Коррозионная активность топлив

Образование коррозии на поверхности деталей, соприкасающихся с топливом, а также коррозионное изнашивание трущихся деталей зависят от содержания в топливе коррозионно-активных веществ Топливо проходит специальную стадию очистки с целью удаления из него вредных веществ, способных корродировать металл. Коррозию вызывают: 1) минеральные, рас творимые в воде кислоты и щелочи; 2) органические кислоты; 3) сера и сернистые соединения.

К первой группе относятся серная кислота, образовавшаяся при очистке топлива, и щелочь, плохо вымытая в процессе очистки. Водорастворимые кислоты и щелочи вследствие их большого коррозионного воздействия на металлы должны по нормам в топливах отсутствовать. При их обнаружении топливо бракуется и к применению не допускается.

Из органических кислот в топливе наиболее значительное корродирующее действие оказывают нафтеновые кислоты в присутствии воды. Особенно сильно они разъедают свинец и цинк, слабо – медь и олово, почти не действуют на алюминий и железо. Топливо, содержащее нафтеновые кислоты, может вызвать коррозию оцинкованных бензобаков, деталей из свинцовой бронзы.

Содержание нафтеновых кислот оценивают по кислотности, согласно ГОСТа 5985–83. Кислотностью называют количество мг КОН, необходимое для нейтрализации 100 мл нефтепродукта. Согласно стандарту кислотность должна быть не более 3,0 мг КОН/100 мл для автомобильных бензинов.

Массовая доля серы

Общее содержание серы характеризует суммарное количество всех сернистых соединений в топливе, которые при сгорании образуют кислородные соединения серы, вызывающие коррозию и способствующие процессам образования отложений и износу двигателя. Экспериментальными работами установлено, что при увеличении серы с 0,05 до 0,10 % износ деталей двигателя возрастает в 1,5–2,0 раза, а при повышении количества серы до 0,20 % – в 4 раза.

Основная масса сернистых соединений, содержащихся в нефти, при получении топлива перегоняется с углеводородами, выкипающими при температуре выше 200°С. Поэтому общее количество серы в бензине редко превышает 0,05%.

Испытание на медной пластине

Испытание на медной пластине является универсальным способом оценки коррозионной активности моторных топлив, зависящей от общего содержания активных соединений серы.

Проверка коррозионных свойств бензина сводится к следующему (ГОСТ 6321-69): отполированную пластинку из чистой электролитической меди погружают в испытуемое топливо и выдерживают три часа при 50°С, сутки при комнатной температуре. Ускоренный метод– 18 минут при температуре 1000С. Бензин не соответствует требованием, если после испытания пластинка покрывается черными, темно-серыми, коричневыми, бурыми пятнами или налетом.

Объемная доля бензола.

Чистый бензол (С₆Н₆) обладает высоким октановым числом 113 единиц.

Это бесцветная жидкость с характерным запахом, кипящая при 80°С. Причины ограничения применения бензола:

• высокая температура замерзания (кристаллизации –5°С),

• плохая летучесть при низких температурах,

• высокая гигроскопичность,

• пониженная теплотворность,

• высокое содержание смол,

• высокая токсичность продуктов сжигания (бензоперены).

Внешний вид бензина

По стандарту в бензине не допускается наличие взвешенных и осевших на дно посторонних примесей, в том числе и воды, которая вызывает мутность бензина, поэтому бензин должен быть прозрачным. Посторонние примеси, попадающие в бензин при транспортировке, хранении, приемоотпускных операциях вместе со смолистыми и нагарообразующими веществами увеличивают интенсивность накопления высокотемпературных отложений. Кроме того, абразивные частицы повышают скорость изнашивания деталей двигателя.

Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортировки, хранения и может быть значительным. Вода теоретически (если она во взвешенном состоянии) улучшает процесс сгорания и повышает детонационную стойкость бензина, а практически вызывает сильную коррозию всех элементов топливной системы. Вода вызывает перебои в работе двигателя, а в зимнее время может вызвать остановку двигателя из-за обледенения карбюратора и/или замерзания в магистралях топливной системы.

Цвет бензина служит первичным признаком определения качества. Бензин либо бесцветен, либо имеет бледно-желтый цвет.

Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров (ДНП) или упругость паров — это давление, которое оказывают пары на стенки сосуда при испарении топлива в замкнутом пространстве. Оно характеризует испаряемость бензиновых фракций и пусковые качества топлива. ДНП зависит от химического и фракционного составов топлива. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. ДНП возрастает также при повышении температуры. Определяют давление паров (ГОСТ 1756–83), выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38°С. По прошествии данного времени, по манометру фиксируют давление паров бензина.

Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в системе питания, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах бензинов ДНП не должно быть больше 80 кПа. Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление 80…100 кПа. Кроме того, ДНП характеризует физическую стабильность бензина.

Фракционный состав

Бензин, который поступает в систему питания карбюраторного двигателя, должен образовывать топливовоздушную смесь определенного состава, обеспечивающую полноту сгорания на всех режимах работы двигателя. Горючая смесь должна иметь определенные соотношения паров бензина и воздуха. Качество горючей смеси зависит от карбюрационных свойств бензина; испаряемости, скрытой теплоты парообразования, упругости паров, плотности, вязкости и поверхностного натяжения. Основное влияние на качество смеси оказывает испаряемость.

Испаряемость – это способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Испарение может быть статическим, когда нефтепродукт испаряется с неподвижной поверхности в неподвижный воздух, и динамическим — при движении продукта и воздуха. На интенсивность испарения оказывают влияние многие факторы: температура окружающей атмосферы и нефтепродукта, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоемкость, величина поверхности и др. Образование горючей смеси в двигателях осуществляется при динамическом испарении, когда основное влияние оказывают скорость движения сред и степень распыления бензина.

Испаряемость бензинов оценивают фракционным составом. Поскольку бензин, как и другие нефтепродукты, не является индивидуальным соединением, а смесью углеводородов, он не имеет фиксированной температуры кипения, а испаряется в интервале температур 35–200°С. Сущность определения фракционного состава (ГОСТ 2177–82) сводится к следующему. Бензин в количестве 100 мл нагревают в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, они конденсируются, превращаются в жидкость, которую собирают в мерный цилиндр. Во время перегонки регистрируют температуру начала кипения (падения первой капли в цилиндр), а затем выкипания 10, 50, 90 % и конца кипения (Т_НК, Т_10%, Т_50%, Т_90%, Т_КК). Эти данные приводят в стандартах и паспортах качества.

Легкие фракции бензина (по кривой от начала кипения до выкипания 10 %) характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания 10 % топлива, тем лучше пусковые свойства. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Зная температуру выкипания 10% бензина, можно оценить минимальную температуру воздуха, при которой пуск легкий (Тлп), пуск возможен (Твп) и пуск невозможен (Тнп).

Основную часть топлива называют рабочей фракцией (по кривой разгонки от 10 до 90 %). От испаряемости рабочей фракции зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50%-ной точкой. С понижением температуры окружающего воздуха требуются бензины с более низкой температурой перегонки 50% бензина: для летнего не выше 115°С, для зимнего не выше 100°С. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.

Температура перегонки концевых фракций (от 90 % до конца кипения) влияет на полноту испарения топлива, полноту сгорания, на токсичность выхлопа, а также на экономичность и износ двигателя. Концевые фракции поступают в цилиндр, не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают смазочную пленку, разжижают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается также на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонационное сгорание и калильное зажигание. Чем меньше интервал температуры от 90 % до конца кипения, тем выше качество топлива.

Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлива и рабочие износы двигателя. Зимние виды бензина имеют более легкий, чем летние, фракционный состав, что необходимо для облегчения пуска двигателей в холодное время года.

В целом фракционный состав определяет легкость и надежность пуска двигателя, возможность образования паровых пробок, полноту сгорания и экономичность, длительность прогрева, приемистость, интенсивность износа деталей двигателя.