ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

РЕФЕРАТ

на тему: «Дизельное топливо»

Выполнила : студентка гр. БТП-08

Зубарева А.Э.

Проверил: Дрогалев В.В.

Тюмень,2012 г.

1. Дизельные топлива

По частоте вращения коленчатого вала различают быстроход­ные (с числом оборотов коленчатого вала более 1000 мин^-1) и тихо­ходные дизели. Степень быстроходности в значительной мере опре­деляет требования к качеству топлива. Значительная часть грузо­вых автомобилей и сельскохозяйственной техники в настоящее вре­мя оснащены быстроходными дизелями, а суда речного и морского флота, а также стационарные силовые установки - преимуществен­но тихоходными.

По сравнению с карбюраторными дизельные двигатели имеют следующие преимущества:

• на 30 - 35% меньше расходуют более дешевое топливо;

• средняя температура рабочего цикла в дизеле ниже, что облег­чает его охлаждение;

• применение в дизелях более тяжелого по сравнению с бензи­ном топлива обеспечивает пожарную безопасность, облегчает транс­портирование и хранение его;

• допускают большие перегрузки и отличаются большей устой­чивостью в работе;

• выхлопные газы менее токсичны;

• за счет значительно меньшего времени контакта топлива с воз­духом (топливо в дизеле впрыскивается только к концу такта,сжа­тия) полностью устраняется опасность возникновения детонацион­ного сгорания;

• практически неограниченная возможность обеднения горючей смеси, что позволяет изменять мощность дизеля только путем регу­лирования подачи топлива при постоянном расходе воздуха;

• возможность использования топлив с различной испаряемос­тью: среднедистиллятных, утяжеленных, а при определенных усло­виях и легких типа бензина и керосина.

К недостаткам дизелей следует отнести их большую удельную массу, меньшую их быстроходность и большую затрудненность в зимних условиях запуска.

К наиболее важным показателям качества топлив для быстро­ходных дизелей относятся: воспламеняемость, испаряемость, вяз­кость, коррозионная активность, низкотемпературные и экологи­ческие свойства.

Воспламеняемость характеризует способность дизельного топ­лива к самовоспламенению в среде разогретого от адиабатического сжатия в цилиндре двигателя воздуха.

Было установлено, что конструктивные и эксплуатационные факторы, которые способствуют повышению температуры и дав­ления воздуха, быстрому и интенсивному перемешиванию его с топ­ливом в цилиндре двигателя, улучшают воспламеняемость, тем са­мым процесс сгорания топлива и делают работу дизеля мягкой и эко­номичной.

Положительное влияние на работу дизеля оказывают:

• повышение степени сжатия;

• увеличение числа оборотов коленчатого вала;

• применение для изготовления блока цилиндров материала с низкой теплопроводностью, например, чугуна;

- применение топлив с оптимальной воспламеняемостью. Работу дизеля ухудшают повышение влажности воздуха и низ­кие температуры окружающего воздуха.

Определение воспламеняемости дизельных топлив производится на специальной установке со стандартным одноцилиндровым двига­телем ИТ9-3 и заключается в сравнении испытуемого топлива с эта­лонными топливами.

Мерой воспламеняемости дизельных топлив принято считать цетановое число (ЦЧ).

В качестве эталонных топ­лив применяют: цетан (н-гексадекан С₁₆Н₃₄), имеющий малый пери­од задержки самовоспламенения (ПЗВ), и его воспламеняемость при­нята за 100 единиц ЦЧ, и а-метилнафталин, имеющий большой ПЗВ, и его воспламеняемость принята за 0.

Цетановое число-показатель воспламеняемости дизельного топ­лива, численно равный процентному содержанию цетана в смеси с а-метилнафталином, которая по самовоспламеняемости в стандарт­ном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизели не предъ­являют столь высоких требований к воспламеняемости топлива, ка­кие предъявляются, например, к детонационной стойкости автобен­зинов. Товарные дизельные топлива должны иметь ЦЧ в определен­ных оптимальных пределах. Применение топлив с ЦЧ менее 40 при­водит к жесткой работе дизеля и ухудшению пусковых свойств топ­лива. Повышение ЦЧ выше 50 также нецелесообразно, так как возра­стает удельный расход топлива в результате уменьшения полноты сгорания.

Цетановое число дизельного топлива существенно зависит от его фракционного и химического состава. Алканы нормального стро­ения и олефины имеют самые высокие ЦЧ, а ароматические углево­дороды - наоборот, самые низкие ЦЧ. Цетановые числа высококипя­щих фракций нефти, как правило, выше ЦЧ низкокипящих.

Как видно из рассмотрения влияния конструктивных и эк­сплуатационных факторов и фракционного и химического составов топлив, требования дизелей и карбюраторных двигателей в боль­шинстве случаев противоположны. Противоположны и причины, обусловливающие ненормальную работу этих типов ДВС: топлива с высокой детонационной стойкостью обладают худшей воспламе­няемостью. Используя эту закономерность, была выведена следу­ющая эмпирическая зависимость между ЦЧ и ОЧ топлива:

ЦЧ = 60-0,504 .

В ГОСТах многих стран мира цетановые числа дизельных топлив нормируется в пределах 40 - 50. При необхо­димости повышения ЦЧ товарных дизельных топлив, на практике применяют специальные присадки, улучшающие воспламеняемость топлив, такие, как алкилнитраты (изопропил-, амил- или циклогек-силнитраты и их смеси). Их добавляют к топливу не более 1 % масс, преимущественно к зимним и арктическим сортам, а также топливам низкоцетановым, получаемым, например, на базе газойлей каталитического крекинга. Кроме повышения ЦЧ (на 10-12 еди­ниц), присадка позволяет улучшить пусковые характеристики при низкой температуре и уменьшить нагарообразование. Добавление 1,5 - 2% масс, циклогексилнитрата, например, к этилированному автобензину, позволяет использовать его как топливо для быстро­ходных дизелей.

Механизм действия цетаноповышающих присадок заключается не в подавлении предпламенных реакций, как в случае антидетона­торов, а наоборот, в их ускорении и способствовании разветвлению окислительных цепей и образованию новых реакционных центров вследствие замены первичной реакции разложения углеводорода топлива более выгодной в энергетическом отношении реакцией раз­ложения присадки:

RNOj—>-RO-+N0₂\ RH+NCy —>R-+HN0₂,

HN0₂ r-> HOO- +NCy

I—■> HO-+NO-

Радикалы HOO содействуют накоплению пероксидов, НО спо­собствуют развитию цепей окисления, a N0₂ и NO принимают учас­тие в возникновении дополнительных центров высокотемпе­ратурного воспламенения.

Испаряемость дизельных топлив. Характер процесса сгорания дизельных топлив определяется, кроме их воспламеняемости, и пол­нотой испарения. Она зависит от температуры и турбулентности движения воздуха в цилиндре, качества распыливания и испаряемо­сти топлива.

С улучшением качества распиливания и повышением темпе­ратуры нагрева воздуха скорость испарения впрыскиваемого топли­ва возрастает (однако степень распыливания не должна быть чрез­мерно высокой, чтобы обеспечить необходимую дальнобойность струи). Время, которое отводится на испарение, в дизелях примерно в 10-15 раз меньше, чем в карбюраторных двигателях, и составляет 0,6 - 2,0 мс. Тем не менее в дизелях используют более тяжелые топ­лива с худшей испаряемостью, поскольку испарение осуществляет­ся при высокой температуре в конце такта сжатия воздуха.

Испаряемость дизельных топлив оценивается их фракционным составом. Если пусковые свойства автобензинов определялись t_{H к} и t_10%, то для дизельных топлив они оцениваются t_50% . Чем ниже эта температура, тем легче запуск дизеля. Этот показатель нормируется 280°С для летнего и зимнего сортов и 255°С для арктических дизель­ных топлив. Считается, что t_{H к} дизельных топлив должна составить 180 - 200°С, поскольку наличие бензиновых фракций ухудшает их воспламеняемость и тем самым пусковые свойства, а также повыша­ет пожароопасность. Нормируемая температура ^_6%в пределах 330 -360°С свидетельствует о присутствии в топливе высококипящих фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и увеличить дымность отработавших газов.

Вязкость дизельных топлив. Топливо в системе питания ди­зельного двигателя выполняет одновременно и роль смазочного ма­териала. При недостаточной вязкости топлива повышается износ плунжерных пар насоса высокого давления и игл форсунок, а также растет утечка топлива между плунжером и гильзой насоса. Топливо слишком вязкое будет плохо прокачиваться по системе питания, не­достаточно тонко распыливаться и неполностью сгорать. Поэтому ограничивают как нижний, так и верхний допустимые пределы ки­нематической вязкости при 20°С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт.).

Низкотемпературные свойства. В отличие от бензинов в состав дизельных топлив входят высокомолекулярные парафиновые углево­дороды нормального строения, имеющие довольно высокие темпе­ратуры плавления. При понижении температуры эти углеводороды выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы, и топли­во мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильтров кристаллами парафинов. Принято считать, что температура помут­нения характеризует нижний температурный предел возможного применения дизельных топлив. При дальнейшем охлаждении помут­невшего топлива кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют пространственную решетку, и топливо теряет текучесть. Температура застывания — величина условная и используется для ориентировочного определения возможных условий применения топ­лива. Этот показатель принят для маркировки дизельных топлив на следующие 3 марки: летнее (t_3acT менее - 10°С), зимнее (t_3acT менее - 35^45°С) и арктическое (t_3acT менее - 55°С).

Применимы для улуч­шения низкотемпературных свойств дизельных топлив следующие 3 способа:

1. адсорбционная (цеолитная) или карбамидная депарафинизация;

1. облегчение фракционного состава путем снижения темпе­ратуры конца кипения топлива;

2. добавление к топливам депрессорных присадок, которые эффек­тивно снижают их температуры застывания. В качестве депрессоров промышленное применение получили сополимеры этилена с винила-цетатом. Поскольку они практически не влияют на температуру по­мутнения топлив, большинство исследователей считает, что депрессор, адсорбируясь на поверхности образующихся кристаллов парафинов, препятствует их агрегации с формированием объемного каркаса.

Коррозионная активность характеризует способность топлива вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, топ­ливопроводов, резервуаров и т.д. Она зависит, как и у бензинов, от содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и серо-органических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводоро­да и меркаптанов.

Коррозионная активность дизельных топлив оце­нивается содержанием: общей серы (менее 0,2 и 0,4 - 0,5% масс, для I и II вида соответственно), меркаптановой серы (менее 0,01% масс), сероводорода (отсутствие), водорастворимых кислот и щелочей (от­сутствие), а также кислотностью (менее 5 мг/КОН/460 мл) и испыта­нием на медной пластинке (выдерживает). Для борьбы с коррозион­ными износами деталей дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки (антикоррозионные, защит­ные, противоизносные и др.).

Экологические свойства. По сравнению с автобензинами, дизель­ные топлива характеризуются значительно меньшей пожароопасностью. Это достоинство является решающим при выборе типа дви­гателя для установки на том или ином виде техники. Например, из-за меньшей пожароопасности топлива дизели используют на судах речного и морского флота, комбайнах, подводных лодках, на танках, бронетранспортерах и т.д.

Пожароопасность дизельных топлив оценивают по температуре вспышки в закрытом тигле. Для всех марок быстроходных дизель­ных топлив она нормируется не ниже 30 - 35°С. Для топлив, пред­назначенных к применению на кораблях, температура вспышки дол­жна быть не ниже 61 °С, а в особо опасных условиях, например, в подводных лодках, - не ниже 90°С.

В зависимости от условий применения установлены в соответствии с ГОСТ 305-82 следующие марки топлив для быстроходных дизелей: Л (летнее), 3 (зимнее) и А (арктическое) (табл. 1).

В стандарт введе­на следующая форма условного обозначения топлив: к марке Л до­бавляют цифры, соответствующие содержанию серы и температуре вспышки, например, Л-0,2-40; к марке 3 - содержание серы и темпера­туры застывания, например, 3-0,2 минус 35. В условное обозначение марки топлива А входит только содержание серы, например, А-0,4.

По техническим условиям выпускаются дизельные топлива:

• экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;

• с депрессорными присадками ДЗ_П, ДА_П;

• экологически чистые и с улучшенными экологическими свой­ствами (с содержанием серы 0,01 и 0,005%) ДЭК-Л, ДЭК-3, ДЛЭЧ, ДЗЭЧ и др.

В западно-европейских странах и США начато производство экологичных дизельных топлив со сверхнизким содержанием серы (менее 0,05%).

Топлива для тихоходных дизелей. Дизели с небольшой частотой вращения коленчатого вала (менее 1000 об/мин) наиболее широко используют в стационарных установках, что позволяет предвари­тельно провести подогрев, отстой и фильтрацию топлива, тем самым снижает требования к его эксплуатационным свойствам. Вязкость топлива для тихоходных дизелей значительно выше, чем для быстро­ходных, поэтому ее нормируют при 50°С. Тихоходные дизели обыч­но работают в закрытых помещениях, поэтому топливо должно иметь более высокую температуру вспышки.

Для тихоходных дизелей вы­пускается 2 марки топлива: ДТ и ДМ (табл. 2). Марка ДТ пред­ставляет собой смесь дистиллятных и остаточных продуктов. Его используют в среднеоборотных и малооборотных дизелях, не обору­дованных средствами предварительной подготовки топлива. Марка ДМ (мазут) рекомендуется для тихоходных судовых дизелей, установ­ленных в помещениях, оборудованных системой подготовки топлива.

Таблица 1