Таблица 36

Показатели пожаро- и взрывоопасности нефтепродуктов

Вопросы для самоконтроля

1.В чём заключаются экологические свойства топливосмазочных материа-

лов?

2.Какие токсичные вещества входят в состав отработавших газов?

3.Какие вы знаете показатели пожаро- и взрывоопасности топливосмазочных материалов?

4.Как воздействуют топливосмазочные материалы на природу и человека?

10.ЭКОНОМИЯ, НОРМИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ТОПЛИВА И МАСЕЛ

10.1. Экономия и хранение

При производстве эксплуатационных материалов затрачиваются большие материальные средства, поэтому топлива, смазочные масла, пластичные смазки, технические жидкости являются ценными продуктами, экономия которых имеет большое народно-хозяйственное значение. Экономия материалов складывается из комплекса мероприятий при их приёме, хранении, выдаче, расходовании и т.д.

Экономия топлива заключается в предотвращении и сокращении потерь на складе, при заправке, умелом вождении, поддержании автомобиля в технически исправном и отрегулированном состоянии.

163

Потери нефтепродуктов могут быть количественные и качественные. Они возникают по разным причинам. Количественные потери увеличивают расход нефтепродуктов, повышают стоимость эксплуатации машин, качественные – изменяют качество нефтепродуктов.

Количественные потери наблюдаются при разливе, разбрызгивании и утечках нефтепродуктов через краны, фланцевые и муфтовые соединения на всех этапах транспортировки, при хранении, заправке и применении. Эти потери происходят из-за испарения, различных подтеканий, просачивания нефтепродуктов вследствие неисправности оборудования и резервуаров, автоцистерн, плохого соединения трубопроводов, неправильного использования шлангов, отсутствия механизированной заправки. Для снижения количественных потерь необходимо немедленно исправлять замеченные неполадки. Потери от испарения полностью устранить не удаётся.

Потери нефтепродуктов от испарения бывают при хранении, отпуске и приёмке, перевозках, заправках и других операциях. В резервуарах, заполненных нефтепродуктами, всё время происходят сложные и недостаточно изученные процессы испарения, конвенции паров, что приводит к потерям нефтепродуктов. Потери топлив неизбежны при так называемых дыханиях резервуаров. Различают «малое дыхание» и «большое дыхание».

Потери нефтепродуктов в результате «малого» и «большого дыхания» происходят по следующим причинам :

А) Потери из-за вентиляции. В крыше резервуара просверлим два отверстия на некотором расстоянии друг от друга по вертикали. Более тяжёлые пары нефтепродуктов будут выходить через нижнее отверстие, а атмосферный воздух – входить через верхнее отверстие. В резервуаре установится естественная циркуляция воздуха и паров нефтепродуктов.

Потери от вентиляции могут происходить также через открытые люки резервуаров путём простого выдувания паров нефтепродуктов ветром. Поэтому люки необходимо тщательно герметизировать.

Б) Потери от «большого дыхания» из-за вытеснения паров нефтепродуктов из газового пространства закачиваемым нефтепродуктом. Нефтепродукт, поступая в резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое установлена арматура. Как только давление станет равным расчётному давлению дыхательного клапана, из резервуара будут выходить пары нефтепродукта, начнётся «большое дыхание» («выдох»).

164

При откачке нефтепродукта из резервуара происходит обратное явление: как только вакуум в резервуаре станет равным вакууму, на который установлен дыхательный клапан, в газовое пространство начнёт входить атмосферный воздух – происходит «вдох».

В) Потери от «обратного выдоха». Вошедший в резервуар воз-

дух насыщается парами нефтепродукта. Количество газов в резервуаре будет увеличиваться, поэтому по окончании «вдоха», спустя некоторое время из резервуара может произойти «обратный выдох» – выход насыщенной газовой смеси.

Г) Потери от насыщения газового пространства. Если в пус-

той резервуар, содержащий только воздух, залить небольшое количество нефтепродукта, последний начнёт испаряться и насыщать газовое пространство. Паровоздушная смесь будет увеличиваться в объёме, и часть её может покинуть резервуар.

Д) Потери от «малого дыхания».

а) при нагреве солнечными лучами в дневное время повышается температура газового пространства. Паровоздушная смесь расширяется, концентрация паров нефтепродукта повышается, давление растёт. Когда давление в резервуаре станет равным давлению, на которое установлен дыхательный клапан, последний открывается и из резервуара начинает выходить паровоздушная смесь – происходит «выдох». В ночное время из-за снижения температуры часть паров конденсируется, паровоздушная смесь сжимается, в газовом пространстве создаётся вакуум, дыхательный клапан открывается и в резервуар входит атмосферный воздух – происходит «вдох»;

б) при снижении атмосферного давления разность давлений в газовом пространстве резервуара и в атмосфере может превысить перепад давлений, на который установлен дыхательный клапан, он откроется и произойдёт «выдох» (барометрическое «малое дыхание»). При повышении атмосферного давления может произойти «вдох».

Снижение потерь от «малого дыхания» достигается уменьшением колебания температуры газового пространства. В результате исследований установлено, что средняя температура парового пространства в резервуаре выше средней температуры наружного воздуха на 2…8 0С для вертикальных и на 1…10 0С для горизонтальных резервуаров.

Уменьшить потери от испарения при «больших дыханиях резервуара» можно проведением следующих мер:

1)уменьшением различных перекачек нефти внутри нефтебазы;

165

2)заполнением резервуара снизу под уровень находящегося в резервуаре продукта, что снижает на 30…40 % потери по сравнению с наливом открытой струёй сверху;

3)установкой на крыше резервуаров возвращающих адсорберов,

вкоторые улавливается нефтепродукт, находящийся в паровоздушной смеси;

4)установкой газовых труб, с помощью которых соединяют между собой резервуары, предназначенные для хранения одного сорта нефтепродуктов. В этом случае при заполнении резервуара паровоздушная смесь из него будет вытесняться в другую, а не бесследно теряться в атмосфере;

5)запрещением проветривать резервуар перед новым заполнением, так как при проветривании в 2…4 раза увеличиваются потери.

Рекомендуется также проводить ряд других мероприятий для уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения, например, хранить легко испаряющиеся жидкости в подземных резервуарах, в вертикальных резервуарах, окрашивать резервуары в светлые цвета, отражающие солнечные лучи и обеспечивающие меньшее нагревание нефтепродукта.

Во время хранения нефтепродуктов при высокой температуре происходит интенсивное окисление с образованием смол. Окисление

происходит под действием кислорода, составляющего в воздухе 21 % по объёму. При повышении температуры на 10 0C скорость окисления увеличивается в 3 раза. Если бензин хранится в наземных резервуарах, то их окрашивают в белый цвет.

Белый цвет отражает солнечные лучи от поверхности резервуара, и нагрев уменьшается. Черный цвет «притягивает» солнечные лучи, увеличивая нагрев топлива.

В табл. 37 показано влияние цвета резервуаров на образование смолистых веществ при хранении.

Таблица 37

Влияние цвета окраски резервуаров на образование смолистых веществ в топливе при его хранении, мг на 100 см3

166

Цвет резервуара влияет на потери бензина от нагрева лучами солнечного света и испарения. В табл. 38 указаны потери бензина за год хранения в зависимости от цвета резервуара.

Таблица 38

Потери бензина за год хранения в зависимости от цвета резервуара

Потери увеличиваются при большой поверхности испарения. Поэтому для уменьшения потерь выгоднее хранить нефтепродукт в большей ёмкости, чем то же количество, но в нескольких малых ёмкостях.

С одного квадратного метра поверхности можно потерять за ме-

При хранении нефтепродуктов в бочках последние необходимо помещать в укрытиях, закрывать брезентом, охлаждать сверху водой.

167

При транспортировке нефтепродуктов в бочках надо следить за правильным их наполнением (90…95 %), обеспечивать полную герметизацию бочек и правильное крепление в кузовах машин. Перекатывание бочек приводит к их смятию и пробоинам, что вызывает большие потери.

Сроки хранения нефтепродуктов ограничены. Допустимые сроки хранения приведены в табл. 40.

Таблица 40

Срок хранения эксплуатационных материалов в центральной климатической зоне

Срок хранения бензинов в южных районах снижается в 2 раза. Качественные потери происходят от загрязнения и обводнения

нефтепродуктов в результате внутренних химических превращений, при испарении топлив, их смешивании и т.д. Для устранения потерь необходимо следить за правильным оснащением автоцистерн, своевременным проведением профилактики и ремонта, нельзя допускать переполнения цистерн, разлива нефтепродуктов.

Для снижения потерь топлива от испарения в резервуарах устанавливают дыхательные клапаны, которые открываются при избыточном давлении 0,01…0,02 МПа в резервуарах ёмкость до 40 м3 (автомобильные цистерны) и 0,001…0,002 МПа в стационарных резервуарах ёмкостью до 100 000 м3.

На автозаправочных станциях (АЗС) для уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения небольшие ёмкости обвязывают и устанавливают дыхательный клапан до 0,01 МПа (рис. 8). Кроме того, газовую обвязку выполняют с использованием конденсатосборника (рис. 9). В этом случае заполнение одних ёмкостей совпадает по времени с опорожнением других и паровоздушная смесь вытесняется из заполняемых ёмкостей не в атмосферу, а в опорожняемые ёмкости. При этом часть паровоздушной смеси конденсируется в конденсатосборнике.

168

3

2

1

Рис. 8. Схема газовой обвязки ёмкостей на АЗС:

1 – ёмкость; 2 – предохранители угловые; 3 – дыхательный клапан

3

2

4

1

5

Рис. 9. Схема газовой обвязки с конденсатосборником:

1 – ёмкость; 2 – дыхательный клапан; 3 – отвод; 4 – задвижка; 5 – конденсатосборник

Помимо газовой обвязки применяют газоуравнительную систему, отличающуюся наличием газгольдера (рис. 10). Эта система акку-

Рис. 10. Схема газоуравнительной системы:

1 – ёмкость; 2 – дыхательный клапан; 3 – газгольдер; 4 – регулятор давления; 5 – конденсатопровод;

6 – насос откачки конденсата; 7 – конденсатосборник

169

мулирует часть паровоздушной смеси при несовпадении операции «закачка-откачка». Газгольдер служит для приёма и хранения газовой фракции нефтепродукта.

Существуют газоуравнительные системы, накапливающие паровоздушную смесь в мягких газгольдерах. В таких системах газовая фаза нефтепродукта при помощи компрессора преобразуется в жидкость и накапливается в конденсатосборнике. Затем жидкость насосом возвращается в ёмкость для хранения.

Ещё одним средством для устранения потерь нефтепродукта за счёт испарения являются плавающие, металлические или синтетические понтоны, закрывающие поверхность нефтепродукта на 95 %. Между понтоном и стенкой ёмкости устанавливается уплотнительный затвор (рис. 11).

2

3

1

Рис. 11. Мягкий уплотнительный затвор:

1 – стенка резервуара; 2 – уплотнительный элемент; 3 – корпус понтона

В некоторых случаях для эффективной работы дыхательной арматуры применяют диски-отражатели (рис. 12). Работа диска заключается в следующем: воздух, вошедший через дыхательный клапан вертикально, оттесняет пары нефтепродукта вниз и занимает горизонтальное положение под крышей ёмкости. Эффективное время работы диска-отражателя составляет 20…30 часов после выкачки нефтепродукта. Затем в результате диффузии пары нефтепродукта перемешиваются с воздухом и при очередной закачке неизбежны потери.

Комплекс мероприятий, обеспечивающих потери нефтепродуктов от испарения и снижение этими испарениями загрязнения окружающей среды, перечислен в табл. 41.

170

Комплекс мероприятий по снижению загрязнений атмосферы испарениями нефтепродуктов

Существенное влияние на расход имеет техническое состояние автомобиля. Даже мелкие неисправности автомобиля, не имеющие прямого отношения к расходу топлива, могут стать причиной его перерасхода. Например, слабый свет фар, вызванный разными причинами, не должен влиять на расход топлив. Однако из-за плохой видимости водитель вынужден снижать скорость и двигаться на скорости ниже экономичной. Кроме того, водитель не может использовать накат автомобиля и развить нужную скорость перед подъёмом.

171

Для поддержания автомобиля в исправном состоянии необходимо своевременно и в полном объёме проводить техническое обслуживание автомобиля.

Экономия и рациональное использование топлив в двигателях внутреннего сгорания могут быть достигнуты тремя комплексами мероприятий:

усовершенствованием конструкции и технологии производства двигателей;

улучшением эксплуатации двигателей;

повышением качества топлива и смазочных материалов. Метод изучения проблемы экономии топливоэнергетических

ресурсов должен быть построен на строго системном подходе. Рассмотрим структуру этой системы, т.е. её основные компоненты и взаимосвязи. В общем виде она должна рассматриваться как замкнутая система с обратными связями, состоящая из трёх основных звеньев: двигатель (ДВС) топливо и смазочные материалы (ТСМ) комплекс эксплуатационного воздействия (КЭВ).

При эксплуатации двигателя на его топливную экономичность оказывают влияние следующие элементы, составляющие подсистемы каждого из звеньев.

Звено ДВС: 1 рабочий цикл; 2 – преобразователь индикаторной работы в эффективную (поршневая группа и кривошипно-шатунный механизм); 3 – техническое состояние двигателей.

Звено ТСМ: 1 теплота сгорания топлива; 2 – детонационная стойкость, склонность к воспламенению; 3 – вязкостнотемпературные свойства ТСМ.

Звено КЭВ: 1 – научно обоснованная система нормирования расхода ТСМ; 2 – уровень и эффективность контроля за расходом то- пливно-энергетических ресурсов; 3 – организация перевозок грузов и пассажиров; 4 – техническое состояние транспортных средств; 5 – квалификация и дисциплина технического персонала.

Для обеспечения экономии топлива необходимо осуществить ряд организационно-технических мероприятий.

По первому звену: двигатель должен соответствовать современному, а лучше перспективному техническому уровню. Различными конструктивными и технологическими мерами его топливная экономичность по ездовому циклу должна быть доведена до уровня лучших мировых образцов. Если применять наиболее эффективные средства повышения топливной экономичности, например двигателей с искро-

172

вым зажиганием (комплексную адаптивную микропроцессорную систему управления силовым агрегатом, расслоение заряда и др.), то можно ожидать улучшения топливной экономичности по ездовому циклу до 15 %.

По второму звену системы для эксплуатации транспортного средства, имеющего адаптивную систему угла опережения зажигания по критерию детонации, как показывают опытные данные, при неизменной степени сжатия октановое число бензина может быть понижено на 5…7 единиц. Например, бензин «Регуляр-91», рекомендуемый для данного двигателя без адаптивной системы, может быть заменён бензином «Нормаль-80». Следует полагать, что для нового двигателя будут применены высокоиндексные моторные масла с антифрикционными присадками. Использование таких масел позволит не только уменьшить расход топлива в период пуска и прогрева (сократив их продолжительность и понизив гидродинамические потери), но и увеличить механический КПД (путём уменьшения коэффициента трения). Эти мероприятия позволят сократить расход топлива на

5…10 %.

По третьему звену: комплекс КЭВ на различных этапах действий его элементов положительно воздействует на эксплуатационнотопливную экономичность транспортного средства в целом.

В реальных условиях все элементы этих звеньев не всегда могут дать положительный эффект, но несомненно, что их положительное или отрицательное влияние в той или иной мере проявится.

К перерасходу приводит неправильная организация заправки машин нефтепродуктами, большие холостые перегоны машин, работа двигателя на богатой смеси, повышенное нагарообразование на деталях двигателя, неправильная регулировка системы питания, неполнота сгорания топлива, использование масел низкого качества и неправильного сорта и т.д.

На легковых автомобилях установка багажников на крыше, спойлеров под передний бампер и других деталей без видимой нужды приводит к увеличению сопротивления движению и, следовательно, к увеличению расхода топлива. Экономии масел в двигателе можно достичь сокращением расхода «на угар», предотвращением порчи и загрязнения масел.

При заправке необходимо следить, чтобы вместе с маслом не попали грязь, вода и т.д. Для этого следует очищать пробки заливных отверстий от грязи, пользоваться чистыми заправочными средствами.

173

Расход масел при эксплуатации относительно мал и составляет для бензинового двигателя не более 3,5 %, для дизеля – до 6 %.

На новом обкатанном двигателе расход масла минимальный. По мере износа двигателя, и прежде всего гильз цилиндров, поршневых колец, поршневых канавок, подшипников и шеек коленчатого вала, расход масел увеличивается. По мере износа деталей цилиндропоршневой группы масло всё интенсивнее попадает в камеру сгорания, где и сгорает. Характерными признаками большого износа являются большой расход масла и сизый цвет отработавших газов.

К такому же результату может привести выход из строя направляющих и сальников клапанов, пригорание и залегание поршневых колец. Существенное влияние на расход масел оказывают чистота отверстий в поршне для отвода масла и состояние вентиляции картера. Если маслоотводящие отверстия в поршне забиты отложениями, масло хуже удаляется со стенок цилиндра и значительная часть его «угорает». Одновременно идёт более быстрое загрязнение масла в картере продуктами сгорания. Срок службы масла сокращается при несвоевременной замене фильтрующего элемента, промывке центрифуги.

Повышение теплового режима двигателя приводит к увеличенному «угару» масла. При этом также идёт более интенсивное окисление масла и ухудшение его качества. Длительная работа двигателя на низких тепловых режимах приводит к ускоренному образованию низкотемпературных отложений, что также является причиной ухудшения качества масла.

Водитель должен выбирать оптимальный режим частоты вращения коленчатого вала, двигаясь, по мере возможности, на повышенных передачах, так как при большой частоте коленчатого вала расход топлива увеличивается.

Существенное влияние на расход масла оказывает его уровень в поддоне картера: при уровне выше нормы помимо прямого перерасхода происходит ухудшение качества масла; при недостатке – трущиеся детали быстрее изнашиваются, а масло быстрее загрязняется.

Расход трансмиссионных масел невелик и составляет 0,8 % для автомобилей с одной ведущей осью; 1,1 % с двумя ведущими осями и 1,4 % с тремя ведущими осями. Уровень масла в коробке передач, ведущем мосту и других агрегатах силовой передачи не должен превышать установленные пределы, так как иначе масло сильно разбрызгивается и проникает через неплотности и сальники. Низкий уровень масла приводит к повышенному износу деталей.

174