Ответы к экзамену Ульшиной. Компоненты нефти и нефтепродуктов
 Скачать 1.43 Mb.
|
Нефть и нефтепродукты представляют собой сложную жидкую смесь близкокипящих углеводородов и высокомолекулярных углеводородных соединений с гетероатомами кислорода, серы, азота, некоторых металлов и органических кислот. Основными структурными элементами нефти являются углерод и водород, а элементарный состав колеблется в небольших пределах: углерод 83÷87%, водород 11÷14%. На долю других элементов, объединяемых группой, смолисто-асфальтеновые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения, содержащие углерод, водород, серу, азот и металлы. К ним относятся: нейтральные смолы, растворимые в бензинах; асфальтены, не растворимые в петролейном эфире, но растворимые в горячем бензоле; карбены, растворимые в сероуглероде; карбониты, ни в чем не растворимые. При сгорании нефти получается зола (сотые доли процента), состоящая из окислов кальция, магния, железа, алюминия, кремния, натрия и ванадия. Кстати, соединения последнего являются переносчиками кислорода и способствуют активной коррозии. Углеводороды, различающиеся содержанием углерода и водорода в молекуле, а также строением, являются основным компонентом нефти. Углеводороды принято разделять на парафиновые(насыщенные алканы), нафтеновые и ароматические. Преобладание той или иной группы углеводородов придает этим продуктам специфические свойства. В зависимости от преобладания в нефти одного из трех представителей углеводородов (более 50%) нефти именуются метановые, нафтеновые или ароматические. В случае, когда к доминирующему присоединяется другой углеводород в количестве не менее 25%, то им дают комбинированное название, например, метанонафтеновые.
Разделение таких сложных смесей, как нефть и конденсат, на более простые называют фракционированием. Нефтепродукты и конденсаты, получаемые из нефти, являются фракциями, вскипающими в достаточно узких температурных пределах (см. рис. 1.1), определяемых техническими условиями. При перегонке нефти, имеющей типичный состав, можно получить: 31 бензиновых фракций, 10 керосиновых, 51 дизельных, 20 базового масла и около 15 составит мазут. Условно товарные нефтепродукты делятся на светлые, темные, пластичные смазки и нефтехимические продукты. К светлым нефтепродуктам относят и бензины, керосины, топлива для реактивных двигателей, дизельные топлива. Темные нефтепродукты – это различные масла и мазуты. В процессе перегонки составляющие его компоненты отгоняются в порядке возрастания их температур кипения. При определении фракционного состава по ГОСТ 2177-82 перегонку ведут до 300°С. При этом отмечают температуру начала перегонки (н. к.) и объемы дистиллятов при 100, 120, 150, 160°С, а далее через каждые 20°С до 300°С. Обычно бензиновые фракции выкипают в пределах 35205С, керосиновые – 150315С, дизельные – 180420С, тяжелые масляные дистилляты – 420490С, остаточные масла – выше 490С. Перегонку нефтепродуктов с температурами кипения до 370С ведут при атмосферном давлении, а с более высокими – в вакууме или с применением водяного пара (для предупреждения их разложения). Кстати, автомобильные бензины А-72, А-76, АИ-93 имеют практически один и тот же фракционный состав. Авиационные бензины отличаются повышенным содержанием легких фракций. Содержание в продукте тех или иных фракций определяется техническими условиями на данный нефтепродукт и зависит от его назначения. Нефти классифицируются по содержанию в них бензиновых, керосиновых и масляных фракций. Фракционный состав нефтяных смесей определяется обычно простой перегонкой с дефлегмацией или ректификацией; разгонку легких фракций проводят при низких температурах и повышенных давлениях, средних фракций – при атмосферном давлении, тяжелых фракций – в вакууме  При обработке данных о свойствах нефтей для определения фракций Фргде КГ– коэффициент, учитывающий глубину стабилизации нефти на промысле или потерю нефти в резервуарных парках; n – показатель вязкости, для Башкортостана и Куйбышевской области n = 0,680, Татарстана – 0,685, Саратовской области, Западной и Восточной Сибири – 0,66, Сахалинской области – 0,655, Пермской области и Удмуртии – 0,675, для туркменских, узбекских и таджикских нефтей n = 0,64, Казахстана – 0,675, η 20 и η 50 – динамическая вязкость нефти, соответственно, при температурах 20 и 50С, Па. По содержанию серы нефти классифицируются на три класса: малосернистые (до 0,2% серы), сернистые (0,2÷3,0% серы) и высокосернистые (более 3,0%). Сера в нефти находится в виде сероводорода, меркаптанов и сульфидов до 6%, иногда – в свободном виде. Сера и ее соединения активно взаимодействуют с металлами, также вызывая сильную коррозию
Плотностью называется количество покоящейся массы в единице объема. На практике часто имеют дело с относительной плотностью нефти и нефтепродукта, которая определяется отношением их массы при температуре определения к массе чистой воды при +4С, взятой в том же объема. Плотность воды при +4С имеет наибольшее значение и равна 1000 кг/м3. Относительную плотность принято определять при +20С, что обозначается символом ρот. Относительная плотность нефтей и нефтепродуктов при +20С колеблется в пределах от 0,7 до 1,07.
Существует также понятие относительного удельного веса, численная величина которого равна численной величине относительной плотности. Плотность и удельный вес нефти и нефтепродуктов зависят от температуры. Для пересчета плотности при одной температуре на плотность при другой может служить следующая формула (1.5)  где – поправка на изменение плотности при изменении температуры на 1С; 20 – плотность нефти или нефтепродукта при t = +20С. Плотность нефтей и нефтепродуктов для практических измерений считается аддитивной величиной. Плотность газа можно определить из соотношения молекулярной массы, выраженной в килограмм-молекулах (кмоль), к общему объему одной килограмм-молекулы, который согласно закону Авогадро составляет 22,412 м3:  Относительная плотность ОТН– отношение плотностей газа Г к плотности стандартного вещества (например воздуха В =1,293кг/м3) при определенных физических условиях.  Значения ρ и ρОТН некоторых простых углеводородов приведены в табл. 1.4. Важность данной характеристики особенно подчеркивается в условиях эксплуатации различного оборудования. Так, например, при утечках в помещениях газы с ОТН< 1 распространяются прежде всего в верхней зоне помещения, а газы с ОТН > 1 (например сжиженные) попадают в каналы, подвалы и т.п. Плотность смеси газов также подчиняется закону аддитивности. (1.4)  Удельным весом называется вес единицы объема, т.е. сила притяжения к земле единицы объема вещества. где – плотность вещества, кг/м; g – ускорение силы тяжести. Давления насыщенных паров – это давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью при данных термодинамических условиях и соотношении объемов фаз. Такая характеристика позволяет судить о склонности нефтей и нефтепродуктов к образованию паровых пробок, например в трубопроводе, потерях при испарении и хранении в резервуарах и т.д., и является основным показателем испаряемости и стабильности товарных нефтепродуктов.  Давление насыщенных паров рS химически однородных жидкостей и азеотропных (не изменяющих свой состав в процессе испарения) веществ изучено достаточно хорошо. Установлено, что рS зависит от температуры и может быть определено с помощью простой формулы:где рST – давление насыщенных паров при температуре Т; рSTo – давление насыщенных паров при известной температуре То; k – эмпирический коэффициент. Парциальное давление рi любого компонента в жидкой смеси равно произведению давления насыщенного пара рSiчистого компонента на его мольную концентрацию хi в чистом виде хiрSi = рSyi. (1.23) Уравнение (1.23) известно под названием объединенного закона Дальтона – Рауля, согласно которому можно сделать важный вывод – в состоянии равновесия парциальное давление любого компонента смеси в паровой фазе равно парциальному давлению того же компонента в жидкости. Давление насыщенных паров Рs для нефтепродуктов в интервале температур (-30÷100) 0С при температуре t с достаточной точностью определяется по формуле Рыбакова Рst= Р38 · 10 (4,6 – 1430/t), (11.1.6) где Р38 – давление насыщенных паров нефтепродукта по Рейду. Вязкостью называют свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызываемому действием приложенной к жидкости силы.  (1.39)где – напряжение внутреннего трения; dv/dR– градиент скорости по радиусу трубы или относительное изменение скорости по направлению, перпендикулярному к направлению течения, т.е. приращением скорости на единицу длины нормали; η – коэффициент (касательное усилие на единицу площади, приложенное к слоям жидкости, отстоящим друг от друга на расстоянии, равном единице длины, при единичной разности скоростей между ними). Динамической вязкость - абсолютная вязкости, т.к. эта величина выражается в абсолютных единицах Формула Пуазейля в современной редакции выглядит следующим образом:  где η – коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость); Р – давление, при котором происходило истечение жидкости; τ – время истечения жидкости в объеме V, L – длина капилляра; r – радиус капилляра. Единицей динамической вязкости является сила, необходимая для поддержания разности скоростей, равной 1 м/с, между двумя параллельными слоями жидкости площадью 1 м2 находящимися друг от друга на расстоянии 1 м, т.е. единицей измерения динамической вязкости в системе СИ является Н с/м2 или Па с. Единица динамической вязкости, выраженная в физической системе измерения СГС, в честь Пуазейля называется пуазом, т.е. за единицу динамической вязкости принимают сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев площадью 1 см2, отстоящих друг от друга на 1 см, под влиянием внешней силы в 1 дн при скорости перемещения в 1 см 1 с. Динамическую вязкость при температуре t обозначают ηt. Приближенное совпадение численного значения динамической вязкости воды при 20°С с 1 сантипуазом (сП) дало повод Бингаму предложить построить систему единиц вязкости, в которой исходной единицей является динамическая вязкость воды при 20°С, принимаемая по Бингаму за 1 сП (точнее η20 воды равна 1,0087 сП). Таким образом, для большинства практических измерений с достаточной точностью можно считать, что η20 воды соответствует 1 сП. Это представляет большое удобство в практической вискозиметрии, для которой большое значение имеют жидкости с постоянными физико-химическими константами, имеющие точно известную вязкость при данной температуре. Из числа относительных обозначений наибольшим распространением пользуется так называемая удельная вязкость, показывающая, во сколько раз динамическая вязкость данной жидкости больше или меньше динамической вязкости воды при какой-то условно выбранной температуре. Таким образом, удельная вязкость представляет собой отвлеченное число. коэффициент кинематической вязкости, который представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости при той же температуре  В физической системе единиц широкое применение имеет единица кинематической вязкости в см2/с (стокс – Ст.) и мм2/с (сантистокс – сСт). Таким образом, 1 ст представляет собой вязкость жидкости, плотность которой равна 1г/1мл и сила сопротивления которой взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см2, находящихся на расстоянии 1 см один от другого и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с, равна 1 дн. Вязкость нефтей и нефтепродуктов зависит от температуры, увеличиваясь с ее понижением. Наибольшее применение для практических расчетов подучила формула Рейнольдса-Филонова (1.42)  (1.43) 45 где u – коэффициент крутизны вискограммы, 1/К; *, – кинематическая вязкость при известной температуре Тж и при температуре Т; e – основание натурального логарифма. (1.41) Для нахождения коэффициента крутизны вискограммы для данного продукта достаточно знать значения вязкостей при двух температурах Т1 и Т2.. Динамическая и кинематическая вязкости – это вполне определенные физические характеристики, которые, как и все другие величины, выражены в абсолютных единицах и могут быть подставлены в те или другие расчетные формулы. В случаях, когда вязкость применяется не как расчетная величина, а как практическая характеристика нефтепродукта, ее принято выражать не в абсолютных, а в относительных, или условных, единицах. 5) Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов ( температура вспышки, воспламенения, самовоспламенения). Проукты нефтепереработки относятся к числу пожароопасных веществ. Пожароопасность керосинов, масел, мазутов и других тяжелых нефтепродуктов оценивается температурами вспышки и воспламенения. Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных стандартных условиях, образуют с окружающим воздухом взрывчатую смесь и вспыхивают при поднесении к ней пламени. Следует отметить, что при определении температуры вспышки бензинов и легких нефтей определяют верхний предел взрываемости, а для остальных нефтепродуктов – нижний. Температура вспышки зависит от фракционного состава нефтепродуктов. Чем ниже пределы перегонки нефтепродукта, тем ниже и температура вспышки. В среднем температура вспышки бензинов находится в пределах от –30 до –400С, керосинов 30-600С, дизельных топлив 30-900С и нефтяных масел 130-3200С. По температуре вспышке можно судить о наличии примесей более низкокипящих фракций в тех или иных товарных или промежуточных нефтепродуктах. Температурой воспламененияназывается температура, при которой нагреваемый в определенных условиях нефтепродукт загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения всегда выше температуры вспышки. Чем тяжелее нефтепродукт, тем больше эта разница. При наличии в маслах летучих примесей эти температуры сближаются. Температурой самовоспламененияназывается температура, при которой нагретый нефтепродукт в контакте с воздухом воспламеняется самопроизвольно без внешнего пламени. Температура самовоспламенения нефтепродуктов зависит и от фракционного состава и от преобладания углеводородов того или иного класса. Чем ниже пределы кипения нефтяной фракции, тем она менее опасна с точки зрения самовоспламенения. Температура самовоспламенения уменьшается с увеличением среднего молекулярного веса нефтепродукта. Тяжелые нефтяные остатки самовоспламеняются при 300-3500С, а бензины только при температуре выше 5000С.При появлении внешнего источника пламени (огня или икры) положение резко меняется, и легкие нефтепродукты становятся взрыво- и пожароопасными. Из углеводородов самыми высокими температурами самовоспламенения характеризуются ароматические углеводороды 6.Теплофизические свойства нефти и нефтепродуктов (теплоемкость, теплосодержание, излучение, конвекция, теплопроводность) Удельная теплоёмкость. Удельная теплоёмкость нефти – количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1г нефти на 1С. Удельная теплоёмкость колеблется в пределах 0,4 – 0,5 кал (г*С)-1 . С повышением плотности нефти она уменьшается. Теплосодержание При сжигании углеводорода происходят два процесса — идет химическая реакция и выделяется теплота. Хими ческая реакция обычно представляет собой превращение углеводорода и кислорода в диоксид углерода и воду: 2 С6Н6 + 15 02 12 С02 + 6 Н20 + тепло. Количество теплоты, выделяющееся в процессе реак ции, различно для разных углеводородов. В нефтеперера батывающей промышленности количество теплоты обыч но измеряют в Британских тепловых единицах (1 BTU = 1054,8 Дж = 252 кал). Под удельным теплосодержанием жидких нефтепродуктов ( энтальпией) при данной температуре понимают количество тепла, которое требуется для нагревания 1 кг жидкости от 0 С до данной температуры Конвекция Конвекция возникает при механическом перемешивании растворов или вследствие различий в плотности внутри раствора, вызванных градиентами концентрации или температуры. Конвекция может быть свободная ( естественная), появляющаяся в поле действия гравитационных сил при наличии неоднородности плотности во флюиде, возникшей в результате действия градиентов температуры или химического потенциала. Вынужденная конвекция вызывается внешним механическим воздействием на среду. Капиллярная конвекция появляется в объемах жидкости со свободной поверхностью при наличии перепадов поверхностного натяжения, вызванных действием градиентов температуры ( термокапиллярная конвекция) или химического потенциала поверхностно-активного вещества Теплопроводность Теплопроводность нефтей зависит от их химического и фракционного состава. Теплопроводность нефти по мере перегонки и деструкции возрастает. Теплопроводность нефтей определяет перенос энергии от более нагретых участков неподвижной нефти к более холодным. Коэфициент теплопроводности нефти в среднем равен 0 1 ккал / м час С, теплоемкость 0 4 ккал / кг С, уд. 7.Технические харастеристики нефтепродуктов (электропроводность,взрывоопасность, релаксация, старение, стабильность) ВзрывоопасностьВзрывоопасность, самовозгораемость и ядовитость транспортируемых грузов учитывается по специальным техническим условиям, которые необходимо обязательно выполнять при проектировании машины. Взрывоопасность представляет выделяющийся в процессе заряда аккумуляторных батарей водород, который образует с кислородом воздуха гремучий газ, легко взрывающийся при наличии искры. Взрывоопасность при любых режимах обеспечивается искро-безопасностью при любом количестве повреждений в нормальном и аварийном режимах, за исключением повреждений в искробезопасных защитных элементах схемы. Взрывоопасность жидкостей и горючих газов характеризуется температурой вспышки паров данной жидкости и температурой сВзрывоопасность нефтей и нефтепродуктов характеризуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний предел взрываемости - это концентрация паров жидкости в воздухе, ниже которой не происходит вспышки смеси из-за избытка воздуха и недостатка паров при внесении в эту смесь горящего предмета. Верхний предел взрываемости соответствует такой концентрации паров нефти и нефтепродуктов в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит. Значения концентрации паров между нижним и верхним пределами взрываемости называют интервалом взрываемости.амовоспламенения взрывоопасной смеси горючих паров и газов с воздухом . Старение Старение нефтяных эмульсий имеет большое практическое значение для подготовки нефти к переработке, так как свежие эмульсии разрушаются значительно легче и при меньших затратах, чем после старения. Старение нефтяных эмульсий имеет большое практическое значение, так как свежие эмульсии разрушаются значительно легче и быстрее, чем постаревшие. Для прекращения процесса старения необходимо как можно быстрее смешивать свежеполученные эмульсии с деэмульгатором, если невозможно предупредить их образование, деэмульхадор -, с высокой поверхностной активностью, адсорби-руясь на поверхности глобул воды, не только способствует вытеснению и разрушению образовавшегося гелеобразного слоя, но и препятствует дальнейшему его упрочнению. Поэтому процесс старения эмульсии, оставшейся в нефти после смешения ее с деэмульгатором, должен полностью прекратиться. Процесс старения нефтяных эмульсий в начальный период происходит весьма интенсивно, затем постепенно замедляется и часто уже через сутки прекращается. Объясняется это старением нефтяных эмульсий: при перемешивании нефти в насосных агрегатах и магистральных нефтепроводах эмульсия дополнительно диспергируется, становится более прочной, поэтому разрушить ее и удалить из нефти остаточные соли весьма трудно. Стабильностьстабильность нефти обеспечивается поддержанием давления насыщенных паров стабильной нефти Ps2 на заданном уровне. Стабильность нефти обеспечивается давлением насыщенных паров стабильной нефти PS. Стабильность нефти обеспечивается поддержанием давления насыщенных паров стабильной нефти Ря. Стабильность нефти обеспечивается поддержанием давления насыщенных паров стабильной нефти Рч: на заданном уровне. Наблюдения за стабильностью нефти при условии взбалтывания ее с водой, когда нефть находилась не только в пленке, но также во взвешенном и эмульгированном состоянии, показали, что степень разрушения нефти и в этом случае лежит ла том же уровне, что и пленочной нефти. Поэтому понятие о стабильности нефтей условно и зависит от конкретных условий: летучести нефти, схемы ее сбора, транспортирования я хранения, степени герметизации промысловых, транспортных и заводских сооружений, возможности реализации продуктов стабилизации, экономической целесообразности проведения тех или иных мероприятий по стабилизации, а также влияния стабилизации на потенциальное содержание бензиновых фракций в нефти, направляемых на переработку. По ГОСТ 1756 - 52 стабильность нефти характеризуется давлением насыщенных паров по Рейду. Различные технологические приемы позволяют получить одно и то же значение ДНП, но количество стабильной нефти при этом бывает разным. Примером может служить одно - и многоступенчатая сепарация. 8. Классификация нефтебаз Нефтебазы являются комплексом сложных многофункциональных инженерно-технических сооружений с различными объектами производственно-хозяйственного назначения. Эти объекты обеспечивают необходимые условия приема и отпуска нефтепродуктов, сбор, отгрузку и регенерацию отработанных масел, тем самым отвечая за бесперебойное и надежное снабжение потребителей нефтью и нефтепродуктами. Обычно нефтебазы классифицируются по:
нефтебазы первой группы подразделяются на три категории: нефтебазы с общим объемом резервуаров более 100 тыс.м3 (РВС-100), общим объемом резервуаров от 20 до 100 тыс.м3(РВС-20 — РВС-100), общим объемом резервуаров до 20 тыс.м3 включительно (РВС-20); на складах второй группы допускается хранение в наземных хранилищах 2000 м3 легко воспламеняющихся продуктов и 10000 м3 горючих продуктов, в подземных – 4000 м3 и 20000 м3 соответственно. виду хранимого продукта: для темных и светлых нефтепродуктов. 9.Основные сооружения нефтебаз, зоны и участки. На территории нефтебазы сооружения и объекты должны быть расположены рационально. Этот вопрос принципиален, так как от этого зависит благоприятность условий, обеспечивающих бесперебойность проведения всех операций, соблюдение санитарно – гигиенических и противопожарных требований. В конечном счете, рациональность расположения определяет экономическую эффективность работы всего комплекса сооружений в целом. Наиболее целесообразным представляется объединение объектов нефтебазы по их технологической или функциональной принадлежности и расположение на территории по зонам. Обычно выделяют шесть – семь таких зон:
Стоит отметить, что разделение нефтебазы на зоны достаточно условно. К примеру, на нефтебазах, где хранятся только светлые нефтепродукты, не производится никаких подогревательных операций. Далеко не на всех нефтебазах, в случае необходимости значительного количества пара и сжатого воздуха, возможно проведение обезвоживания нефтепродуктов и очистка масел. Также ремонт и изготовление бочковой тары выгоднее выполнять централизованно на крупных нефтебазах, имеющих необходимое оборудование. На многих нефтебазах не сооружают тепловых котельных. Таким образом, в разных случаях возможно отсутствие одной или нескольких зон, при этом, некоторые зоны иногда совмещаются, могут выделяться дополнительно новые зоны, обоснованные либо экономическими показателями, либо технологией проводимых операций. 10. Основные и вспомогательные операции, проводимые на нефтебазах Все производственные операции, проводимые на нефтебазах, разделяют на основные и вспомогательные. К основным операциям относятся: - прием нефтепродуктов, доставляемых на нефтебазу железнодорожным, водным, автомобильным транспортом и по трубопроводам или отводам от них; - хранение нефтепродуктов в резервуарах и тарных хранилищах; - отпуск нефтепродуктов в железнодорожные и автомобильные цистерны, нефтеналивные суда или по трубопроводам; - замер и учет нефтепродуктов. ^ К вспомогательным операциям относятся: - очистка и обезвоживание масел и других вязких нефтепродуктов; - смешение масел и топлив; - регенерация отработанных масел; - изготовление и ремонт тары; - ремонт технологического оборудования, зданий и сооружений; - эксплуатация котельных, транспорта и энергетических устройств. Количество вспомогательных операций на различных нефтебазах неодинаково. 11. Классификация нефтепродуктов Существует много различных классификаций нефтепродуктов - продуктов, получаемых в результате переработки нефти. Например, по назначению нефтепродукты обычно подразделяются на моторные топлива, нефтяные масла, энергетические топлива, нефтехимическое сырье и т.д. Однако для упрощения классификации нефтепродукты иногда разделяют на светлые и тёмные. Тёмными нефтепродуктами (black products - англ. «тёмные продукты») считаются все виды мазутов, газотурбинные топлива, дистиллятные масла, а также вакуумные газойли, гудроны и битумы. Такие продукты, как правило, содержат тяжёлые остатки первичной и вторичной переработки нефти и непрозрачны. Светлые нефтепродукты (white products - англ. «прозрачные продукты») включают в себя бензины, нафту (используется как компонент товарных бензинов), керосины, дизельные топлива. Светлые нефтепродукты прозрачны и обычно не содержат тяжелых нефтяных фракций. Вопрос12.ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ Бензины. Основными показателями качества бензинов являются: детонационная. стойкость, фракционный состав и химическая стабильность. Детонационные свойства характеризуют способность бензина быстро и равномерно сгорать. Детонационное сгорание – сверхбыстрое, в виде взрыва, сгорание рабочей смеси. Если скорость нормального сгорания смеси составляет 20… 40 м/с, то при детонационном сгорании она может достигать 2000 м/с и более. Признаком детонационного сгорания являются характерные металлические стуки, появляющиеся в цилиндрах двигателя. Антидетонационная стойкость бензина оценивается октановым числом, которое определяют на специальной установке, сравнивая бензин с эталонным топливом (изооктан – 100 единиц и гептан – нуль). Чем выше степень сжатия для двигателя, тем более высокое октановое число должен иметь применяемый бензин. В целях повышения октанового числа к бензину добавляют антидетонатор -тетраэтилсвинец (ТЭС). Такой бензин называется этилированным. Бензин, содержащий в своем составе тетраэтилсвинец, ядовит и требует осторожности в обращении с ним. Такой бензин, попав в жидком или парообразном виде на кожу или в дыхательные пути человека, может вызвать тяжелые отравления. Поэтому применять этилированный бензин для мытья рук и деталей категорически запрещается. Для отличия обыкновенных бензинов от этилированных последние окрашивают в зеленый, оранжевый, желтый и синий цвета. Фракционный состав характеризует испаряемость бензина (дизельного топлива) и определяется по ГОСТ 2177-82. При этом отмечаются температуры начала и конца кипения. Об испаряемости бензина судят по температурам выпаривания при отгоне. Химическая стабильность бензина характеризует его стойкость против образования смол и нагара. Бензин ее должен содержать серы или сернистых соединений и воды, так как присутствие их приводит к коррозии деталей, а наличие воды, кроме того, затрудняет пуск двигателя Требования, предъявляемые к качеству современных автомобильных бензинов, подразделяют на четыре группы: 1. От производителей автомобилей для обеспечения нормальной работы двигателя; 2. От производителей бензинов, обусловленные возможностями нефтеперерабатывающей промышленности; 3. Связанные с транспортированием и хранением автомобильных бензинов; 4. Экологические. Требования, которые предъявляют производители двигателей с искровым зажиганием к качеству применяемых бензинов: сжигание бензина в смеси с воздухом в камере сгорания должно происходить с нормальной скоростью без возникновения детонации на всех режимах работы двигателя в любых климатических условиях. Это требование устанавливает нормы на детонационную стойкость бензина. Необходимо, чтобы бензин имел высокую теплоту сгорания, минимальную склонность к образованию 4 отложений в топливной и впускной системах, а также нагара в камере сгорания. Продукты сгорания не должны быть токсичными и коррозионно-агрессив-ными. Испаряемость бензинов должна обеспечивать приготовление горючей смеси при любых температурах эксплуатации двигателей. Это требование регламентирует такие свойства и показатели качества бензина, как фракционный состав, давление насыщенных паров, склонность к образованию паровых пробок. Производство автомобильных бензинов осуществляется на сложном комплексе различных технологических процессов переработки нефти. Требования к качеству вырабатываемых автобензинов, обусловленные техническими возможностями отечественной нефтепереработки, накладывают ограничения на показатели фракционного и углеводородного состава, содержание серы и различных антидетонаторов. Условия массового производства требуют обеспечения возможности использования нефтяного сырья с возможно более широким варьированием по углеводородному и фракционному составам и содержанию различных сернистых соединений, что определенным образом влияет на установление норм в спецификациях на соответствующие показатели качества бензинов. В целях увеличения выхода бензина из перерабатываемого нефтяного сырья производство заинтересовано в повышении температуры конца кипения, а эффективное использование бензина в двигателе возможно при определенном ограничении содержания высококипящих фракций. Нормы на показатель детонационной стойкости устанавливаются на уровне, достижимом с использованием имеющихся технологических процессов, компонентов и присадок, допущенных к применению в составе бензинов. Требования производителей автомобилей очень часто идут вразрез с требованиями нефтепереработчиков, и в этих случаях необходимо определить оптимальный экономически целесообразный уровень этих требований. Примером такого компромисса является октановый индекс, характеризующий детонационную стойкость американских автобензинов. Автомобилестроители США предлагали внести в спецификации оценку октанового числа бензина по исследовательскому методу, а нефтепереработчики — по моторному методу. В результате в спецификацию был внесен показатель, равный полусумме октановых чисел по исследовательскому и моторному методам. Требования, связанные с транспортированием и хранением бензинов, обусловлены необходимостью сохранения их качества в течение нескольких лет. Автомобильный бензин с завода-изготовителя по существующим продуктопроводам, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом подается на крупные региональные перевалочные нефтебазы. С этих баз хранения бензин поступает на нефтебазы, снабжающие автозаправочные станции (АЗС), а далее автомобильными цистернами на АЗС. Транспортирование, хранение и применение бензина непосредственно на автомобилях осуществляются в различных климатических условиях при температуре окружающего воздуха от - 50 до + 45 "С, при этом необходимо обеспечить нормальную работу двигателя. Требования, связанные с транспортированием и хранением, регламентируют такие свойства автобензина, как физическая и химическая стабильность, склонность к потерям от испарения и образованию паровых пробок, растворимость воды, содержание коррозионно-агрессивных соединений и т. д. На длительное хранение, как правило, поступают бензины летнего вида с высокой химической стабильностью (индукционный период не менее 1200 мин). Воздействие бензинов на окружающую среду при применении их на автомобильной технике связано с токсичностью соединений, попадающих в атмосферный воздух, воду, почву непосредственно из топлива (испарения, утечки) или с продуктами его сгорания. Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработавшие газы, картерные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака. Отработавшие газы содержат оксид углерода, оксиды азота, серы, несгоревшие углеводороды и продукты их неполного окисления, элементарный углерод (сажа), продукты сгорания различных присадок, например оксиды свинца и галогениды свинца при использовании этилированных бензинов, а также азот и неизрасходованный на сгорание топлива кислород воздуха. Для уменьшения выбросов вредных веществ современные автомобили оснащают каталитическими системами нейтрализации отработавших газов, позволяющими дожигать несгоревшие углеводороды и оксид углерода до СО2, а оксиды азота — восстанавливать до азота. Экологические свойства бензинов обеспечиваются ограничениями по содержанию отдельных токсичных веществ по групповому углеводородному составу по содержанию низкокипящих углеводородов, а также серы и бензола. Эти ограничения позволяют обеспечить надежную работу каталитической системы нейтрализации ОГ и способствуют уменьшению воздействия автомобильного парка на загрязнение окружающей среды. В табл. 1 приведены требования к автобензинам в странах Европейского Экономического Сообщества. В связи с присоединением России к европейским экологическим программам возникла острая необходимость в организации промышленного производства автомобильных бензинов, соответствующих Вопрос 13.Дизельные топлива Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 18 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25–30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями. Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива: цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя; фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя; вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования; низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива; степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндро-поршневой группы двигателя; температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях; наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ. Виды дизтоплива и их характеристика. Дизельное топливо можно характеризовать по его основным показателям таким как: В зависимости от того, для каких целей вы применяете дизтопливо, различают следующие характеристики: дистиллятное маловязкое для быстроходных и остаточное, высоковязкое дизельное топливо для тихоходных двигателей. Если маловязкое состоит из керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга, то вязкое – это смесь керосиново-газойлевых фракций с мазутами После перегноки нефти получают дизтопливо трех марок: • А – арктическое. • З – зимнее. • Л – летнее. Их различают по сезонным характеристикам. А – арктическое дизельное топливо. Применяется при температуре воздуха окружающей среды до – 50 градусов по Цельсию. Его цетановое число – 40, плотность при 20 градусах по Цельсию – не более 830 кг/куб.м, вязкость при 20 градусах по Цельсию – от 1,4 до 4 кв.мм/с, температура застывания составляет – 55 градусов по Цельсию. З – зимнее дизельное топливо. Применяется зимнее топливо при температуре воздуха окружающей среды до – 30 градусов по Цельсию. Цетановое число зимнего топлива – 45, плотность при 20 градусах по Цельсию – не более 840 кг/куб.м, вязкость при 20 градусах по Цельсию – от 1,8 до 5 кв.мм/с, температура застывания составляет – 35 градусов по Цельсию. Л – летнее дизельное топливо. Применяется при температуре воздуха окружающей среды до 0 градусов по Цельсию и выше. Его цетановое число – не ниже 45, плотность при 20 градусах по Цельсию – не более 860 кг/куб.м, вязкость при 20 градусах по Цельсию – от 3 до 6 кв.мм/с, температура застывания составляет – 10 градусов по Цельсию. Качественные показатели дизельного топлива. Дизельное топливо характеризуют по следующим основным показателям: • цетановое число; • вязкость; • содержание серы; • содержание воды; • плотность топлива; • температура помутнения; • возгонка; • несгораемые шлаки; • смазывающая способность. Дизельному двигателю не нужна система зажигания, так как топливно-воздушная смесь воспламеняется от сжатия. В таком случае главным показателем дизельного топлива является цетановое число Л-45. Цетановое число показывает, с какой скоростью дизтопливо воспламеняется в камере сгорания и через, сколько времени оно поступит в цилиндры. Чем меньше данный период протекает, тем меньше сгорает дизтоплива и плавне нарастает давления газа в цилиндрах. Исходя из этого можно с уверенностью сказать, что с увеличением цетановго числа уменьшаются затраты топлива и двигатель работает более плавно и мягко, а так же двигатель завести намного проще. Правильная температура, при которой сгорает дизтопливо не должно превышать 70 градусов по Цельсию, а температура перегонки по ASTM D86, должна быть не ниже чем 200 градусов, но не выше чем 350. Еще один из наиболее важных факторов для качественного дизельного топлива – это вязкость. Если дизтопливо будет жидкое, то оно не сможет достаточно смазывать все необходимые детали топливного насоса, что может привести к поломке системы питания. Если же оно будет слишком вязкое, то не сможет достаточно разлетаться. Европейский стандарт вязкости, которому должно соответствовать дизтопливо, – ISO 3104. С экологической стороны наиболее главным показателем дизтоплива является содержание серы. Большое содержание серы в дизельном топливе, после переработки может привести к глобальному потеплению, в связи с этим необходимо четко нормировать содержание серы в дизтопливе. Под серой подразумевается содержащиеся в дизтопливе сернистые соединения, которые при сгорании и взаимодействии с водой образуют кислоты. Мало того, что это ухудшает экологическое состояние планеты, так еще и существенно вредит двигателю. Большое содержание серы в двигателе может провоцировать коррозию металла и привести к закоксовыванию двигателя. Содержание серы в топливе регулируется европейским стандартом ISO 4260. При низком содержании серы в двигателе необходимо воспользоваться специальными противоизносными присадками. Для того, что бы предотвратить образование серной кислоты и другой нежелательной агрессивной среды необходимо при заливке топлива в бак обеспечить хорошую фильтрацию. Так же необходимо своевременно заменять топливные фильтры и следить за работоспособностью сажевых фильтров, катализаторов и масла. Плотность дизельного топлива характеризует его энергоотдачу. Чем выше плотность – тем большее вырабатывается энергии. Европейский стандарт – ISO 3675. При низкой температуре очень важно для окружающей среды поддерживать необходимую температуру помутнения кристаллов парафина. Этот показатель регулирует европейский стандарт ISO 3015. Возгонка, несгораемые шлаки и смазывающие характеристики дизельного топлива d2 регулируются европейскими стандартами ISO 3405, ISO 6245 и ISO
|