению цетанового числа.
Таким образом, повышение содержания н-алканов приводит к увеличению ЦЧ. Однако н-алканы имеют высокую температуру кристаллизации, что приводит к ухудшению низкотемпературных свойств ДТ.
Введение в ДТ специальных кислородсодержащих присадок способствует легкому выделению активного кислорода. К таким присадкам относятся органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты, которые, попадая в камеру сгорания, ускоряют образование перекисей, от разложения которой ускоряется процесс самовоспламенения. Так, добавление 1 % изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10—12 единиц и улучшает пусковые свойства ДТ в зимнее время.
Существует эмпирическая зависимость цетанового числа топлива от его октанового числа.
где ЦЧ — цетановое число; ОЧ — октановое число.
Чем выше октановое число, тем ниже его цетановое число и наоборот. Поэтому добавление в дизельное топливо бензиновых фракций всегда ведет к снижению его цетанового числа.
Свойства и показатели ДТ, влияющие на образование отложений
Коррозионные свойства ДТ, как и бензинов, зависят от содержания в них серы, сернистых и кислотных соединений. Наиболее агрессивной является так называемая активная сера (элементарная сера, сероводород и меркаптаны).
Присутствие в ДТ таких активных сернистых соединений, как меркаптанов, резко увеличивает износ плунжерных пар топливных насосов высокого давления и игл распылителей форсунок. Поэтому содержание меркаптановой серы в ДТ должно быть не более 0,01 %.
Гораздо сложнее обстоит дело с газовой коррозией, которая получается в результате образования при высокой температуре в камере сгорания сернистого ангидрида, вступающего при охлаждении в реакцию с парами воды и образующего серную кислоту. Для нейтрализации вредного воздействия кислот в ДТ вводят противокоррозионные присадки.
ДТ с суммарным содержанием неактивных сернистых соединений не более 0,2 % не вызывают осложнения в работе двигателя и могут применяться без ограничения. В настоящее время большинство нефтепродуктов производят из сернистых нефтей и содержание неактивной серы достигает 0,5 %.
ДТ по содержанию неактивной серы делятся на две подгруппы. В топливах первой подгруппы серы должно быть не более 0,2 %. В топливах второй подгруппы для летних и зимних марок от 0,21 до 0,5 %, для арктических — от 0,21 до 0,4 %.
Содержание сернистых соединений настолько важный параметр, что его отражают в марке ДТ.
Кислотность характеризует содержание в ДТ кислых соединений. ДТ должны оказывать минимальное коррозионное воздействие на металлы, т. е. не содержать минеральных кислот и щелочей; содержание органических кислот огранивается до 5 мг КОН на 100 мл топлива.
Содержание фактических смол в ДТ характеризует его склонность к нагару. Способность ДТ к осмолению зависит от наличия в нем непредельных углеводородов. О количестве последних судят по йодному числу. Йодное число численно равно количеству граммов йода, присоединившихся к непредельным углеводородам, которые содержатся в 100 г топлива. Непредельные углеводороды вступают в соединение с йодом, и чем их больше в топливе, тем больше йода вступает в реакцию. Содержание смолистых веществ в дизельных топливах оценивается, так же как и в бензинах, определением содержания фактических смол. С повышением содержания фактических смол в дизельном топливе склонность к нагарообразованию возрастает. Одно из требований к качеству дизельного топлива — содержание фактических смол не должно превышать 36—60 мг на 100 мл.
Содержание серы в топливе также влияет на образование отложений. Чем выше ее содержание в топливе, тем больше нагара и лака образуется при его сгорании. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность. Склонность к нагарообразованию возрастает при увеличении содержания в дизельном топливе ароматических углеводородов.
Нагарообразование и отложения на деталях двигателя зависят от коксуемости топлива и содержания в нем золы.
Коксуемость определяется процентным соотношением количества образовавшегося твердого остатка (кокса) после коксования навески топлива в специальном приборе.
Зольность топлива характеризует содержание в нем несгораемых примесей. Содержание золы повышает нагарообразование. Попадая в масло, зола вызывает ускоренный износ деталей. Допустимое содержание золы в дизельном топливе 0,01—0,02 %.
Марки дизельных топлив
Для эксплуатации автомобилей используются ДТ трех марок: Л (летнее), З (зимнее), А (арктическое). Все марки могут применяться для любого автомобильного дизеля. Выбор той или иной марки зависит только от климатических условий и низкотемпературного показателя топлива.
По марке ДТ можно определить содержание неактивных сернистых соединений и температуру вспышки или застывания. Например, марка ДТ Л — 0,11 — 58 ГОСТ 305 — 82 свидетельствует о принадлежности данного топлива к первой подгруппе с температурой вспышки 58 °С; марка 3—0,2 минус 45 ГОСТ 305—82 — о зимнем топливе, содержании 0,2 % сернистых соединений, температуре застывания не выше минус 45 °С.
Важно помнить, что ДТ второй подгруппы можно применять только при использовании для смазывания двигателя масла, содержащего многофункциональные присадки (ВНИИНП-370, ВНИИНП-360 и др.), обладающие моющими свойствами и нейтрализующие серный и сернистый газы. В противном случае повышается износ деталей двигателя в 1,5—3 раза.
Для уменьшения вредного влияния сернистого топлива необходимо поддерживать нормальный тепловой режим двигателя, т. е. не снижать температуру, чтобы избежать конденсации влаги, и чаще менять фильтрующие элементы масляных фильтров и масло в картере двигателя.
Основные показатели ДТ приведены в табл. 1
Таблица 1. Основные показатели дизельных топлив
Для холодной климатической зоны топливо марки «З» имеет температуру застывания не выше —45 °С и температуру помутнения — не выше —35 °С.
В табл. 2 показано соответствие марок ДТ российского и зарубежного производства.
Таблица 2. Соответствие марок ДТ российского и зарубежного производства
Установлены две марки дизельного летнего экологически чистого топлива:
На экспорт вырабатывается дизельное топливо ДЛЭ и ДЗЭ (ТУ 38.001.162-85) с содержанием серы 0,2 %.
В районах газовых месторождений Западной Сибири и Крайнего Севера допущены к применению газоконденсатные широкофракционные летнее (ГШЛ), зимнее (ГШЗ) и арктическое (ГША) дизельные топлива.
1. Какие предъявляются требования к ДТ?
2. Расскажите о свойствах и параметрах ДТ, влияющих на подачу.
3. Расскажите о свойствах и параметрах ДТ, влияющих на смесеобразование.
4. Как оценивается способность ДТ к самовоспламенению?
5. Расскажите о способах повышения цетанового числа.
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ
Maritime blog → ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЯХ
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ.
Вязкость топлива. Вязкость является одной из основных характеристик котельных и тяжелых топлив, т.к. от нее зависят процессы сгорания топлива, надежность работы и долговечность топливной аппаратуры, и возможность использования топлива при низких температурах.
Вязкость – внутреннее трение, проявляющееся при относительном движении частиц текущих веществ (жидкостей и газов), способность сопротивляться их взаимному перемещению. Величина вязкости может быть выражена в единицах вязкости динамической, кинематической и в условных единицах.
В настоящее время вязкость топлива определяется в единицах условной вязкости и единицах кинематической вязкости.
Единицы условной вязкости – градусы Энглера °Е или °ВУ – отношение времени истечения 200 мл нефтепродукта при определенной температуре ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20° С через калиброванное отверстие вискозиметра.
Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах и определяется на капиллярном вискозиметре по времени перетекания определенного объема жидкости через капилляр под действием собственной массы при заданной температуре.
На некоторых судовых вискозиметрах измеряется динамическая вязкость топлива в сантипуазах. Для расчета кинематической вязкости (в сантистоксах) необходимо величину динамической вязкости разделить на плотность топлива.
До 1977 г. распространенной единицей вязкости вязких сортов топлив были секунды Рейд Вуда, измеряемые при 100 градусах по Фаренгейту.
В процессе подготовки топлива необходимая вязкость обеспечивается его подогревом, т.к. именно от этого параметра зависит качество распыления топлива и эффективность его сгорания в цилиндре дизеля. Пределы величины вязкости впрыскиваемого топлива регламентируются инструкциями по обслуживанию двигателя. Температуру подогрева топлива определяют по номограмме (рис.1).
От вязкости в значительной мере зависит скорость охлаждения мех примесей, а также способность топлива отстаиваться от воды. Например, при увеличении вязкости топлива в два раза при всех прочих равных условиях время осаждения частиц возрастает также в два раза.
Вязкость топлива в отстойной цистерне снижают путем его подогрева. Для открытых систем (какой является отстойная цистерна) действует требование Правил Регистра, согласно которому нагревать топливо в цистерне можно до температуры не менее чем на 15 С ниже его температуры вспышки, и не выше 90 С. Нагрев выше 90 С не допускается, т.к. в этом случае легко можно достичь температуры кипения воды. Вскипание воды, находящейся в нижней части цистерны, может привести к выбросу топлива из цистерны.
Осаждение воды в отстойных цистернах происходит только в том случае, если она не образует с топливом стойкой эмульсии. В этом случае даже при низкой вязкости топлива осаждение воды не происходит.
Необходимо отметить, что эмульсионная вода влияет на величину вязкости. При содержании эмульсионной воды 10% вязкость может, увеличится на 15 – 20%.
Пример использования номограммы для определения температуры подогрева топлива:
На судно получено топливо IFO 180 (т.е. с вязкостью 180 сст при 50° С). На форсунки надо подавать топливо с вязкостью 20 сСт. Рис.1
Температуру подогрева топлива по номограмме (рис.1) определяем следующим образом: находим точку пересечения n=180 сст с t=50° C, проводим кривую параллельно ближайшей вязкостно-температурной кривой (в нашем случае №6) до пересечения с n=20 сст и, опустив перпендикуляр на ось температур (° С), находим температуру подогрева топлива перед распылителем = 103° С.
По этой же номограмме можно определить оптимальную температуру перекачки высоковязких топлив.
Плотность. Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость топлива и его химические свойства. Высокая плотность означает относительно более высокое соотношение углеводорода и водорода.
Плотность дизельных топлив, вырабатываемых у нас, ограничивается 0,860 г\см3 при 20°С, импортных – 0,929 г\см3 при 15° С.
Плотность средне вязких отечественных топлив ограничивается 0,935 г\см3 при 20°С, импортных – 0,991 г\см3 при 15 С.
Плотность высоковязких отечественных топлив ограничивается 1,015 г\см3 (для мазута топочного 100) при 20° С, импортных – 0,991 г\см3 при 15°С.
Плотность имеет большое значение при очистке топлива путем сепарации, Если плотность топлива приближается к плотности воды, то это создает дополнительные трудности, т.к. отделение воды от топлива основано на разности их плотностей.
В центробежном топливном сепараторе тяжелой фазой является вода. Для получения устойчивой поверхности раздела между топливом и пресной водой плотность топлива не должна превышать 0,992 г\см3. Чем выше плотность топлива, тем более сложным становится регулирование сепаратора, Незначительные изменения вязкости, температуры или плотности топлива приводят к потерям топлива с водой или к ухудшению очистки топлива.
Механические примеси. Механические примеси в топливе имеют органическое и неорганическое происхождение. К неорганическим примесям относится ржавчина и песок, которые могут попадать в топливо извне. К органическим примесям – кроены и карбиды – твердые частицы, образующиеся в топливе в процессе переработки нефти.
Механические примеси органического происхождения могут вызвать зависание плунжеров и форсуночных игл в направляющих. Попадая в момент посадки клапанов или форсуночной иглы на седло, карбоны и карбиды прилипают к притертой поверхности, что также приводит к нарушению их работы. Кроме того, карбоны и карбиды, попадая в цилиндры дизеля, способствуют образованию нагаров на стенках камеры сгорания поршня и в выпускном тракте.
В силу своей незначительной твердости механические примеси органического происхождения мало влияют на изнашивание деталей топливной аппаратуры.
Механические примеси неорганического происхождения по своей природе являются абразивными частицами и, поэтому, могут вызвать не только зависание подвижных деталей прецизионных пар, но и абразивное разрушение трущихся поверхностей, посадочных притертых поверхностей клапанов, форсуночной иглы и распылителя, а также сопловых отверстий, Особенно опасно наличие в топливе частиц более 6 мкм. Обычно эти частицы из топлива можно полностью удалить путем сепарации.
Содержание механических примесей в различных сортах топлив оговаривается в ГОСТах и колеблется от 0 в дизельных топливах до 1,5% в мазутах. Зарубежными стандартами на топливо содержание механических примесей не нормируется.
Содержание воды. Вода содержится в топливе в виде взвеси или эмульсии. В зависимости от количества и дисперсности вода оказывает различное влияние на сгорание топлива. Наличие в топливе воды до 1 – 2% не оказывает заметного влияния на работу двигателя, если она равномерно распределена в массе топлива. При большем содержании ее в топливе могут возникнуть трудности при сжигании топлива в двигателе, особенно при образовании отстойной воды в момент поступления топлива в двигатель. В этом случае неизбежны пропуски вспышки в отдельных цилиндрах, а при продолжительном использовании обводненного топлива, и остановка двигателя.
Стандарты допускают содержание воды в топливах до 1,5%, однако в топливах прошедших морские перевозки, допускается содержание воды до 2%.
Присутствие в топливе мельчайших частиц воды обеспечивает дополнительное распыливание топлива в камере сгорания и улучшает смесеобразование за счет микро взрывов частиц воды. На этом основано применение водоотливных эмульсий.
При работе на водо-топливных эмульсиях процесс задержки воспламенения сокращается, в результате чего сгорание топлива происходит с большей эффективностью. Применение водо-топливных эмульсий требует установки дополнительного оборудования: смесителя или гомогенизатора для обеспечения устойчивых эмульсий с заданным содержанием воды и размерами частиц воды. Обычно содержание эмульсионной воды в водо-топливных эмульсиях составляет 4 – 7%.
Особенно неблагоприятное воздействие на характеристики топлива оказывает морская вода. Содержащийся в ней натрий вступает во взаимодействие с ванадием, присутствующим в топливе, и образует при сгорании продукты, способствующие резкому усилению температурной коррозии, а иногда, и увеличению нагарообразования.
Коксовый остаток. Коксовый остаток – массовая доля углекислого остатка (в процентах), образующегося после сжигания в стандартном приборе испытуемого горючего или его 10%-ного остатка.
Величина коксового остатка характеризует неполное сгорание топлива и образование нагара. Для остаточных топлив величина коксового остатка определяется по Конрадсону.
Содержание кокса для различных марок топлив различно. У дистиллятных топлив он не высок (0,3 – 0,5%), у остаточных крекингированных топлив он достигает значительных величин, Коксовый остаток топлив, вырабатываемый у нас, достигает 10%. В импортных топливах допускается содержание кокса до 22%.
Величина коксового остатка по Конрадсону обычно пропорционально концентрации высококипящих тяжелых молекул в топливе, содержанию асфальтенов и, следовательно, плотности топлива. Поэтому, чем выше кокс по Конрадсону, тем, как правило, хуже топливо.
Обычно при использовании топлива с высоким содержанием кокса резко возрастает нагарообразование. Поэтому при сжигании тяжелого топлива необходимо особо тщательно следить за техническим состоянием форсунок и топливных насосов, а также за распределением нагрузки по цилиндрам.
Температура вспышки. Температурой вспышки называют наименьшую температуру, при которой пары топлива, нагреваемого при строго определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Она зависит от количества легких фракций в топливе и характеризует нижний предел воспламенения испытуемого горючего в смеси с воздухом, Для большинства топлив температуру вспышки определяют путем нагрева топлива в закрытом тигле (кроме мазутов топочных 40 и 100).
Важность этой характеристики топлива связана с эго огнеопасностью, а не с пригодностью его для дизельных двигателей или котлов. Согласно Правил Регистра на судах можно использовать лишь топливо с температурой вспышки не ниже 61°С.
Топлива с высокой вязкостью, как правило, имеют температуру вспышки намного выше этого предела. Однако следует обратить внимание на отсутствие коррекции между вязкостью и температурой вспышки, а также на тот факт, что попадание даже незначительного количества топлива с низкой температурой вспышки в тяжелое топливо резко снижает температуру вспышки, Известны случаи взрывов и пожаров при попадании сырой нефти в тяжелое топливо, при этом температура вспышки снизилась до 25°С.
Температура застывания. За температуру застывания принимают ту температуру, при которой топливо теряет подвижность. От температуры застывания зависит возможность транспортировки топлива по трубопроводам без его подогрева.
Топлива, которые хранятся при температуре ниже точки застывания, превращаются в твердую массу. При хранении топлива при температуре, близкой к точке застывания, возможна частичная кристаллизация. Результатом такого хранения могут быть отложения в танках, засорение фильтров и трубопроводов, невозможность перекачки топлива.
Топлива с высокими точками застывания часто имеют хорошие характеристики сгорания, что вызвано хорошим качеством сгорания парафинов.
В ГОСТах на топливо максимальная величина температуры застывания ограничена температурой 25°С, а в зарубежных стандартах 30°С.
В приложениях ISO и CIMAC включен также класс топлив с максимальной точкой застывания 0°С зимой и 6°С в остальное время года. Очевидно, это предусмотрено специально для судов, у которых отсутствует подогрев топлива.
Содержание серы. Сера присутствует в топливе, в основном, в составе органических соединений, При сгорании сера образует сернистый (SO) и серный (SO) ангидриды, которые при соединении с водой образуют сернистую (HSO) и серную (HSO) кислоты, вызывающие сильную коррозию поверхностей, на которых они могут конденсироваться.
Для предотвращения коррозии цилиндровых втулок крейцкопфных двигателей, работающих на тяжелом топливе, цилиндровые масла должны содержать щелочные присадки, Мерой щелочности масла, или его способности нейтрализовать кислоты, является «общая щелочность» (общее щелочное число).
Современные цилиндровые масла обычно имеют щелочное число в пределах 40 – 70 мг КОН на 1грамм масла, хотя некоторые фирмы предлагают цилиндровые масла со щелочным числом 100.
В тронковых двигателях, где смазка цилиндров обеспечивается разбрызгиванием и более интенсивна, при работе на тяжелых топливах используют цилиндровые масла со щелочным числом 20 – 40.
Для правильного выбора величины общего щелочного числа цилиндровых масел в зависимости от содержания серы в топливе на рис.2 представлен график, предложенный фирмой «Бурмайстер и Вайн».
Рис. 2
При выборе цилиндровых масел следует иметь в виду, что избыточная щелочность при использовании топлив с низким содержанием серы обычно не вызывает проблем при правильно установленной дозировке цилиндрового масла и соблюдения указанных в примечании 1 рис.2 мер предосторожности.
Следует также иметь в виду, что коррозионные проблемы возникают не столько из-за слишком низких температур охлаждающей воды и продувочного воздуха, что вызывает конденсацию паров серной кислоты на холодных поверхностях.
В топливах, производимых у нас, содержание серы ограничивается 3,5 (у мазутов), а в импортных – 5%.
Содержание золы. Содержание золы является мерой содержания неорганических несгораемых примесей в топливе. Эти примеси являются, частично, естественными компонентами сырой нефти, частично выносятся в процессе ее переработки (например, при каталитическом крекинге), а также при хранении, обработке, транспортировке.
Золообразующие материалы существуют в виде твердых составляющих, механических примесей и растворенных в топливе веществ.
Нерастворимые в воде вещества, такие, как соединения никеля или ванадия. Не могут быть удалены в системах подготовки топлива на борту судна. Водо-растворимые (например, соединения натрия) удаляются путем промывки водой и центрифугирования. Промывка водой для удаления соединений натрия используется только при подготовке топлива для газовых турбин.
Твердые примеси – песок, пуль, остатки каталитического крекинга – можно удалить механическими средствами: путем фильтрования и центрифугирования. Эффективность удаления зависит от принятой системы очистки, размеров частиц, плотности материалов по сравнению с плотностью топлива.
Обычно максимальное содержание золы не должно превышать 0,1%, однако новые стандарты допускают 0,15 и 0,20% для наиболее тяжелых сортов топлив.
Содержание ванадия и натрия. Присутствие в топливе этих двух элементов имеет большое значение. Как причина высокотемпературной коррозии на наиболее горячих металлических поверхностях, таких как поверхности выхлопных клапанов в дизельных двигателях и трубки пароперегревателей в котлах.
При одновременном содержании ванадия и натрия в топливе образуются ванадаты натрия с температурой плавления приблизительно 625 °С.
Эти вещества вызывают размягчение слоя окисла, который обычно защищает металлическую поверхность, что вызывает разрушения границ зерен и коррозионное повреждение большинства металлов. Поэтому содержание натрия должно быть меньше 1\3 содержания ванадия.
Если содержание натрия в топливе незначительно, то образуется пяти окись ванадия, действующая подобно ванадату, хотя она имеет более высокую температуру плавания (675° С).
Для того чтобы избежать проблем, вызванных высокотемпературной коррозией, важно удалить водо-растворимые соли натрия, что достигается путем промывки топлива водой и эффективного центрифугирования.
Важно также избегать условия, при которых увеличивается термическая нагрузка, например, соблюдать правила эксплуатации и регулировки двигателя, избегать его перегрузки.
Ванадиевые соединения в топливе полностью растворимы и трудно удаляемы. Их воздействие может быть ослаблено путем включения в топливо присадок, которые вступают в реакцию с ванадием в процессе сгорания, образуя соединения, температура плавления которых выше, чем у пяти окиси ванадия или ванадатов натрия. Чаще всего для этих целей используется магний. Он может добавляться в топливо в виде органического или неорганического раствора сульфата магния. В том случае образуется ванадат магния, температура плавления которого выше 1000С. Недостаток использования магниевой присадки заключается в том, что при этом усиливается тенденция к образованию зольных отложений на лопатках турбин.
Как правило, ванадий содержится в асфальто-смолистой части топлива.
Содержание ванадия в легких топливах (газойль и топлива типа Marine Diesel) незначительно.
Стандарты отечественных моторных топлив и мазутов не ограничивают содержание ванадия, за исключением газотурбинного топлива, в котором содержание ванадия не должно превышать 4ррм.
Содержание алюминия и кремния. Остатки процесса каталитического крекинга в сжиженом слое могут содержать высокопористые алюмосиликатные соединения, которые могут вызвать тяжелые абразивные повреждения элементов топливных систем, а также поршней, поршневых колец и втулок цилиндров.
Пористость частиц сильно затрудняет их удаление путем осаждения и цинтрифугирования.
Содержание алюминия и кремния отечественными стандартами не ограничено, но т.к. за границей тяжелые топлива получают путем каталитического крекинга, то эти показатели введены в стандарт.