Физико-химические свойства топлив.

Эксплуатационные свойства топлив оценивают показатели, характеризующие процессы подачи, смесеобразования, сгорания, а также способность вызывать нагарообразование и износ в дизелях. Основные из этих показателей регламентируют ГОСТы на топлива.

Плотность топлива — это отношение плотности топлива при 20° С к плотности дистиллированной воды при 4° С. В эксплуатационных условиях плотность должна учитываться в следующих случаях:

а) при бункеровке для определения массы остатка топлива в цистерне, весовой вместимости цистерны, массы принятого в цистерну топлива.

б) при подборе регулировочной шайбы в сепараторе;

в) при замене рекомендованной для данного двигателя марки топлива другой, так как плотность (удельный вес) влияет на дальнобойность топливного факела и ее изменение может отрицательно повлиять на условия смесеобразования и сгорания.

 

 

 

Плотность различных видов топлив при температуре 15 оС (60 оF), кг/м3, равна:

— морской газойль — 820—880;

— морское дизельное — 840—920;

— остаточное — 930—1 030.

Вязкость — это свойство, определяющее внутреннее трение между частицами жидкости при их перемещении относительно друг друга. Для оценки величины относительной силы трения в жидкости используют динамические, кинематические или условные единицы вязкости.

За единицу динамической вязкости принят пуаз (П), т. е. сила сопротивления, возникающая при относительном перемещении слоев жидкости со скоростью 1 см/с, когда площадь каждого слоя 1 см² и расстояния между ними 1 см.

За единицу кинематической вязкости принят Стокс (0,01Ст-1 сСт) — отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре.

За единицу условной вязкости принят градус условной вязкости (° ВУ) или градус Энглера (°Е). Вязкость нефтепродуктов в ° ВУ для данной температуры равна отношению времени истечения 200 мл нефтепродукта через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же вискозиметра при 20° С.

В США, Англии и некоторых других странах вязкость измеряется в секундах Редвуда (с R) или Сейболта (SU). При этом вязкость для данной температуры определяется временем истечения 50 мл нефтепродукта (по Редвуду) или 60 мл нефтепродуктов (по Сейболту) из вискозиметра.

В эксплуатационных условиях вязкость является определяющим фактором при: перекачке топлива насосами; сепарации; работе топливных насосов (оказывает влияния на закон подачи и на условия смазки плунжерных пар); впрыске и смесеобразовании (от нее зависит тонкость и однородность распыла).

 

Фракционный состав —это характеристика склонности топлива к испарению при повышении температуры. Склонность топлива к испарению при нагревании очень важна при запуске холодного двигателя, когда низкие температурные пределы выкипания значительно усложняют пуск. Испаряемость топлива во многом определяет период (время) задержки самовоспламенения топлива, поданного в цилиндр двигателя. Фракционный состав дизельного топлива должен обеспечить выкипание не менее 90% топлива при температуре ниже 350°С, а полное испарение—при температуре 400° С.

В малооборотных дизелях на процесс смесеобразования отводится больше времени, поэтому влияние испаряемости на эффективность сгорания менее заметно.

Воспламеняемость — это склонность топлива к самовоспламенению при повышении температуры. Воспламеняемость зависит от температуры самовоспламенения, периода задержки воспламенения, группового и химического состава топлива.

Для характеристики воспламеняемости принято цетановое число, т. е. процентное содержание цетана (С1бНз4) в такой его смеси с a-метил нафталином (С11 Н10), которая имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо.

Топливо, имеющее высокое цетановое число, обладает более коротким периодом задержки воспламенения. Цетановое число оказывает существенное влияние на пусковые качества топлива, жесткость работы двигателя, его экономичность.

Температура помутнения - характеризуется началом кристаллизации парафина, растворенного в топливе,

Температура застывания — это температура, при которой топливо теряет свою текучесть, т. е. будучи налитым, в стандартную пробирку, остается неподвижным в течение 1 мин после наклона пробирки под углом 45°.Застывание топлива связано с кристаллизацией растворенного в нем парафина.

Температура вспышки — это температура, при которой пары топлива вспыхивают в случае поднесения открытого пламени. Она зависит от количества легких фракций в топливе.

В эксплуатации температура вспышки имеет значение как величина, определяющая степень пожарной опасности топлива. Минимальное значение температуры вспышки для топлив, используемых в судовых дизелях, допускается не ниже 61° С.

Учитывают температуру вспышки при хранении топлива и выборе режима подогрева топлива в открытых емкостях.

Температура воспламенения —это температура, при которой топливо воспламеняется и горит не менее 5 сек. в случае поднесения к нему открытого пламени

Температура самовоспламенения —это температура, при которой топливо воспламеняется без воздействия постороннего источника тепла. Эта величина зависит от фракционного состава топлива и от давления воздуха, при повышении которого температура самовоспламенения понижается.

Температура самовоспламенения в эксплуатации является одним из факторов, учитываемых при выборе марки топлива.

.

Теплота сгорания разделяется на высшую и низшую. Высшая теплота сгорания — это общее количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг топлива. Низшая теплота сгорания — это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг топлива, без учета тепла, израсходованного на испарение содержащейся в топливе воды.

В расчетах рабочих процессов двигателя используют низшую теплоту сгорания. Элементарный химический состав и теплота сгорания являются взаимосвязанными характеристиками.

 

Коксуемость — это свойство топлива образовывать на деталях ЦПГ твердый углеродистый осадок (нагар) при нагреве без доступа воздуха. Коксуемость оценивается процентным содержанием кокса, получившегося в результате сгорания топлива. Однако при оценке склонности топлива к нагарообразованию следует учитывать, что не только коксуемость, но и наличие в топливе элементов, образующих смолы, способствуют отложению нагара.

Зольност ь — это величина твердого остатка, образовавшегося после сгорания топлива.

Зола представляет собой окислы металлов или соли, оставшиеся в топливе после переработки нефти в виде растворенных металлоорганических соединений, а также механические примеси, попавшие в топливо в результате нарушения правил его транспортировки и хранения.

Сера --является вредной примесью, так как ее соединения в определенных условиях способствуют коррозии деталей топливной аппаратуры, ЦПГ и газо-выпускного тракта, а также увеличению нагарообразования в цилиндрах и повышенному износу трущихся деталей.

Все продукты сгорания серы являются коррозионно-агрессивньши соединениями (содержащейся в топливе влаги, и соединения с ними окислов SOi и S0з получается сернистая H2SO3 и серная Н2S04 кислоты) и поэтому могут вызывать газовую и кислотную коррозию.

Под газовой коррозией понимают химическую коррозию, происходящую в зоне высоких температур (1000°С и более). Для уменьшения вредных влияний серы в двигателях используются специальные распылители (с увеличеным диаметром распылителей и углом распыла топлива).

 

Ванадий

Интенсивность газовой коррозии повышается при содержании в сернистых топливах соединений ванадия. Во время сгорания топлива ванадий окисляется и получается его пяти окись VzOs, которая, являясь коррозионно-активным соединением, способствует к тому же образованию окисла SOg. Но в дизелях поверхности деталей не нагреваются до температуры, при которой происходит интенсивная газовая коррозия.

Содержание механических примесей характеризует наличие в топливе механических частиц металла, глины, кокса и т. д. Эти включения попадают в топливо из нефти в процессе ее переработки, а также при транспортировке и хранении топ­лива.

Содержание воды в топливе (в процентах) обусловливается технологией переработки нефти. На содержание воды влияют условия хранения и подогрева топлива. Вода ухудшает условия работы топливной аппаратуры и способствует коррозии ее деталей, отрицательно влияет на режим горения и снижает теплоту сгорания топлива.

Хотя суда оборудованы соответствующими сепараторами и фильтрами, их правильная эксплуатация важна для получения удовлетворительных результатов.

 

ТР ТС 013/2011

Приложение 7 к техническому регламенту Таможенного союза

«О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».

Требования к характеристикам судового топлива

Массовая доля серы, не более % 3,5 (по 31 декабря 2011 г.)

2 (по 31 декабря 2012 г.)

1,5 (с 1 января 2013 г.)

0,5 (с 1 января 2020 г.)

Температура вспышки в закрытом тигле, не ниже °C 61

 

 

Марки судового дизельного топлива.

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305-82 трех марок:
Л - летнее, применяемое при температурах окружающего воздуха выше 0 °С;

З - зимнее, применяемое при температурах до -20 °С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь заст < -35 °С и п < -25 °С), или зимнее, применяемое при температурах до -30 °С, тогда топливо должно иметь заст < -45 °С и п <-35 °С);

А - арктическое, температура применения которого до -50 °С.

Содержание серы в дизельном топливе марок Л и З не превышает 0,2 % - для I вида топлива и 0,5 - для II вида топлива, а марки А - 0,4 %.

 

Дизельное экспортное топливо

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110-94) вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2%. Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305-82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива

при температуре 10 °С.

Европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки — не ниже 55 °С, коксуемости 10%-ного остатка — не более 0,30%, зольности — не более 0,01%, содержанию воды — не более 200 ррm, механических примесей — не более 24 ррm, коррозии медной пластинки — класс 1, устойчивости к окислению — не более 25 г осадка/м³. В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах — не более 0,05%. Таким требованиям отвечают отечественные ТУ 38.1011348-89.

В качестве заменителя судового дизельного топлива на судах морского и речного флота иногда используют газотурбинное топливо (ГОСТ 10433—75). Топливо получают в качестве побочного про­дукта в процессах замедленного коксования при выработке нефтя­ного кокса, необходимого металлургической промышленности. Га­зотурбинные топлива ТГ и ТГВК отличаются более высокой плот­ностью и вязкостью, но не настолько высокой, чтобы их нужно было подогревать перед использованием. Для этих топлив характерно более высокое содержание серы (1 и 2,5 % соответственно) и, на что должно быть обращено внимание особо, в них содержится до 25% смолистых веществ. Это обусловливает их низкую стабиль­ность, проявляющуюся при нагревании и смешивании с другими топливами.

 

Судовое тяжелое топливо

Стандарт на котельное топливо предусматривает выпуск четырех его марок:

флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как легкие топлива,

топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжелое топливо.

Цифры указывают ориентировочную вязкость (соответствующих марок мазутов при 50°С).

В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на низкосернистые — до 0,5%, малосернистые — от 0,5% до 1,0%, сернистые — от 1,0 до 2,0% и высоко-сернистые от 2,0 до 3,5%.

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовляют из остатков переработки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10°С добавляют 8—15% среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.

Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 по сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 обладают лучшими характеристиками: меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания.

Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60—70% мазута прямогонного и 30—40% дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (<0,8 % против <2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50°С.