книги из ГПНТБ / Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие

Работы, выполненные налги по изучению стабильности карбюраторных топлив, показывают, что основное влияние на накопление смол оказывает температура (см. табл. 8).

Кроме температуры и действия световых лучей, на ин­ тенсивность образования смол большое влияние оказы­ вает заполнение емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося в полной бочке (заполнение 93%), через 6 месяцев содержание фактических смол возросло с 12 до 49 мг/100 мл, а при хранении в бочке, заполненной на 50°/о, возросло до 152 мг/100 мл.

Наличие в резервуарах, бочках и баках старых про­ дуктов окисления, воды, механических примесей, окалины еще более интенсифицирует процесс окисления. Так, за 6 месяцев хранения бензина в таре, заполненной на 50%, на дне которой имелись осадки и вода, содержание факти­ ческих смол повысилось с 12 до 192 мг/100 мл (топливо хранилось в закрытом сарае в весенне-летний период).

§ 7 , Коррозийные свойства топлив

Коррозию резервуаров, цистерн, топливных баков, трубопроводов, деталей топливоподающей аппаратуры вызывают активные сернистые соединения, водораство­ римые (минеральные) кислоты или щелочи, вода, органи­

S03 (от сгорания серы). В каких бы соединениях (актив­ ных или неактивных) ни находилась сера в топливе, при ее сгорании всегда образуются коррозийно-активные кис­ лотные окислы серы. Поэтому коррозия деталей двигате­ ля (камеры сгорания, верхних компрессионных колец, выхлопной системы и др.) в основном зависит от количест­ ва сернистых соединений, содержащихся в топливе.

Основная масса сернистых соединений при получении топлив перегоняется с углеводородами, выкипающими при t выше 200°, следовательно находится в дистиллятах, идущих на получение керосинов и дизельных топлив. Количество сернистых соединений в бензинах не превыша­ ет 0,10—0,15%, а в керосинах — 1%.

Наиболее вредны и опасны в коррозийном отношении активные сернистые соединения, водорастворимые кисло­ ты и щелочи, а также вода; они в топливах не допускаются.

90

Вода, находящаяся в топливе как в растворенном со­ стоянии, так и в свободном (эмульсия, механические взвеси) вызывает сильную коррозию топливоподающей аппара­ туры.

В бензинах в растворенном состоянии количество воды не превышает тысячных долей процента. Гигроско­ пичность топлива зависит от фракционного состава (тя­ желые углеводороды поглощают несколько больше во­ ды), влажности окружающего воздуха (при повышенной влажности гигроскопичность выше) и химического состава топлива, она повышается с увеличением температуры. Бо­ лее гигроскопичны ароматические углеводороды (бензол и его производные), менее — парафиновые; нафтеновые и непредельные углеводороды занимают промежуточное положение.

Основную массу кислых соединений составляют наф­ теновые кислоты R — СООН и фенолы, чаще С6Н 6ОН. Органические кислоты обладают меньшим корродирую­ щим действием, чем минеральные. Они энергично вступа­ ют в реакцию с цветными металлами, особенно со свинцом и цинком, на черные металлы действуют очень слабо. Наиболее коррозийно-активны низкомолекулярные ор­ ганические кислоты (особенно в присутствии воды). С по­ вышением температуры действие кислот возрастает, а с увеличением молекулярной массы снижается.

При длительном хранении бензинов, особенно с низким индукционным периодом, содержание кислых органиче­ ских соединений увеличивается в результате окисления топлива, и его коррозийные свойства возрастают.

§ 8. Ассортимент топлив для карбюраторных двигателей

а) Автомобильные бензины. Получаемые в настоящее время автомобильные бензины представляют собой слож­ ную смесь различных компонентов. Базовым бензином служит бензин прямой перегонки или каталитического крекинга. В зависимости от марки получаемого бензина к базовому добавляют различные компоненты: для полу­ чения высокооктановых — ароматические углеводороды, алкилбензин; для низкооктановых — продукты термичес­ кого крекинга, полимербензины, а также легкие компонен­ ты, получаемые при переработке углеводородных газов. Во многие бензины добавляют антидетонаторы.

91

92

В соответствии с ГОСТ 2084—67 вырабатывается пять марок автомобильных бензинов (A-G6, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98) и по ВТУ 67-60 — бензин «Экстра». Все бензины, кроме АИ-98 и «Экстра», делятся на летние и зимние сорта. Летние должны использоваться во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 ок­ тября; в южных районах летние бензины можно приме­ нять весь год. Зимние в северных и северо-восточных райо­ нах используются круглый год, а в остальных районах — с 1 октября по 1 апреля.

Основные физико-химические показатели качества бен­ зинов приведены в таблице 9. Кроме указанных марок, в небольших количествах вырабатывается летний бензин марки А-76 (ГОСТ 5268—69) с улучшенными физико-хи­ мическими показателями. Так, в нем снижено до 1 мг/ 100 мл содержание органических кислот, до 8 мг/100 мл фактических смол, до 0,02% серы, индукционный период увеличен до 1200 мин. Бензину присвоен Государственный знак качества.

В города и районы (например, Москва и Московская область), где запрещено применение этилированного бен­ зина, поставляются только неэтилированные бензины этих же марок, основная же масса бензина в стране выраба­ тывается этилированным. Неэтилированные только А-72 и «Экстра». Во все этилированные бензины добавляют красители для предупреждения об их ядовитости. Этили­ рованные бензины должны быть использованы только по прямому назначению — для сжигания в двигателях авто­ мобилей. Бензин А-66 — в двигателях автомобилей старых марок с низкой степенью сжатия, не более 6,0. К бензину добавляется до 0,6 г/кг ТЭС и жирорастворимый темно­ красный краситель для окрашивания бензина в оранже­ вый цвет.

Бензин А-72 неэтилированный, он рекомендуется для сжигания в двигателях автомобилей «Волга» М-21, «По­ беда» ГАЗ-20, «Москвич-407», УАЗ-451, РАФ-977 и других этого класса со степенями сжатия 6,0—7,0, а также для использования в пусковых и мотоциклетных двигателях и обеспечения различных производственных нужд (па­ яльные лампы, бензиновые горелки, промывка деталей и др.).

Бензин А-76 — основной в настоящее время для боль­ шинства современных двигателей грузовых автомобилей, например ЗИЛ-130, ГАЗ-53, а также для двигателей ГАЗ-

93

21, «Москвич-408», ГАЗ-09 и др., имеющих повышенные степени сжатия (7,0—7,8). Содержание ТЭС до 0,41 г/кг, бензин окрашивают в зеленый цвет.

Бензин АИ-93 имеет октановое число по исследователь­ скому методу не менее 93 единиц, а по моторному — 85, рекомендуется для применения в форсированных дви­ гателях легковых автомобилей ВАЗ-2101, ВАЗ-2103, МЗМА-412, «Волга» ГАЗ-24 и других этого класса. Бензин этилированный, количество ТЭС не более 0,82 г/кг, окра­ шивают в синий цвет.

Бензин АИ-98, октановое число по исследовательскому методу не менее 98, моторному — 89 единиц, рекоменду­ ется для применения в двигателях автомобилей высоко­ го класса ЗИЛ-Til, ЗИЛ-114 и иностранных моделей та­ кого же класса. Бензин этилированный, ТЭС не более 0,82 г/кг, окрашивают в ярко-желтый цвет.

Бензин «Экстра» неэтилированный, по физико-хими­ ческим показателям близок в бензину АИ-98, рекомендует­ ся для двигателей автомобилей «Чайка» и других этого класса.

б) Авиационные бензины и бензины-растворители. Авиационный бензин Б-70 используется в сельскохозяй­ ственной авиации. Кроме того, его применяют при ремонте автомобильных покрышек и камер, пользуются как раство­ рителем при производстве воска, при ремонте электрообо­ рудования ит. д. Б-70 — бесцветная прозрачная жидкость, температура начала кипения не ниже 40°, конец кипения не выше 180°. Кислотность до 1,0 мг/100 мл, содержание фактических смол до 2,0 мг/100 мл, температура засты­ вания ниже минус 60°. Бензин пеэтилированный.

Кроме бензина Б-70, выпускаются авиационные бензи­ ны: Б-100/130, Б-95/130 и Б-91/115; все они этилированы и сильно ядовиты, так как содержат ТЭС в 4—5 раз больше, чем автомобильные бензины. Окрашены в ярко-оранжевый, желтый и зеленый цвета. Числитель в марке бензина показывает октановое число, а знаменатель — сортность. Физико-химические показатели бензинов, за исключением детонационной стойкости, близки к бензину Б-70. В сель­ ском хозяйстве имеют ограниченное распространение.

Некоторое применение в сельском хозяйстве имеют бен­ зины-растворители, которые широко используют для вул­ канизации резины, в резиновой промышленности, для эк­ страгирования масла из семян и жмыхов, для получения красок и лаков и других промышленных и технических

94

нужд. Отличительная особенность бензинов-растворите­ лей — узкий фракционный состав; так, бензин «галоша» для резиновой промышленности выкипает в пределах 80— 110°, экстракционный — 70—95°, для лакокрасочной про­ мышленности уайт-спирит — 165—200°.

в) Керосины. Керосины выпускаются тракторный (ГОСТ 1842—52), осветительные (ГОСТ 4753—68) и для технических целей (ТУ38-1-100-67). Тракторный керосин применяется очень ограниченно (в тракторах старых ма­ рок, для обеспечения производственных нужд, иногда до­ бавляют зимой в летнее дизельное топливо). Октановое число тракторного керосина не ниже 40 единиц, темпера­ тура кипения в пределах ПО—300°, температура вспышки не ниже 28°, содержание серы не более 1,0%, кислотность 4,5 мг/100 мл, вода, механические примеси, водораство­ римые кислоты и щелочи отсутствуют.

Керосин для технических целей получают прямой пе­ регонкой нефти. В сельском хозяйстве его можно исполь­ зовать как промышленное топливо, для промывки дета­ лей и других нужд. По физико-химическим показателям близок к тракторному керосину, но у него не нормируется октановое число.

Керосин осветительный выпускается четырех марок: КО-ЗО, КО-25, КО-22 и КО-20. Цифра в марке показывает минимальную высоту некоптящего пламени в мм, которое должно быть белым и ровным, сгорать керосин должен без нагара и копоти, все это зависит от химического соста­ ва углеводородов. Осветительные керосины применяют для сжигания в обычных и калильных лампах, в керосинорезках, как бытовое топливо в керогазах, примусах

ит. д. По физико-химическим показателям керосины ос­ ветительные резко отличаются от тракторных: содержание серы не более 0,1%, продукты сгорания не должны со­ держать вредных для человека сернистых газов, темпера­ тура вспышки не ниже 40—48° (в целях снижения пожар­ ной опасности), температура помутнения минус 12—15°. По фракционному составу более тяжелые, чем трактор­ ный, меньше содержат легких фракций, очистка более глубокая, что нормируется высотой некоптящего пламени

ицветом, низкая кислотность, не выше 1,3 мг/100 мл. Ос­ ветительный керосин нельзя применять для разбавления летнего дизельного топлива, так как у них примерно оди­

наковы высокие температуры помутнения и застыва­ ния.

95

§ 9. Изменение свойств топлив при транспортировке и хранении

Механизированное сельское хозяйство — одно из наи­ более крупных потребителей нефтепродуктов, вырабаты­ ваемых в стране. Оно ежегодно расходует свыше 40 млн. т нефтепродуктов. Из общего количества потребляемых в стране бензинов на долю сельского хозяйства приходит­ ся 35%, причем потребление топлива ежегодно увели­

ходят длинный путь, связанный с многочисленными пере­ качками, наполнением и переливанием их в различные емкости. На всех стадиях транспортировки, хранения, за­ правки и применения нефтепродуктов наблюдаются их

потери.

Потери нефтепродуктов могут быть количественные и качественные. Если количественные потери приводят к увеличению расхода, то качественные снижают надеж­ ность, долговечность, эффективность использования меха­ низмов и машин. На величину потерь влияют многие факторы, и в первую очередь техническое оснащение транспортных средств и резервуаров, оборудования, ис­ пользуемого при приемно-отпускных операциях, условия хранения, квалификации обслуживающего персонала, качество самих нефтепродуктов, техническое состояние машин, регулировка систем питания, качество очистки топлив, масел и многое другое. По данным ГОСНИТИ, снижение потерь топлив в сельском хозяйстве только на 1,0% позволит сэкономить свыше 15 млн. рублей в год.

В силу специфических свойств нефтепродуктов часть потерь неизбежна. На естественные потери при хранении, приеме, отпуске и транспортировке установлены нормы. В сельском хозяйстве они введены в действие с 1/1 1965 г. Величина этих потерь невелика и различна для разных нефтепродуктов. Реальные фактические потери нефтепро­ дуктов значительно превышают утвержденные нормы.

Потери нефтепродуктов разнообразны. Основные, на­ блюдаемые при транспортировке, хранении и применении, условно называют эксплуатационными. Кроме них, могут быть и аварийные. Потери происходят как в газообразном состоянии, так и в жидком. Бывают смешанные потери (количественные и качественные), когда одновременно те­ ряется количество и это ведет к ухудшению качества, но

96

Рис. 27. Классификация потерь нефтепродуктов.

могут быть только количественные или качественные по­ тери. Обычно рассматриваются количественные потери, но очень часто невидимые и неучитываемые потери качест­ ва приносят значительно больший вред, чем простой пе­ рерасход нефтепродукта. Схема наиболее часто встречаю­ щихся потерь показана на рисунке 27. Основные потери — от испарения, утечек, обводнения и загрязнения нефте­ продуктов.

При транспортировке и хранении бензинов происхо­ дят как качественные, так и количественные потери. Наи­ более распространенных! вид транспортировки бензинов — перевозка их в автоцистернах, в которых обычно перево­ зят и другие вид1д топлив (дизельное, керосин, а нередко и воду). При опоражнивании автоцистерны в ней всегда остается 20—30 кг топлива, которое при следуюхцем за­ полнении смешивается с новым продуктом. Если в бензин попадает дизельное топливо, то это приводит к повышению содержания смолистых веществ, утяжелению фракцион

резервуара, отпускных операциях из бензина испаряются наиболее легколетучие углеводороды. Это ведет к утяжеле­ нию фракционного состава, ухудшает пусковые свойства, способствует накоплению фактических смол, которые по­ вышают нагарообразование на клапанах и других деталях двигателя, увеличивают неполноту сгорания бензина. Кроме этого, потеря легких фракций снижает октановое число бензина, ухудшая его детонационную стойкость.

Смешивание летних и зимних сортов бензинов, исполь­ зование зимних сортов в жаркое время года приводят к большим потерям на испарение, снижают коэффициент наполнения цилиндра двигателя, что вызывает его пере­ грев и снижение мощности, способствует образованию га­ зовых пробок в топливоподающей системе, что также нару­ шает нормальную работу двигателя.

Кроме испарения, большие потери бензина происхо­ дят при его утечке. Бензин — легкоподвижная, маловяз­ кая жидкость — просачивается по таким тончайшим ка­ налам и порам, через которые не в состоянии проникнуть не только вода, но даже керосин. Допустим, что через ка­ кую-то неплотность просачивается только одна капля бен­ зина в секунду. Казалось бы, это небольшие потери и на них можно не обращать внимания. Это не так. Масса од­ ной капли бензина составляет 35—45 мг, тогда за сутки будет теряться в среднем 3,5 кг бензина.

Наблюдения, проведенные нами во многих нефтехозяйствах колхозов и совхозов, показывают, что в подав­ ляющем большинстве из-за различных подтеканий теря­ ются значительные количества бензина. Приведем один пример. В резервуаре с этилированным бензином А-76 емкостью 10 м3 было неисправно запорное устройство. В минуту терялось 125—135 капель. Следовательно, за сутки — до 10 кг, а за год — 3,6 т ядовитого горючего уходило в землю и окружающую атмосферу. Это уже зна­ чительные потери.

Из всех видов нефтепродуктов именно для бензина по­ тери от различных утечек наиболее высокие, поэтому несо­ вершенство оборудования, используемого при транспор­ те, приемо-отпускных операциях и хранении, здесь особен­ но нежелательно. Потери бензина часто наблюдаются при сливо-наливных операциях, когда переполняется емкость,

98

при стенании с рукавов и кранов. Обычны потери при хра­ нении из-за плохой герметичности сальников, задвижек, вентилей, кранов, фланцевых соединений трубопрово­ дов, сварных швов резервуаров и др.

На всем пути следования от завода-изготовителя до бака автомобиля бензин подвергается окислению кисло­ родом окружающего воздуха. Чем длиннее путь, больше перевалочных пунктов и чем дольше хранится бензин, тем большая возможность окисления. Как указывалось выше, окисление сопровождается образованием смоли­ стых веществ и различных кислых соединений (органи­ ческие кислоты, оксикислотьт). Основная часть этих про­ дуктов находится в бензине в растворенном состоянии, но частично они выпадают в осадки. Особенно много продук­ тов окисления образуется в бензинах, в составе которых содержатся непредельные или другие малостабильные углеводороды.

Скорость окисления резко увеличивается с возраста­ нием температуры, под действием солнечных лучей, света, с повышением концентрации кислорода в газовом прост­ ранстве, при большой поверхности контакта бензина с кислородом воздуха. Хорошими катализаторами (уско­ рителями) процессов окисления являются различные от­ стой и осадки, накапливающиеся в резервуарах, а также некоторые металлы (медь, свинец). При хранении бензи­ нов, кроме процессов окисления, могут происходить слож­ ные внутренние изменения углеводородов, их полимери­ зация и конденсация. При этих превращениях малостой­ кие легкие углеводороды, главным образом с открытыми двойными цепями, вступают в соединения друг с другом, образуя высокомолекулярные соединения, которые обыч­ но не растворяются в бензине, а выпадают в осадки. Эти полимерные соединения увеличивают общее количество осадков, накапливающихся в емкостях.

Чем выше индукционный период бензина, тем лучше его стабильность и тем более длительное время он может храниться без заметного окисления. Это справедливо для хороших условий хранения. Наличие в емкостях воды, окалины, минеральных и органических примесей, смешан­ ных с ранее образовавшимися продуктами окисления и по­ лимеризации, инициирует окисление вновь залитых бен­ зинов и резко ухудшает их качество. Особенно ускоря­ ются эти процессы при хранении бензинов в жаркое время года. Исследования показывают, что повышение темпе­

99