ООО"ФилАвто"   г.Энгельс

8(8453)771368,   8(8453)711439   filavto@yandex.ru

 

 

    Показатели эксплуатационных свойств дизельных топлив.

Эксплуатационные свойства топлив оцениваются показателями, ха­рактеризующими процессы подачи, смесеобразования, сгорания, а также способность вызывать нагарообразование и изнашивание в деталях ди­зеля. Основные показатели регламентируются ГОСТами на топливо.
Фракционный состав топлива
Фракцией называют часть топлива, выкипающую в определенном диапазоне температур. Фракционный состав топлива характеризуется ко­личеством в процентах по объему содержащихся в нем отдельных фрак­ций и определяется путем перегонки топлива в специальном приборе (рис. 1.3).
При перегонке фиксируют температуры начала кипения, перегонки

  1. 50 и 90% количества топлива, а также конца кипения. Соответствую­щие температуры обозначают индексами fHK, f10%, f50%, fgo% и fKK.

За температуру fHK принимают температуру пара, соответствующую падению в холодильник первой капли конденсата. За температуру fKK, для дизельных топлив принимают температуру 96% выкипания. После конца кипения остается невыкипевший остаток в колбе. Диапазон кипения ди­зельных топлив обычно - 150~360°С; для стационарных и судовых двига-


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дивгатели,дизеля
Рис. 1.3. Схема прибора для определения фракционного состава топлив :
1 ~ термометр; 2 ~ колба; 3 ~ верхний кожух; 4 ~ исследуемое топливо;
5 - штатив; 6 - нижний кожух; 7-газовая горелка (может быть заменена электронагревателем); 8-водяная ванна холодильника; 9 ~ трубка холодильника;
10 ~ измерительный цилиндр на 100 мл

телей используют более тяжелое топливо, выкипающее при температуре 230~360°С (газойль) или соляровые фракции с температурой перегонки 300~400°С (для СОД и МОД, имеющих систему подготовки топлива, ис­пользуют более тяжелые топлива).
Особый класс представляют собой топлива широкого фракционного состава (ТШФС), применение которых будет увеличиваться. Температура их кипения 60~350°С. Все температуры указаны при атмосферном давле­нии. Узкий фракционный состав дизельного топлива способствует равно­мерному испарению в период самовоспламенения и интенсивному раз­витию пламени в период горения топлива в цилиндре.
Фракционный состав топлива влияет на условия пуска холодного двигателя. Чем ниже температурные пределы выкипания топлива, тем интенсивнее его испаряемость и тем быстрее создаются в цилиндре усло­вия для самовоспламенения.
В МОД время, отводимое на смесеобразование и горение, достаточ­но для полного сгорания топлива с широким фракционным составом, ха­рактерным для тяжелых сортов топлив. Поэтому температурные пределы кипения для этих топлив не регламентируются.


Температура вспышки
Это температура, при которой пары топлива, нагреваемые в строго определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспы­хивающую при поднесении пламени.
Она зависит от температуры кипения, испаряемости и упругости па­ров топлива и определяет его пожарную безопасность.
Регистр РФ допускает использование на судах топлив, температура вспышки которых в закрытом тигле не ниже 6ГС. Тяжелые остаточные топлива, в отличие от дизельного, обладают худшей испаряемостью, по­этому их температура вспышки выше (75~85°С). Однако это не означает их большую пожаробезопасность, так как в ряде случаев отмечается вы­деление из тяжелых топлив легких углеводородов, концентрирующихся в верхней части танка, композиция паров которых может обладать тем­пературой вспышки, лежащей внутри зоны воспламеняемости. Этот про­цесс может происходить даже при температурах топлива в танке, находя­щихся ниже его температуры вспышки.
Наиболее четкая тенденция к генерированию легких углеводородов отмечается у тяжелых топлив, полученных крекинг-процессами. В целях предотвращения воспламенения паров топлива необходимо, чтобы тем­пературный режим во всех открытых (сообщенных с атмосферой) эле­ментах топливной системы поддерживался на уровне, не превышающем температуру вспышки топлива минус 15°С. В закрытых топливных систе­мах, находящихся под давлением, возможен подогрев топлив и до более высоких температур, превышающих температуру вспышки.
Вентиляционные трубы танков должны быть чистыми и обеспечивать хорошую вентиляцию верхнего, незаполненного пространства. Пламега- сящие сетки и ловушки должны быть исправны и все источники воспла­менения не должны находиться в зоне выхода вентиляционных труб. При заполнении пустых и не близких к этому состоянию танков, нужно убе­диться в том, что подача пара на расположенные в них змеевики подогре­ва топлива, отключена. В противном случае возможен местный перегрев поступающего топлива с генерацией легких углеводородов и созданием в танке пожароопасной атмосферы.
Температура воспламенения и самовоспламенения
Температура воспламенения - это температура, при которой топ­ливо воспламеняется и горит не менее 5 с 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 давления воз­духа, при повышении которого температура самовоспламенения пони­жается. Температура самовоспламенения в эксплуатации является одним из факторов, учитываемых при выборе марки топлива.
Температура самовоспламенения находится в пределах у дизельного топлива 350-400°С. В дизелях температура воздуха в конце сжатия долж­на быть на 100~300°С выше температуры самовоспламенения, чтобы впрыснутое топливо самовоспламенилось.
Цетановое число (ЦЧ)
Цетановое число (ЦЧ) выражает содержание в процентах по объе­му цетана в смеси его с а-метилнафталином, эквивалентной по воспла­меняемости данному топливу при испытании на стандартной установке и в стандартном режиме.
В качестве эталонных топлив используют два индивидуальных угле­водорода - цетан (нормальный гексадекан С16Н24) и а-метилнафталин (ароматический углеводород СцНю). Цетан обладает высокой склоннос­тью к самовоспламенению (имеет малую задержку самовоспламенения), и его воспламеняемость условно принята за 100 ед., а-метилнафталин, наоборот, имеет большую задержку самовоспламенения, и его воспла­меняемость принята за 0.
Составляя смеси цетана и а-метилнафталина в объемных процентах, можно получить топливо с ЦЧ от 0 до 100. ЦЧ определяют методом сов­падения вспышек
Определение ЦЧ производится на установках ИТ9-3, ИТ9-ЗМ или ИТД-69, основным агрегатом которых является одноцилиндровый пред­ка мерный дизель рабочим объемом 652 см3 и переменной степенью ежа тия. В процессе испытаний добиваются, чтобы задержка воспламенения при работе на испытываемом и эталонном топливах была одинаковой (равной 13°).
Цетановое число достаточно полно характеризует период задерж­ки самовоспламенения, от которого зависит скорость нарастания дав­ления в цилиндре, а следовательно, и жесткость работы дизеля. Чем вы­ше ЦЧ, тем меньше период задержки самовоспламенения.
Для нормальной мягкой работы дизеля скорость нарастания ф/с/ф не должна превышать 0,5_0,7 МПа на 1° поворота коленчатого вала дви гателя. При больших значениях ф/с/ф работа двигателя становится недо­пустимо жесткой. Внешне это проявляется стуками, повышенной вибра­цией, ухудшением топливной экономичности.
При малой задержке воспламенения основная масса впрыскивае­мого топлива сгорает по мере поступления в камеру сгорания. В этих ус­ловиях процесс сгорания топлива зависит от закона подачи и, следова­тельно, может быть управляемым. При большой задержке воспламене­ния первые порции поданного топлива не воспламеняются, топливо на­


капливается в камере сгорания, а потом сразу сгорает в очень короткий промежуток времени, вызывая быстрое повышение давления, которое резко воздействует на поршень. Максимальное тепловыделение при этом начинается в период расширения, в результате чего топливная эко­номичность ухудшается, происходит неполное сгорание топлива, двига­тель дымит.
От цетанового числа зависят и пусковые свойства топлива. Чем оно меньше, тем хуже пусковые свойства. Чрезмерное увеличение ЦЧ, не со­гласованное с его испаряемостью, также нецелесообразно, так как при этом очаги рано воспламенившегося топлива встречаются с еще неиспа- рившимся неподготовленным топливом, что приводит к вялому, непол­ному сгоранию и, следовательно, к ухудшению топливной экономичнос­ти двигателя при одновременном увеличении дымности отработанных газов (ОГ).
Цетановое число тяжелых топлив в среднем составляет 25 единиц, дистиллятных дизельных топлив - 50 единиц.

Плотность топлива
Плотность топлива является косвенной характеристикой его химиче­ских свойств и фракционного состава. Под плотностью понимается отно­шение массы топлива при 20°С к массе такого же объема пресной воды при 4°С (р“).
За рубежом плотность задается при температурах топлива и воды 15°С (p'j)- Разница между р^° и р^ невелика.
В эксплуатационных условиях плотность должна учитываться в сле­дующих случаях:

  1. При бункеровке для определения массы остатка топлива в цистер­не, массовой вместимости принятого в цистерну топлива. Так как плот­ность топлива зависит от температуры, а в топливном паспорте эта вели­чина дается при 20°С, то, производя бункеровку при различных темпера­турных условиях и определяя количество топлива, следует уточнить его плотность для данных условий:

Ра = Р2°~У- it- 20),
где р2° - плотность топлива при 20°С;
у- температурная поправка к плотности при изменении температуры топлива на ГС (табл. 1.2);
t - температура топлива в момент определения его массы, °С;
Б. При подборе регулировочной шайбы в сепараторе;

  1. При замене рекомендованной для данного двигателя марки топ­лива другой, так как плотность влияет на дальнобойность топливного фа­кела и ее изменение может отрицательно повлиять на условия смесеоб­разования и сгорания.              f

Таблица 1 2
Коэффициент температурной поправки к величине плотности топлива


Плотность р, г/смЗ

Коэффициент V, 1/фаД

Плотность р, г/смЗ

Коэффициент V. 1/град

Плотность р, г/см

Коэффициент Y. 1/град

0,84-0,8499

0,000712

0,89-0,8999

0.000647

0,94 0,9499

0,000581

0,85-0,8999

0,000?99

0,90-0,9099

0,000633

0,95-0,9599

0,000567

0,86-0,8699

0,000686

0,91 0,9199

0,000620

0,96 0,9699

0,000554

0,87-0,8799

0,000673

0,92 0.9299

0.000607

0.97-0.9799

0,000541

0,88-0,8879

0,00066

0,93-0,9399

0,000594

0,98-0,9899

0,000528

Высококачественные парафинистые прямогонные дистилляты типа Gas Oil (дизельные Л) имеют плотность 830-860 кг/м3, в то время как плотность ароматических дистиллятных топлив 880-910 кг/м3. Крекинг- дистилляты имеют еще более высокую плотность, а если они получены из ароматических нефтей, то их плотность может достигать 1000 кг/м3. Плотность остаточных прямогонных топлив из парафинистых нефтей со­ставляет 870-930 кг/м3, при высоком содержании асфальтосмолистых, составляющих плотность тяжелых остаточных топлив, возрастает до 950-970 кг/м3, крекинг-остатки могут иметь плотность 980-1030 кг/м3.
Высокая плотность является свидетельством присутствия в топливе высокоароматизированных тяжелых асфальтосмолистых углеводородов, ухудшающих самовоспламеняемость топлив, увеличивающих продолжи­тельность и неполноту сгорания, усиление нагарообразования. При плот­ности более 991 кг/м3 затрудняется сепарирование топлива.
В связи с тем, что топливные насосы дозируют топливо по объему, масса подаваемого в цилиндр топлива будет зависеть от его плотности.
Плотность топлива влияет на процесс смесеобразования и сгорания. При малой плотности уменьшается скорость движения частиц топлива в плотной среде сжатого воздуха, ухудшается процесс смесеобразования и не полностью используется объем воздуха в камере сгорания. При значи­тельной плотности топлива дальнобойность факела повышается, часть топлива достигает стенки камеры сгорания, ухудшает процесс смесеобра­зования. В результате снижается экономичность работы дизеля и увели­чивается дымность отработанных газов.

Вязкость
Вязкость - один из важнейших физических показателей дизельных топлив, определяющих качество распыливания, смесеобразования и сго­рания топлива.
С повышением вязкости дизельного топлива возрастают сопротивле­ние системы топливоподачи, дальнобойность и размеры капель в факе­ле, уменьшается наполнение топливного насоса, ухудшается распыление и смесеобразование топлива с воздухом. В результате нарушается про­цесс горения, возрастает количество продуктов неполного сгорания топ­лива, увеличиваются нагороотложения на деталях, удельный расход топ­лива и коэффициент подачи топливного насоса.
При использовании дизельных топлив с малой вязкостью увеличива­ется подтекание их через форсунки и насосы, уменьшаются коэффициент подачи и мощность двигателя. Мощность двигателя уменьшается не только вследствие снижения подачи, но и из-за уменьшения размеров и скорости движения распиливаемых частиц топлива.
Вязкость топлива оценивается коэффициентом кинематической вязкости, который показывает величину внутреннего трения частиц жид­кости, возникающего при их взаимном перемещении, и определяется с помощью U-образных вискозиметров по формуле:
vK = cr,
где с~ постоянная вискозиметра,
т _ время протекания жидкости через капилляр.
Вязкость измеряется в стоксах. Стокс характеризует вязкость жидкос­ти, плотность которой равна 1 г/см3; 1 Ст = 1СГ4м2/с
В отечественной практике для судовых дизелей вязкость принято из­мерять в градусах шкалы (°ВУ) или равнозначных им градусах Энглера (°Е), представляющих собой отношение времени истечения в стандарт­ных условиях 200 мл испытуемого продукта при температуре испытания через калиброванное отверстие диаметром 2,8 мм к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20°С.
За рубежом вязкость оценивается в секундах Редвуда (с R1 при 100°F) или Сейболта (SU). Связь между различными единицами определяется выражениями:
vK = 7,4ГВУ при vK > 75 мм2/с vK= 0.22SU-180/SU vk=0,2I6SU при SU > 285 с vK= 0,247R1 при Rl > 75 с vK=7,4°E при Е > 10°.
Зависимости между существующими единицами вязкости при раз­личных температурах даны в табл. 1 3
При перекачивании температура топлива должна быть не менее чем на 15 - 20°С выше температуры застывания. Надежная работа топливной аппаратуры при использовании высоковязких топлив обеспечивается пу­тем их подогрева для достижения вязкости в пределах 10—25 мм2/с (2~3,7°ВУ).
Номограммы зависимости вязкости топлива от температуры подо­грева показаны на рис. 1.4—1.6.
Таблица Т.З


Перевод единиц вязкости (при одинаковой температуре)

DK, мм2/с

°ВУ

с R1

с SU

ик, мм2/с

°ВУ

с R1

с SU

1.5

г,оз~

30

-

184

~~ "24,3

750

853

2.5

1,17

32

35

197

25,9

800

910

3,3

1.25

34

37

209

27,5

850

967

4

1,3

36

39

221

29,2

900

1024

4,8

1,4

38

42

233

30,8

950

1081

5,6

1.5

40

44

246

32,4

1000

1138

7,6

1.6

15

51

270

35,6

1100

1251

9,4

1,8

50

57

295

39

1200

1365

11

1.9

55

62

320

42

1300

1479

12,6

2,1

60

68

344

45

1400

1593

14,1

2,2

65

74

369

48

1500

1706

15,6

2.4

70

80

393

52

1600

1820

17

2.5

75

85

418

55

1700

1934

18,5

2,7

80

91

442

58

1800

2048

19,9

2,9

85

97

467

61

1900

2161

21,2

3

90

103

491

65

2000

2275

22,5

3.2

95

108

516

68

2100

Й89

23,8

3,3

100

114

540

71

2200

2503

26,4

3,6

ПО

125

565

74

2300

2616

29,0

4

120

137

590

78

2400

2730

31,5

4,3

130

148

614

81

2500

2844

34

4,6

140

159

639

84

2600

2958

36,5

4,9

150

170

663

87

2700

3071

39,0

5,2

160

182

688

91

2800

3185

43,9

5,9

180

204

713

94

2900

3299

48

6,5

200

227

737

97

3000

3413

53,8

7,1

220

250

762

100

3100

3527

58,8

7,8

240

273

786

103

3200

3641

63,7

8,4

260

295

811

107

3300

3754

68,6

9,1

280

318

835

ПО

3400

3868

73,5

9,7

300

340

860

113

3500

3982

78,5

10,3

320

363

909

120

3700

4210

83,5

11

340

386

983

130

4000

4551

88,5

11,6

360

409

1106

146

4500

5119

93,5

12,3

380

432

1229

162

5000

5688

98,5

13

400

455

1351

178

5500

6257

110,5

14,6

450

512

1474

194

6000

6826

123

16,2

500

569

1597

211

6500

7395

135

17,8

550

626

1720

227

7000

7964

147

19,4

600

683

1843

243

7500

8532

160

21

650

739

1966

259

8000

9101

172

22,7

700

796

 

 

 

 

2 Зак. 2160

На рис. 1.4 представлена диаграмма, рекомендуемая фирмой MAN- B&W (МАН - «Бурмейстер и Вайн») для определения температуры подо­грева тяжелого топлива перед ТНВД в зависимости от необходимой вяз­кости и исходной вязкости (до нагрева). Во избежание быстрого загряз­нения подогревателя топлива температура подогрева не должна быть вы­ше 135°С в системе открытого типа; 150°С в системе закрытого типа.
Не соответствующий сорту топлива подогрев (высокая вязкость) не только ухудшает процесс сгорания, но и может вызвать повышенный из­нос втулок цилиндров и компрессионных колец, разрушение седел выпу­скных клапанов, повышение давления впрыска и высокий уровень напря­жений в топливной системе высокого давления.
Для дистиллятных топлив вязкость лежит в пределах 2—10 мм2/с при 20°С.


Приблизительная вязкость после подогрева

 

t,°C 170 160 150 140 | 130
I 120
с
§ 110
° 100 •о
& 90

 

7

43

10

52

12

59

15

69

20

87

30

125

1)

cR1

cCt

SecRw

 

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
>2 70
60
50

 

30
Логариф- I Ю мические \ 40 шкалы I 3QQ

 

15 25                                                                                    35                                             45 55 сСт при 1«fC
60 100 180                                                                                               330                                                   700 сСт при SCfC
400 800 1500                                                                                         3500                                           7000 sec Rw/1(XfF
Вязкость топлива

 Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели

 

 

 

 

 

 



Рис. 1.4. Зависимость температуры подогрева тяжелого топлива от требуемой и исходной вязкости: t ~ температура после подогрева; V, с R1 ~ приблизительная вязкость после подогрева


Температуры помутнения и застывания
Температура помутнения - максимальная температура, при кото­рой в топливе появляется фазовая неоднородность, топливо начинает мутнеть вследствие выделения микроскопических капелек воды, микро­кристаллов льда или углеводородов. Применять топливо можно только до его помутнения.
Температура застывания - температура, при которой топливо в i тандартных условиях теряет подвижность (в наклонной под углом 45° пробирке уровень топлива остается неподвижным в течение 1 мин). За- 1ывание топлива связано с кристаллизацией растворенного в нем пара­фина. Поэтому температура застывания зависит от химического состава юплива.
В эксплуатации температуру застывания учитывают при хранении юплива, выборе режима подогрева и перекачке топлива. Температура истывания отечественных топлив лежит в пределах от -5 до 10°С, отдель­ные тяжелые топлива с высоким содержанием парафинов могут дости- i .1 гь 30°С.
Механические примеси
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиМеханические примеси в топливах состоят из частиц органического и неорганического происхождения, находящихся в топливе в виде осад- > <¦ или во взвешенном состоянии. Они засоряют фильтры, увеличивают


. сСт

°Е

с SU

с Red-1

6000

1-

30000

30000

4000

6000

20000

20000

11

4000 . 3000

10000

10000

 

2000

6000

6000

мню

-

4000
3000

4000

600

100

3000

400

60

2000

2000

8 8

40
30

1000

1000

 

20

600

600

100

10

400

400

АП

 

300

300

4(1

6

200

200

30

4

 

 

 

 

100

70

3

100

 

10

2

60

60

1

40

40
г 30


износ деталей топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы, по­этому механические примеси в дизельных топливах не допускаются, а в тяжелых топливах не должны превышать 0,1-0,2%, однако в действи­тельности в бункерном топливе они могут быть в большем количестве. Эти примеси попадают из нефти в процессе ее переработки, а также при транспортировке и хранении топлива. Важно ограничить не только со­держание примесей, но и размер их частиц, чтобы по возможности не вы­ходили за пределы зазора в прецизионных элементах ТНВД и форсунок


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели

50

 

г 45

 
  1. 40
 Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели

 

 

 

 

 

 

 



Рис. 1.6. Номограмма вязкостно-температурных характеристик топлив


(4-7 мкм). Это требование необходимо учитывать при очистке топлив в системах топливоподготовки.


Содержание алюмосиликатов
Содержание алюмосиликатов возможно в топливах, полученных методом каталитического крекинга. В этом процессе в качестве катализа­торов используют соединения алюминия и кремния AL203 и SiO, попадаю­щие в небольших количествах в крекинг-остатки при изготовлении тяже­лых топлив. Технология процесса каталитического крекинга не исключает возможность прорыва катализатора в остаточный продукт, применяемый при изготовлении тяжелых топлив. В топливо попадает катализаторная пыль, частицы которой имеют размеры 10 мкм и менее. Плотность этих ча­стиц соизмерима с плотностью топлива, что затрудняет их удаление из топлива путем отстаивания или центробежной сепарации. Каталитическая пыль обладает абразивными свойствами, и попадание ее в двигатель вы зывает катастрофический износ топливной аппаратуры, втулок цилинд­ров, поршня и колец. Скорость изнашивания увеличивается в 100 раз и бо­лее. Контроль катализаторной пыли в топливе - проверка содержания в топливе алюминия и кремния, которое не должно превышать 80 млн-’ (мг/кг).
Содержание воды
Для дистиллятных топлив допускаются лишь следы воды, для тяже­лых топлив - до 0,3%. Зарубежные тяжелые топлива обычно содержат около 0,5% воды, международные стандарты допускают воду в количест­ве 1%, а отечественные - до 2% Вода обычно попадает в топливо в про­цессах транспортирования и бункеровки. Поэтому необходимо отбирать пробу топлива в течение всей бункеровки и проверять ее на содержание воды сразу же по окончании бункеровки. На судне вода в топливо может попадать в значительных количествах при приеме топлива в танки, кото­рые ранее использовались для балласта, чего следует избегать. Источни ками воды могут являться также протекающие змеевики парового подо­грева топлива и конденсат, образующийся в цистернах при больших ко­лебаниях температуры. Вода является крайне нежелательным компонен­том топлива, так как глобулы воды коагулируют вокруг себя асфальто­смолистые соединения топлива, способствуя их выпаданию в шлам На­личие воды вызывает коррозию прецизионных пар ТНВД и форсунок, ухудшает распыливание топлива, понижает теплоту его сгорания. Вода относительно легко отделяется от дистиллятных топлив и уходит в отстой. Процесс очистки тяжелых топлив от воды протекает значительно слож­нее, как в силу меньшей разности их плотностей и большой вязкости, так и вследствие того, что часто тяжелые топлива образуют с водой стойкие эмульсии.
Для ускорения и улучшения отстаивания рекомендуется в отстойных цистернах поддерживать температуру 60-70°С, а сепарирование осуще­ствлять в режиме пурификации при возможно меньшей подаче. В случае, если эмульсия очень стойкая и доступными мерами ее разрушить не уда­ется, можно рекомендовать прогнать топливо насосами 2-3 раза по за мкнутому контуру с тем, чтобы обеспечить более равномерный состав эмульсии с малыми размерами глобул воды, и использовать ее в качест­ве топлива для двигателя.
Наиболее опасным является попадание в топливо морской воды, при наличии которой растет интенсивность электрохимической коррозии де­талей топливной аппаратуры.
Содержание кокса и асфальтенов
Содержание кокса задается по значению коксового числа, опреде­ляемого в аппарате Конрадсона по сухому остатку (кокса) в пробе при ее нагревании до высоких температур без доступа воздуха.
Коксовое число дистиллятных топлив обычно небольшое (не превы­шает 0,05%). Если оно выходит за 0,1%, это свидетельствует о присутст­вии в топливе остаточных фракций, поскольку последние имеют более высокое содержание углерода.
Тяжелые топлива прямогонные и с парафиновой основой имеют кок­совое число около 5%, а полученные из асфальтоароматических нефтей - 10%. В тяжелых крекинг-топливах, в которых в остаточной фракции кон­центрируются углеводороды с высоким отношением С/Н, коксовое число может достигать 18-20%. При сжигании подобных топлив отмечается большое нагарообразование на поршнях в зоне поршневых колец и в вы­пускных окнах, особенно это относится к высокофорсированным двига­телям. Одновременно наблюдается дымный выпуск.
Во время окисления при высоких температурах большая часть смол сгорает, а наиболее тяжелые переходят в полутвердые или твердые высо­комолекулярные соединения - асфальтены. Их плотность 1160 кг/м3, температура плавления 2000°С. В процессе сгорания асфальтены перехо­дят в твердые вещества - карбены и карбоиды, составляющие основу кокса и нагаров.
Содержание асфальтенов в прямогонных остаточных парафиновых топливах относительно невелико (3~6%), а в топливах из асфальтоаро­матических нефтей - около 10%, в крекинг-топливах доходит до 12%.
Асфальтены увеличивают период задержки самовоспламенения, сгорают очень медленно и часто не полностью, возрастает тенденция к дымлению, отложению нагара на деталях ЦП Г. Они увеличивают длину факела пламени и продолжительность процесса сгорания, тем самым увеличивая вероятность касания пламени днища поршня и стенок цилин­дра, выгорания на них защитного слоя масла. Обладая вязкостью, ас


фальтены цементируют несгоревший углеводород и твердую золу, явля­ясь фундаментом образования нагаров. Присутствие в топливах асфаль­тенов приводит к шламо - и осадкообразованию в танках и влияет на не­стабильность и несовместимость топлив.
Зольность, соли натрия и окислы ванадия
Зольность - это содержание несгораемого остатка в процентах по мас­се, образующегося при сжигании испытуемого топлива и прокаливании « твердого остатка до постоянной массы. Предельные содержания золы: дизельные топлива          -0,02%;
моторные                                - 0,08%;
тяжелые топлива                   -0,3%.
Присутствие в золе отдельных сортов тяжелых топлив соединения окислов ванадия (V205) и солей натрия (Na2S04, NaCl) являются наиболее агрессивными составляющими - они приводят к «горячей» коррозии де­талей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), турбокомпрессора (ТК) и вы­пускных клапанов. Эти составляющие обладают низкой температурой плавления (~600°С) и при попадании на металлические поверхности с температурой выше 550-600°С прилипают к ним, вызывая закоксование клапанов, растрескивание их седел и прогорание клапана и седла. Высо­котемпературная коррозия клапанов происходит тем интенсивнее, чем больше в топливе содержание ванадия и серы.
Существенную роль играют соли натрия, попадающие в топливо обычно при его обводнении морской водой. -Сепарирование топлива с одновременной промывкой горячей водой позволяет в значительной ме­ре снизить содержание натрия и тем самым уменьшить образование на­трий-ванадиевой золы с низкими температурами плавления.
Другим фактором, повышающим срок службы клапанов, является понижение их рабочей температуры до 450-500°С, что достигается кон­структивными мероприятиями.
Положительную роль играют присадки к топливам, базовую основу которых составляют соединения магния и кальция, повышающие темпе­ратуру плавления натрий-ванадиевой золы до 700-900°С, тем самым уменьшая отложения золы на клапанах.
Дистиллятные топлива не содержат ванадия, и случаи прогорания клапанов более редки. Когда они имеют место, то природа их возникно­вения состоит в отложении на тарелке клапана солей сульфата кальция и бария (металлы непрореагировавшей щелочной присадки), образующих на ней очень твердый, с ровной поверхностью, стекловидный слой. Но при попадании под клапан твердых частиц кокса, которые при ударе кла­пана раскалывают стекловидный слой, в нем образуются трещины, пере­ходящие в бороздки. В результате начинается прорыв газов, местный пе­регрев тарелки клапана с последующим его прогоранием.
Низкотемпературная коррозия стержней клапанов возникает под воздействием натрий-бисульфата и соляной кислоты. Последние обра­зуются из хлоридов натрия, попавших в топливо с морской водой, и сер­ной кислоты. Эти соединения попадают вместе с продуктами сгорания в зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой и конденсиру­ются на них при переохлаждении направляющей втулки и стержня кла­пана.
Минеральные кислоты очень агрессивны по отношению к металлам и разъедают даже хромовое покрытие стержня клапана.
Мероприятия: поддерживать достаточно высокие температуры во­ды, охлаждающей направляющую втулку (или корпуса клапана); следить за зазором в направляющей втулке, не допуская его увеличения сверх нормы.
Для изготовления седел выпускных клапанов следует подбирать ма­териал, хорошо сопротивляющийся коррозии.
Требуемая обработка топлива назначается в соответствии с той зоной графика Na-V (рис. 1.7), которой соответствует содержание этих элемен­тов в топливе.
Содержание серы
Характеризуется наличием свободной серы или сернистых соедине­ний. Сера способствует конденсации водяных паров продуктов сгорания, если их температура близка к точке росы. При сгорании топлива сернис­тые соединения превращаются в кислотные окислы:
S + 02 = so2.
Часть образовавшейся двуокиси переходит в серный ангидрид:
2S02 + 02 = 2S03.
С увеличением коэффициента избытка воздуха, общего содержания в топливе серы и с повышением давления в цилиндре двигателя интен­сивность образования S03 возрастает. Реакция окисления S02 и S03 зна­чительно ускоряется в присутствии таких активных соединений, как окись железа Fe203 или пятиокись ванадия V205. Газообразный сернистый ан­гидрид, соединяясь с парами воды, всегда присутствующей в цилиндре, образует пары агрессивной серной кислоты:
S03 + Н20 = H2S04.
Конденсация чистых водяных паров, находящихся в газах, возможна при температуре 45_65°C, а при наличии S03 - при температуре 100-12СГС.
Зависимость температуры конденсации серной кислоты от содержа­ния серы в топливе представлена на рис. 1.8.
Повышенный износ деталей ЦПГ при работе двигателя на сернистом топливе обусловлен главным образом электрохимической кислотной коррозией. Пары серной кислоты конденсируются на зеркале втулки ци­линдра в процессе расширения в цилиндре, образуя вместе с конденса­тами водяных паров растворы серной кислоты. Интенсивность кислотной коррозии возрастает при обводнении топлива и нарушении режимов ох­лаждения цилиндров и наддувочного воздуха. В картерном пространстве сернистые соединения резко ухудшают качество смазочного масла. С уве­личением содержания серы в топливе возрастает пропорционально из­нос поршневых колец и зеркала втулки цилиндра. При работе на сернис­том топливе отмечается повышенный износ топливной аппаратуры.
Окислы серы и несгоревшая сера включаются в отложения на выпуск­ных клапанах, ускоряя выход их из строя, увеличивают риск образования отложений и коррозию сопел и лопаток турбокомпрессоров, значительно снижая их КПД.


Натрий, 0/00
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
Ванадий, 0/00
Рис. 7. 7. Рекомендуемая предварительная обработка тяжелого топлива в зависимости от содержания натрия и ванадия: %о ~ промилле,
1%о = 70-3 = 0,7%
Зона А ~ нормальная очистка сепаратором (с водяным сборником); зона В - одноразовая промывка без добавления присадок; зона С - двухразовая промывка без добавления присадок;
зона D - нормальная очистка сепаратором с добавлением антиванадиевой присадки;
зона Е - одноразовая промывка с добавлением антиванадиевой присадки;
зона F - двухразовая промывка с добавлением антиванадиевой присадки;
зона G - обработка на месте после выяснения процентного содержания натрия и ванадия

В судовых топливах со­держание серы неуклонно повышается и в среднем до­стигает 3%, международной спецификацией на топливо допускается поставка топли­ва с S = 5%. В то же время экологические проблемы за­ставляют ввести ограничения на содержание серы в судо­вых топливах.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиСнижение содержания серы в судовых топливах со­пряжено со значительным увеличением стоимости топ­лива.
Мероприятия:

  1. повышение температу ры зеркала втулки ци­линдра путем охлажде­ния только ее верхней части, что позволяет уменьшить вероят­ность конденсации паров серной кислоты;
  2. автоматическое регулирование температуры охлаждающей воды. При снижении нагрузки двигателя повышается температура охлаж­дающей воды.

Фактические смолы
Фактические смолы - сложные продукты окисления, полимеризации и конденсации углеводородов, содержащиеся в топливе и образующиеся в нем в условиях испытаний. Смолы в топливе являются вредными примеся­ми, так как их присутствие увеличивает нагар и закоксование колец.
Содержание фактических смол выражают в миллиграммах на 100 мл топлива; оно определяется выпариванием испытуемого в струе горячего воздуха или водяного пара с последующим взвешиванием образовавших­ся смол. В топливе содержание смол строго ограничивается стандартами.
Кислотность
Характеризует содержание в топливе органических кислот, образую­щихся в результате окисления топлива кислородом воздуха. Наличие в топливе органических кислот в допустимых пределах не представляет большой опасности, поэтому такие кислоты принято называть слабыми.

Однако повышенная кислотность способствует коррозии элементов топ­ливной аппаратуры и деталей ЦПГ. Кислотность характеризуется косвен­ным показателем - количеством щелочи, необходимой для нейтрализа ции содержащейся в топливе кислоты.
Кислотность дизельных топлив не должна превышать 5 мг КОН на 100 мл топлива. В тяжелых топливах кислотность стандартом не регла­ментируется. Кислоты минерального происхождения и в дистиллятных, и в тяжелых топливах не допускаются, так как, хорошо растворяясь в во­де, эти кислоты диссоциируют на ионы и вызывают наиболее интенсив­ную электрохимическую коррозию. Водорастворимые минеральные кис лоты принято называть сильными.
Теплота сгорания
Количество теплоты, которая выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м3 топливу, называется теплотой сгорания. В международной сис­теме единиц за единицу количества теплоты принят джоуль (Дж). Ранее было принято теплоту сгорания выражать в килокалориях на килограмм (ккал/кг; 1 ккал = 4,187 кДж). Различают высшую и низшую теплоту сгора ния. При определении низшей теплоты сгорания QH, как известно, не учи­тывается теплота, возвращаемая при конденсации влаги топлива и влаги, полученной при сжигании водорода топлива. Этим объясняется то, что в практических расчетах используется низшая теплота сгорания.
Удобной для практических целей является эмпирическая формула определения QH:
QH = (46,7 - 8,8 ¦ 10 6 |э25 + 3,17 • 10 3 р ) ¦ [1 - (х + у+ 5)] + 9,425- 2,45х
где р15 _ плотность топлива при 15°С, кг/м3;
х, у, 5_ массовые содержания воды, золы и серы,%/100.
Величина QH может быть установлена также по номограмме. Теплота сгорания нефтяных топлив, как правило, в пределах 39200-43300 кДж/кг (рис. 1.9) и с увеличением плотности, содержания воды, серы и золы уменьшается.
Наибольшим значением QH обладают парафиновые углеводороды, а наименьшим - ароматические, поэтому парафиновые топлива характе­ризуются высокими значениями QH, а топлива с высокой плотностью и большим содержанием ароматики имеют низкие ее значения.

Теплота сгорания топлива является важным фактором, и ее нужно учитывать при заказе топлива (для определения QH используют вышепри веденную формулу), так как оплачивая стоимость топлива, оплачивают не принятую на борт массу, а количество тепловой энергии, которую при сжигании этого топлива можно получить.

 


 

 
 
         
 

 

 

Наши контакты

адрес:

Саратовская обл., г.Энгельс, Промзона

телефоны:

8(8453)77-13-68

89020483620

e-mail:

filavto@yandex.ru

 
Яндекс.Метрика