§ 7. Коррозионные свойства топлива

Коррозия — это разрушение поверхности метал­ла, происходящее под действием химических пли электро­химических процессов. Коррозионный износ металлов вызывают самые различные соединения: кислоты, щело­чи, вода, многие газы, особенно сернистые, и другие вещества. Коррозия резервуаров, цистерн, топливных баков, трубопроводов, деталей топливоподающей аппаратуры происходит при наличии в топливе коррозионноагрессивных соединений, таких как водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активнее сернистые соединения, вода, органические кислоты. Углеводороды топлива коррозии металлов не вызывают.

Наиболее сильное коррозирующее действие оказыва­ют активные сернистые соединения водорастворимые кислоты и щелочи, а также вода. Содержание этих веществ в бензине и дизельном топливе не допускается. Наличие активных сернистых соединении определяют пу­тем реакции на медную пластину, а водорастворимых кислот и щелочей с помощью реакции водной вытяжки, которая должна быть нейтральной (Сущность их опре­деления приведена в главе IX «Учет и контроль качества нефтепродуктов»)

Вода в топливе может находиться как в растворенном, так и в свободном (механические взвеси, эмульсии) состоянии. В растворенном виде воды очень мало — тысячные доли процента, это количество зависит от химического и фракционного состава топлива, а также от влажности окружающею воздуха Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортирования и может быть значительным. Стандартами присутствие воды не допускается, так как она вызывает сильную коррозию топливоподающей аппаратуры

Органические кислоты обладают меньшей коррозионной активностью, чем минеральные. Наиболее энергично они взаимодействуют с цветными металлами (свинец, цинк, кадмий) на черные (сталь чугун) действуют очень слабo. С повышением температуры активность органических кислот увеличивается. В присутствии воды кислоты особенно низкомолекулярные, более агрессивны. В небольшом количестве органические кислоты всегда есть в топливе. В стандартах кислотность нормируется количеством миллиграммов щелочи, необходимой для нейтрализации органических кислот содержащихся в 100 мг топлива (мг КОН/100 мл) Для бензина допускается до 3 мг/100 мл, а для дизельного топлива— до 5 мг/100 мл

На коррозионный износ деталей и систем двигатель (камера сгорания, компрессионные кольца, клапаны выхлопная система), кроме перечисленных факторов значительное влияние оказывает общее количество неактивных сернистых соединений, содержащихся в топливе. Конечными продуктами сгорания любого топлива всегда является углекислый газ С0₂ и вода Н₂0, образующиеся при сгорании углеводородов. При сгорании всех сернис­тых соединений (активных и неактивных) образуются кислотные окислы — сернистый и серный ангидриды SO₂, S0₃. Более агрессивен серный ангидрид, количество его в продуктах сгорания тем больше, чем выше темпе­ратура, давление и концентрация кислорода. Водяные па­ры соприкасаются с холодными поверхностями двигателя и конденсируются. Окислы серы, растворяясь в воде, образуют сернистую и серную кислоты, которые обладают еще более сильным коррозионным действием. Таким образом, в двигателях может возникать газовая (от окислов SO₂ и S0₃) и жидкостная (от кислот Н₂SО₃, H₂SO₄) коррозия.

Чувствительность двигателей разной конструкции к сернистой коррозии зависит от теплонапряженности и удельной (на 1 л объема цилиндра) мощности Форсиро­ванные быстроходные дизели более подвержены сернис­той коррозии, чем тихоходные. При избытке кислорода и высокой температуре сернистый ангидрид в большем количестве переходит в серный, поэтому при повышении теплонапряжённости наблюдается более интенсивная газовая коррозия тарелок выхлопных клапанов верхней части цилиндров, первого компрессионного кольца и выхлопной системы. При снижении температуры этот вид износа уменьшается

При значительном понижении теплового режима возникает жидкостная коррозия, особенно сильно она проявляется во время пуска и прогрева двигателя в холодное время года. Чем больше прорыв газов в картер двигателя и выше содержание серы в топливе, тем сильнее износ от жидкостной коррозии Большое влияние на появление этого вида коррозионного износа оказывает режим работы. В малонагруженных двигателях, когда температура охлаждающей жидкости низка, возникают благоприятные условия для конденсации паров воды и проявления жидкостной коррозии, при этом больше разрушаются вкладыши подшипников Тракторные дизели, обычно работающие с высокой нагрузкой, более подвер­жены газовой коррозии, автомобильные, особенно при работе в городских условиях (движение на небольших скоростях, частые остановки), — жидкостной.

Таким образом, детали двигателя, соприкасающиеся с продуктами сгорания топлива, в зоне высокой темпера­туры разрушаются от газовой коррозии. В зонах низкой температуры, где наблюдается конденсация воды, прояв­ляется жидкостная коррозия. При эксплуатации двигате­ля на сернистом топливе надежная работа будет обеспечена то1ько в том случае,

Сильная газовая коррозия

Температура

Рис . 5 Зависимость коррозионного износа от теплового режима двигателя

когда правильно подобран ре­жим его работы, при котором сернистая коррозия про­является незначительно. На рис. 5 показана зависимость коррозионного износа от температуры коррозируемых деталей.

Из сказанного понятно, что скорость изнашивания деталей двигателя тесно связана с содержанием серы в топливе. Обобщая результаты многочисленных исследо­ваний, можно отметить, что при увеличении количества серы в топливе с 0,2 до 0,5% износ повышается на 25— 30%. Если же ее концентрация возрастает до 1,0%, из­нос ускоряется вдвое

Сера вредна не только с точки зрения повышения темпа коррозионного изнашивания, но также и потому, что при работе двигателя на сернистом топливе образу­ется больше твердого и плотного нагара. Частицы тако­го нагара, попадая в масло, увеличивают абразивное механическое изнашивание деталей. Кроме того, сера ускоряет старение моторных масел

При производстве топлива основная масса сернистых соединений перегоняется углеводородами, выкипающими при высокой температуре (выше 200° С), и, следова­тельно, находится в газойлесоляровых дистиллятах, из которых получают дизельное топливо. Здесь содержание серы может достигать нескольких процентов. В бензино­вых фракциях количество серы не превышает 0,12— 0,15%. Наиболее радикальный способ борьбы с сернис­той коррозией — удаление серы при очистке топлива. По этому пути и идет нефтеперерабатывающая промышлен­ность. Однако обеспечить эксплуатацию быстроходных дизелей только на малосернистом топливе не удается. С вводом в действие все большего числа гидроочистительных установок выработка малосернистого топлива будет возрастать

Постоянное увеличение выпуска дизельного топлива, а также переработка высокосернистой нефти приводит к необходимости эксплуатировать дизели на топливе с содержанием серы до 0,5%, а нередко и до 1%. Для уменьшения сернистой коррозии в этих случаях прихо­дится прибегать к изготовлению деталей из легирован­ных нержавеющих сталей или их покрытию коррозионно-устойчивыми материалами (хромированные компресси­онные кольца) Хорошие результаты по снижению кор­розионного износа дают присадки, добавляемые к ди­зельному топливу. Эти два способа широко применяются на стационарных установках, например, в судовых дви­гателях Единственным же реальным способом борьбы с сернистой коррозией в условиях сельского хозяйства является правильный подбор для каждого типа двигате­лей моторного масла, содержащего определенные компо­зиции присадок.

Современные моторные масла выпускают с присад­ками, но их количество и эффективность различны. По­этому в зависимости от форсирования двигателя, вида и качества используемого топлива, главным образом со­держания в нем серы, необходимо подбирать определен­ное смазочное масло и определять сроки его замены. В этом случае даже при использовании высокосернистого топлива удается обеспечить существенное сни­жение коррозионного износа и надежную работу дви­гателя.