Эксплуатационные свойства дизельных топлив

Среди свойств дизельного топлива, влияющих на подачу его в двигатель, следует выделить содержание механических примесей (ГОСТ 10577–78)и воды (ГОСТ 2477–65). Для автотракторных дизельных топлив должно быть обеспечено их полное отсутствие. В тяжелых моторных
топ ливах допускается содержание
механических примесей не более
0,1 %, воды – не более 0,5 %.

Низкотемпературные свойства дизельных топлив характеризуются так же, как и у бензинов, температурами помутнения и кристаллизации, а также температурой застывания (ГОСТ 20287–91). Температура застывания – это температура, при которой происходит сращивание кристаллов и топливо полностью теряет подвижность. Температуру застывания определяют путем охлаждения пробирки с топливом (рис. 27) до температуры, при которой наклон пробирки на угол 45° и выдержка в этом положении не вызывают смещения уровня топлива в ней. Наихудшими низкотемпературными свойствами обладают парафиновые углеводороды, затем следуют ароматические, у цикланов они наилучшие. Температура застывания повышается также по мере увеличения молярной массы углеводородов, входящих в топливо, поэтому для дизельных топлив, особенно для тяжелых, это представляет определенную проблему.

В целом у дизельных топлив низкотемпературные свойства значительно хуже, чем у бензинов из-за высокого содержания в топливе парафиновых углеводородов и более тяжелого фракционного состава. Лучшие по низкотемпературным свойствам дизельные топлива получаются путем глубокой низкотемпературной депарафинизации. Однако в связи со снижением ЦЧ, а также со сложностью и высокой стоимостью этого процесса часто для понижения температуры застывания используют присадки – депрессаторы. Механизм действия таких присадок основан на том, что молекулы депрессора адсорбируются на образовавшихся кристаллах парафина, препятствуя их дальнейшему росту и сращиванию. Депрессорная присадка практически не влияет на температуру помутнения топлива, однако при ее концентрации 0,02…0,1 % температура застывания понижается на 20…30 °С с одновременным улучшением параметров прокачиваемости и фильтруемости топлива. Номенклатура депрессаторов очень велика [14]. Наибольшее распространение получили присадки, основанные на сополимерах этилена с винилацетатом, такие как сантопур, парафлоу, АзНИИ и др.

На прокачиваемость топлива по топливопроводам и на подачу его насосом высокого давления через форсунки в цилиндр оказывает влияние вязкость топлива, существенно зависящая от температуры. Существует понятие предельной вязкости. Под этим термином понимают ту вязкость, при которой подача топлива перестает обеспечивать номинальную мощность двигателя. Это весьма условное понятие, поскольку определяется оно не только свойствами самого топлива, но и характеристиками данной топливоподающей системы. Слишком низкая вязкость топлива также недопустима из-за снижения его смазывающих свойств. По существующим стандартам минимальная вязкость ДТ должна быть не ниже 1,5 сСт при 20 °С, для флотских мазутов максимальная вязкость составляет 90 сСт (и более) при 50 °С. Высоковязкое топливо в условиях судовой энергетической установки перед подачей его в двигатель подогревают до достижения вязкости, обеспечивающей требуемую прокачиваемость.

Фильтруемость – частный случай прокачиваемости, представляющий собой способность топлива проходить через фильтры при очистке от загрязнений (ГОСТ 19006–73). Численно она определяется коэффициентом фильтруемости, характеризующим присутствие в топливе всех видов загрязнений. Коэффициент фильтруемости показывает изменение пропускной способности фильтра в стандартных условиях испытаний, численно он равен отношению времени фильтрования t₁₀ последних 2 мл (десятой порции) к времени фильтрования t₁ первых 2 мл (первой порции):

(29)

Для товарных топлив K _ф не должен превышать 3. Норма на этот коэффициент позволяет косвенно ограничить содержание механических примесей, воды, смол, ПАВ и других веществ в топливе, вызывающих закупорку бумажных фильтров.

Коррозионные и нагарообразующие свойства дизельных топлив определяются наличием в них водорастворимых кислот и щелочей, органических кислот, серы и сернистых соединений, ванадия, а также минеральных веществ и кокса.

Присутствие в ДТ водорастворимых кислот и щелочей, так же как и у бензинов, недопустимо и определяется качественно по реакции водной вытяжки по ГОСТ 6307–75.

Кислотность дизельного топлива, определяющая содержание органических кислот, допускается не выше 5…10 мг КОН на 100 мл топлива (содержание органических кислот в общем больше, чем у бензина).

Наличие активной серы, как и у бензинов, определяется пробой на медную пластинку. Топлива для автотракторных дизелей должны выдерживать это испытание.

Содержание неактивной серы в дизельном топливе больше, чем у бензина, составляет 0,05….0,5 % для автотракторных топлив и достигает 2…5 % для высокосернистых судовых топлив. Удаление серы производят с помощью процессов гидрогенизации, но это повышает стоимость топлива на 35…50 %. Наиболее эффективный метод борьбы с влиянием серы – использование антикоррозионных присадок (к примеру, натриевых солей органических кислот), обладающих щелочными свойствами. Однако введение их в топливо экономически невыгодно, поэтому наиболее правильным методом борьбы с коррозией в двигателе является введение присадок в моторные и цилиндровые масла.

Причиной существенного коррозионного износа деталей двигателей, работающих на флотских мазутах, может служить ванадий, количество которого растет практически пропорционально содержанию серы и достигает 0,02 % (метод определения – по ГОСТ 10364–90). В технической литературе существует термин “ ванадиевая коррозия ”, а воздействие ванадия на конструкционные материалы, несмотря на его малые количества в топливе, считается доказанным.

Механизм ванадиевой коррозии состоит в том, что образующийся пятиоксид ванадия, имея переменную валентность, катализирует окисление металлов, а затем сам окисляется, благодаря избытку кислорода, всегда имеющемуся в камере сгорания дизеля, по схеме

Fe + V₂O₅ ® FeO + V₂O₄;

V₂O₄ + 0,5O₂ ® V₂O₅.

Экспериментальные исследования показали, что не существует металлических сплавов, которые бы противостояли ванадиевой коррозии [30]. Существенного снижения ее скорости можно добиться добавкой к топливу присадок, содержащих MgO и ZnO, и некоторых других специальных композиций.

Для ориентировочной оценки склонности дизельного топлива к нагарообразованию определяют коксуемость 10 %-ного остатка топлива (ГОСТ 19932–99) после перегонки (рис. 28). Коксуемость дизельных топлив, как правило, возрастает с утяжелением фракционного состава. Для быстроходных дизелей она не должна превышать 0,3 %, для топлив повышенного качества – не более 0,1…0,2 %, для тяжелых топлив тихоходных дизелей может достигать 4 % и более.

Зольность (ГОСТ 1461–85) дизельного топлива должна быть минимальной. Зола представляет собой оксиды металлов и соли, которые находятся в топливе в виде растворимых в нем металлоорганических соединений (присадок и загрязнений) и механических примесей. Зола, являясь абразивным материалом, увеличивает износ гильз цилиндров и колец.

Зольность определяют медленным выпариванием 1 л топлива, а затем прокаливанием 30…40 мл остатка навески и выражают в весовых процентах. Зольность топлив для быстроходных дизелей не должна превышать 0,02 %, для тяжелых топлив – 0,04…0,08 %.

Стабильность дизельного топлива оценивается уже известными методами и в целом выше, чем у бензинов. В дизельные топлива также вводят антиокислительные присадки, но в меньшем количестве и обычно в комплексе с деактиваторами металлов и диспергентами. Кроме этого, при длительном хранении в ДТ вводят присадки- биоциды в количестве 0,05…0,5 %, предотвращающие порчу топлива микроорганизмами.

О пожароопасности дизельного топлива (ГОСТ 12.1.044–89), а также о присутствии легкокипящих фракций судят по температуре вспышки и температуре воспламенения. Температура вспышки – это минимальная температура, при которой пары топлива, залитого в тигель, способны воспламениться в воздухе при поднесении источника зажигания (рис. 29).

В зависимости от способа определения различают температуру вспышки в закрытом (ГОСТ 6356–75) и открытом тиглях (ГОСТ 4333–87). Температура вспышки позволяет судить о температурных условиях, при которых топливо становится огнеопасным [31].

Для дизельных топлив t _всп = 30…90 °С, нижний предел соответствует зимним и арктическим топливам, верхний – летним. Для бензинов аналогичные температуры находятся в пределах минус 27… минус 39 °С.

Температура воспламенения – температура, при которой горючее, нагреваемое в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения на несколько градусов превышает температуру вспышки.

Для оценки взрывоопасности топлив определяют ряд специфических характеристик: чувствительность к удару, чувствительность к прострелу пулей, склонность к детонационному взрыву, электризуемость и т.д.

Наиболее важный параметр в повседневном использовании топлива – его электризуемость, которая может стать источником воспламенения при сливо-наливочных операциях и заправке техники. Электризация топлива обусловлена явлениями разделения заряда в адсорбированном слое одного знака – на границе раздела фаз, другого – в объеме топлива. Скорость разделения зарядов зависит от скорости адсорбции и свойств топлива. В статических условиях электризация не возникает. При движении топлива с увеличением его скорости до определенного предела электризация растет, а затем в связи с разрушением адсорбированного слоя падает. С повышением содержания в топливе воды его электризуемость также повышается.

Для обеспечения перекачки топлива с большими скоростями движения (при заправке самолетов, загрузке танкеров) в топливо вводят специальные антистатические присадки [14], обеспечивающие интенсивное рассеивание зарядов из массы топлива.