Глава 3

АНАЛИЗ НЕФТЯНЫХ ТОПЛИВ

§ 15. Общие сведения о нефтяных топливах

КАРБЮРАТОРНОЕ ТОПЛИВО

В эту группу нефтепродуктов входят все сорта авиационных и ав­томобильных бензинов, предназначенных для двигателей с зажиганием, от искры. К карбюраторным топливам предъявляются следующие основ­ные требования.

Топливо должно обеспечивать работу двигателей во всех режимах без детонации. Поэтому главным показателем для всех карбюраторных топлив является октановое число, а для авиационных бензинов и сорт­ность, характеризующая детонационную стойкость бензина при работе на богатых смесях. Для увеличения детонационной стойкости к авиацион­ным бензинам и к некоторым автомобильным бензинам добавляется в определенных количествах антидетонатор — этиловая жидкость. Об­ладая хорошей испаряемостью, топливо не должно образовывать га­зовых пробок в топливоподающей системе авиационных и автомобиль­ных двигателей. Для обеспечения этого требования нормируется высший предел давления насыщенных паров: 48 кПа (360 мм рт. ст.) для авиа­ционных бензинов и 67 кПа (500 мм рт. ст.) для автомобильных бензи­нов при 38 °С.

Топливо должно быть химически стабильным и не содержать смол. Химическая стабильность топлива характеризуется длительностью ин­дукционного периода окисления и содержанием фактических смол. Для некоторых бензинов установлено также предельное значение иодного-числа.

Топливо должно быть нейтральным, не вызывать коррозии деталей двигателя и не содержать активных серусодержащих соединений. Для обеспечения этих важных требований в технические нормы на карбю­раторные топлива введены следующие показатели: кислотность, содер­жание серы, содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать), испытание на медную пластинку. О значении этих по­казателей и методике их определения сказано в гл. 2. Низкотемпера­турные свойства авиационных бензинов контролируются определением температуры начала кристаллизации (не выше —60°С). В карбюра­торном топливе не допускается содержание воды и механических при­месей.

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Дизельное топливо предназначено для двигателей с воспламенением от сжатия. Оно применяется для: 1) быстроходных дизелей и судовых

газовых турбин, 2) автотракторных, тепловозных и судовых дизелей, 3) средне- и малооборотных дизелей.

Топливо для судовых газовых турбин, быстроходных, автотрактор­ных, тепловозных и судовых дизелей должно бесперебойно подаваться по топливоподающей системе (трубопроводы, фильтры, насосы, форсун­ки). Поэтому оно должно обладать не слишком высокой вязкостью, не низкими температурами вспышки, помутнения и застывания. Топ­ливо с высокой температурой застывания вообще непригодно для при­менения в зимних условиях. Ввиду важности этого показателя эти топ­лива делятся на летние, зимние и специальные марки, резко отличаю­щиеся друг от друга по температурам застывания (от —60 до —10 °С). Топливо должно также обеспечивать плавное сгорание рабочей смеси. Это качество, как известно, характеризуется цетановым числом, которое нормируется в пределах 40—52.

Топливо не должно давать нагаров на форсунках и в камере сго­рания. Утяжеление фракционного состава приводит к неполноте сгора­ния и задымленности выхлопа, что особенно отрицательно сказывается при работе городского транспорта. Нормируемыми показателями, ха­рактеризующими эти свойства дизельного топлива, являются: 96 %-ная точка фракционного состава, коксуемость топлива, коксуемость 10%-ного остатка и содержание фактических смол. Топливо не должно вызывать коррозии и абразивного износа деталей двигателя, поэтому в нем должны отсутствовать вода, механические примеси, сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи, а содержание серы не должно пре­вышать 0,02%. Средне- и малооборотные дизели (ДС и ДМ) менее тре­бовательны к качеству топлива, так как в стационарных условиях ком­прессорного распыления топливо можно предварительно подогревать и обезвоживать. Для этих двигателей допускается более тяжелый сорт топлива (плотность до 0,970 г/см³), температура застывания от —5 до +10°C, температура вспышки в закрытом тигле 65—80 °С, содержание серы до 1,5%, а для ДМ —до 3%.

ТОПЛИВО ДЛЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В качестве топлива для воздушно-реактивных двигателей приме­няются светлые дистилляты, получаемые прямой перегонкой нефти и гидрокрекингом. Реактивное топливо выпускается нескольких марок, значительно отличающихся друг от друга по фракционному составу. Так, топливо РТ представляет собою довольно широкую фракцию, вы­кипающую в пределах 135—280°С, термостабильное для реактивных двигателей — в пределах 195—315°С, топливо марок Т-1, ТС-1 и Т-2 — в пределах 150—280 ^oС.

К реактивным топливам предъявляются высокие требования в от­ношении бесперебойной подачи в двигатель, термоокислительной ста­бильности, отсутствия коррозионной активности. Для обеспечения этих требований в технических условиях на реактивное топливо нормируют­ся: термическая стабильность, содержание ароматических углеводоро­дов, фактических смол, серы, кислотность и зольность.

С эксплуатационной точки зрения большое значение имеет также образование нагаров в двигателях в процессе сгорания топлива. Отло­жение нагаров имеет отрицательные последствия — снижение эффектив­ности сгорания, эрозия лопаток турбины и даже прогорание камер сго­рания. Способность реактивных топлив к нгарообразованию оценивается специальным показателем — высотой некоптящего пламени, измеряемой в миллиметрах. По техническим условиям высота некоптя­щего пламени должна быть не менее 20—25 мм.

Некоторые сорта топлива, предназначенные для реактивных двигате­лей со сверхзвуковой скоростью, в частности для РТ (ГОСТ 16564—71), характеризуются люминометрическим числом *. Этим показателем оце­нивается интенсивность излучения пламени испытуемого топлива. Чем большая доля тепловой энергии выделяется топливом при сгорании пу­тем радиации (относительно конвекции и теплопроводности), тем боль­ше стенки камеры сгорания перегреваются, что влечет за собой их коробление и прогорание.

Основной энергетической характеристикой для РТ является низ­шая теплота сгорания, которая должна быть в интервале 42915— 43125 кДж/кг для разных марок.

КОТЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

В группу котельных топлив включены мазуты: флотский, топочный и для мартеновских печей. Во всех случаях применения котельное топ­ливо подается в зону горения и распыляется при помощи форсунок. Внутри каждой группы мазуты маркируются по вязкости, которая из­меняется в широких пределах, примерно от 2,5 до 15,5 градусов услов­ной вязкости при 80 °С.

Вязкость котельного топлива определяет возможность и условия его транспортировки, перекачки и распыления форсунками. В связи с высокой вязкостью и высокой температурой застывания мазутов боль­шинство операций с ними проводят при подогреве.

Все мазуты содержат значительное количество серы. Во флотских мазутах допускается наличие не более 0,8—2% серы. Нефтяное топливо делится на малосернистые (до 0,5%), сернистые (до 1,0%) и высоко­сернистые (до 3,5% серы) марки. Следует отметить, что серусодержащие соединения, входящие в состав мазутов, мало активны и с точки зрения коррозии не представляют большой опасности. Однако дымовые газы от сжигания сернистых мазутов содержат SO₂ и 5Оз и могут вы­зывать отравления, а при наличии влажности становятся коррозионно-активными.

Кроме того, в котельном топливе нормируется содержание воды (не более 1—2%), механических примесей, водорастворимых кислот и ще­лочей (должны отсутствовать), температура вспышки, зольность, а также температура застывания (от 5 до 35°С для разных марок).