Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания
Оглавление:
Стр.
Введение 3
Глава1
1.1Современные и перспективные требования и технологии к качеству тяжелых моторных и судового маловязкого топлива. 4-7
Глава2
2.1Влияние асфальтенов на работу ДВС. 8-11
2.2Влияние присадок на ДВС . 11-16 2.3Противоизносные свойства топлив. 16-19
2.4Влияния качество топлива на противоизносные
свойства топлив. 19-24
Список литературы. 25
Введение
Тяжелые моторные и судовые топлива используют в судовых энергетических установках. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585— 75, к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ — по ГОСТ 1667-68. К судовым топливам относят дистиллятное топливо ТМС по ТУ 38.101567— 87 и остаточные топлива СВТ, СВЛ, СВС по ТУ 38.1011314-90.
В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного происхождения. Жидкие котельные топлива из сланцев, получаемые на установках полукоксования горючих сланцев и угля, — продукты коксохимической промышленности — составляют лишь небольшую долю общего объема производства топлив. [3]
Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.
Отсюда следует, что от качества топлива зависит надежная работа двигателя. Поэтому при выборе топлива рассматриваются его качество и как оно будет влиять на работу ДВС.
Глава1
1.1Современные и перспективные требования и технологии к качеству тяжелых моторных и судового маловязкого топлива
Настоящие технические условия распространяются на топливо маловязкое судовое получаемое из дистиллятных фракций прямой перегонки и вторичной переработки нефти.
Топливо маловязкое судовое должно изготавливаться в соответствии с требованиями настоящих технических условий по технологии, согласованной с разработчиком и утвержденной в установленное порядке.
Топливо маловязкое судовое вырабатывается трех видов в зависимости от массовой доли серы: [6]
I вид - с массовой долей серы не более 0,5 %; код ОКП 02 5195 0301
II вид - с массовой долей серы не более 1,0 %; код ОКП 02 5195 0302
III вид - с массовой долей серы не более 1,5 %; код ОКП 02 5195 0303
При производстве топлива маловязкого судового разрешаемся использование присадок, допущенных к применению в установленном порядке.
Топливо маловязкое судовое соответствует марке ДМА MS IPO - 8217.
На предприятиях, впервые осваивающих производство топлива маловязкого судового, осуществляется постановка его на промышленное производство по ГОСТ 15.001.
Производство топлива маловязкого судового допускается только на предприятиях, согласовавших настоящие технические условия и внесенных, как производитель, в каталожный лист продукции, зарегистрированный в установленном порядке.
Топливо маловязкое судовое должно соответствовать требованиям настоящие технических условий, указанным в таблице. [6]
Таблица 14 — Технические требования на СМТ (ТУ 38.101567-2000)
Наименование показателя |
Значение |
Метод испытания |
|
1 |
Вязкость при 20°С, не более: - условная, °ВУ |
2,0 |
ГОСТ 6258 |
- соответствующая ей кинематическая, мм2/с |
11,4 |
ГОСТ 33 |
|
2 |
Цетановое число, не менее |
40 |
ГОСТ 3122 |
3 |
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже |
62 |
ГОСТ 6356 или ASTM Д 93 |
4 |
Температура застывания, °С, |
Минус 10 |
ГОСТ 20287 |
5 |
Массовая доля серы, %, не более I вид II вид III вид |
0,5 1,0 1,5 |
ГОСТ I9I2I или ГОСТ Р 50442 или ASTM Д 12 66 или ASTM Д 4294 |
6 |
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более |
0,025 |
ГОСТ 17323 |
7 |
Содержание воды |
Следы |
ГОСТ 2477 |
8 |
Коксуемость, % не более |
0,2 |
ГОСТ 19932 или ASTV Д 189 |
9 |
Содержание механические примесей, %, не более |
0,02 |
ГОСТ 6370 |
10 |
Зольность, %, не более |
0,01 |
ГОСТ 1461 или ASTM Д 482 |
11 |
Содержание водорастворимых кислот и щелочей |
отсутствие |
ГОСТ 6307 |
Судовое маловязкое топливо по ТУ 38.101567-87 — это среднедистиллятное топливо, в отличие от моторного ДТ и судового высоковязкого топлива, получаемых смешением остаточных и среднедистиллятных фракций. Предназначено для применения в судовых энергетических установках вместо дизельного топлива. Компонентами маловязкого судового топлива являются негидроочищенные прямогонные атмосферные и вакуумные дистилляты, продукты вторичного происхождения — легкие и тяжелые газойли каталитического и термического крекинга, коксования.
Таблица 15 — Характеристики моторного топлива для среднеоборотных и малооборотных дизелей (ГОСТ 1667-68)
Показатели |
Марка топлива |
|
ДТ |
ДМ |
|
Плотность при 20 °С, г/см3, не более |
0,930 |
0,970 |
Фракционный состав: до 250 °С перегоняется, %, не более |
15 |
15 |
Вязкость при 50 °С: кинематическая, мм2/с, не более соответствующая ей условная, °ВУ, не более |
36 2,95 |
130 17,4 |
Коксуемость, %, не более |
3,0 |
9,0 |
Зольность, % не более |
0,04 |
0,06 |
Массовая доля серы, %, не более: в малосернистом топливе в сернистом топливе |
0,5 1,5 |
2,0 2,0 |
Массовая доля, %, не более: механических примесей воды ванадия |
0,05 0,5 0,015 |
0,1 0,5 0,01 |
Температура, °С: вспышки в закрытом тигле, не ниже застывания, не выше |
65 -5 |
85 10 |
Примечание. Для марок ДТ и ДМ содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей— отсутствие. |
Таблица 16 — Характеристики маловязкого судового топлива (ТУ 38.101567-87)
Показатели |
Значение |
Вязкость: условная при 20 'С, 'ВУ, не более соответствующая ей кинематическая, мм2/с, не более Цетановое число, не менее Температура, °'С: вспышки в закрытом тигле °С, не ниже застывания, не выше Массовая доля, %, не более: серы меркаптановой серы воды механических примесей Коксуемость, %, не более Зольность, %, не более Содержание водорастворимых кислот и щелочей Плотность при 20 °С, г/м3, не более Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более |
2,0 11,4 40 62 -10 1,5 0,025 Следы 0,02 0,2 0,01 Отсутствие 890 20 |
Таблица 17 — Характеристики мазутов (ГОСТ 10585-75)
Показатели |
Марка топлива |
|||
Ф-5 |
Ф-12 |
40 |
100 |
|
Вязкость при 50 °С, не более: |
||||
условная, °ВУ |
5,0 |
12,0 |
- |
- |
соответствующая ей кинематическая, мм2/с |
36,2 |
89,0 |
- |
- |
Вязкость при 80 °С, не более: |
||||
условная, °ВУ |
- |
- |
8,0 |
16,0 |
соответствующая ей кинематическая, мм2/с |
- |
- |
59,0 |
118,0 |
Динамическая вязкость при 0 °С, Па-с, не более |
2,7 |
- |
- |
- |
Зольность, %, не более, для мазута: |
||||
малозольного |
- |
- |
0,04 |
0,05 |
зольного |
0,05 |
0,10 |
0,12 |
0,14 |
Массовая доля, %, не более: |
||||
механических примесей |
0,10 |
0,12 |
0,5 |
1,0 |
воды |
0,3 |
0,3 |
1,0 |
1,0 |
Массовая доля серы, %, не более, для мазута: |
||||
низкосернистого |
- |
- |
0,5 |
0,5 |
малосернистого |
- |
0,6 |
1,0 |
1,0 |
сернистого |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
|
высокосернистого |
- |
- |
3,5 |
3,5 |
Коксуемость, %, не более |
6,0 |
- |
- |
- |
Температура вспышки, °С, не ниже: |
||||
в закрытом тигле |
80 |
90 |
- |
- |
' в открытом тигле |
- |
- |
90 |
110 |
Температура застывания, °С, не выше |
-5 |
-8 |
10; 25* |
25; 42* |
Теплота сгорания (низшая) в пересчете |
||||
на сухое топливо (не браковочная), кДж/кг, |
||||
не менее, для мазута: |
||||
низкосернистого, малосернистого |
41454 |
41454 |
40740 |
40530 |
и сернистого |
||||
высокосернистого |
- |
- |
39900 |
39000 |
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более |
955 |
960 |
- |
- |
* Для мазута из высокопарафинистых нефтей Примечание. Для всех марок топлива содержание водорастворимых кислот и щелочей, сероводорода — отсутствие. |
Глава 2
2.1Влияние асфальтенов на работу ДВС.
Почти в каждой проблеме с двигателем качество топлива было одной из причин его неполадок. Образование отложений может привести к отказу двигателя. Как же цилиндровое масло может предотвратить образование отложений, поддерживать чистоту двигателя и предупредить возможные неудачи?
Проблемы загрязнения и методы обеспечения чистоты работы двигателя были исследованы Бобом Алленом, чартерным инженером, членом Института морских инженеров Великобритании, техническим менеджером "Castrol Marine". Он отмечает, что чистота картеров четырехтактного двигателя зависит от степени загрязненности цилиндрового масла продуктами неполного сгорания топлива и его протечек в топливных насосах. Термин "чистота картера" связан с образованием черных асфальтеновых отложений на стенках картера, накоплением загрязнений в кулачковом приводе и липких отложений в сепараторе.
Совместимость остаточных примесей топлива и цилиндровой смазки, а также вероятность образования отложений могут быть продемонстрированы при использовании метода испытаний при использовании метода испытания IP375. При взаимодействии остаточных примесей топлива со смазочным маслом возможность выпадения асфальтеновых отложений увеличивается. Это связано с тем, что асфальтены содержатся в топливе в растворенном состоянии благодаря ароматическим дистиллятным продуктам и любое снижение содержания ароматических соединений может привести к выпадению отложений. Что происходит при смешивании такого парафинсодержащего материала, как смазочное масло, с топливом? Не все сорта топлива имеют одинаковую способность к выпадению отложений, но в результате исследований установлено, что сорта топлива с низким коэффициентом вязкости, например, 180 сСт, требующие более высокого содержания дистиллятных продуктов для растворения остатков до необходимого уровня вязкости, скорее приводят к проблемам.
На рис. 1 показаны результаты исследований по методу IP375 топлива с высоким и низким содержанием асфальтенов, согласно которым первое больше способствует отложениям в двигателе. Как известно, качество бункера в мире различно, и содержание асфальтенов может изменяться от 2 % до 11 %.
Рис. 2 показывает изменение содержания асфальтенов в топливе и его удельной плотности за период испытаний на судне в течение 18 месяцев, которые выявили близкую корреляцию этих двух характеристик топлива. Во время этих испытаний двигатель работал в течение 4500 час. на топливе с низким содержанием асфальтенов, и в кулачковом приводе не было обнаружено отложений, но когда топливо сменили на другое, с очень высоким содержанием асфальтенов, то уже через 2000 час. В кулачковом приводе и картере были обнаружены большие отложения. В обоих случаях использовалось одно и то же смазочное масло.
Конечно, при этом вред наносится не только картерам. Топливные отложения образуются в канавках поршневых колец и в подпоршневом пространстве. Отложения в зоне кольца могут привести к их залипанию, а в результате нагарообразования на головке поршня снижается эффективность его охлаждения, что может привести к повышению температуры и прогоранию поршня. Блокирование маслосъемных колец может вызвать повышенный расход цилиндровой смазки.
Каким образом можно уменьшить эти отложения? Установлено, что использование смазочных материалов с высоким содержанием ароматических соединений не обеспечивает решения проблемы асфальтеновых отложений. Это связано с тем, что с течением времени компоненты масла на базе ароматических соединений будут окисляться, и, в конечном итоге, асфальтеновые отложения в двигателе будут образовываться, несмотря на выполнение эксплуатационных действий по очистке двигателя.
Реальное предотвращение асфальтеновых отложений должно обеспечить использование химических средств.
На рис. 3 показано количество высокотемпературных отложений, которые возникают вследствие загрязнения смазочных материалов из-за применения низкокачественного топлива. Как следует из сравнения представленных гистограмм, использование химических добавок в смазочном масле обеспечивает резкое снижение асфальтеновых отложений.
За тот же период, что низкокачественные сорта топлива приобрели широкое распространение, качество легкого дизельного топлива MGO также ухудшилось. Исследования показали, что газойли с высокой степенью парообразования вызывают отложения в двигателе и что высокоциклические углеводороды, в основном ди- или полициклического ароматического типа, будут производить больше отложений вследствие крекинга и окисления, чем парафиносодержащие углеводороды.
Полимеризация несгоревших частиц топлива и конденсация на цилиндровой втулке приводят к образованию лакообразного нагара. Твердый смолообразный материал на втулке цилиндра и в полированных канавках вызывает прекращение действия смазки. Это обычно случается при работе на легком дизельном топливе
четырехтактных двигателей, однако зарегистрированы также подобные случаи и в двухтактных крейцкопфных двигателях.
Циклические углеводороды не сгорают полностью во время такта сгорания (расширения), и небольшая часть образовавшихся отходов прилипает к втулке, вызывая лакообразный нагар. При этом оценка потери эффективности смазки может производиться по величине толщины лакообразующих отложений в канавках втулки после 1000 час. работы двигателя и расходу смазки, который не должен превышать 0,2 ррт сгоревшего топлива.
На рис. 4 показано влияние лакообразующего нагара на эффективность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голландского рыболовного судна, которые подтверждаются данными по другим судам. На этих судах двигатели работали с большими перегрузками и использовали низкокачественное дизельное топливо MGO. При работе двигателей с меньшей мощностью вследствие снижения сопротивления трала расход масла возвращается к нормальному уровню. Это означает, что в случае уменьшения действия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.
Хотя применение высокоэффективных смазок и легкого дизельного топлива с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное решение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.
Более непосредственным способом
воздействия
на лакообразующие отложения
является химическая очистка топлива,
основанная на сильнодействующих
моющих средствах (детергентах), которые
могут обеспечивать чистоту
высокотемпературных
поверхностей в камерах сгорания. Были
проведены испытания
комбинации химикатов для очистки
топлива на двигателе с большим
расходом смазки, обусловленном
лакообразующими отложениями
на втулке. Результаты
экспериментов показали,
что для быстрого достижения положительного
эффекта минимальная доза
присадки должна равняться 1 литр/м3
топлива. Все случаи
значительного снижения
расхода лубрикаторной смазки были
подтверждены эндоскопическим осмотром.
В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повышения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных материалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроители призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, которые вместе с химической очисткой топлива должны обеспечить решение проблемы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.
2.2Влияние присадок на двигатель
При работе дизельного двигателя на форсунках и в камере сгорания образуются отложения, нарушающие подачу топлива и нормальное протекание рабочего процесса. В результате снижается мощность и экономичность двигателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, предназначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизельного двигателя разлагаются.
За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе термостабильных ПАВ. Анализ литературы и патентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нагара и небольшое количество катализаторов горения. В качестве модификаторов нагара используются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горения — соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элементов). Катализатор горения берется в таких количествах, что концентрация металла в топливе составляет не более 100 млн1. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, образующиеся при сгорании присадок с топливом. Металлсодержащие присадки используют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие температуру выгорания сажи и препятствующие забивке сажевых фильтров. Так например, фирмой Lubrizol разработана товарная присадка, эффективная в концентрации до 70 млн"1 в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступного отечественного сырья разработан образец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодержащих соединений и катализатора горения — топливорастворимой соли меди.
Присадка антикокс характеризуется следующими физико-химическими показателями:
кинематическая вязкость при
20°С, 40
мм2/с,
не более
плотность при 20°С, кг/м3 ~880
температура вспышки, °С, не ниже 35
концентрация меди, % мае. ~15
Рекомендуемая концентрация присадки в топливе составляет 0,01-0.02гс в зависимости от способа применения. При постоянном применении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосервисе: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, достигающие 0,1%.
На рис. 1-3 приведены результаты испытаний присадки в количестве 0,1% мае. в составе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой предварительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержащем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбирали и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на поверхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины — до одного и более миллиметров.
Толщина основной массы нагара на головке блока цилиндров и днище поршня достигала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представляется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После наработки нагара двигатель собирали и проводили нагароочистку в течение 5 ч, работая на стандартном дизельном топливе Л с присадкой.
При введении в топливо присадки в концентрации 0,02-0,05%, нагар удалялся на 25-65' (рис. 4).
Часть нагара, которая не была удален в процессе испытаний, изменила свою природ; Нагар стал рыхлым и легко снимался притиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эффект наблюдался на распылителе форсунки, где при концентрации пру садки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присадки, а из камеры сгорания почти линейно зависела от е концентрации.
Несмотря на то, что медьсодержащие соединения за рубежом успешно используют в качестве антисажевых присадок к дизельному топливу, остается открытым вопрос о влиянии меди на топливо и о токсичности продуктов сгорания присадки, выбрасываемых с отработавшими газами.
Известно, что соединения меди являются сильными промоторами окисления углеводородов. Поэтому было проверено влияние присадки на термостабильность дизельного топлива методом квалификационной оценки Установлено, что после нагрева в течение 16 ч образцов топлива при 100°С их цвет не изменился, а количество осадка и кислотность возросли незначительно (см. таблицу).
Следует, однако, заметить, что при оценке термостабильности данным методом топливо контактирует со специально вводимой в него медной пластинкой. Таким образом, введение дополнительного количества меди в топливо может просто не быть замечено. Поэтому, вероятно, стабильность топлив с медьсодержащими присадками подлежит более подробному изучению. Кроме того, присадки этого типа должны вводиться в топливо непосредственно на месте применения, а топлива с присадками не подлежат длительному хранению. С другой стороны, в состав присадки может быть добавлено некоторое количество деактиватора металла, связывающего медь в неактивный комплекс
Что касается токсичности продуктов сгорания топлива с присадкой, то можно привести приблизительный расчет. При максимальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн"1. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при а = 2 образуется 25-30 л отработавших газов; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м3. В России нет норм на содержание меди в отработавших газах, но можно привести норму Агентства охраны окружающей среды США, составляющую 100 мг/м3 [3]. Обычно принимают, что отработавшие газы разбавляются воздухом в тысячекратном соотношении. Продукты сгорания меди выбрасываются из двигателя в виде аэрозолей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК
в воздухе рабочей зоны, принятая в России, составляет 0,5 мг/м3. Среднее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% мае. Таким образом, можно полагать, что при использовании медьсодержащей антинагарной присадки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.
Присадка антикокс может представлять практический интерес не только как препарат для удаления нагара с деталей двигателя, но и в качестве антисажевого агента в связи с планируемой установкой сажевых фильтров.
2.3Противоизносные свойства дизельных топлив.
Дизельные топлива являются смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, трущихся пар плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и др. На поверхностях трущихся пар при контакте с топливом образуется граничный слой, обладающий специфическими свойствами. Этот очень тонкий граничный слой (толщина меньше 1 мкм) выполняет функцию смазочной пленки. Он предотвращает непосредственный контакт поверхностей трения, при этом уменьшаются сила трения и износ трущихся деталей.
Присутствующие в топливах молекулы гетероатомных соединений серы, кислорода или азота, имея постоянный дипольный момент, притягиваются поверхностью металла, строго ориентируются в слоях и создают смазочную пленку, которая уменьшает трение и износ.
Смазывающие свойства топлив значительно хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание ПАВ в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противоизносные свойства топлив улучшаются с увеличением содержания ПАВ, вязкости и температуры выкипания [1].
В связи с ужесточением требований к качеству дизельных топлив по содержанию серы и переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив удаляются соединения, содержащие серу, кислород и азот, что негативно влияет на их смазывающую способность. Опыт использования дизельного топлива с содержанием серы 0,005% в Швеции, наряду с положительными моментами — снижением содержания вредных веществ в выхлопных газах, выявил негативные последствия — преждевременный выход из строя топливных насосов из-за снижения смазывающей способности дизельного топлива. Высокий уровень износа отмечен уже после 5000 км пробега, кроме того, имела место тенденция к увеличению заедания деталей насоса. Исследования, проведенные в США и Германии, также показали низкую смазывающую способность и плохие противоизносные характеристики малосернистых дизельных топлив, в результате чего возникали поломки инжекторных насосов [2,3]. Компания Shell провела исследования по изучению вопроса о соответствии характеристик топлив условиям их применения, при этом, исходя из имеющегося опыта использования авиационного керосина, основное внимание было уделено смазывающей способности топлива. Программа исследований наряду с дорожными и стендовыми испытаниями на долговечность топливного оборудования включала фундаментальные лабораторные исследования смазывающей способности топлив.
По существу, имеются три возможности улучшения смазывающих способностей дизельных топлив:
использование нестандартных условий проведения процесса гидроочистки, которые сводят к минимуму удаление важных компонентов;
смешение дизельных топлив с продуктами с высоким содержанием природных компонентов, обеспечивающих высокую смазывающую способность в условиях граничной смазки;
использование присадок, придающих топливу дополнительные противоизносные свойства.
Для малосернистого топлива использование двух первых возможностей улучшения смазывающих характеристик является неприемлемым, так как получаемое в этих случаях топливо не соответствует строгим техническим стандартам. Поэтому использование присадок является наиболее реальным способом.
Анализ патентных данных показал, что для улучшения противоизносных характеристик дизельных топлив предлагается большое количество химических соединений, принадлежащих к различным классам. Так, в качестве противоизносных присадок испытывались сложные эфиры ди- и монокарбоновых кислот и ди- и полиатомных спиртов, соединения, содержащие серу, фосфор, азот, бор и другие гетероатомы, а также другие классы химических соединений [4-9].
Хотя в принципе существует много вариантов повышения смазывающей способности дизельных топлив с помощью присадок, на практике их выбор достаточно узок. Большинство противоизносных присадок, применяемых в моторных и индустриальных маслах, слишком агрессивны в топливах. Кроме того, многие из этих присадок содержат серу, что делает нежелательным их применение в экологически чистых дизельных топливах, или фосфор, отрицательно влияющий на систему очистки выхлопных газов.
При решении проблемы подбора эффективной присадки авторами статьи поставлена задача использования только тех присадок, которые могут придать топливам смазывающую способность на уровне, характерном для дизельных топлив с содержанием серы - 0,2% мае. И ароматики 25-30% мае.
Смазочную способность дизельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol [10], используемом для оценки процессов трения и износа смазочных материалов. Прибор позволяет оценивать изменение коэффициента трения в процессе испытания в зависимости от нагрузки, скорости скольжения, длительности испытания и температуры в условиях граничного режима трения.
Для дизельных топлив были специально подобраны условия испытаний. Оценочными показателями при испытании дизельных топлив были: диаметр пятна износа, коэффициент трения и удельная нагрузка. Лучшими противоизносными свойствами обладают образцы, имеющие низкий коэффициент трения, малый диаметр пятна износа и высокую удельную нагрузку.
В качестве присадок, улучшающих противоизносные свойства дизельных
топлив, испытаны сложные эфиры пентаэритрита и синтетических монокарбоновых кислот фр. С>5>-С>д >I эфир ПЭТ), сложные эфиры 2-этилгексанола л себациновой кислоты (эфир ДОС), сложный эфир пентаэритрита, себациновой и акриловой кислот (эфир ПАС), нафтеновые кислоты, а также некоторые зарубежные присадки, рекомендуемые фирмами.
Результаты этих исследований представлены в табл. 1, 2.
Из представленных в табл. 1 результатов видно, что наиболее эффективны нафтеновые кислоты в концентрации 0,05% мае. Использование эфира ПЭТ приводит к ухудшению противоизносных свойств, а введение эфиров ДОС
■ ПАС практически не влияет на смазочные характеристики топлива.
Результаты испытаний на приборе SRV некоторых зарубежных присадок (см. табл. 2) показывают, что присадки Paradyne 639 и Paradyne 655 практически не влияют на противоизносные характеристики исходного дизельного топлива. Введение присадки CD-2 даже в малых концентрациях (0,0001% мае.) уменьшает коэффициент трения и увеличивает удельные нагрузки. Настоящие исследования позволили установить принципиальную возможность улучшения противоизносных свойств экологически чистых дизельных топлив с помощью присадок. Поиск эффективных противоизносных добавок, имеющих достаточно широкую сырьевую базу и относительно невысокую стоимость, продолжается.
2.4Влияние качества дизельных топлив на их противоизносные свойства.
С проблемами ухудшения противоизносных свойств топлив столкнулись в 70-х годах при использовании реактивных топлив, подвергнутых жесткой гидроочистке. Тогда же было установлено, что существенное влияние на противоизносные свойства товарных реактивных топлив оказывают не только сернистые соединения, но и фракционный состав, вязкость топлива. Удаление естественных гетероорганических соединений из прямогонных реактивных топлив (сернокислотная, адсорбционная, гидроочистка) значительно ухудшало их противоизносные свойства. При исследовании влияния содержания серы на противоизносные свойства реактивных топлив было установлено, что существует определенный оптимум, при котором достигается максимальный уровень противоизносных свойств топлива (рис. 1)[1],
Добавление сернистых соединений в количестве 0,05-0,15% вызывало снижение износа, а увеличение содержания серы более 0,15% приводило к увеличению износа металла. Тиофены оказывали положительное влияние на противоизносные свойства реактивных топлив. При содержании тиофеновой серы порядка 0,15-0,25% мае. износ металла уменьшается на 25-35%. Как показали проведенные исследования [2], меркаптаны и дисульфиды в концентрации 0,001% мае. не ухудшали противоизносные свойства реактивных топлив. В более высокой концентрации меркаптаны оказывали отрицательное влияние на противоизносные свойства топлив.
Исследование влияния углеводородного состава реактивных топлив на их противоизносные свойства показало ухудшение противоизносных свойств в ряду: бициклические ароматические углеводороды, нафтеновые, парафиновые [3].
Противоизносные свойства дизельных топлив изучены мало. Оценку их проводили, в основном, путем замера износов плунжеров полноразмерной топливной аппаратуры. Однако в последние годы при использовании экологически чистого дизельного топлива, прежде всего в Европе, был отмечен высокий уровень износа топливных инжекторных насосов, приводящий к выходу их из строя. Причиной этого стало снижение смазывающей способности топлив.
Для исследования влияния глубины гидроочистки на противоизносные свойства дизельных топлив были специально приготовлены образцы дизельного топлива с различным содержанием серы — 0,05; 0,1; 0,2% мае. (табл. 1)Топлива имели близкие значения по показателям вязкости, плотности, содержанию и составу ароматических углеводородов, что исключало влияние их на противоизносные свойства топлив, лишь образец с содержанием серы 0,2% имел более низкую 50%-ную точку перегонки — 256°С против 275 и 277°С для образцов с содержанием серы 0,05 и 0,1%, соответственно, так как для поддержания на одном уровне всех остальных свойств в его состав пришлось вовлечь фракции керосина. Все образцы соответствовали ГОСТ 305-82.
Смазывающую способность исследуемых дизельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol, предназначенном для оценки процессов трения и износа [3]. Рабочая часть трибометра представляет собой камеру, где находится узел трения пластина – шар. Прибор позволяет оценивать изменение коэффициента трения в процессе испытания в зависимости от нагрузки, скорости скольжения, длительности измерения и температуры в условиях граничного режима трения.
В результате проведенных исследований были выбраны оптимальные условия испытаний дизельных топлив: время испытаний — 60 мин; нагрузка — 5 кгс. Оценочными показателями являлись величины диаметра пятна износа, коэффициента трения и удельная нагрузка. Лучшими противоизносными свойствами обладают образцы, имеющие низкий коэффициент трения, малый диаметр пятна износа и высокую удельную нагрузку.
За рубежом оценка противоизносных свойств дизельных топлив проводится на приборе HFRR на узле трения пластина - шар. При испытании на приборе HFRR дизельные топлива должны характеризоваться уровнем противоизносных свойств не более 460 мм.
Результаты испытаний дизельных топлив с различным содержанием серы на приборе SRV представлены в табл. 2Ц
Из приведенных данных видно, что с увеличением содержания серы с 0,01 до 0,5% улучшаются противоизносные свойства дизельных топлив. Так, диаметр пятна износа и коэффициент трения уменьшаются на 68 и 75% соответственно, при этом удельные нагрузки увеличиваются в 10 раз. За рубежом критерием оценки противоизносных свойств является уровень показателей, значения которых характерны для дизельного топлива с содержанием серы 0,2% мае.
Исследование экологически чистых дизельных топлив различных нефтеперерабатывающих заводов показало (рис. 2, 3), что на противоизносные свойства дизельных топлив большое влияние оказывает не только содержание серы, но и фракционный состав, особенно конец кипения топлива, а также его вязкость.
С повышением температуры конца кипения топлива снижается диаметр пятна износа и коэффициент трения. При этом средняя температура кипения топлива (50%-ная точка перегонки) не оказывает заметного влияния на противоизносные свойства. Снижение вязкости с 5,3 до 3,7 мм2/с приводит к ухудшению противоизносных свойств: увеличивается диаметр пятна износа и коэффициент трения.
С целью установления влияния ароматических углеводородов на противоизносные свойства исследован легкий газойль каталитического кре-
кинга с установки Г-43-107 — основной компонент товарных дизельных топлив. Для этого легкий газойль каталитического крекинга был подвергнут адсорбционному разделению на ароматические соединения I, II, III и IV группы. Учитывая, что в 1999 г. в Европейский стандарт на дизельные топлива будет внесена норма на содержание полициклических ароматических углево- дородов, были исследованы, прежде всего, ароматические соединения III и IV групп. Они добавлялись в гидроочищенное дизельное топливо (сырьем гидроочистки служили только прямогонные дизельные фракции) в количестве, соответствующем содержанию легкого газойля в дизельном топливе 20 и 40%.
Как видно из представленных на
рис. 4 данных, добавление ароматических
углеводородов группы
улучшает противоизносные свойства
дизельного топлива с содержанием серы
0,05%. Ароматические углеводороды IV
группы в концентрациях,
соответствующих содержанию легкого
газойля в дизельном топливе до 20%, также
уменьшают диаметр пятна
износа и коэффициент
трения. При этом ароматические
углеводороды IV
группы оказывают большее влияние
на
противоизносные свойства.
Дальнейшее увеличение
концентрации ароматических углеводородов
группы приводит к ухудшению
противоизносных свойств
дизельного топлива.
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что противоизносные свойства дизельных топлив зависят от содержания серы, фракционного состава и вязкости топлива. Положительное влияние на противоизносные свойства оказывают ароматические углеводороды III и IV групп, присутствие которых являются нежелательным в перспективных экологически чистых дизельных топливах.
Список литературы:
Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1998.-№2.-С. 20-22.
Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1999.-№4.-С.8-11.
Гуреев А.А., Азеев В.С., Камфер Г.М. Топливо для дизелей. Свойства и применение.-М.: Химия, 1993.
Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. Современные дизельные топлива и присадки к ним — М.: Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2002. — 64 с
МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. Адм. Г.И.Невельского
КАФЕДРА “СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ”
Реферат на тему” Влияние качества топлива на работу ДВС”
Выполнил к-т 253-у гр. Птицын Д.Е.
Проверил преподаватель: Осипов О.В.
Владивосток 2004 г.
2