4.4. Основные требования к качеству энергетических топлив и их марки

4.4.1. Газотурбинные топлива

Газотурбинные двигатели (ГТД) обладают рядом таких пре­имуществ перед поршневыми, как малые габариты и меньшая мас­са на единицу мощности, быстрый запуск и простота управления, малая потребность в охлаждающей воде, высокая надежность, возможность работать на дешевых нефтяных топливах, а также на топливах любого вида (газообразном, жидком и даже в пыле­видном твердом). Эти достоинства ГТД обусловили достаточно

150

Таблица 4.6 Требования к качеству реактивных топлив

Показатель	Т-1	ТС-1	Т-2	РТ	Т-6
1	2	3	4	5	6
Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее	800	775	755	775	840
Фракционный состав,
температура, °С:
начало кипения, не выше	150	150	-	-	-
начало кипения, не ниже	-	-	60	135	195
10 % , не выше	175	165	145	175	220
50 % , не выше	225	195	195	225	255
90 %, не выше	270	230	250	270	290
98 % , не выше	280	250	280	280	315
Вязкость кинематическая, м2 /с '
при 20 "С, не менее	1,5	U5	1,05	1,25	4,5
при -40 °С, не более	16	8	6	16	60
Теплота сгорания низшая, не
менее	,
КДж/кг	42900	42900	43100	43100	42900
Ккал/кг	10250	10250	10300	10300	10250
Высота некоптящего пламени, мм,	16	25	25	25	20
не менее
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более	0,7	0,7	0,7	0,7	0,5
Температура начала кристаллизации, "С, не выше	-60	-60	-60 (-55)	-60	-60
Йодное число, г J/100 мл, не более	2	3,5	3,5	0,5	1
Содержание:
аренов, % , не более	20	22	22	18,5	10
фактических смол, мг/100 мл, не более	6	, 5	5	4	6
общей серы, % , не более	0,1	0,25	0,25	0,1	0,05
меркаптановой серы, % , не более сероводорода, %, не более Испытание на медной пластинке Содержание водорастворимых		0,005	0,005	0,001	0
			втсутстви	е
		В	ыдержива	ет
кислот, щелочей, мех. примесей и			отсутстви	е
воды

151

Окончание табл. 4.6

1	2	3	4	5	6
Зольность, %, не более Содержание мыл нафтеновых кислот Содержание нафталиновых углеводородов, %, не более Термическая стабильность в статических условиях при 150 °С, мг/100 мл, не более в течение 4 ч в течение 5 ч Термическая стабильность в динамических условиях при 150-180 "С: перепад давления на фильтре за 5 ч, МПа, не более	0,003	0,003	0,003	0.003	0,003
	отсутствие
	2,5 18 0,083	1,5 10 0,083	1 10	1 6 0,01	1 6 0,01
отложения на подогревателе, баллы, не более	2	2	-	'• 2	0
Люминометрическое число, не менее	50	55	55	55	45
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не менее	30	28	-	28	60

широкое их использование в различных отраслях народного хо­зяйства, преимущественно в энергетике (на стационарных и пе­редвижных электрических станциях, газо- и нефтеперекачиваю­щих станциях) и некоторых видах транспорта (на речных и морс­ких судах, железнодорожных локомотивах). Главный недостаток ГТД - сравнительно низкий КПД: 24 - 27 % против 40 % у дизеля. КПД стационарных ГТД можно повысить, если использовать от­работавшие их газы для отопления или горячего водоснабжения.

Газотурбинные установки, как правило, работают на жидком углеводородном топливе утяжеленного фракционного состава, полученном при различных процессах переработки нефти. Применение таких дешевых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на ГТД, даже при повышенном расходе топлива.

К газотурбинным топливам предъявляются значительно менее жесткие требования к качеству по сравнению с реактивными топ-ливами. Наиболее важное эксплуатационное требование к их ка-

152

Таблица 4.7

Требования к качеству газотурбинных и котельных топлив

Показатель	Газотурбин­ные топлива		Котельные топлива
	Б	А	Ф-5	Ф-12	40	100
Вязкость при 50 °С, не более
условная,°ВУ	3	1.6	5	12	8*	16*
кинематическая, м2/с	-	-	36,2	89,0	59*	118*
Теплота сгорания низшая, Дж/кг, не менее	39 800	39 800	41 454	40 740	39 900	40 530
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,05	0,1	0,12	0,14
Содержание, %, не более
мех. примесей	0,03	0,02	0,1	0,12	0,8	1,5
ванадия	0,0004	0,00005	-	-	-	-
кальция	-	0,0004	-	-	-	-
суммы натрия и калия	.-	0,0002	-	-	-	-
воды	0,5	0,1	0,3	0,3	1,5	1,5
серы	2,5	1.8	2	0,6	3.5	3,5
сероводорода
водорастворимых кислот и			отсутствие
щелочей
Коксуемость, %, не более	0,5	од	6	6	_
Плотность при 20°С, кг/м, не более	935	-	955	960	965	1015
Температура, °С
вспышки в закрытом тигле, не ниже	61	65	80	90	-	■' -
вспышки в открытом тигле, не					90	ПО
ниже
застывания, не выше	5	5	-5	-8	10	25
Йодное число, г J/100 г, не более	45	-	-	-	-	-

* При 80 °С.

честву - низкое содержание в них ванадия, натрия и калия, вызы­вающих коррозию камер и лопаток газовых турбин. Исследовани­ями было установлено, что топлива с низким содержанием корро-зионно-активных металлов получаются на базе дистиллятных фрак­ций прямой перегонки глубокообессоленной нефти, термического и каталитического крекинга и коксования с температурой конца кипения до 480 °С.

153

В нашей стране выпускается 2 марки газотурбинных топлив (табл. 4.7): А - для пиковых газотурбинных установок и Б - для судо­вых и энергетических установок.

Фракционный состав для газотурбинных установок не нор­мируется, однако он косвенно регулируется требованием по вязкости и плотности. Условная вязкость при 50^СС для топлива марки А нор­мируется не более 1,6°ВУ, а для Б - 3°ВУ. Плотность при 20°С долж­на быть не более 935 кг/м³. Содержание серы допускается до 2,5 и 1,8% для марок Б и А соответственно. Зольность для всех марок дол­жна быть ниже 0,01%. Содержание ванадия нормируется не более 0,04 и 0,005% масс, для марок соответственно Б и А. Для этих марок регламентируется температура вспышки не ниже 65°С и температу­ра застывания не выше 5°С.

Удовлетворение требований по зольности и содержанию ванадия, калия и натрия достигается обычно обессоливанием исходной нефти и водной промывкой топлив. Эффективным средством борьбы с ва­надиевой коррозией является и введение присадок на основе солей меди, цинка, магния, кобальта и т.д. Практическое применение по­лучили присадки, содержащие магниевые соли синтетических жир­ных кислот С₁₉ - С₂₀ и окисленного петролатума. Они снижают ин­тенсивность ванадиевой коррозии в 4-10 раз за счет перевода низко­плавкого оксида ванадия в высокоплавкий ванадат магния Mg₃(V0₄)₂.

4.4.2. Котельные топлива

В нашей стране котельные топлива являются наиболее массовым нефтепродуктом. Однако в связи с интенсивной газификацией ко­тельных установок или переводом их на твердые виды топлива про­изводство котельных топлив будет непрерывно сокращаться.

Паротурбинные установки эксплуатируются в различных об­ластях техники, на электростанциях, морских и речных судах, в же­лезнодорожном транспорте, в насосных и т.д. Топлива для топок су­довых и стационарных котельных установок, а также для промыш­ленных печей (мартеновских и других) получают смешением тяже­лых фракций и нефтяных остатков, а также остатков переработки углей и сланцев. Наиболее широко применяют котельные топлива нефтяного происхождения. Качество котельных топлив нормирует-

154

ся следующими показателями: вязкость - показатель, позволяющий определить мероприятия, которые требуются для обеспечения сли­ва, транспортировки и режима подачи топлива в топочное простран­ство. От условий распыливания топлива зависит полнота испарения и сгорания топлива, КПД котла и расход горючего. Величина вязко­сти топлива оценивается в зависимости от его марки при 50 и 80°С в °ВУ. Температура вспышки определяет условия обращения с топли­вом при производстве, транспортировке, хранении и применении. Не рекомендуется разогревать топочные мазуты в открытых храни­лищах до температуры вспышки. Основную массу котельных топ-лив производят на основе остатков сернистых и высокосернистых нефтей. При сжигании сернистых топлив образуются окислы серы, которые вызывают интенсивную коррозию металлических поверх­ностей труб, деталей котлов и, что недопустимо, загрязняют окру­жающую среду. Для использования в технологических котельных установках, таких, как мартеновские печи, печи трубопрокатных и сталепрокатных станов и т.д., не допускается применение высоко­сернистых котельных топлив.

В нашей стране выпускаются следующие марки котельных топ­лив (см. табл. 4.7):

1. флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12. Ф-5 получают смешени­ем мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракция­ми прямой перегонки и вторичных процессов. Содержание серы в них допускается до 2%. Ф-12 представляет собой смесь дистиллят-ных и остаточных продуктов переработки малосернистых нефтей. Содержание серы в нем допускается до 0,6%. Флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 различаются между собой по вязкости. Вязкость условная при 50°С для этих марок нормируется соответственно не более 5 и 12°ВУ;

2. топочные мазуты 40 и 100 - являются наиболее массовыми котельными топливами. Они предназначаются для всех котельных и нагревательных установок общего назначения. По содержанию серы выпускают топлива: малосернистые от 0,5 до 1,0%, сернистые -от 1,0 до 2 % и высокосернистые до 3,5 %;

3. топливо для мартеновских печей. Вырабатывают две марки: МП - малосернистое (до 0,5 %) и МПС - сернистое (до 1,5 %).

Отечественные котельные топлива, хотя по качеству пример­но соответствуют зарубежным аналогам, однако недостаточно полно удовлетворяют потребностям по целому ряду показателей:

155

содержанию серы и механических примесей, зольности и темпе­ратуре застывания высокопарафинистых мазутов. Отечественные котельные топлива по сравнению с зарубежными содержат зна­чительное количество разбавителей - ценных дизельных фрак­ций, что обусловливается нехваткой мощностей висбрекинга, с одной стороны, и отсутствием депрессорных присадок - с другой. Во ВНИИ НП разработаны и испытаны весьма эффективные деп-рессорные присадки к мазутам на основе сополимеров этилена и винилацетата двух марок: ВЭС-407 и ВЭС-488. Однако до настоя­щего времени их промышленное производство не организовано. Нашей промышленностью в недостаточных количествах (пример­но на одну треть от потребности) производятся исключительно нужные для повышения качества котельных топлив присадки, такие, как детергентно-диспергирующие (ВНИИ НП-102 для флотских мазутов), многофункциональные (ВНИИ НП-106 М для высокосернистых котельных топлив), антикоррозионные (Поли­фен) и др.