2.1.8. Стабильность топлив

Топлива должны обладать высокой стабильностью, т. е. сохра­нять свои эксплуатационные свойства в условиях транспортиро­вания, хранения и применения. Стабильность топлив определяет­ся в первую очередь их физико-химическими свойствами, такими, как плотность, вязкость, фракционный состав, наличие примесей и т. д. Стабильность топлив условно подразделяют на физическую и химическую, так как при изменении некоторых физических свойств топлива в нем могут возникнуть изменения химического порядка и наоборот.

Физическая стабильность — это способность топли­ва сохранять неизменными свои физические свойства. Одним из основных физических свойств топлива является его гомогенность. Если в нем появляется твердая фаза в виде кристаллов углеводо­родов или льда, то это ведет к нарушению нормальной подачи топлива в двигатель.

Топливо должно сохранять неизменным такой физический па­раметр, как испаряемость, т. е. она оказывает существенное влия­ние на работу двигателя. Потеря легких фракций, например, ведет к усложнению запуска двигателя и т. д.

Физическая стабильность топлива оценивается и контролиру­ется путем периодического определения плотности, фракционного состава, давления насыщенных паров, определения температуры начала кристаллизации и т. д.

Химическая стабильность топлива—это его спо­собность сохранять неизменными химический состав и свойства в процессе хранения, транспортирования и подачи в камеру сгора­ния. Совершенно стабильных топлив не существует, однако пара­финовые, нафтеновые и в значительной степени ароматические углеводороды, из которых состоят нефтяные топлива, практически стабильны. Нестабильными являются непредельные углеводороды. которые в большинстве нефтяных топлив содержатся в небольшом количестве (до 2,5 %), а также примеси гетероорганических соеди­нений, в состав которых кроме углерода и водорода входят сера, кислород, азот и другие элементы.

При длительном хранении под влиянием температуры, кисло рода воздуха, света и каталитического действия металлов мало стабильные компоненты топлива окисляются с образованием органических кислот, смолистых веществ, жидких и твердых осадков. Количество их может быть таким, что применять топливо будет невозможно.

Смолистые вещества, содержащиеся в бензинах сверх опреде­ленных пределов, значительно ухудшают их качество и понижают надежность работы поршневого двигателя. Отлагаясь во впускных трубопроводах и на клапанах, они приводят к уменьшению мощ­ности и экономичности двигателя, а иногда и к аварийной его остановке. С увеличением количества смолистых веществ увели­чивается нагарообразование в камерах сгорания двигателя, осо­бенно с непосредственным впрыском топлива.

Велико отрицательное влияние смолистых веществ на качество реактивных топлив. Ухудшается их термоокислительная стабиль­ность, сильно засоряются фильтры топливной системы, увеличива­ется нагарообразование в камерах сгорания двигателей.

Затормозить образование смол и осадков можно добавлением в топливо антиокислительных присадок и подбором оптимального химического состава нефтепродуктов, которые не должны содер­жать непредельные углеводороды, гетероорганические примеси должны присутствовать в оптимальных количествах.

Антиокислительные присадки добавляют в топлива в неболь­ших количествах: от тысячных до сотых долей процента.

Из отечественных антиокислителей широко применяется пара-оксидифениламин который в авиабензинах уменьшает окисление непредельных угле­водородов и распад антидетонатора—тетраэтилсвинца (ТЭС).

В реактивные топлива добавляется присадка ионол в количе­стве до 0,003 % по массе.

Оценивают стабильность топлив по индукционному периоду (время в минутах, в течение которого топливо не окисляется в среде кислорода под давлением 0,7 МПа и температуре 100 °С), содержанию в топливе непредельных углеводородов, определяе­мых по йодному числу (весу йода в граммах, присоединяющемуся к непредельным углеводородам в расчете на 100 г топлива), а также по содержанию фактических смол—количеству миллиграммов твердых или полутвердых нелетучих веществ, остающихся после выпаривания 100 мл топлива под струёй воздуха или пере­гретого водяного пара (при нагреве до 180 °С для реактивного топлива и до 150 °С для бензина).

Термическая стабильность топлива характеризует его устойчивость к образованию нерастворимых осадков при на­гревании в присутствии кислорода и металлов. Она имеет особо важное значение для топлива сверхзвукового ВС, так как в баках и в топливной системе может нагреваться до температуры 100 ... 250 °С. Осадки и смолы, выпавшие из топлива, забивают топлив­ные фильтры, форсунки и малые зазоры трущихся пар, что при­водит к нарушению работы топливорегулирующей аппаратуры, снижению подачи топлива в двигатель, ухудшению распыла топ­лива, нарушению нормальной работы двигателя.

Для большинства реактивных топлив существует наиболее «опасная» температурная зона (140 ... 190°С), в пределах которой осадкообразование и скорость забивки ими фильтров макси­мальны.

Осадкообразование в топливе зависит от его химического со­става, концентрации кислорода в надтопливном пространстве и растворенного в топливе, каталитического действия металлов (ме­ди и ее сплавов). Повысить термическую стабильность можно сле­дующими способами:

— очисткой топлива от малостабильных углеводородов и гетероорганических соединений (сернистых и кислородных) с помо­щью методов гидроочистки и глубокого гидрирования;

— применением эффективных антиокнслительных присадок;

— удалением из топлива микрозагрязнений и воды в эксплуа­тационных условиях;

— устранением контакта топлива с кислородом воздуха путем азотирования его перед заправкой ВС.

Термическая стабильность реактивных топлив оценивается в статических и динамических условиях. В статических условиях топливо испытывают в герметичных колбах при температуре 150°С с пластинкой из меди. Продолжительность испытания топ­лив для одних — 4ч, для других, более стабильных — 5 ч. Отфиль­трованный осадок определяется в миллиграммах на 100 мл топ­лива.

Испытание в динамических условиях производится путем одно­кратной прокачки топлива, подогретого сначала в баке испыта­тельной установки, затем в трубчатом элементе. Оценка произво­дится по перепаду давления на контрольном фильтре и по цвету отложении на трубчатом подогревателе.