НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

самым влияет на полноту и стабильность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: лёгкость запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряжённость камеры сгорания, а также надежность работы топливной системы.

Испаряемость реактивных топлив, как и автобензинов, оценивают фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реактивных топлив нормируются температура начала кипения, 10-, 50-, 90- и 98-процентного выкипания фракции. Температура конца кипения (точнее, 98 % перегонки) регламентируется требованиями прежде всего к низкотемпературным свойствам, а начала кипения — пожарной опасностью и требованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существенно выше, чем для дозвуковых. В ВРД нашли применение три типа различающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных топлив, который наиболее распространен, — это керосины с пределами выкипания 135-150 и 250-280 °С (топлива Т-1, ТС-1 и РТ, зарубежное — JR-5). Второй тип

— топливо широкого фракционного состава (60-280 °С), являющееся смесью бензиновой и керосиновой фракций (Т-2, зарубежное — JR-4). Третий тип — реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная керосиногазойлевая фракция с пределами выкипания 195-315 °С (Т- 6, зарубежное JR-6).

Давление насыщенных паров реактивного топлива обуславливает потери топлива и избыточное давление в баках, необходимое для обеспечения бескавитационной работы топливных насосов. Оно определяется в приборе типа бомбы Рейда при температуре 38 °С для топлива Т-2 и при 150 °С для топлив, не содержащих бензиновой фракции.

Горючесть является весьма важным эксплуатационным свойством реактивных топлив. Она оценивается следующими показателями: удельной теплотой сгорания, плотностью,

высотой некоптящего пламени, люминометрическим числом и содержанием ароматических углеводородов (и отдельно бициклических).

Важнейшими характеристиками реактивных топлив являются теплота сгорания и плотность. Именно эти качества обеспечивают максимальную дальность и увеличение скорости полёта. В таблице Менделеева самую высокую теплоту сгорания имеет водород — 28900 ккал/кг. Все другие элементы имеют теплоту сгорания ниже 5000 ккал/кг. После водорода по теплоте сгорания находятся углеводороды 10250-11000 ккал/кг, среди них на первом месте алканы, затем циклоалканы и ароматические углеводороды.

С развитием сверхзвуковой авиации появились новые требования к топливам. Поэтому в настоящее время всё чаще обращаются к индивидуальным углеводородам, обладающим необходимым комплексом свойств. К таким относятся алкилмоно- и бицикланы с изолированными и конденсированными циклами — алкилциклогексаны, алкилдекалины и др. Перспективным является диэтилциклогексан, который получается гидрированием диэтилбензола, являющегося побочным продуктом производства этилбензола. Эти углеводороды обладают высокой объёмной теплотой сгорания при высокой плотности.

Удельная массовая теплота сгорания реактивного топлива колеблется в небольших пределах 10250-10300 ккал/кг —42916 ДЖ/кг, объёмная — более существенно в зависимости от плотности топлива, которая изменяется в пределах от 755 для Т-2 до 840 кг/м3 для Т-6.

Плотность топлива — весьма важный показатель, определяющий дальность полета, поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально высокой плотностью.

Высота некоптящего пламени — косвенный показа-

тель склонности топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания ароматических углеводородов и фракционного состава (должна быть не менее 16 мм для Т-1; 25

моокислительной стабильности реактивных топлив проводят в специальных приборах в статических и динамических условиях. Статический метод оценки заключается в окислении образца топлива при 150 °С в изолированном объёме с последующим определением массы образовавшегося осадка (в мг/100 мл) в течение 4 или 5 ч. Стабильность в динамических условиях оценивают по величине перепада давления в фильтре при прокачке нагретого пара до 150180 °С топлива в течение 5 ч или по образованию осадков в нагревателе (в баллах).

Повышение термоокислительной стабильности реактивных топлив обеспечивают технологическими методами (гидроочисткой) и введением специальных присадок (антиокислительных, диспергирующих или полифункциональных).

Коррозионная активность реактивных топлив. Она оценивается, как и для топлив поршневых ДВС, следующими показателями: содержанием общей серы, сероводорода и меркаптановой серы, содержанием водорастворимых кислот и щелочей, кислотностью и испытанием на медной пластинке. В соответствии с ГОСТом в реактивном топливе ограничивается: содержание общей серы для Т-6

—≤ 0,05 %, для Т-1 и РТ — ≤ 0,1 %, для ТС-1 и Т-2 — ≤ 0,25 % масс., меркаптановой серы для Т-6 — отсутствие,

РТ—≤ 0,001, для ТС-1 и Т-2 — ≤ 0,005 % масс.; кислот-

ность для Т-6 — ≤ 0,5 и для остальных марок ≤ 0,7 мг KOН/100 мл. Топлива должны выдерживать испытание на медной пластинке (при 100 °С в течение 3 ч), а также в них должны отсутствовать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи.

Электрические свойства топлива определяют пожа-

робезопасность процесса заправки им топливозаправщиков и летательных аппаратов и работу топливоизмерительной аппаратуры.

Известны случаи взрывов и пожаров, возникающих при эксплуатации авиационной техники из-за разрядов ста-

тического электричества.

В связи с тем, что реактивные топлива состоят, в основном, из соединений, которые неполярны или слабополярны, топлива являются практически диэлектриками, т.е. плохо проводят электрический ток. Это качество топлива определяет способность к накоплению зарядов в его объеме при перекачке.

Заряды возникают при наличии в топливе незначительных количеств полярных соединений и воды. Осушенные и очищенные от полярных соединений углеводороды и топлива практически не электризуются. Однако топлива такой степени очистки на практике в обращение не поступают, и все товарные топлива представляют потенциальную опасность искрообразования от статического электричества.

Электрические свойства топлива в значительной степени определяются удельной электрической проводимостью, которая для товарных реактивных топлив выражается в единицах пикоСименс/метр (1пСм/м = 1012 Ом/м-1).

Электропроводность реактивных топлив не является величиной постоянной, а зависит от температуры иувеличивается с её ростом. Для товарных стандартных топлив она не превышает10 пСм/м.

Установлено, что наибольшую опасность от разрядов статического электричества представляют товарные топлива с электропроводностью 4-7 пСм/м.

Топлива с таким уровнем электропроводности не обеспечивают безопасность перекачки, заправки летательных аппаратов. При движении такого топлива по трубопроводам происходит его электризация, образование в нем электрического заряда, который в силу малой проводимости топлива не релаксируется, а переносится в топливный бак и приводит к накоплению в объеме перекаченного топлива опасного уровня статического электричества, в ряде случаев бывает достаточного, чтобы вызвать электрический разряд.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава 24

ГАЗОТУРБИННЫЕ И КОТЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

Газотурбинные двигатели (ГТД) обладают рядом таких преимуществ перед поршневыми, как малые габариты и меньшая масса на единицу мощности, быстрый запуск и простота управления, малая потребность в охлаждающей воде, высокая надежность, возможность работать на дешевых нефтяных топливах, а также на топливах любого вида (газообразном, жидком и даже пылевидном твёрдом). Эти достоинства ГТД обусловили достаточно широкое их использование в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в энергетике (на стационарных и передвижных электрических станциях, газо- и нефтеперекачивающих станциях) и некоторых видах транспорта: речных и морских судах, железонодорожных локомотивах. Главный недостаток ГТД — сравнительно низкий КПД: 24-27 % против 40 % у дизеля. КПД стационарных ГТД можно повысить, если использовать отработавшие газы для отопления или горячего водоснабжения.

Газотурбинные установки, как правило, работают на жидком углеводородном топливе утяжеленного фракционного состава, полученном при различных процессах переработки нефти. Применение таких дешёвых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на ГТД, даже при повышенномрасходе топлива.

К газотурбинным топливам предъявляются значительно менее жесткие требования к качеству по сравнению с реактивными топливами. Наиболее важное эксплуатационное требование к их качеству — низкое содержание в них ванадия, натрия и калия, вызывающих коррозию домен и лопаток газовых турбин. Исследованиями было установлено, что топлива с низким содержанием коррозионноактивных металлов получаются на базе дистиллятных фракций прямой перегонки глубоко-обессоленной нефти,

571

термического и каталитического крекинга и коксования с температурой конца кипения до 480 °С.

Выпускается две марки газотурбинных топлив (табл. 24.1): А — для газотурбинных установок и Б — для судовых и энергетических установок.

Фракционный состав для газотурбинных установок не нормируется, однако он косвенно регулируется требованием по вязкости и плотности. Условная вязкость при 50 °С для топлива марки А нормируется не более 1,6°ВУ, а для Б

— 3°ВУ.

Плотность при 20 °С должна быть не более 935 кг/м3. Содержание серы допускается до 2,5 и 1,8% для марок Б и А, соответственно. Зольность для всех марок должна быть ниже 0,01 %. Содержание ванадия нормируется не более 0,04 и 0,005 % масс., для марок, соответственно, Б и А.

Для этих марок регламентируется температура вспышки нениже 65 °С и температура застывания не выше 5 °С.

Таблица 24.1 Требования к качеству газотурбинных и котельных топлив

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Удовлетворение требований по хранению и содержанию ванадия, калия и натрия достигается обычно обессоливанием исходной нефти и водной промывкой топлив. Эффективным средством борьбы с ванадиевой коррозией является и введение присадок на основе солей меди, цинка, магния, кобальта и т.д. Практическое применение получили присадки, содержащие магниевые соли синтетических жирных кислот C19-C20 и окисленного петролатума. Они снижают интенсивность ванадиевой коррозии в 4-10 раз за счёт перевода низкоплавкого оксида ванадия в высокоплавкий

ванадат магния Mg3(VО4)2.

Котельные топлива являются наиболее массовым нефтепродуктом. Однако в связи с интенсивной газификацией котельных установок или переводом их на твёрдые виды топлива производство котельных топлив будет непрерывно сокращаться.

Паротурбинные установки эксплуатируются в различных областях техники, на электростанциях, морских и речных судах, в железнодорожном транспорте, и т. д. Топлива для топок судовых и стационарных котельных установок, а также для промышленных печей (мартеновских и других) получают смешением тяжелых фракций и нефтяных остатков, а также остатков переработки углей и сланцев. Наиболее широко применяют котельные топлива нефтяного происхождения. Качество котельных топлив нормируется следующими показателями: вязкость — показатель, позволяющий определить мероприятия, которые требуются для обеспечения слива, транспортировки и режима подачи топлива в топочное пространство. От условий распыливания топлива зависит полнота испарения и сгорания топлива, КПД котла и расход горючего. Величина вязкости топлива оценивается в зависимости от его марки при 50 и 80 °С в °ВУ. Температура вспышки определяет условия обращения с топливом при производстве, транспортировке, хранении и применении. Не рекомендуется разогревать топочные мазуты в открытых хранилищах до температуры вспышки. Основную массу котельных топлив производят на основе остатков сернистых и высокосернистых нефтей. При сжигании сернистых топлив образуются окислы серы, которые вызывают интенсивную коррозию металлических поверхностей труб, деталей котлов и, что недопустимо, загрязняют окружающую среду. Для использования в таких технологических котельных установках, как мартеновские печи, печи трубопрокатных и сталепрокатных станов и т. д., не допускается применение высокосернистых котельных топлив.

Выпускаются следующие марки котельных топлив

(см. табл. 24.1):

1) флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12. Ф-5 получают смешением мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракциями прямой перегонки и вторичных процессов. Содержание серы в них допускается до 2 %. Ф-12

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава 25

НЕФТЯНЫЕ МАСЛА

25.1. Назначение нефтяных масел

При работе трущихся частей механизмов между ними возникает трение. При этом происходит износ поверхности движущихся частей двигателей, станков, машин, и увеличиваются энергетические затраты на преодоление сухого трения. Чтобы предотвратить это применяются смазочные масла. При наличии масляной смазки сухое трение металлических поверхностей заменяется трением слоёв вязкой жидкости между собой. Сила сцепления между молекулами масла и материала смазываемой поверхности превышает силу взаимного сцепления молекул масла, вследствие чего на поверхности металла образуется прочный слой смазывающего материала. Наличие такого слоя исключает возможность сухого трения, а так как коэффициент трения между слоями жидкой смазки в несколько десятков раз ниже коэффициента сухого трения, то энергетические затраты на преодоление сил трения при использовании смазки значительно снижаются.

По химическому составу нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов молекулярной массой 300750, содержащих в составе молекул 20-60 атомов углерода. Базовые масла состоят из групп изопарафиновых, нафтенопарафиновых, нафтено-ароматических и ароматических углеводородов различной степени цикличности, а также гетероорганических соединений, содержащих кислород, серу и азот. Именно элементорганические соединения (в основном кислородсодержащие) являются основой смол, содержащихся в базовых маслах. Химический состав базовых масел и структура входящих в их состав углеводородов определяются как природой перерабатываемого сырья, так и технологией его переработки.

Условно все входящие в состав масляной фракции группы углеводородов и соединений можно разделить на желательные и нежелательные в составе масла.

Желательные компоненты: изопарафиновые, нафтенопарафиновые, моно- и бициклические ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями; именно содержание в масле этих групп углеводородов обеспечивает оптимальное сочетание эксплуатационных свойств и хорошую стабильность в процессе эксплуатации.

Нежелательные компоненты: твёрдые парафиновые углеводороды, полициклические ароматические углеводороды, смолистые и асфальто-смолистые соединения.

По фракционному составу масла представляют собой высококипящие продукты, так как их вырабатывают из нефтяных фракций, выкипающихпритемпературевыше300 0С.

Основной объём масел вырабатывают с применением экстракционных процессов разделения сырья (дистиллятов и гудронов): селективной очистки растворителем (фенолом, фурфуролом или N-метил-пирролидоном), деасфальтизации гудронов пропаном и сольвентной депарафинизацией рафинатов селективной очистки в кетонсодержащем растворителе.

По назначению масла делятся на смазочные и специальные. Различают следующие группы смазочных масел:

1.Моторные масла (для поршневых и реактивных двигателей).

2.Индустриальные масла.

3.Трансмиссионные и гидравлические масла.

4.Энергетические масла.

Моторные масла (для поршневых и реактивных двигателей)

Важную группу смазочных масел составляют моторные масла для карбюраторных, автотракторных, дизельных и авиационных двигателей. В зависимости от вязкости моторные масла делят на классы (табл.25.1).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 25.1

Классы вязкости моторных масел

Вмарке масла указывают значение кинематической вязкости при 100 °С, а для загущенных масел существует двойная маркировка: в числителе приводят вязкость при -18 °С, в знаменателе — вязкость при 100 °С, индекс «з» указывает на присутствие загущающей присадки.

Взависимости от эксплуатационных свойств, предусмотрено деление моторных масел на группы и подгруппы. Масла соответствующих групп и подгрупп применяют для определенных видов двигателей:

А— Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели

Б

Б1 — Малофорсированные карбюраторные двигатели и дизельные двигатели

Б2 — Малофорсированные дизельные двигатели

В

В1 — Среднефорсированные карбюраторные двигатели В2 — Среднефорсированные дизельные двигатели

Г

Г1 — Высокофорсированные карбюраторные двигатели Г2 — Высокофорсированные дизельные двигатели

Д — Высокофорсированные дизельные с наддувом, работающие в тяжёлых условиях

Е — Дизельные малооборотные двигатели, с лубрикаторной системой смазки, работающие на тяжёлом топливе с высоким содержанием серы.

Масла для автомобильных карбюраторных двигателей выпускаются на основе дистиллятных или смешанных масел селективной очистки. Вырабатываются масла шести классов вязкости

(6, 8, 10, 12, 4з/б, 6з/10) и четырёх групп (А, Б1, В1, Г1). В маслах группы А (М-6А, М-8А) содержатся моющие, антиокислительные и депрессорные присадки, а в маслах группы В1 (М8В1 M43/6B1), предназначенных для всесезонной эксплуатации — комплекс высокоэффективных присадок.

В число дизельных масел входит более 50 сортов, относящихся к различным группам и подгруппам. В зависимости от условий применения эксплуатационные характеристики этих масел изменяются в широких пределах, например, вязкость при 100 °С составляет 8-20 мм2/с.

Для быстроходных дизелей предназначены масла МТ-16п, МТ-8п, для малофорсированных транспортных дизелей — масло М-20А, для автотракторных дизелей — М8В2, М-10В2, М-10В2С, М-8Г2к, М-10Г2к. Температура застывания дизельных масел колеблется от –10 до –43 °С, индекс вязкости — от 80 до 100.

Авиационные смазочные масла делят на масла для поршневых и газотурбинных двигателей. В поршневых двигателях применяют масла селективной очистки МС-14 и МС-20, масло кислотной очистки МК-22; в турбореактивных двигателях — масла фенольной очистки МС-6 и МС-8, синтетические масла на основе сложных эфиров жирных кислот Б-ЗВ, 36/Г-КуА. Для турбовинтовых двигателей применяют смеси, приготавливаемые из масел МК-8 и МС-20 (или МС-20с), а также синтетическое масло ВНИИНП-7. Эти масла содержат загущающую, противоизносную и антиокислительную присадки (табл. 25.2).

Таблица 25.2 Характеристика масел групп Г1,В, и В1