книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа
..pdfТаблица 5.2
Показатели, определяющие основные эксплуатационные свойства бензина и дизельного топлива
|
|
|
|
Физико-химические показатели, |
|
|||||
Эксплуатационные свойства |
влияющие на эксплуатационные свойства |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
дизельного топлива |
бензина |
|
|||||
Прокачиваемость, |
обеспе |
Вязкость, температуры |
Фракционный |
состав, |
||||||
чение нормальной |
работы |
помутнения и застыва |
температура застыва |
|||||||
топливной аппаратуры |
|
ния |
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фракционный |
состав, |
|
|
|
|
Химический |
и |
фрак |
температуры |
начала |
|||
|
|
|
и конца кипения, тем |
|||||||
Испаряемость |
|
|
ционный |
|
составы, |
пературы |
выкипания |
|||
|
|
|
температуры |
выкипа |
10, 50, 90 % бензина. |
|||||
|
|
|
ния 50 и 96 % топлива |
Давление |
упругости |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
паров |
|
|
Характер работы двигателя, |
Цетановое число, тем |
|
|
|
||||||
нарастание давления |
на Г |
пература |
самовоспла |
— |
|
|||||
поворота коленчатого вала |
менения, |
химический |
|
|
|
|||||
состав |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Антидетонационные |
свой |
|
|
— |
|
|
Октановое |
число, хи |
||
ства |
|
|
|
|
|
|
мический состав |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Химический |
состав, |
|
|
|
|||
Стабильность |
|
|
содержание |
нафтено |
Индукционный пери |
|||||
|
|
вых кислот, |
наличие |
од |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наличие |
механичес |
Наличие |
механичес |
||||
Противоизносные свойства |
ких |
примесей, |
вяз |
ких примесей, |
хими |
|||||
и полнота сгорания |
|
|
кость, |
фракционный |
ческий и |
фракцион |
||||
|
|
|
состав |
|
|
|
ный составы |
|
||
|
|
|
Наличие водорастворимых кислот и щелочей, |
|||||||
Коррозионность |
топлива |
активных сернистых соединений и воды, коли |
||||||||
и продуктов его сгорания |
чество органических кислот (кислотность), со |
|||||||||
|
|
|
держание серы |
|
|
|
|
|||
Скорость смоло- и нагаро- |
Содержание фактических смол, механических |
|||||||||
образования на горячих де |
примесей, |
непредельных углеводородов, смо |
||||||||
талях |
|
|
лообразующих веществ |
|
|
|
Октановое число, определяемое по исследовательскому ме тоду, несколько выше, чем найденное по моторному методу.
Требования к антидетонационным свойствам бензина воз растают с увеличением степени сжатия паров бензина в двига теле.
Применение бензина с октановым числом, меньшим требуе мого, недопустимо, так как это приводит к возникновению де тонации в цилиндрах, которая может вызвать перегрев двигате ля и даже привести к его ускоренному износу.
Использовать бензин с октановым числом выше требуемо го также не следует из-за увеличения теплонапряженности дви гателя и возможного прогара выпускных клапанов, а главное — такое нерациональное применение высокооктанового бензина убыточно.
Для повышения детонационной стойкости бензинов и соот ветственного повышения октанового числа в них вводят тетра этилсвинец (ТЭС) в количестве до 3,3 г на 1 кг бензина. Тетра этилсвинец является ядовитым веществом. Поэтому при работе с этилированными бензинами необходимо соблюдать меры пре досторожности.
Фракционный состав бензинов характеризуется температура ми перегонки 10, 50,90 % бензина и конца кипения. Фракцион ный состав наряду с детонационной стойкостью является одним из важнейших показателей качества автомобильных бензинов, т. к. влияет на надежность пуска, длительность прогрева и изно состойкость двигателя.
Летние бензины имеют более тяжелый фракционный состав, чем зимние. Скорость прогрева двигателя и динамика разгона автомобиля зависят от температуры выкипания 50 % бензина, которая для зимних бензинов не долна превышать 100 °С, а для летних — 110 °С. Полнота испарения бензина в двигателе зави сит от температур перегонки 90 % бензина и конца его кипения. Если эти температуры чрезмерно велики, то бензин не успева ет полностью испаряться во впускном трубопроводе двигателя и поступает в цилиндры в жидком виде. В результате с трущих ся поверхностей смывается смазка и усиливается износ деталей. Кроме того, поскольку не полностью испарившийся бензин сго-
252
рает медленно и недостаточно полно, повышается нагарообразование в камере сгорания двигателя.
Химическая стабильность характеризуется способностью бензина противостоять химическим изменениям при хране нии, транспортировании и применении. Химическая стабиль ность бензина зависит от состава и строения содержащихся в нем углеводородов и неуглеводородных примесей. Для ее по вышения применяют антиокислительные присадки (стабили заторы).
Содержание серы предопределяет коррозионную активность бензинов. Применение сернистых автомобильных бензинов приводит к сокращению ресурса работы двигателей в результа те быстрого износа основных деталей, а также к снижению его мощности.
Содержание серы в бензинах проверяют анализом на медной пластинке. Оно не должно превышать 0,10...0,15 %.
Кроме того, бензины должны быть химически нейтральны ми, не содержать механических примесей и воды.
Экспериментально установлено, что при подмешивании к ав тобензинам керосина, дизельного и печного топлив температуры начала и конца кипения, а также выкипания 10 и 50 % увеличи ваются (рис. 5.18) Это, в свою очередь, отрицательно сказывает ся на работе двигателей машин.
Сведения о показателях качества автобензинов приведены в таблице 5.3.
По трубопроводам перекачиваются дизельные топлива: лет ние, зимние и экспортное.
Отечественная промышленность всоответствии стребования ми ГОСТ 305-82 для различных условий применения вырабаты вает топлива трех марок:
Л |
— летнее для использования при положительной температуре; |
3 |
— зимнее для эксплуатации при температуре окружающе |
|
го воздуха до —20 °С с температурой застывания (потеря под |
|
вижности) не выше —35 вС. В тех случаях, когда двигатели |
|
эксплуатируют при температуре до —35 °С, используют зим |
|
нее топливо с температурой застывания не выше —45 °С; |
А— арктическое для эксплуатации при температуре окружаю щего воздуха до -5 0 °С, с температурой застывания не выше
Рис. 5.18. Зависимость температуры конца кипения бензина от концентрации примеси:
1 —дизельное топливо летнее; 2 —дизельное топливо зимнее; 3 —фракция ди зельного топлива зимнего; 4 —реактивное топливо ТС-1
В соответствии с табл. 5.4 в стандартах на дизельное топливо, кроме температуры застывания, нормируют температуру помут нения, при которой топливо теряет фазовую однородность. Для летних сортов топлива она не выше —5 °С (температура застыва ния —10 °С), для зимних —на 10 °С выше температуры застыва ния (—25 и —35 °С). Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо, чтобы температура помутнения была на 6...8 °С, а за стывания —на 10... 15 °С ниже температуры окружающего воздуха.
254
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.3 |
|
|
|
Показатели качества автомобильных бензинов |
|
||||||||||
Наименование |
|
|
|
|
Величина показателей для бензинов |
|
|||||||
|
|
А-76 |
|
|
А-80 |
Аи-92 |
|||||||
показателей |
|
|
|
|
|||||||||
|
летний |
зимний |
летний I |
зимний |
летний |
зимний |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
Детонационная стой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
кость (октановое чис |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ло), не менее: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
по моторному топливу I |
|
76 |
|
76 |
|
76 |
76 |
83 |
83 |
||||
по исследовательскому | |
|
|
|
|
|
|
80 |
92 |
92 |
||||
методу |
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
||||
Концентрация свинца | |
|
0,013 |
|
0,013 |
|
0,013 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
||||
(г/л), не более |
|
|
|
|
|
||||||||
Фракционный состав: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
температура |
начала I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
перегонки бензина (°С), |
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
||||
1не ниже |
|
|
| |
|
35 |
| |
— |
| |
35 |
|
|
||
10 % бензина перего- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I няется при температу |
|
|
|
|
|
|
|
75 |
|
||||
ре (°С), не выше |
I |
70 |
| |
55 |
I |
70 |
|
|
|||||
50 % бензина перего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
няется при температу |
I |
|
|
|
|
|
|
115 |
|
||||
ре (°С), не выше |
|
115 |
| |
100 |
| |
115 |
|
|
|||||
90 % бензина перего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
няется при температу-1 |
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|||||
ре (°С), не выше |
|
|
180 |
| |
160 |
| |
180 |
|
|
||||
Конец кипения бензи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
на |
при |
температуре |
|
|
|
|
|
|
|
205 |
|
||
(°С), не выше |
|
|
| 195 |
| |
185 |
| |
205 |
|
|
||||
Давление |
насыщен |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ных |
паров |
бензина | |
|
|
|
|
|
|
|
||||
(кПа), не более |
|
|
66,7 |
|
93,3 |
|
80 |
|
80 |
|
|||
Концентрация факти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ческих |
смол |
на |
месте |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
потребления (г/100см3), | |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Индукционный |
пери-| |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1од (мин), не менее |
|
1200 |
|
1200 |
600 |
600 |
600 |
600 |
|||||
Массовая доля |
|
|
0Л |
|
0,1 |
|
1 0,05 |
1 0,05 |
1 0,05 |
1 0,05 |
|||
1(%), не более |
|
|
|
|
В зависимости от содержания серы различают дизельное топ ливо двух видов: 1 — содержание серы не более 0,2 %; 2 —содер жание серы не более 0,5 % (для арктического —0,4 %).
Температура вспышки, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспыхивают при поднесении огня и далее гаснут, ха рактеризующая испаряемость и огнеопасность, для топлива мар ки Л должна быть не ниже 40 °С, марки 3 —не ниже 35 °С.
Таблица 5.4
Влияние отклонений показателей качества бензинов и дизельных топлив на работу двигателей машин
|
|
Характер |
|
|
|
|
|
|
|
изменения |
|
Влияние изменения |
Признаки, |
|
|
Показатель |
I |
показателя |
|
характеризующие нару- |
|||
|
на работу двигателя |
||||||
|
I относительно 1 |
шения в работе дангателя |
|||||
|
|
||||||
|
|
нормы |
|
|
|
|
|
Октановое |
I Уменьше- |
I Проявляется |
Металлический |
стук |
|||
число |
1ние по- |
процесс |
в цилиндрах, |
вибра |
|||
|
казателя |
| детонации |
ция в двигателе, пере |
||||
|
|
|
|
|
грев головок |
цилин |
|
|
|
|
|
|
дра, дымный выхлоп,! |
||
|
|
|
|
|
снижение мощности | |
||
|
|
|
|
|
двигателя |
|
|
Цетановое |
|
Уменьше- |
|
Ухудшаются |
Двигатель не заводит |
||
I число |
|
ние |
|
пусковые |
ся |
|
|
|
|
ниже 40 |
|
качества топлива |
|
|
|
Температура (Повышена (Тоже |
Затруднен запуск дви |
||||||
выкипания |
|
|
|
|
гателя |
|
|
110 % топлива | |
|
I Образуются |
I Двигатель |
работает | |
|||
|
|
|
|
паровые пробки |
с перебоями |
|
|
|
|
|
|
в системе питания |
|
|
|
Тоже, |
|
(Повышена (Замедляется |
Невозможность быст |
||||
150 % топлива | |
|
( прогрев двигателя |
рого перехода с малых | |
||||
|
|
|
|
|
на большие |
обороты) |
|
|
|
|
|
|
коленчатого вала |
||
Тоже, |
|
Повышена Лучшие условия |
(Снижается |
вредность! |
|||
190 % топлива | |
|
для сгорания топлива |
выхлопных газов |
||||
Содержание |
Больше |
|
Образуется |
Засоряются |
|
насадки I |
|
фактических ( нормы |
|
нагар, осаждение смол на форсунок, |
на |
свечах | |
|||
смол |
|
|
|
деталях камер сгорания |
образуется нагар |
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 5А |
||||
|
Характер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменения |
Влияние изменения |
|
П р ю аав, |
|||||
Показатель |
показателя |
характеркзуимкнару' |
|||||||
на работу двигателя |
|||||||||
|
ггносительно |
теш и в работе д н га к я я |
|||||||
|
< |
|
|
|
|
||||
|
нормы |
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
Ниже |
Эпасность |
|
|
|
]Пары топлива ваты -, |
|||
вспышки |
нормы |
в пожарном |
|
|
|
:кивают при открытом |
|||
|
|
отношении |
|
|
|
1пламени |
|
||
Температура |
Ниже тем |
Ухудшается |
|
|
|
Не запускается, глох |
|||
застывания |
пературы |
подача топлива |
|
|
нет двигатель |
||||
|
окружаю |
в цилиндры |
|
|
|
|
|
|
|
|
щего воз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
духа на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10...15 °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
Ниже |
Парафин осаждается на |
Перебои в подаче топ- ! |
||||||
помутнения |
нормы |
фильтрах |
|
|
|
лива |
|
||
Вязкость |
Ниже |
Утечки топлива в соедине |
Видимыеутечки в мес |
||||||
|
нормы |
ниях топливной системы |
тах соединений |
||||||
Вязкость |
Выше |
Ухудшается |
распыление |
|
Задымленность вы |
||||
|
нормы |
и не полностью |
сгорает |
|
хлопных газов |
||||
|
|
топливо |
|
|
|
|
|
|
|
Загряз |
Наличие |
Повышается |
износ ци |
|
Заедание игл и плун |
||||
ненность |
механичес |
линдро-поршневой груп |
|
жеров, засорение наса |
|||||
|
ких при |
пы и топливной аппара |
|
док и форсунок, жик |
|||||
|
месей |
туры |
|
|
|
|
леров карбюраторов, |
||
|
|
|
|
|
|
|
загрязнение фильтров |
||
|
Наличие |
Снижение теплотворной |
Перебои в работе дви |
||||||
|
воды |
способности топлива |
|
гателя из-за ухудше |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ния процесса горения |
||
Содержание: Выше |
Образующиеся при сго Разрушаются система1 |
||||||||
серы |
нормы |
рании окислы при вза выпуска газов и под- |
|||||||
|
|
имодействии |
с |
влагой[ |
шипники |
из евннцо- |
|||
|
|
превращаются |
в сернук> вистой бронзы, обра- |
||||||
|
|
кислоту, вызывая посто- |
зуются твердые нагарь1 |
||||||
|
|
янную коррозию в зонеî |
и отложения, увеличи |
||||||
|
|
высоких температур; воз- |
вающие |
абразивны)1 |
|||||
|
|
действие окислов вызыизнос |
|
||||||
|
|
вает металлогазовую кор |
|
|
|||||
|
|
розию |
|
|
|
|
|
|
В условное обозначение марок летнего топлива для высо кооборотных дизелей входят массовая доля серы и температу ра вспышки, зимнего —количество серы и температура засты вания. Так, запись Л—0,5-40 означает: дизельное топливо летнее с содержанием серы до 0,5 % и температурой вспышки не ме нее 40 °С; запись 3—0,2 —35 —дизельное топливо зимнее с со держанием серы до 0,2 % и температурой застывания не выше —35°С. В условном обозначении арктического топлива указыва ют только массовую долю серы: запись А—0,4 означает, что это арктическое дизельное топливо с содержанием серы 0,4 %. Все марки зимнего топлива взаимозаменяемы. Это относится и к лет ним маркам.
В топливе для высокооборотных дизелей не допускается на личие механических примесей. Обратное привело бы к засорению фильтров тонкой очистки, нарушению нормальной работы на соса высокого давления, засорению форсунок, снижению дол говечности двигателя, повышению износа многих деталей. В ре зультате износа увеличиваются зазоры в прецизионных парах топливного насоса, падает мощность, растет расход топлива.
Зимние сорта топлива по сравнению с летними имеют облег ченный фракционный состав —96 % топлива выкипает при тем пературе не выше 340 °С (летние —не выше 360 °С) и меньшую кинематическую вязкость (1,8...5 мм2/с), которая нормируется при температуре 20 °С (летние —3...6 мм2/с).
Изменение вязкости относительно нормируемых значений (как уменьшение, так и увеличение) оказывает отрицательное влияние на работу двигателя. Чем выше значение вязкости при температуре 20 °С, указанной в паспорте качества, тем сильнее изменения, происходящие при понижении температуры. Летние сорта загустевают уже при температуре минус 5... 10 °С, поэто му возрастает сопротивление движению топлива по трубопрово дам, особенно высокого давления. При значительном повыше нии вязкости нарушается нормальная работа топливоподающей аппаратуры, иногда подача прекращается. Зимние сорта сохраня ют подвижность при более низких температурах.
Если значение вязкости становится ниже нормируемого, то это приводит к увеличению износа деталей топливоподающей
258
системы, повышению расхода топлива, уменьшению долговеч ности работы двигателя. В высокооборотных дизелях дизельное топливо является не только источником получения энергии, но и смазкой для прецизионных пар топливного насоса. Чем ниже вязкость, тем хуже смазывающие свойства и больше износ дета лей. Особенно заметно это проявляется при недостаточно высо ком давлении распыла.
Если значение вязкости при температуре 20 °С достига ет 6...7 мм2/с и более, то ухудшаются процесс смесеобразова ния в двигателе и полнота сгорания, смесь догорает при такте расширения, двигатель дымит, расход топлива возрастает, мощ ность падает.
Воспламеняемость дизельного топлива, зависящую от его хи мического состава, оценивают цетановым числом. Его устанав ливают методом сравнения процесса горения испытуемого топ лива с эталонным. Испытания проводят на одноцилиндровой установке, работающей с переменной степенью сжатия. В качес тве эталонов приняты цетан и а-метилнафталин. Первый обес печивает мягкую работу двигателя, его цетановое число приня то за 100 ед., второй очень трудно окисляется и воспламеняется, его цетановое число принято за 0. Цетановым числом топлива называют процентное содержание цетана в искусственно приго товленной смеси, которая состоит из цетана и а-метилнафтали- на и по характеру сгорания равноценна испытуемому топливу.
Для дизельного топлива всех марок цетановое число не долж но быть ниже 45. При этом двигатель пускается легко и быстро, период задержки самовоспламенения невелик, давление на Г поворота коленчатого вала нарастает плавно. Иногда для повы шения цетанового числа в топливо добавляют до 1 % присадки (изопропилнитрат). Использование топлива с цетановым чис лом выше 50 нецелесообразно, так как процесс сгорания прак тически не улучшается. Чем выше частота вращения коленча того вала, тем большее влияние оказывают физико-химические свойства топлива на процессы подачи, смесеобразования, вос пламенения, полноту сгорания.
Коррозионная активность топлива для высокооборотных дизелей невысока, так как водорастворимых кислот и актив-
259
ных сернистых соединений в нем нет, а количество органичес ких кислот в соответствии со стандартом не превышает 5 мг на 100 мл. Содержащиеся неактивные сернистые соединения име ют нейтральную реакцию и на металл не действуют. Наличие воды в топливе не допускается, но при неправильном хранении, транспортировке, приемно-отпускных операциях она может на капливаться. Вода приносит очень большой вред: в теплое вре мя года увеличивается коррозия; при отрицательной температу ре образуются кристаллики льда, ухудшающие прокачиваемость и работу фильтрующих элементов; в присутствии воды и нафте новых кислот в топливе образуются студенистые осадки, заби вающие фильтры, накапливающиеся на деталях топливоподаю щей системы.
Способность топлива не забивать фильтры оценивают коэф фициентом фильтруемости. Его определяют, последовательно пропуская через бумажный фильтр 10 порций топлива объемом по 2 мл, как отношение времени фильтрации последних 2 мл топлива ко времени истечения первых 2 мл. В соответствии со стандартом коэффициент фильтруемое™ не должен быть более 3. При загрязнении и обводнении топлива коэффициент фильтруе мое™ значительно возрастает.
Продукты сгорания дизельного топлива всегда коррозионно агрессивны. При сгорании сернистых соединений образу ются оксиды серы S02 и SO,, вызывающие в зоне высоких тем ператур газовую коррозию. В продуктах сгорания присутствуют
ипары воды. При охлаждении ниже 100 °С водяной пар конден сируется, взаимодействует с сернистым газом S02 и сернистым ангидридом S03 с образованием сернистой H2S03 и серной H2S04 кислот, вызывающих сильную коррозию топливной арматуры.
При эксплуатации автомобиля в городских условиях, для ко торых характерны частые остановки и работа с неполным ис пользованием мощноста, при невысокой температуре охлаж дающей жидкости, создаются условия для конденсации влаги
иобразования кислот. Движение с перегрузкой (горные усло вия, карьеры) вызывает сильную газовую коррозию. Наимень шее окисление происходит при умеренном тепловом режиме (работа техники при постоянной нагрузке без перегрева и пере-
260