А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы

• Название: А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы
• Дата: 21.02.2022
• Размер: 2.39 Mb.
• Имя файла: 014.docx
• Тип: Документы; #369524
• страница: 15 из 72

Свойства дизельных топлив

К свойствам дизельных топлив, отвечающим всем эксплуата- ционным требованиям, относятся: фракционный состав и испаря- емость, цетановое число, вязкость и плотность, низкотемператур- ные свойства, склонность к нагарообразованию, противокоррози- онные свойства и стабильность, наличие механических примесей и воды, удовлетворение экологических требований.

Фракционный состав топлива определяет его испаряемость (СТБ 1658–2006, ГОСТ 305–82). При облегчении топлива ухуд- шается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. Поэ-

тому пусковые свойства дизельных топлив в некоторой степени определяет температура выкипания 50 % топлива (t_{50 %}). Чем эта температура ниже, тем более облегчен фракционный состав данно- го топлива, тем быстрее и полнее оно испаряется в камере сгора- ния. Однако после прогрева двигателя до рабочей температуры топливо с облегченным фракционным составом ведет к увеличе- нию периода задержки самовоспламенения и вызывает жесткую работу дизеля.

Температура выкипания 96 % топлива (t_{96 %}) регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение ко- торых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повы- шает нагарообразование и дымность отработавших газов. Часть топлива в жидком виде стекает по стенкам цилиндра в масляный картер, смывая смазочный материал и повышая износ деталей двигателя. Поэтому чрезмерное утяжеление топлива, как и его об- легчение, нежелательно.

Температура начала кипения отечественных дизельных топлив обычно составляет 170...200 С, величина t_{50 %} равна 255...280 С, а температура конца перегонки (t_{96 %}) примерно равна 330...360 С. Цетановое число — показатель, указывающий скорость нарас- тания давления при сгорании жидкого нефтяного топлива в порш- невых двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, выраженный в единицах эталонной шкалы. Это условный показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно рав- ный объемному проценту цетана (н-гексадекана) в эталонной сме- си с -метилнафталином, которая равноценна по воспламеняемо- сти испытуемому топливу. Воспламеняемость дизельного топлива характеризует его способность к самовоспламенению в камере сго- рания. Воспламенение горючей смеси в дизельных двигателях происходит без постороннего источника зажигания. Смесь само- воспламеняется под действием высокой температуры в результате

бурно протекающих в ней реакций окисления.

Цетановое число определяется по СТБ ИСО 5165–2002 и ГОСТ 3122–67 на установках ИТ9-3 и ИТ9-3М. Установки имеют одноцилиндровый четырехтактный дизель с переменной степенью сжатия от 7 до 23. При проведении испытаний угол опережения впрыскивания топлива должен быть 13 до верхней мертвой точки, давление впрыскивания — 10,4 МПа. При определении цетанового

числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (900  10 мин^–1).

Для определения цетанового числа составляют эталонные сме- си. В их состав входят цетан С₁₃Н₃₄ и -метилнафталин С₁₁Н₁₀. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 еди- ниц, -метилнафталина — за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана.

Так, если смесь состоит из 30 % цетана и 70 % -метилнафталина, то считается, что ее цетановое число (ЦЧ) равно 30.

Цетановое число, определяемое по методу совпадения вспы- шек, обозначается: ЦЧ/СВ, например 45/СВ (СТ СЭВ 2877–81). Цетан относится к нормальным углеводородам парафинового ряда, для которых характерны наиболее быстрый распад и окисле- ние в сжатом воздухе под действием температуры и давления. У него очень небольшой период задержки воспламенения, что обе- спечивает мягкую работу двигателя. Представитель углеводородов ароматического ряда -метилнафталин отличается наибольшим периодом задержки и высокой температурой воспламенения. По- этому при большом содержании -метилнафталина (низком цета- новом числе) происходит резкое нарастание давления в цилиндре

двигателя и жесткая работа дизеля.

Цетановое число дизельного топлива зависит от его химиче- ского состава, склонности к окислению. Наиболее быстро окисля- ются и распадаются парафиновые углеводороды нормального строения. Они имеют самые высокие цетановые числа. Аромати- ческие углеводороды самовоспламеняются при более высоких температурах и за больший промежуток времени, имеют самые низкие цетановые числа.

Цетановое число может быть определено также расчетным пу- тем, например по плотности и кинематической вязкости при тем- пературе 20 С по формуле




20
ЦЧ  1,5879 ^{V2017,8}, (2.12)

4


4
где V₂₀ — кинематическая вязкость при температуре 20 С; ²⁰ —

плотность топлива при температуре 20 С.

При известном углеводородном составе цетановое число мож- но вычислить по формуле

ЦЧ  0, 85П  0,1Н  0, 2А, (2.13)

где П, Н, А — содержание соответственно парафиновых, нафтено- вых и ароматических углеводородов.

По ГОСТ 305–82 цетановое число дизельного топлива должно быть не менее 45. Согласно СТБ 1658–2006 цетановое число долж- но быть не менее 51 для дизельного топлива, применяемого в усло- виях умеренного климата, и 47…49 — для дизельного топлива, применяемого в условиях арктического и холодного климата.

Чем выше цетановое число, тем лучше воспламеняемость то- плива. В то же время при использовании топлива с повышенным цетановым числом происходит преждевременное воспламенение топливной смеси, которое снижает экономичность и мощность ди- зеля, вызывает обильное дымление. Применение топлива с цета- новым числом менее 40 обусловливает жесткую работу двигателя (возникает характерный металлический стук, напоминающий де- тонацию в бензиновом двигателе; вибрация; перегрев поршней и головок цилиндров и др.).

Цетановое число топлива может быть повышено регулирова- нием углеводородного состава или введением в состав топлива специальных присадок. Однако увеличение концентрации нор- мальных парафинов (цетана) при снижении концентрации арома- тических углеводородов ограничено повышенной температурой плавления нормальных парафинов, поэтому их содержание в зим- них марках дизельных топлив строго регламентировано. Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему добавля- ют специальные высокоцетановые присадки: синтин (продукт синтеза окиси углерода и водорода), перекись углеводородов, нитросоединения. Однако они широкого распространения не полу- чили из-за невысокой стабильности при хранении и большой взрывоопасности.

Кислородсодержащие присадки (органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты — этилнитрат, изопропилнитрат и др.) резко снижают период задержки самовоспламенения, кото- рый внешне проявляется как работа дизеля на высокоцетановом

топливе. Данные присадки ускоряют начальные предпламенные реакции и способствуют образованию новых активных центров реакции. Так, добавление 1 % изопропилнитрата в зимнее, аркти- ческое или низкоцетановое топливо, полученное путем каталити- ческого крекинга, повышает цетановое число на 10 12. Кроме

того, эта присадка позволяет улучшить пусковые качества топлива при низкой температуре и уменьшить нагарообразование. Однако производство этих присадок в последнее время сокращено. Спе- циалистами фирмы «Юникол» разработана новая эффективная присадка «Миакрон-2000», основу которой составляет этилгек- силнитрат. Массовая доля присадки в дизельном топливе должна быть 0,1. 0,3 %.

В соответствии с СТБ 1658–2006 «Топливо дизельное. Техни- ческие требования и методы испытаний» нормированию подле- жит такой показатель, как цетановый индекс. Минимальное его значение должно составлять 46. Расчет цетанового индекса произ- водится в соответствии с СТБ 4264–2003 «Нефтепродукты. Рас- чет цетанового индекса средних дистиллятов по уравнению с че- тырьмя переменными».

Цетановым индексом называется значение, рассчитанное по уравнению с четырьмя переменными. Цетановый индекс не явля- ется альтернативным способом выражения цетанового числа; это дополнительный инструмент, который применяется надлежащим образом в отношении ограничений. Цетановый индекс использу- ется для оценки цетанового числа дизельного топлива в тех случа- ях, когда двигатель при испытаниях недоступен для непосред- ственного определения данного показателя или когда в наличии имеется проба, не соответствующая требованиям метода с исполь- зованием двигателя. В случае, если цетановое число топлива было установлено ранее, цетановый индекс может использоваться для подтверждения цетанового числа других проб данного топлива при условии, что источник получения топлива и способ его произ- водства остаются неизменными.

Сущность метода заключается в следующем. Плотность при температуре 15 С и температуры, при которых получены 10 %, 50 % и 90 % объема отогнанного продукта (температуры при пере- гонке), определяют посредством стандартных методов испытаний, а цетановый индекс рассчитывается на основании данных, полу-

ченных при испытании, с применением известных соотношений.

Определение цетанового индекса может быть произведено дву- мя методами. Первый метод заключается в том, что измеренные значения плотности и температуры перегонки 10 %, 50 % и 90 % топлива подставляют в уравнение

СI 45,2  0,0892T_10N (0,131  0,901В)Т_50N


10

90
+ (0,0523 – 0,42В)Т_90N 0,00049(Т² _N– Т² _N) +

 107В 60В², (2.14)

где T_10N T₁₀ – 215; T_50N T₅₀ – 260; T_90N T₉₀ – 310; T₁₀ — темпе-

ратура, при которой получено 10 % отгона при перегонке, С; T₅₀ — температура, при которой получено 50 % отгона при перегонке, С; T₉₀ — температура, при которой получено 90 % отгона при пере- гонке, С; B  [exp(–0,0035D_N)] – 1; D_N D – 850; D — плотность при температуре 15 С, кг/м³.

Второй метод заключается в использовании номограмм.