Дизельное топливо и его химические свойства

0
5809

Дизельное топливо – это вязкая горючая жидкость, которая трудно испаряется. Получается путем перегонки нефтяных керосино-газойлевых фракций. Применяется в основном в качестве топлива для железнодорожного транспорта, грузовых автомобилей, сельскохозяйственной техники и водного транспорта. Область применения дизельного топлива широка.

Химический состав:

  • 10-40% – парафиновые углероды;
  • 20-60% – нафтеновые углероды;
  • 14-30% – ароматические углероды.

Разброс процентного содержания говорит о многообразии видов ДТ. От состава напрямую зависят антиокислительные свойства топлива, период задержки воспламенения, а также износ двигателя.

 

Цетановое число ДТ

 

Цетановое число – характеристика топлива в цилиндре. Определяется согласно ГОСТ 31322-52 на установке типа ИТ9-3. Первичный эталон – смесь цетана (чистой СН группы парафинового ряда, чье цетановое число взято за 100 единиц) с альфа-метилнафталином (ароматическим углеводородом, цетановое число которого принято за 0).

К примеру, во время испытаний топлива его воспламеняемость оказалась идентичной смеси, содержащей 45% цетана, следовательно, цетановое число сырья – 45. Жесткость работы дизеля и удельный расход топлива зависят от величины цетанового числа.

 

Если применяется топливо с невысоким цетановым числом, то возрастает период задержки самовоспламенения, ДТ скапливается в камере сгорания и сгорает мгновенно. Давление в цилиндре скачет, дизель работает жестко, можно слышать металлический стук. Повышается износ коренных подшипников, они быстро выходят из строя.

 

Если цетановое число топлива нормальное, то период запаздывания воспламенения мал, давление в цилиндре увеличивается планомерно, двигатель не стучит, топливо в цилиндре сгорает нормально.

 

Высокое цетановое число топлива также негативно сказывается на дизеле, жидкость не успевает смешиваться с воздухом и воспламеняется преждевременно. Вследствие этого экономичность дизеля уменьшается, нагар образовывается в большом количестве.

 

Также цетановое число напрямую зависит от химического состава ДТ.

Свойства ДТ при низких температурах, вязкость

 

Кинематическая вязкость определяется при 20°С. Для высокооборотных дизелей значение вязкости топлива – 1,5-6 мм2/с (сСт). Если вязкость топлива снижается, то уменьшается и цикловая подача из-за потерь в плунжерной паре и перетечек. Подтекание через форсунки повышает нагарообразование. Также маловязкое топливо увеличивает износ топливного насоса высокого давления, его детали хуже смазываются во время работы.

 

Слишком вязкое ДТ трудно распылить, кроме того оно плохо прокачивается через фильтры. Чем выше вязкость при 20°С, тем сильнее изменяется топливо при низких температурах. Летние сорта густеют уже при -3°С, для них это температура помутнения, когда парафины начинают кристаллизироваться. При -10°С и ниже летнее топливо застывает, что может привести к необратимой поломке поршней. В таких случаях следует изначально использовать зимнее дизельное топливо, у которого вязкость меньше, что обеспечит правильную работу двигателя.

Зависимость вязкостидизельного топлива от температуры

 

Топливо со средней вязкостью, 2,5-4 мм2/с при 20°С, обладает лучшими свойствами. Оно будет сохранять свои свойства при низких температурах, так как его текучесть не будет меняться.

Применение топлива должно полностью зависеть от его марки. Для:

  • летнего дизельного топлива вязкость – 3,0-6,0 мм2/с;
  • зимнего ДТ – 1,8-5,0 мм2/с;
  • арктического дизтоплива – 1,5-4,0 мм2/с.

Из этого следует, что кинематическая вязкость дизельного топлива определяет рабочий процесс в цилиндрах двигателя, а значит, его экономичность и эффективность.

В межсезонный период целесообразно применять депрессорные присадки, если нет уверенности в том, что на АЗС летнее топливо уже заменили на зимнее.

Фракционный состав

 

Характеристика испарения ДТ, перехода из жидкости в газообразное состояние при определенных температурах, называется фракционным составом.

 

Топливо с меньшим содержанием фракций с достаточно высокой температурой кипения должно использоваться для быстроходных тепловозных двигателей, когда на смесеобразование и испарение приходится очень мало времени. Если фракционный состав топлива утяжелен, ухудшается смесеобразование, топливо испаряется медленно, неиспарившиеся капельки догорают во время расширения такта, сгорание происходит не полностью. Следовательно, не только образуется дымный выхлоп, но и повышается нагарообразование, увеличивается расход топлива, происходит закупоривание форсунок, а также не реализуется вся мощность дизеля.

 

Если использовать топливо с облегченным фракционным составом, то снижается цетановое число, вязкость жидкости уменьшается, происходит быстрый износ оборудования. Также происходит резкое нарастание давления в цилиндре, дизель работает жестко, может быть слышен стук. А все из-за того, что подготовленная смесь быстро испаряется.

Механические примеси дизельного топлива

 

Основная масса топлива добывается из сернистых нефтей. Основное количество сернистых соединений при переработке нефти перегоняется вместе с фракциями, которые идут на получение дизельного топлива. После этого снижение количества серы происходит более дорогостоящими и сложными способами. Самый распространенный способ очистки – гидроочистка, поэтому получение малосернистого дизеля не выгодно для производителя, так как весьма затруднено. Но с другой стороны при повышенном содержании серы очень быстро происходит износ двигателя и топливной системы, которые подвержены сернистой коррозии и окислению масла. Статистика гласит, если содержание серы увеличить с 0,2 до 0,5%, что является пределом в соответствии с ГОСТ 305-82, то износ двигателя возрастет на четверть.

 

Высокофорсированные современные дизели гораздо больше подвержены сернистой коррозии, нежели старых конструкций. В новых моделях образуется большее количество твердого нагара. Поэтому увеличивают количество моющих присадок в моторном масле. Если работа происходит на высокосернистых топливах, то и масло окисляется быстро, оно требует частой замены. По сравнению с европейскими инструкциями срок службы масла в наших широтах стоит сокращать в два раза.

 

Сернистые соединения ДТ условно делят на активные и неактивные. Активные вызывают коррозию при контакте с металлом, это свободная сера, меркаптаны, сероводород. Неактивные не вызывают коррозии, это сульфиды, дисульфиды и т.д. Но ряд исследований установил, что любые сернистые соединения в дизельном топливе при попадании в двигатель становятся активными, а, следовательно – вызывают коррозию цилиндропоршневой системы дизеля.

 

В период запуска и прогрева двигателя из продуктов сгорания происходит наибольшее образование воды и конденсация. Также конденсат выступает при понижении температуры охлаждающей воды, а также, если дизель работает на малых оборотах.

 

Частая работа на режимах переменных нагрузок или же при холостом ходе является характерной особенностью дизелей маневровых и магистральных тепловозов. Именно данные режимы работы чаще всего влекут за собой коррозию, лакоотложение и нагарообразование. Поэтому если для работы двигателей используют сернистое ДТ, то следует принимать меры по минимализации таких условий труда в холодном состоянии, а также с низкой температурой охлаждающих жидкостей. К примеру, после опытных испытаний двигателей тепловозов ТЭЗ дизеля с содержанием серы 0,8-1% и масла Д-11 (ГОСТ 5304-54) без использования присадок было установлено, что при сравнении с использованием во время эксплуатации малосернистого топлива с содержанием серы 0,1-0,2% объем ремонта поршней увеличивается в четыре раза, поршневых колец – в 1,2-2 раза, цилиндровых втулок почти в 2 раза, шатунных и коренных вкладышей – в 1,4-1,7 раза. Кроме этого, увеличивается еще и нагароотложение, масло окисляется и т.д.

 

В последние годы проводились исследования по снижению процентного содержания серы в топливе дизелей тепловозов на железнодорожном транспорте, разрабатывалось дизельное масло с присадками для нейтрализации влияния серы. Результатом исследований стал ГОСТ 10489-63 на топливо с серой в 0,5% для тепловозных дизелей.

У нас также выпускается высококачественное топливо по ТУ 38.401-58-110-94, содержание серы в котором не превышает 0,1%.

 

Но самым страшным врагом дизеля по праву считается вода. Если она присутствует в топливе, то это быстро приведет к выводу из строя топливного насоса. Согласно ГОСТу никакой воды в топливе быть не должно. Но она все же появляется из-за неправильных условий хранения и транспортировки ДТ, а также из-за повышенной гигроскопичности сырья.

 

Практически та же история происходит и с механическими примесями. Они появляются в топливе из-за неправильной транспортировки. Поэтому даже импортное дорогое дизтопливо не лишено загрязнений. Но вода и грязь все же не так страшны как сера.

 

Как же бороться с этими неудобствами? Следует чаще мыть топливный бак и, если позволяет конструкция, сливать отстой из фильтра. Это будет лучшей профилактикой неисправностей двигателя, нежели применение присадок.

 

ДТ и его коксуемость

 

Чистота двигателя и топливоподающей аппаратуры является одним из важных эксплуатационных свойств дизельного топлива. Когда топливо сгорает, на стенках камеры сгорания, а также на впускных клапанах двигателя образуется темный твердый нагар, а на распылителях и их иглах – светло-коричневый смолистый. Это приводит к ухудшению теплоотвода в систему охлаждения, а выпускные клапаны и вовсе закоксовываются. В результате тарелка клапана не правильно садится на седло, утекают раскаленные газы, и поверхности клапана и седла обгорают. Можно сделать вывод, что нагарообразование в двигателе напрямую зависит от таких показателей дизтоплива, как коксуемость, содержание серы и смол, фракционный состав, количество ароматических и непредельных углеводородов, зольность.

Процент содержания кокса, который получается при нагревании ДТ до 800-900°С в безвоздушном пространстве, в дизельном топливе называется его коксуемостью. Это характеристика очистки нефтепродуктов от асфальтосмолистых веществ, по которой можно судить о склонности топлива к закоксовыванию форсунок и нагарообразованию. Предел коксуемости для топлива – 0,005-0,10%.

 

Фракции дизельного топлива, имеющие наибольшую температуру кипения, обладают высоким содержанием коксующих продуктов. Коксуемость согласно ГОСТу определяется по 10% остатку ДТ, который остается после фракционной перегонки. Коксуемость дизельного топлива для тепловозов не должна превышать 0,5%.

 

Коррозийность топлива

 

Коррозийность топлива зависит от наличия в нем воды, сернистых соединений, щелочей и кислот, содержание которых жестко ограничено в соответствии с ГОСТом или техническими условиями.

 

Водорастворимые кислоты (серная, азотная и соляная), щелочи (едкий натр и едкое кали) и сернистые соединения должны отсутствовать, так как именно они вызывают коррозию металлов.

 

Количеством мг едкого калия (КОН), который нужен для нейтрализации кислот в 100 мл топлива, определяется кислотное число топлива. Не более 5 мг КОН на 100 мл топлива – допустимое кислотное число для дизельного топлива для тепловозов.

 

Органические кислоты в пределах нормы не приносят вреда двигателям и таре для хранения топлива. Они безвредны для черных металлов, а цветные всего немного поддаются коррозии. Если же содержание выше нормы, но увеличивается нагарообразование в двигателе.

 

Фактические смолы также влияют на эксплуатационные свойства топлива. Их количество зависит от химического состава и качества очистки ДТ в процессе его производства. Наличие смол приводит к нагарообразованию в двигателе и закоксовыванию форсунок. Топливо с большим содержанием смол не может долго хранится. Чтобы определить наличие смол достаточно посмотреть на цвет топлива – он будет гораздо темнее, чем обычно.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ