Дизельное топливо. Показатели качества. Основные характеристики и марки

Один из основных показателей качества дизельного топлива — воспламеняемость, которая характеризует способность топлива воспламеняться без источника зажигания и оценивается цетановым числом. Цетановое число определяется на лабораторной установке с одноцилиндровым двигателем сравнением температуры самовоспламенения испытуемого образца топлива с эталонным. В качестве эталонного топлива применяетсясмесь, состоящая из двух углеводородов: цетана, или гексадекана (С₁₆Н₃₄), самовоспламеняемость которого принята за100, и а-метилнафталина (С₁₁Н₁₀)— с нулевой самовоспламеняемостыо. Цетановым числом называется условная единица, численно равная проценту (по объему) цетана в смеси, состоящей из цетана и а-метилнафталина, и равнозначная по самовоспламеняемости данному топливу.

Рис. 9.1 Зависимость температуры самовоспламенения дизельного топлива от цетанового числа.

Например, если испытуемое топливо ведет себя так же, как смесь, состоящая из 45% цетана и 55% а-метилнафталина, то цетановое число данного дизельного топлива равно 45. Температура самовоспламенения дизельного топлива снижается с увеличением цетанового числа (рис.9.1). Цетановое число влияет на легкость и надежность запуска двигателя, давление сгорания, удельный расход топлива и другие показатели. Использование топлива с более высоким цетановым числом приводит к неполному сгоранию, увеличению дымности выхлопа и снижению мощности двигателя.

От фракционного состава дизельного топлива зависит качество образования топливно-воздушной смеси и полнота ее сгорания, дымность выхлопа и другие по­казатели работы двигателя, а также температура вспышки горючей смеси при поднесении огня. При определении температуры вспышки топливо нагревают в закрытом тигле и периодически подносят к его поверхности запальную лампочку. Температура вспышки характеризует огнеопасность топлива для применения, транспортирования и хранения.

Вязкость является важным эксплуатационным свойством и определяет подвижность дизельного топлива (т. е. сопротивление, которое оказывают частицы жидкости друг другу при перемещении под действием силы), степень его распыления и однородность горючей смеси. При пониженной вязкости происходит чрезмерное распыление топлива, его подтекание через зазоры, снижается давление впрыска, ухудшаются его смазывающие свойства, и наоборот, при повышенной вязкости увеличивается сопротивление при движении топлива по трубопроводам, ухудшаются процессы распыления и смесеобразования, топливо сгорает неполностью, повышается его расход. Дизельное топливо обычно характеризуется кинематической вязкостью, которая представляет собой удельный коэффициент внутреннего трения жидкости. Вязкость дизельного топлива зависит от температуры (рис. 9.2) и повышается при ее снижении: в топливах для быстроходных дизелей она определяется при 20°С, а для тихоходных — при 50°С. Кинематическую вязкость устанавливают по времени истечения заданного количества топлива через капилляр вискозиметра при температуре 20°С. Вязкость дизельного топлива для быстроходных двигателей 1,8—8,0 мм²/с, а для тихоходных — до 36 мм²/с. В холодное время года необходимо применять зимние сорта дизельного топлива, имеющие меньшие показатели вязкости, которые при понижении температуры несколько повышаются.

Рис. 9.2 Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры:I — летней; 2 — зимней;3— арктической.

На работу двигателя при низкой температуре влияют также температура помутнения, начала кристаллизации и застывания топлива.

Температурой помутнения называется такая температура, при которой топливо теряет свою фазовую однородность и становится мутным. При этом изменяется его внешний вид вследствие образования твердых углеводородов. Дальнейшее охлаждение топлива приводит к повышению содержания твердой фазы, появлению кристаллов. Температура образования первых кристаллов называется температурой начала кристаллизации.

Температура полной потери подвижности топлива является температурой застывания. Температура помутнения, начала кристаллизации и застывания зависят от фракционного состава дизельного топлива. Например, парафиновые углеводороды имеют низкую температуру застывания и применяются для вы­работки летних сортов топлива, а нафтеновые, с высокой температурой застывания,— для получения зимних сортов топлива. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы температура помутнения была на 3—5°С ниже минимальной температуры окружающей среды, а температура застывания — на 10—12 °С ниже.

Содержание серы в дизельном топливе всегда выше, чем в бензине, так как основная часть сернистых соединений перегоняется из нефти с углеводородами, выкипающими при температуре более 200°С. Сера и сернистые соединения вызывают коррозию деталей двигателей, особенно быстроходных. Поэтому быстроходные дизели должны эксплуатироваться на малосернистом топливе. Кроме того, при работе двигателя на сернистом топливе повышаются износ (рис.9.3 и нагарообразование, снижается его мощность и ускоряются процессы окисления масла. Чтобы снизить влияние содержания серы необходимо удалять ее из топлива при очистке. Эффективным способом борьбы с сернистой коррозией является использование антикоррозионных присадок, добавляемых к дизельному топливу (например, нафтената цинка), а также правильный подбор для двигателя моторного масла, содержащего определенные композиции присадок. Наличие активных сернистых соединений определяется пробой на медную пластинку.

Коррозионная активность дизельного топлива зависит также от содержания водно-растворимых кислот и щелочей, кислородных соединений, смол, механических примесей и воды. Наличие в топливе минеральных кислот или веществ, вызывающих кислотную реакцию, а также наличие механических примесей и воды недопустимо. Механические примеси вызывают износ деталей топливоподающей аппаратуры; их содержание определяют фильтрацией средней пробы топлива через бумажный фильтр. Содержание воды в дизельном топливе может быть выше, чем в бензине, так как оно более гигроскопично. Вода образует с топливом эмульсии, которые вызывают коррозию топливоподающей аппараттуры двигателя.

Рис.9 3 Влияние содержания серы в топливе на износ двигателя.

Отхимического состава используемого топлива зависит интенсивность образования смолистых веществ и.нагара, что ухудшает качество распыла топлива, вызы^вает перегрев двигателя и снижение его мощности.

Для улучшения свойств дизельного топлива к нему, добавляют присадки, повышающие цетановое число, ингибиторы коррозии, дезактиваторы металлов и т. д. Так, добавление 1% изопропилнитрата повышает цетановое число дизельного топлива на 10—12 единиц, улучшает его пусковые характеристики.

В зависимости от условий применения промышленность выпускает дизельное топливо трех марок: Л (летнее)— для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0°С и выше; 3 (зимнее) — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха — 20°С и выше; А (арктическое)—для эксплуатации при температуре окружающего воздуха —50°С и выше. Норма цетанового числа для всех трех марок дизельного топлива установлена не менее 45. По содержанию серы дизельные топлива делятся на два вида: I—не более 0,2% и II— не более 0,5% (для марки А — не более 0,4%). В маркировку топлива Л входят содержание серы и температура вспышки; топлива 3 — содержание серы и температура застывания, топлива А — содержание серы.

5. Мазут. Основные свойства, марки и применение

Мазут широко применяется в качестве котельного топлива и является ценным сырьем для химической промышленности. Как высокомолекулярная фракция нефти мазут представляет собой темную и густую жидкость.

Основным показателем качества мазута при его маркировке является вязкость, определяющая условия заполнения и слива баков, цистерн, танкеров и других емкостей, транспортирования мазута по трубопроводам, подачи его в топочное пространство печей и т. д. Вязкость мазута оценивается в единицах условной вязкости (°ВУ) и определяется отношением времени непрерывного истечения 200 мл мазута при заданной температуре к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 °С.Испытания проводятся в вискозиметре ВУ со стандартным временем (51 ±1 с) истечения дистиллированной воды через капилляр. Вязкость мазута зависит от температуры, плотности и смолистости. При низких температурах вязкость мазута значительно возрастает, поэтому слив его из емкостей и перекачка по трубопроводам могут проводиться только после предварительного подогрева топлива.

Температура застывания мазута зависит от химического состава сырья и способов получения нефтепродукта. Прямогонные мазуты из парафиновой нефти имеют температуру застывания более 25 °С, а крекинг-мазуты — от 25 до 34°С.

При расчетах объемов емкостей для хранения и транспортирования топлива, определении условий отстаивания воды и осаждения механических примесей из мазута пользуются показателем плотности мазута. Чем меньше плотность мазута, тем легче и быстрее отделяются от него вода и механические примеси. Плотность мазута колеблется в пределах 0,94—1,02 г/см³ и повышается с увеличением вязкости.

Температура вспышки характеризует пожарную безопасность топлива и условия обращения с ним в процессе транспортирования, хранения и использования. Максимальная температура разогрева топлива должна быть не менее чем на 10°С ниже температуры вспышки. Температура вспышки товарных мазутов, определяемая известными методами в закрытых и открытых тиглях при 80—90°С.

Зольность мазута зависит от качества подготовки и переработки сырья и определяется содержанием солей, неорганических примесей, используемых присадок, а также продуктов коррозии нефтяной аппаратуры.

В настоящее время в результате совершенствования процессов подготовки и переработки нефти в промышленности содержание золы в товарных мазутах значи­тельно сократилось.

Содержание серы в котельном топливе зависит от химического состава исходной нефти и составляет: для высокосернистых мазутов — до 3,5%, для сернистых — до 2,0% и для малосернистых — до 0,6%. Сжигание сернистой нефти приводит к образованию кислотныхоксидов, вызывающих повышенную коррозию деталей котлов и аппаратов, загрязняет окружающую среду. Особую коррозионную активность имеют сероводород и элементарная сера. Поэтому малосернистые мазуты применяются в первую очередь в технологических нагревательных установках: мартеновские печи, нагреватели литейных, прокатных и других предприятий металлургической промышленности.

Вода и механические примеси попадают в мазут из нефти в процессе производства и товаротранспортных операций и являются балластом при транспортировании. При сжигании обводненных мазутов снижается коэффициент полезного действия котлов и создаются условия для коррозии аппаратуры, а неорганическая часть механических примесей в процессе сжигания не сгорает и повышает зольность мазута. Содержание воды и механических примесей в мазуте должно быть минимальным. Для снижения влияния вредных примесей и улуч- -шения противопригарных и антикоррозионных свойств к мазутам добавляют присадки.

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается несколько марок мазутов, используемых в качестве топлива: флотские Ф-5 и Ф-12, топочные 40 и 100. Цифры входящие в марки (5, 12, 40 и 100), указывают на максимальную вязкость пои температуре 50°С в единицах условной вязкости. Мазуты Ф-5 и Ф-12 (легкое топливо) применяются в судовых котельных установках, а марок 40 (среднее топливо) и 100 (тяжелое топливо)— как массовое топливо во всех котельных и нагревательных установках общего назначения. Мазуты марок 40 и 100 по содержанию серы подразделяются на: малосернистые, сернистые и высокосер­нистые.

Топливо для мартеновских печей поставляется марок: МП — малосернистое и МПС — сернистое. Газотурбинное топливо вырабатывается двух марок: ТГ — обычное и ТГВК — высшей категории качества, а топливо печное бытовое выпускается марки ТПБ.