Какие показатели характеризуют низкотемпературные свойства дизельного топлива

К низкотемпературным характеристикам топлива относят температуры его помутнения и начала кристаллизации. В состав дизельного топлива входят парафиновые углеводороды, которые при понижении температуры в первую очередь начинают переходить в твердое состояние.

Нижний температурный предел возможного применения топлива характеризуется температурой помутнения, при которой нарушаются его фазовая однородность и прозрачность, появляются мелкие кристаллики, хлопья. При помутнении топливо не теряет текучести, но размеры микрокристалликов не позволяют им проходить через фильтры тонкой очистки, в результате чего подача топлива прекращается.

Температура начала кристаллизации обычно на 10 0С ниже температуры помутнения. Кристаллизация сопровождается потерей подвижности топлива, что затрудняет его использование в двигателе и перекачивание из одного резервуара в другой.

Температура застывания последняя определяет условия складского хранения топлива — условия применения топлива, хотя в практике известны случаи использования топлив при температурах, приближающихся к температуре застывания. Для большинства дизельных топлив разница между Tп и Tз составляет 5—7 °С. В том случае, если дизельное топливо не содержит депрессорных присадок, равна или на 1—2 °С ниже Tп. Для топлив, содержащих депрессорные присадки на 10 °С и более ниже Tп [31].

Еще совсем недавно казалось, что низкотемпературные свойства дизельного топлива в достаточной мере характеризуются двумя параметрами — температурой помутнения и температурой застывания, однако с эксплуатационной точки зрения эта характеристика топлива явно необъективна. При перекачке топлива под давлением кристаллическая структура парафинов механически разрушается, и топливо может приобрести свойства текучести при температурах ниже температуры застывания. Например, дизельное топливо с температурой застывания минус 30 °С в определенных условиях прокачивалось при минус 50°С. Сейчас в стандарты многих стран введен еще один параметр — предельная температура фильтруемости ПТФ (табл. 2.9) и разработана методика ее определения [32]. Для стран, входящих в НАТО, разработана единая военная спецификация на дизельные топлива, в которой для оценки низкотемпературных свойств предусмотрена только предельная температура фильтруемости [33]. Эта температура демонстрирует способность топлива протекать через стандартный фильтрующий элемент при точно оговоренных условиях. Она в большей степени характеризует низкотемпературные свойства топлив применительно к реальным условиям его использования и особенно удобна при сравнении различных партий топлива, а также сравнении способности присадок изменять форму и размеры кристаллов парафина.

Возвратное топливо, сливаемое в бак, при рациональном размещении сливной и заборной трубок способствует подаче к фильтру подогретого топлива. Но при очень низких температурах этого может оказаться недостаточно для растворения образовавшихся кристаллов парафина. Уместно также напомнить, что образовавшиеся при некоторой температуре кристаллы растворяются при гораздо более высокой температуре: «мягкий» парафин плавится при 42…45 °С, «твердый» — при 54…57 °С, а «озокерит»— при 78…80 °С. Кроме того, при запуске двигателя в бак сливается, естественно, холодное топливо.

Таблица 2.9. Значения предельной температуры фильтруемости

В дизельных топливах содержится довольно много углеводородов с высокой температурой плавления. Для всех классов углеводородов справедлива закономерность: с ростом молекулярной массы, а следовательно, и температуры кипения повышается температура плавления углеводородов. Однако весьма сильное влияние на температуру плавления оказывает строение углеводорода. Углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения могут иметь значения температур плавления в широких пределах. Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах (кроме бензола, н-ксилола), однако эти углеводороды, но с длинной неразветвленной боковой цепью, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается.

Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения. При этом температура помутнения топлива не зависит от суммарного содержания в нем н-парафиновых углеводородов.

Таблица 2.10. Плотность отечественных дизельных топлив

Таблица 2.11. Характеристики дизельных топлив с различными низкотемпературными свойствами*

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние топлива получают облегчением фракционного состава. Так, для получения дизельного топлива с t3 = -35 °С и tп = -25 °С требуется понизить температуру конца кипения топлива с 360 до 320 °С, а для топлива с t3 = -45 °С и tn = -35 °С — до 280 °С, что приводит к снижению отбора дизельного топлива от нефти с 42 до 30,5 и 22,4 % соответственно.

В настоящее время в стандарт на дизельные топлива (ГОСТ 305-82) введены только два показателя, характеризующие низкотемпературные свойства дизельных топлив — температура застывания Тз и температура помутнения Тп. Показатель — предельная температура фильтруемости Тф, как характеризующий низкотемпературные свойства дизельных топлив, включен пока лишь в ТУ 38.101889-81 на топливо дизельное летнее с депрессорной присадкой для районов умеренной климатической зоны. По ГОСТ 305-82 для топлива без депрессора низкотемпературные свойства регламентируют по tЗ и tП. Разность не должна превышать 10 °С.

Каждое время года оказывает влияние на усло­вия применения топлив, но больше всех – зима. Поэто­му важно знать, как будет вести себя топливо при низкой температуре.

О свойствах дизельного топлива, которые проявля­ются только при низкой температуре, судят по трём по­казателям: вязкости, температуре помутнения и температуре застывания топлива.

С понижением температуры текучесть топлива ухудшается, так как воз­растает его вязкость, а также в нём образуются кристаллики парафина и льда.

С повышением вязкости затрудняется прокачка топлива по трубопроводам, затрудняется его фильтрация и пуск двигателя; последнее связано с ухудшением распыла и испаряемости топлива.

Обычно вязкость дизельных топлив даже при очень низкой температуре не возрастает до таких величин, что­бы вызывать большие затруднения в эксплуата­ции, однако кристаллики парафина и льда часто вызывают серьезнейшие неполадки в работе дизеля.

Температура помутнения топлива – это темпе­ратура, при которой топливо начинает мутнеть и терять прозрачность из-за того, что в нём появляются микро­скопические капельки воды, кристаллики льда или высокоплавких углеводородов. Кристаллики эти настолько малы, что в отдельности не видны, но в массе делают топливо мутным.

У дизельных топлив температуру помутнения опре­деляют так же, как и у бензинов: стеклянную пробирку с топливом помещают в охлаждающую смесь и, по термометру, опущенному в топливо, наблюдают, при какой температуре топливо помутнеет (рис. ).

Выделение в топливе кристалликов пара­фина, несмотря на их малые размеры, представляет большую опасность, так как они могут закупорить ча­стично или полностью поры фильтров тонкой очи­стки и нарушить подачу топлива к насосам и форсун­кам. При дальнейшем понижении тем­пературы кристаллики парафина сращиваются, образуя сетчатый или сотовый каркас. Ког­да такой каркас образуется во всей массе, то топливо теряет свою подвижность и, как говорят, застывает.

Температура застывания –это показатель, по которому судят о склонности топлива к застыванию. Для определения температуры застывания стандартную пробирку с топливом выдерживают в течение 5 мин в охлаждающей смеси, а за­тем наклоняют под углом 45° и выдерживают в таком по­ложении при той же температуре 5 мин. Ес­ли при этом топливо в пробирке не сместится (не займёт горизонтального положения), то оно считается застывшим и температура, при которой про­водился опыт, принимается за температуру застывания.

Если же топливо сместится, то опыты повторяют при более низких температурах до тех пор, пока не определят, при какой температуре топливо теряет под­вижность (рис. 8).

Рис. 8.Определение температуры за­стывания топлива

Температура застывания дизельных топлив, которая на несколько градусов ниже температуры помутнения, является важным показателем возможности производить слив и перекачку топлива при низкой температуре. Чем выше температу­ра застывания, тем труднее применять топливо при низкой температуре.

Для улучшения низкотемпературных свойств при производстве дизель­ных топлив применяют следующие способы: удаляют парафин, добавляют присадки, понижающие температуру застывания, облегчают фракционный состав и снижают вязкость.

Процесс удаления из топлива парафина называется депарафинизацией. Наиболее распространённый способ депарафинизации основан на вымораживании парафина при сильном охлаждении топлива. Депарафинизация позволяет получить дизельное топ­ливо с хорошими низкотемпературными свойства­ми, однако процесс депарафинизации сложен, значи­тельно повышает стоимость топлива и снижает его цетановое число. Поэтому депарафинизацию производят только при получении специальных сортов дизельного топлива, например арктического.

Более простым и доступным способом улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива явля­ется применение так называемых депрессорных* приса­док, понижающих температуру застывания. Один про­цент эффективной депрессорной присадки способен снизить температу­ру застывания топлива на 10, 20, а то и на

50 °С. Однако, это зависит от того, каков химический состав топлива и как оно очищено. Так, например, при наличии в дизельном топливе смолистых веществ депрессорная присадка будет дей­ствовать менее эффективно.

Депрессорная присадка почти не влияет на появление кристалликов парафина в топливе, и поэтому темпера­тура помутнения топлива в присутствии присадки не меняется или изменяется лишь на несколько градусов.

Действие депрессорной присадки сводится к тому, что она препятствует сращиванию кристалликов парафина между собой, задерживая образование каркаса, и тем самым снижая температуру засты­вания топлива.

Наиболее удобным, простым и достаточно эффектив­ным способом получения дизельных топлив с хорошими низкотемпературными свойствами является разбавление топлива керосиновыми фракциями. Этим спо­собом широко пользуются для изготовления зимних сор­тов дизельных топлив, имеющих облегчённый фракцион­ный состав, пониженную вязкость и низкую температу­ру помутнения и застывания.

Температуру вспышкиопределяют в специальном приборе. Для этого тигель с дизельным топливом закрывают крышкой и помещают в нагреваемую ван­ну (рис. 9). Прибор снабжён устройством, открывающим на крышке тигля лючок, в который автоматически опускается фитилёк для поджигания паров топлива, образующихся в тигле. Температуру топлива рав­номерно повышают и время от вре­мени вводят зажжённый фитиль в тигель. Опыт ведут до тех пор, по­ка не произойдет вспышка паров топ­лива.

Температу­ра вспышки топлива – это температура, до которой необходимо нагреть топ­ливо, чтобы его пары образова­ли с воздухом смесь, воспламеняющуюся от открыто­го пламени.

Температура вспышки, определяе­мая в закрытом тиг­ле, в некоторой сте­пени характеризует степень пожарной опасности топлива.

Зольность. Выпаривают 1 л топлива в колбе до 30−40 мл остатка, который прокаливают в тиг­ле при тёмно-красном калении до полного озоления. По­лученное количество золы выражают в массовой доле (%) к литру топлива. Высокая зольность указывает на загряз­нённость топлива.

Рис. 9. Прибор с закрытым тиглем для определения температуры вспышки топ­лива

Механические примеси,которые в бензине довольно быстро оседа­ют на дно, в дизельном топливе длительное время удерживаются во взвешенном состоянии. Наличие примесей в дизельном топливе может явиться причиной бы­строго износа топливоподающей аппаратуры и даже вы­хода её из строя. Чтобы определить содержание механических примесей, 100 г топлива фильтруют через высушенный бумажный фильтр. Взвешиванием высушенного после опыта фильтра определяют количе­ство задержанных примесей, выражая его в массовой доле (%) к топливу.

Наличие механических примесей в топливе опас­но для всех двигателей внутреннего сгорания, но особенно — для быстроходных дизелей. Топливные насосы и фор­сунки для быстроходных дизелей изготавливаются по высокому классу точности, и поэтому они весьма чувстви­тельны даже к мельчайшим механическим при­месям в топливе.

В топливоподающей систе­ме дизеля прецизионными парами деталями, изготовленными с большой точностью являются: в топлив­ном насосе «плунжер − гильза» и «нагнетательный клапан − седло клапана», в форсунке «распылитель – игла распы­лителя». Эти детали изготавливают с точностью до 1 мкм, а зазор между сопряжёнными парами составляет всего 1,5 − 2,5 мкм (рис. 10).

Рис. 10. В топливном насосе дизеля зазоры меж­ду прецизионными парами в 20—30 раз меньше толщины

Водорастворимые кислоты и щёлочи. Топливо даже с ничтожными следами минеральных кислот (серной, хлороводородной, азотной) или щелочей (едкое кали, едкий натр) непригодно к употреблению. Чтобы убедиться в том, что в топливе нет водорастворимых минеральных кислот и щелочей, пользуются следующим способом: 50 г топлива, нагретого до 70−80 °С, взбалтывают с 50 мл дистиллированной воды, нагретой до 70−80 °С. После отстаивания воду наливают в две пробирки. В одну пробирку добавляют две-три капли метилоранжа (в присутствии кисло­ты он окрашивается в красный цвет), а в другую – две-три капли фенолфталеина (в присутствии щёлочи он окрашива­ется в розово-фиолетовый цвет). Если в топ­ливе нет минеральных кислот и щелочей, то цвет воды в пробирках при добавлении индикаторов не изменится.

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |