Лабораторный практикум ЭМ июнь 2012 КРАСНОЯРСК

взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причем некоторые из них канцерогенные). Ограничение содержания фосфатов, силикатов, боратов уменьшает отложение накипи в системе охлаждения, увеличивает срок службы уплотнений водяного насоса (меньше нерастворимых осадков), улучшает защиту от кавитационной коррозии).

Концентрат ОЖ применять в системе охлаждения нельзя. Он предназначен только для приготовления охлаждающей жидкости путем разбавления водой. В каком соотношении проводится разбавление, указывает его изготовитель на этикетке.

Импортные антифризы предназначены:

–ASTM D 3306 – для легковых автомобилей и легких грузовиков;

–ASTM D 4985 – для тяжелой техники;

–G 11 – для легковых автомобилей или легких грузовиков (допускается присутствие силикатов);

–G 12 – для тяжелой техники или новой автотехники (силикаты отсутствуют).

Информация об отсутствии силикатов (free of silicate или silicate free) имеет важное значение при использовании охлаждающей жидкости в двигателях тяжелой техники. При высокой температуре силикаты способны превращаться в гелеобразные отложения, забивающие узкие каналы системы охлаждения.

При эксплуатации охлаждающая жидкость стареет – концентрация ингибиторов в ней постепенно снижается, теплопередача уменьшается, склонность к пенообразованию увеличивается, а незащищенные металлы интенсивно корродируют. Ресурс жидкости прямо зависит от ее качества и пробега автомобиля.

Старение происходит особенно интенсивно, если в систему охлаждения попадают отработавшие газы или воздух. Поэтому нужно чаще проверять места возможных утечек жидкости, а также состояние и крепление шлангов. Срок замены антифриза предписывает автозавод или изготовитель ОЖ. Но иногда жидкость стареет раньше. При этом:

–образуется желеобразная масса на внутренней стороне горловины расширительного бачка, при незначительной отрицательной температуре (минус 10...15°С) заметно помутнение (иногда как легкое облачко), выпадает осадок, а также чаще прежнего срабатывает электровентилятор радиатора. Когда появился хотя бы один из этих признаков, антифриз нужно сменить;

–жидкость становится рыже-бурой, значит, детали системы уже корродируют. Такую охлаждающую жидкость нужно немедленно заменить независимо от того, сколько она прослужила. Плотность, температуры замерзания и кипения ОЖ, концентрация этиленгликоля в ней взаимосвязаны. Эти зависимости у разных жидкостей на основе этиленгликоля могут немного отличаться друг от друга.

71

В эксплуатации плотность ОЖ проверяют ареометром. Плотность косвенно указывает температуры начала кристаллизации (застывания) и кипения.

Температура кипения ОЖ–40 (44 % воды и 56 % этиленгликоля) при атмосферном давлении не менее 108 °С. В предкипящем состоянии уже образуются паровые пробки, нарушающие нормальную циркуляцию в системе охлаждения. Это может спровоцировать перегрев двигателя. При постоянной эксплуатации машины в тяжелых условиях (городские пробки, песчаные дороги, грязь, снег) желательно применять антифриз с повышенной (хотя бы на два градуса) температурой кипения соответственно с более высокой плотностью. Охлаждающая жидкость ОЖ-65 (35% воды и 65% этиленгликоля) кипит при температуре выше 110 °С (при атмосферном давлении).

Уровень жидкости в системе охлаждения может стать меньше из-за испарения воды или утечек. В первом случае нужно долить дистиллированную, а если ее нет, прокипяченную (около 30 мин) воду, во втором – охлаждающую жидкость той же марки.

Отечественные ОЖ, произведенные разными изготовителями по одним техническим условиям, допустимо смешивать. Однако если номера ТУ не одинаковы, лучше этого не делать. Компоненты комплексов присадок могут прореагировать друг с другом и потерять свои полезные свойства. Поэтому в безвыходном положении лучше долить воду, а потом заменить всю жидкость в системе.

На территории России более 30 различных предприятий производят ОЖ по ТУ. Но одним из основоположников можно считать Государственный научно-исследовательский институт Технологии органического синтеза (ТОС) откуда и произошло название ОЖ Тосол.

Следует также отметить, что смешивание этиленгликоля с водой подчиняется закономерности приведенной в табл. 51 и таблице П 14 приведенной в приложении.

Таблица 51 Низкотемпературная характеристика смеси этиленгликоля с водой

Максимальная температура застывания смеси в пределах минус 70ºС наблюдается при соотношении 68% этиленгликоля и 32% воды.

В России на основании ГОСТ 28084–80 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия» нормируют основные показатели ОЖ на основе этиленликоля (концентрат ОЖ-40, ОЖ–65): внешний вид, плотность, температура начала кристаллизации, коррозионное воздействие на металлы, вспениваемость, набухание резины и другие показатели. Но не оговаривают состав и концентрацию присадок, а также смешиваемость жидкостей. Перечисленное, а также цвет ОЖ (синий, зеленый, желтый и др.) выбирает изготовитель. Стандартов, регламентирующих срок службы ОЖ и условий ресурсных испытаний пока нет. Техническая сертификация ОЖ необязательна.

73

3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ ТОПЛИВ

3.1. Экологические свойства топлив

Кроме свойств обеспечивающих нормальное протекание рабочих процессов двигателя, определяющих надежность его работы, экономичность и долговечность, стабильность и сохранность самого топлива, оно должно иметь высокие экологические свойства.

Наряду с загрязнением окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов при сгорании традиционных видов топлива в двигателе, к экологическим свойствам нужно относить и те свойства, которые проявляются при контакте с человеком и окружающей средой в условиях их применения, хранения, транспортировки и заправки топливных баков машин.

В отношении токсичности нефтяные топлива представляют меньшую опасность, чем продукты их сгорания. Углеводороды составляющие основную массу топлив, для человека сравнительно безвредны. Наиболее токсичны ароматические, за ними следуют ненасыщенные и, наконец, насыщенные углеводороды. Особенно токсичен бензол, поэтому его содержание в бензинах должно строго нормироваться. В остаточных топливах содержатся значительное количество конденсированных ароматических соединений, многие из которых обладают канцерогенными свойствами.

Предельно допустимые концентрации паров топлив в воздухе установлены в пересчете на углерод и колеблется от 100 (реактивное топливо) до 300 мг/м3 (бензин и дизельное топливо). Содержание паров топлив в воздухе зависит от их летучести и температуры окружающей среды. Летучесть топлив рассчитывают по формуле:

L 16PM

(273 t)

где: L – летучесть топлива, мг/л; P – давление насыщенных паров топлива, мм.рт.ст; М – молекулярная масса топлива; t – температура окружающего воздуха, ºС.

Давление насыщенных паров нормируется для легко испаряющихся топлив, в частности для бензинов. Его приближенное значение может быть определено экспериментально, или вычислено по следующей зависимости:

lg P 2,763 - 0,019tкип 0,024t

где: P – давление насыщенных паров, мм.рт.ст; tкип – средняя температура кипения, ºС; t – температура окружающей среды, ºС.

74

Летучие углеводороды топлив обладают наркотическим действием. Опасные ситуации могут возникнуть в замкнутых пространствах, заполненных углеводородными парами. Вдыхание паров бензина вызывает головную боль, общую слабость, сердцебиение. При длительном контакте с парами бензина может наступить потеря сознания.

Нефть и остаточные топливные фракции содержат значительное количество полициклических ароматических углеводородов, некоторая часть этих углеводородов проявляет канцерогенную активность. Содержание канцерогенного компонента бенз–α–пирена в российских нефтях колеблется от 250 до 3500 мкг/кг.

Топлива могут содержать токсичные гетероатомные соединения, концентрация которых увеличивается при повышении температуры кипения топлив. Нефтепродукты могут попадать в организм человека через дыхательные пути, кожу, органы пищеварения и слизистые оболочки глаз. Наиболее опасно, когда нефтепродукты попадают в организм человека через легкие, так как яд попадает в большой круг кровообращения, минуя почечный барьер.

Отравление может быть двух видов: острое, развиваемое в течение нескольких секунд или часов; хроническое, развиваемое в результате длительного систематического воздействия на организм человека малых доз.

Наиболее часто происходит отравление парами бензина. Если концентрация паров бензина не более 0,3 мг/л воздуха, то воздух считается безопасным для здоровья. При более высоких концентрациях наступает отравление. При непродолжительном вдыхании воздуха, содержащего бензин в концентрации 5...10 мг/л, наступает острое отравление, а при концентрации 35...40 мг/л возникает опасность для жизни.

Пары дизельного топлива более ядовиты, чем пары бензина. Однако дизельное топливо испаряется слабее, чем бензин. Поэтому случаи отравления дизельным топливом наблюдаются редко. Имели место случаи смертельного отравления работников при очистке резервуаров из-под дизельного топлива без соблюдения правил безопасности. Предельно допустимым содержанием паров топлива в воздухе считается 0,3 мг/л. При длительном воздействии дизельного топлива на кожу возникают хронические заболевания (дерматиты, экземы).

Проблему снижения токсичности топлив нельзя решить при помощи присадок, но некоторые присадки снижающие температуру кипения остаточных топлив (депрессорные, диспергирующие) снижают токсичность топлив. Отдельные присадки вводимые в топливо сами обладают высокой токсичностью, в основном это металлоорганические соединения.

75

3.2. Экологические свойства продуктов сгорания топлив

Сжигая в двигателях традиционное топливо при стехиометрическом составе смеси, на каждый килограмм расходуется 15 кг свежего воздуха. В результате сгорания топлива, проникающих в камеру сгорания смазочных материалов, поступления компонентов различных составов присадок и продукта износа деталей двигателя, вредные выбросы определяющие экологичность транспортных средств содержат две основные группы загрязняющих веществ:

–оказывающие прямое негативное воздействие на организм человека и окружающую среду (оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, в том числе ароматического ряда, различного типа кислоты, соединения серы);

–оказывающие негативное косвенное воздействие и являющиеся причиной глобальных экологических катастроф, таких, как образование фотохимического «смога», «парникового эффекта», «озоновых дыр» и др. (двуокись углерода, кислородосодержащие углеводороды, метан и твердые частицы).

При этом в зависимости от совершенства конструкции двигателя и его технического состояния получаем определенный состав отработавших газов, табл. 52

Часть из представленных в таблице компонентов токсична и представляет большую опасность для окружающей среды.

В число токсичных выбросов отработавших газов автомобилей входят оксид углерода (СО), диоксид азота (NO2), углеводороды (СхНУ), сажа (С), альдегиды (НСОН), диоксид серы (SO2) и соединения свинца (Рb).

76

Влияние токсичных компонентов отработавших газов на организм человека изучено достаточно хорошо. Для каждого из них установлены предельно допустимые концентрации.

Оксид углерода (СО) – прозрачный, не имеющий запаха газ, который в воде не растворяется. Поступая в организм с вдыхаемым воздухом, оксид углерода поглощается кровью в 240 раз быстрее кислорода. Вступая в реакцию с гемоглобином крови, оксид углерода не дает ему возможности снабжать организм кислородом.

Люди, находящиеся в непосредственной близости от потоков автомобилей, особенно в местах «пробок», а также в закрытых, плохо проветриваемых помещениях рядом с работающим двигателем, получают отравления оксидом углерода. Особенно опасно находиться в кабине автомобиля с негерметичной системой выпуска отработавших газов и в потоке медленно движущихся или (что еще хуже) стоящих перед светофором автомобилей.

Диоксид азота (NO2) – газ красновато-бурого цвета, в малых концентрациях не имеет запаха, хорошо растворяется в воде с образованием кислот. Оксиды азота остаются в легких в виде азотистой или азотной кислот, образующихся в результате взаимодействия диоксида азота с влажной поверхностью верхних дыхательных путей. При этом отравление организма происходит постепенно, и каких-либо средств, нейтрализующих это действие, не существует.

Углеводороды (СхНу), вступая под действием солнечных лучей в реакцию с оксидами азота, образуют озон и другие биологически активные вещества, вызывающие раздражение горла, глаз, носа и заболевания этих органов, а также наносят ущерб растительному и животному миру.

Сажа вызывает негативные изменения в системе дыхательных органов. Кроме того, ее мелкие частицы задерживаются в легких, что достаточно опасно, так как на них адсорбируются тяжелые ароматические углеводороды, в том числе канцерогенный бензо-α-пирен.

Альдегиды (НСОН) раздражают глаза и верхние дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки и печень.

Диоксид серы (SО2) – бесцветный, с острым запахом газ, который, взаимодействуя с влажной поверхностью слизистых оболочек, образует серную кислоту. В результате нарушается белковый обмен, поражаются легкие и верхние дыхательные пути.

Автомобильный транспорт является источником максимального количества загрязнений в виде оксида углерода и углеводородов и составляет 50...60% общего количества этих веществ.

Выбросы вредных веществ от автомобилей наносят значительный ущерб природе, поражая растения, повышая кислотность почв и т.д. Значительный ущерб наносят автомобили и коммунальному хозяйству городов и населенных пунктов: повышенная концентрация окислителей в воз-

77

духе приводит к преждевременному разрушению металлических конструкций, железобетона, архитектурных памятников и др.

Влияние продуктов сгорания углеводородного топлива на окружающую среду и человека приведено в таблице 53.

Таблица 53

Влияние продуктов сгорания углеводородного топлива на окружающую среду

Отдельные экологические свойства топлив зависят от показателей которые не входят в основные стандарты, как например, углеводородный состав, объемная доля оксигенатов, содержание кислорода, различного вида металлоорганических соединений и других …, которые оказывают значительное влияние на экологические свойства топлив, а следовательно на экологичность транспортных средств.

78

В рамках действующего законодательства Европейских стран и США требования к экологическим свойствам топлив и транспортным средствам постоянно ужесточаются.

Начиная с 2002 г Россия, как и все ведущие страны в области нефтедобычи и нефтепереработки, приступила к разработке нормативной документации в части требований к экологическим свойствам топлив и транспортных средств, а также разработке и внедрению новых технологий производства топлив и транспортных средств.

Перечисленное позволило разработать требования к экологическим классам топлив и транспортных средств.

Экологические свойства топлив могут быть улучшены за счет добавления к товарному топливу различного типа присадок. К настоящему времени ассортимент присадок к нефтяному топливу насчитывает около 30 основных типов, а количество композиций используемых на практике исчисляется сотнями.

79

Большинство присадок предназначены для улучшения процессов горения, чем они и способствуют снижению токсичности отработавших газов. Одни из них вводятся в топливо в процессе его компаундирования, кислородосодержащие (спиртовые) антигелиевые в процессе применения.

Основные типы присадок и их назначение приведены в табл. 54.

3.3. Экологические классы автомобильных бензинов

Повышение требований к экологическим свойствам автомобильных бензинов как к топливу, так и к продуктам сгорания бензина в двигателях определены нормативными документами на уровне законодательных актов и государственных стандартов.

Основным нормативным документом в этом отношении является Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184–ФЗ от 27 декабря 2002 г. и государственные стандарты.

ГОСТ Р 51866-2002 Государственный стандарт Российской федерации «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» соответствует европейским нормам ЕН 228-99 Европейского комитета по стандартизации. По данному стандарту вырабатывается бензин пяти морок: Нор- мал-80, Регуляр-91, Регуляр-92, Премиум-95, Супер-98. Основные показатели качества этих бензинов приведены в приложении табл. П1. По испаряемости данные бензины делятся на 5 классов. Разница температурного диапазона по отдельным фракциям составляет от 5 до 10 ºС, что является причиной вызывающей неполноту сгорания топлива, как следствие ухудшение экономических и экологических характеристик транспортных средств.

Последовательное улучшение показателей качества и совершенствование методов определения этих показателей, в тои числе использования методов зарубежных организаций по испытанию и стандартизации в области моторных топлив позволило разработать и принять стандарт на моторное топливо соответствующее европейским стандартам.

Постановлением Госстандарта России 31 января 2002 г № 42-ст принят и введен в действие ГОСТ Р 51866-2002 Государственный стандарт Российской федерации «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» соответствует европейским нормам ЕН 228-99 Европейского комитета по стандартизации. По данному стандарту производят две марки бензинов высшего качества Премиум Евро-95 и Супер Евро-98, а также бензины обычного качества марки Регуляр Евро-92.

Все марки этих бензинов по испаряемости делятся на 10 классов. Использование бензинов производимых по ГОСТ Р51866-2002 требует

квалифицированного подхода к применению топлив содержащих оксигенаты. Необходим контроль за наличием стабилизирующих агентов, а также соблюдения классов испаряемости в зависимости от климатических условий.

80