Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине Эксплуатационные материалы
 Скачать 332.45 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Факультет энергомашиностроения и автомобильного транспорта Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство» Валекжанин А.И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Эксплуатационные материалы» Барнаул 2012 УДК 629.113-631.2(075.5) Валекжанин, А.И. Определение показателей качества автомо- бильных бензинов [Текст] : методические указания по выполнению ла- бораторной работы по дисциплинам «Эксплуатационные материа- лы», «Химмотология»/ А.И. Валекжанин, АлтГТУ, им. И.И. Пол- зунова, 2012.-40с.-100 экз. Методические указания предназначены для студентов спе- циальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования», 190602 «Сельскохозяйственные машины и оборудование», для специали- стов по направлению 190109 «Наземные транспортно- технологические средства» и бакалавров по направлению 141100 «Энергетическое машиностроение» всех форм обучения. Методи- ческие указания содержат требования к показателям качества ав- томобильных бензинов, методы их определения и влияние показа- телей качества на работу бензиновых двигателей, справочные ма- териалы. Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Автомобили и автомобильное хозяй- ство», Протокол №6 от 22 февраля 2012г. Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Автомобили и тракторы» АлтГТУ Л.Н. Беседин, к.т.н., доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины» АлтГТУ» Ф.И.Салеев Подписано в печать .23.2012. Формат 60×84 1/16. Печать-ризография. Усл.п.л. 2,3 Тираж 100 экз. Заказ 300/2012. Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656038, г.Барнаул, пр-т Ленина, 46. Лицензии: ЛР № 020822 от 21.09.98 года, ПЛД № 28-35 от 15.07.97 Опечатано в Цоп АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина,46 3 Лабораторная работ № 1 Тема: Определение показателей качества автомобильны бензинов Введение Работа и техническое состояние двигателя внутреннего сго- рания зависит не только от его конструкции и условий эксплуата- ции, но и от качества топлива. В качестве моторного топлива для двигателей с принудительным воспламенение применяется бен- зин. Бензин это смесь парафиновых, нафтеновых, ароматических углеводородов и их производных. В товарных бензинах содержат- ся бензиновые дистилляты прямой перегонки, а также продукты крекинг процессов. Для улучшения показателей качества бензинов в их состав вводят различные присадки и добавки. Физико-химические и эксплуатационно-технические свой- ства бензинов оцениваются достаточно большим числом показа- телей качества, часть из которых приводится в нормативно- технической документации (Технических регламентах, ГОСТах, технических условиях). Бензин, который по всем показателям, соответствует требованиям нормативно-технической документа- ции, является стандартным. Если хотя бы один показатель качест- ва не соответствует требованиям нормативно-технической доку- ментации, то такой бензин называют нестандартным. На каждую партию бензина, реализуемую на АЗС, должен быть оформлен паспорт качества, в котором указывается марка бензина, перечень показателей качества с нормативными и фактическими значения- ми и штамп с надписью «стандартным» или «нестандартный». 4 Определение показателей качества бензинов производится в специализированных лабораториях по методикам, предусмотренным стандартами РФ и международными стандартами. В транспортных ор- ганизациях может производиться определение ряда показателей каче- ства бензина по упрощенным методикам. Персонал транспортных ор- ганизаций, занимающийся технической эксплуатацией наземных транспортных средства, должен знать как стандартные , так и не стан- дартные методы определения показателей качества бензинов, необхо- димое для этой цели оборудование, на основании показателей качества уметь формулировать вывод о возможности применения нестандарт- ных бензинов и влиянии нестандартных показателей качества на рабо- ту, надежность в и долговечность двигателя. Цель работы:целью лабораторной работы является изучение методов определения основных показателей качества бензинов, их влияния на техническое состояние двигателя, приобретение практических навыков работы с лабораторным оборудованием, подготовка заключения о воз- можности применения бензинов для различных двигателей. Задачи работы: в процессе выполнения лабораторной работы решаются следующие задачи: - закрепление, углубление и расширение знаний студентов в процессе определения показателей качества бензинов - развитие у студентов профессиональных навыков, практиче- ское овладение методами экспериментальных исследований, и форму- лирования выводов о влиянии нестандартных показателей качества бензинов на техническое состояние двигателя и возможности приме- нения бензинов в целом. 5 1. Методы определения показателей качества бензина 1.1. Требования к упаковке пробы бензина, представляемой на анализ В соответствии требованиями ГОСТ 2517-85 (с изм. От 19.01.2011 г.) проба бензина, представленного на анализ, должна быть упакована в стеклянные бутылки с герметично закрытыми пробками или винтовыми крышками с прокладками из материала, не раство- ряющегося в нефтепродуктах. Горловина закупоренной бутылки должна быть обернута полиэтиленовой пленкой или другим плотным материалом, обеспечивающим сохранность пробы, и обвязана бечев- кой, концы которой продевают в отверстие в этикетке. Концы бечевки должны быть опломбированы или залиты сургучом на пластине из плотного картона или дерева и опечатаны. На этикетке должны быть указаны: номер пробы по журналу учета; марка нефтепродукта; на- именование предприятия-поставщика; номер резервуара и высота на- лива; номер партии, единицы транспортной тары, цистерны, из кото- рого отобрана проба; дата, время отбора; срок хранения пробы; обо- значение стандарта или технических условий на нефтепродукт; долж- ность и фамилии лиц, отобравших и опечатавших пробу. Пробы бен- зина должны храниться при температуре не выше 15 о С 1.2 Оценка внешних признаков бензина К внешним признакам бензина относятся цвет, запах и про- зрачность. 6 Бензин, не содержащий этиловой жидкости (производство и применение этилированных бензинов на территории РФ законодательно запрещено с 1 июля 2003г), бесцветен или слегка окрашен в желтоватый цвет растворенными в нем смолистыми веществами (это характерно для бензинов, содержащих продукты термического крекинга). В бензины, производимые по требованием ГОСТ Р 51866-2002 (бензины марок Евро), допускается вводить красители (кроме зеленого и голубого цвета) и вещества- метки для опреде- ления марки бензина. В отличие от других нефтепродуктов бензины имеют специфический запах. Резкий и неприятный запах имеют бензины, содержащие продукты термиче- ского крекинга, пиролиза и коксования. Бензины прямой перегонки, особен- но каталитического крекинга и каталитического риформинга, включающие большое количество ароматических углеводородов, имеют сравнительно мягкий запах. Бензины, выпускаемые в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51866-2002 должны быть прозрачными, чистыми и светлыми. Бензин теряет прозрач- ность при попадании в него воды и механических примесей. В соответствии с требованиями Технического регламента. О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту идентификация продукции производится путем визуального осмотра образца продукции. Для оценки внешних признаков бензина необходимо взять объединенную пробу бензина, перемешать её, налить в стеклянный цилиндр диаметром 40-55 мм и осмот- реть бензин в проходящем свете. Бензин, налитый в цилиндр, должен быть совершенно прозрачным, не должен содержать взвесей и осадков, прозрач- ность бензина не должна изменяться с течением времени. Несоответствие внешних признаков бензина указанным вышетребованиям может свидетельствовать о наличии в нем воды и (или) механических 7 примесей. Более объективно наличие механически примесей в бензине может быть определено по методике, предусмотренной ГОСТ 6370-83 (с изм. От 19.07.2010). 1.3 Определение воды в бензине Наличие воды в бензине не допускается. Вредное действие её заключается в следующем: а) вода вымывает ингибиторы, что приводит к снижению стабильности бензина; б) оказывает каталитическое действие на процессы окисле- ния углеводородов, увеличивая скорость их протекания; в) вызывает коррозию металлов; г) при низких температурах вода замерзает в элементах сис- темы топливоподачи, что приводит к ухудшению или невозможно- сти запуска холодного двигателя. Наличие воды в нефтепродуктах определяется по методике, изложенной в ГОСТ 2477-65 (с изм. От 19.07.2010). Для качественного определения в бензине воды в условиях эксплуатации наземных транспортных средств (нестандартный ме- тод) можно воспользоваться марганцевокислым калием (перманга- нат калия). В чистую, сухую пробирку с исследуемым бензином опустить несколько крупинок перманганата калия (KMnO 4) и тща- тельно взболтать. При этом находящиеся в бензине капельки воды окрашиваются; иногда образуется быстроисчезающая бледно- розовая окраска. 8 1.4 Оценка испаряемости бензина Испаряемость бензина должна соответствовать климатиче- ским условиям эксплуатации наземных транспортных средств. Ис- паряемость бензина оценивается по давлению насыщенных паров, скрытой теплоте парообразования и фракционному составу. В условиях эксплуатации можно приближенно оценить ис- паряемость бензина следующим образом. На белую фильтроваль- ную бумагу нанести стеклянной палочкой или пипеткой одну каплю бензина и, дав ему испариться, осмотреть остаток. Автомобильные бензины, предназначенные для применения в зимний период экс- плуатации, полностью испаряются в течение одной минуты без вся- кого остатка. Автомобильные бензины, предназначенные для при- менения в летний период эксплуатации, испаряются медленнее. Ке- росины и дизельные топлива длительное время остаются на бумаге в виде жирного пятна. Если на фильтрованной бумаге после испа- рения бензина остается пятно, то исследуемый бензин может со- держать примеси высокомолекулярных водородов(дизельное топ- ливо, масло) 1.5 Анализ бензина на содержание водорастворимых кислот и щелочей В процессе производства бензинов применяется кислотная и щелочная очистка топливомасляных дистиллятов. При этом ис- пользуется концентрированная серная кислота и 10% раствор едко- го натра. Водорастворимые кислоты или щелочи могут образовы- ваться при гидролизе ряда веществ, которые могут вводиться в со- став нефтепродуктов в качестве присадок. При нарушении техноло- гических процессов 9 производства бензина водорастворимые кислоты или щелочи могут оказаться в товарных бензинах. Данные вещества взаимодействуют с черными и цветными металлами. Применение бензина с присутст- вующими в его составе водорастворимыми кислотами или щелоча- ми может привести к быстрому или аварийному выходу из строя системы питания или двигателя, поэтому водорастворимые кислоты и щелочи в бензинах не допускаются. Водорастворимые кислоты и щелочи в бензинах определяют по требованиям ГОСТ 6307-75 (с изм. От 19.07.2010 г.) 1.5.1 Проведение испытаний 1.5.1.1. Тщательно перемешать образец бензина пятиминут- ным встряхиванием в склянке, заполненной не более чем на 3/4, и налить в делительную воронку примерно 50 см 3 бензина. 1.5.1.2 Добавить туда же 50 см 3 дистиллированной воды. 1.5.1.3 Содержимое делительной воронки слегка взболтать в течение 5 мин. 1.5.1.4 Закрепить делительную воронку в штативе и вы- ждать, пока не закончится расслоение образовавшейся эмуль- сии,рисунок 1.1 10 Рисунок 1.1- Делительная воронка для определения водорас- творимых кислот и щелочей 1.5.1.5 Открыть кран и слить из делительной воронки водную вытяжку в две пробирки по 1-10 см 3 1.5.1.6. Добавить в одну пробирку две капли водного раствора метилоранжа, а в другую – три капли спиртового раствора фенолфта- леина. Содержимое пробирок тщательно перемешать. 1.5.1.7. Сопоставить получившуюся окраску водной вытяжки с данными таблицы 1.1 и дать заключение о наличии или отсутствии водорастворимых кислот или щелочей. Таблица №1-Окраска индикаторов в различных средах Среда Индикаторы метилоранж фенолфталеин Щелочная Нейтральная Кислая желтая оранжевая красная малиновая бесцветная бесцветная Бензин может быть допущен к применению только при неизменившей- ся окраске водной вытяжки. В противном случае опыт следует повто- рить в чистой посуде. Если и он покажет наличие кислот или щелочей, то бензин бракуется. 1.6 Измерение плотности бензина Плотность — это масса бензина в единице объема. Плотность бензина в паспорте качества указывается при стандартной температуре 15 о С.Относительная плотность или удельный вес – это отношение мас- сы объема бензина к массе равного объема чистой воды, измеренных при одной температуре. Относительная плотность определяется 11 при температуре 60 о F (F-градусы по Фаренгейту). Плотность в граду- сах API-специальная функция относительной плотности (удельного веса) вычисляемая при температуре 60 о Fпо формуле: Плотность в град.API=( удельный вес ( / )℉ )- 131,5 (1.1) При записи результата стандартную температуру не указывают, так как в определение включена температура 60 о F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия нижеследую- щими формулами: Из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта: t F =t c +32 (1.2) Из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия: t c= (t F- 32 ) (1.3) Отпуск и учет бензина на нефтебазах и при осуществляется в весовых единицах. Розничная же продажа и отпуск его на АЗС производится в литрах. Нормы расхода топлива автотранспортом также установлены в литрах. Таким образом, на практике часто приходится пересчитывать объемные единицы нефтепродуктов в весовые и наоборот. Для пересчета, например, количества бензина в литрах в весовые еди- ницы следует пользоваться следующей формулой: G t = V t ρ t где G t -количество бензина в весовых единицах при заданной температуре, кг; V t -то же, в объемных единицах, м 3 ; ρ t -плотность бензина при той же температуре, кг/м 3 12 Техническим регламентом и рядом стандартов плотность бен- зина не нормируется, хотя относится к числу обязательных показате- лей, включаемых в паспорт на топливо. В системе СИ плотность изме- ряется в кг/м 3 , в системе СГС-г/см 3 . ГОСТ 51069-97 допускает опреде- ление плотности нефтепродуктов в кг/л. Для определения плотности бензина, в соответствии с требова- ниями ГОСТ51069-97 должны использоваться стеклянные ареометры, градуированные в единицах плотности, термометры с ценой деления 0,2 ℃ и погрешностью шкалы ± 0,1 и стеклянные, пластмассовые или металлические цилиндры. Высота цилиндра должна быть такой, чтобы расстояние от ареометра, погруженного в бензин, до дна цилиндра бы- ло не 25 мм. Баня или термостат для поддержания заданной темпера- туры. Определение плотности, относительной плотности или плотно- сти в град. APIпри стандартной температуре 15 ℃ (60 ℉ ), или близкой к ней, является наиболее точным. Если плотность используют для кор- ректировки объемов при стандартной температуре, то показания арео- метра необходимо снимать при температуре, отличающейся от темпе- ратуры, при которой был измерен объем бензина, в пределах ±3 ℃. При измерении плотности, относительной плотности или плотности в град. API нефтепродуктов в интервале температур от минус 18 ℃до плюс 90 ℃окончательное значение этих параметров определяется с применением таблиц пересчета по требованиям ASTMD1250 (на сайте http://oil.energy1.ru/pe/eltab/приведена бесплатная программа пере- счета плотности бензина с учетом таблиц ASTMD1250). 1.6.1 Проведение измерений 13 1.6.1.1 Закрытую емкость с образцом бензина, стеклянный ци- линдр, ареометр и термометр поместить в водяную баню или термо- стат и довести их температуру до 15 ℃. 1.6.1.2 Образец бензина налить в чистый стеклянный цилиндр, не про- ливая, чтобы избежать образования воздушных пузырьков и сократить до минимума испарение компонентов с более низкой температурой кипения. 1.6.1.3 Поместить стеклянный цилиндр в вертикальном положении в место, защищенное от ветра. Следить за тем, чтобы температура об- разца бензина значительно не менялось во время испытания. В этот период температура окружающей среды не должна изменяться более чем на 2 ℃. Если испытания проводятся при температуре выше или ниже комнатной температуры, то необходимо поместить стеклянный цилиндр с образцом бензина в водяную баню или термостат с темпера- турой 15 ℃. 1.6.1.4 Аккуратно погрузить ареометр в испытуемый образец бензина. Не допускается намокание стержня ареометра выше уровня погруже- ния ареометра в бензин. Образец бензина непрерывно перемешивать термометром таким образом, чтобы ртутный столбик был полностью погружен в бензин. После стабилизации показаний термометра запи- сать температуру бензина с точностью до 0,25 ℃, а затем удалить тер- мометр. (Для измерения плотности бензина могут применяться арео- метры со встроенным термометром, в этом случае перемешивание бен- зина производится ареометром). 1.6.1.5 Когда ареометр в состоянии покоя плавает, не касаясь стенок стеклянного цилиндра, считать показания шкалы ареометра с точностью до 0,0001. Верным показанием ареометра считается точка на шкале ареометра, где поверхность бензина разделяет эту шкалу. Эту 14 точку определяют, глядя слегка ниже уровня бензина и медленно под- нимая взгляд до тех пор, поверхность бензина будет представлять эл- липс неправильной формы, а затем прямую линию, разделяющую шка- лу ареометра (рисунок 1.2). 1-бензин; 2- точка снятия показания с ареометра; 3- горизон- тальная поверхность бензина; 4- основание мениска. Рисунок 1.2 – Показания шкалы ареометра для прозрачных жидкостей 1.6.1.6 Сразу после считывания значения плотности по шкале ареометра необходимо снова перемешать образец бензина термомет- ром, снять показания с термометра с точностью до 0,25 ℃. Если эта температура отличается от предыдущего показания более чем на 0,5 ℃, вновь проводят определение плотности ареометром и снятие показа- ний термометра до тех пор, пока температура не останется стабильной в пределах 0,5 ℃. 1.6.1.7 Полученный результат записать как плотность в кг/м 3 при 15 ℃, (при необходимости перевести в кг/л при 15℃). 1.7 Качественное определение в топливе олефинов 15 Бензины, имеющие в своем составе продукты термического крекинга или одноступенчатого каталитического крекинга, могут со- держать большое количество непредельных углеводородов (олефи- нов).Олефины характеризуются низкой химической стабильностью. В процессе хранения и транспортировки они могут окисляться, вступать в реакции полимеризации и поликонденсации с образованием высоко- молекулярных соединений, например смол. Повышение содержания в бензине смол приводит к нарушениям в работе системы питания дви- гателя и к увеличению интенсивности нагарообразования на деталях двигателя. Бензины, содержащие больше количество олефинов, не ре- комендуется подвергать длительному хранению в полупустых емко- стях при высокой температуре. Всоответствии с требованиями технического регламента в ав- томобильных бензинах допускается содержание олефинов не более 18% по объему. Количественное определение содержания олефинов в бензине производится по требованиям ГОСТ Р 52714-2007. Для опре- деления олефинов по данному ГОСТ необходимо дорогостоящее обо- рудование, высокая квалификация эксперта и большие затраты време- ни. Проводимый на практике качественный анализ основан на том, что непредельные углеводороды легко окисляются. В качестве сильно- го окислителя можно использовать водный раствор перманганата ка- лия (KMnО 4 ). В пробирку необходимо налить равные объемы (примерно по 4-5см 3 ) испытуемого бензина и водного раствора перманганата калия, энергично перемешать встряхиванием в течение 10-15 секунд и дать отстояться. Если фиолетовая окраска раствора KMnO 4 (нижнего слоя, выделившегося после отстаивания) перешла в бурую, иногда с выпа- 16 дением бурого осадка,- в топливе большое количество олефинов. Если в течение двух минут фиолетовая окраска нижнего слоя не изменилась или изменилась незначительно, в бензине олефины отсутствуют или их мало. 1.8 Определение фракционного состава бензина Фракционным составом бензинов называют содержание в них тех или иных фракций, выраженное в объемных или массовых процен- тах. Фракция это обособленная часть бензина, выкипающая в опреде- ленном диапазоне температур. В отличие от химически однородных веществ (вода, спирт и др.), имеющих постоянную температуру кипе- ния, зависящую только от барометрического давления и физических свойств этих веществ, бензин представляет сложную смесь жидких углеводородов, каждый из которых имеет свою температуру кипения. То есть бензины не имеют фиксированной температуры кипения, а имеют диапазон температур кипения 35-210 ℃. Наглядное представление о фракционном составе бензина дает кривая перегонки- график, показывающий зависимость объема ото- гнанного бензина (в процентах) от температуры. По характерным точ- кам этой кривой (Показатели фракционного состава) можно прибли- женно судить о некоторых эксплуатационных качествах Так, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, в частности, возможность пуска двигателя при низких температурах, а также склонность карбюраторных двигателей к образованию паровоздушных пробок. От температуры выкипания 50% бензина зависит скорость прогрева и устойчивость работы двигателя на малых оборотах, а также его приемистость. 17 Температура выкипания 90% и конца разгонки достаточно полно характеризуют противоизносные свойства бензина, экономич- ность работы двигателя. Фракционный состав определяется по требованиям ГОСТ 2177-99, который полностью аутентичен международному стандарту ИСО 3405 2001. В соответствии с требованиями ГОСТ 2177-99 опреде- ление фракционного состава должно проводиться по методу А. Усло- вия испытания по методу А, с применением автоматического оборудо- вания, эмпирически подобраны так, что они коррелируют с условиями перегонки при использовании ручного оборудования, а также с други- ми характеристиками испаряемости. Сущность метода заключается в перегонки 100 см 3 испытуемого образца и проведение постоянныхнаб- людений за показаниями термометра и объемами конденсата. При определении фракционного состава применяется ряд спе- цифических терминов и определений. Температура начала кипения: температура, отмеченная в момент падения первой капли конденсата с конца трубки холодильника во время перегонки в стандартных условиях, (обозначается t нк ). Температура конца кипения: максимальная температура, отмеченная в период завершающей стадии перегонки в стандартных условиях. Максимальная температура часто используется как синоним темпера- туры конца кипения, (обозначается t нк ). Объем отогнанного продукта: объем конденсата в кубических санти- метрах в мерном цилиндре, который отмечают одновременно с показа- нием термометра. Отгон (выход): максимальный объем конденсата в процентах. 18 Восстановленный общий отгон: сумма объема конденсата в мерном цилиндре и остатка в колбе в процентах. Потери: разность между 100 и восстановленным общим объе- мом, в процентах, (обозначается пот.). Остаток: разность восстановленного общего отгона и отгона (выхода), в процентах, или объемах остатка в кубических сантиметрах при непосредственном его измерении (обозначается ост.). Выпаривание: сумма отогнанного продукта (выхода) и по- терь, в процентах. 1.8.1 Установка для определения фракционного состава Для определения фракционного состава должна применяться установка, соответствующая требованиям ГОСТ 2177-99. Установка состоит из термометра 1, рисунок 1.3, который через корковую пробку устанавливается в колбу 2 с пароотводной трубкой. Колба 2 через ас- бестовую прокладку 3 устанавливается на электрический нагреватель 4, который установлен на подставке 5. Положение подставки 5 с уста- новленной на ней колбой 2, регулируется по высоте ручкой 6. Интен- сивность нагрева электрического нагревателя 4 изменяется при помо- щи диска регулятора 7, а его включение осуществляется тумблером 8, расположенным на лицевой панели кожуха 14. Пароотводная труба колбы 2, через корковую пробку, устанавливается в трубку холодиль- ника 13, которая расположена в охлаждающей бане 12. Под второй конец трубки холодильника 13 устанавливается стеклянный мерный 10 закрывается фильтровальной бумагой 11. А ↓ Вид А 19 1- термометр; 2- колба для перегонки; 3- асбетовая прокладка; 4- элек- трический нагревательный элемент; 5- подставка; 6- ручка для регули- рования положения колбы; 7- диск для регулирования нагрева; 8- вы- ключатель; 9- открытое дно кожуха; 10- мерный цилиндр; 11- фильт- ровальная бумага; 12- охлаждающая баня; 13- трубка холодильника; 14- кожух. Рисунок 1.3 – Установка для определения фракционного состава 1.8.2. Порядок определения фракционного состава бензина 1.8.2.1 Подготовка аппаратуры Температуру пробы нефтепродукта, колбы, термометра, мер- ного цилиндра необходимо довести до 13-18 ℃. Температура среды, окружающей мерный цилиндр, также должна составлять 13-18 ℃. В отверстие крышки охлаждающей бани закрепить резиновую трубу, второй конец которой соединить с краном системы холодного водо- снабжения лаборатории. На нижний отвод охлаждающей бани надеть резиновую трубку с пластинчатым зажимом, второй конец которой закрепить в раковине. Заполнить охлаждающую баню колотым льдом и холодной водой таким образом, чтобы трубка холодильника была 20 полстью погружена в воду. Температура охлаждающей жидкости должна составлять 0-1 ℃, если давление насыщенных паров испытуе- мого бензина превышает 65,5 кПа и 0-4 ℃, если давление насыщенных паров испытуемого бензина не более 65,5 кПа. Для сохранение необ- ходимой температуры в бане холодильника при необходимости приме- няют циркуляцию, перешивание или продувку воздухом. Аналогичные меры следует предусмотреть для поддержания температуры охлаж- дающей бани для мерного цилиндра. Баня охлаждающая представляет собой высокий химический сосуд из прозрачного стекла или пластмас- сы. Высота бани должна быть татой, чтобы можнобыло погрузить мер- ный цилиндр в охлаждающую жидкость до отметки 100 см 3 Налить в мерный цилиндр 100 см 3 бензина и осторожно пере- лить его в колбу для перегонки так, чтобы ни одна капля бензина не попала в пароотводную трубку. Вставить термометр через отверстие плотно пригнанной проб- ки в горловину колбы так, чтобы ртутный шарик термометра распола- гался по центру горловины колбы и нижний конец капилляра находил- ся на одном уровне с самой высокой точкой нижней внутренней стенки пароотводной трубки, рисунок 1.4. Рисунок 1.4- Положение термометра в колбе относительно пароотводной трубы 21 Колбу с пробой устанавливают на подставку и с помощью пробки, через которую проходит пароотводная трубка, плотно соеди- няют ее с трубкой холодильника; закрепить колбу в вертикальном по- ложении так, чтобы пароотводная трубка входила в трубку холодиль- ника на расстояние от 25 мм до 50 мм. Мерный цилиндр, которым отмеряли пробу для испытания, поместить без высушивания под нижний конец трубки холодильника с таким рас- четом , чтобы конец трубки холодильника находился в центре цилинд- ра и входил в него на расстояние не более 25 мм, но не ниже отметки 100 см 3 . Плотно закрыть цилиндр куском фильтровальной бумаги или другого аналогичного материала, подобранного так, чтобы он плотно прилегал к трубке холодильника. Если температура воздуха, окружающего мерный цилиндр, не отвечает требованиям , приведенным выше, используют охлаждающую баню, а цилиндр погружают в неё так, чтобы жидкость покрывала отметку 100 см 3 1.8.2.2 Проведение испытаний Включить установку в сеть 220В. Диском регулятора устано- вить такую интенсивность нагрева колбы, чтобы время от начала на- грева до момента падения первой капли конденсата из трубки холо- дильника в мерный цилиндр составляла 5-10 мин. После того, как от- мечена температура начала кипения, мерный цилиндр необходимо по- ставить так, чтобы кончик трубки холодильника соприкасался с его внутренней стенкой, а конденсат стекал по стенке, при этом уровень конденсата в цилиндре будет плавно подниматься. Продолжить регу- лировать нагрев с таким расчетом, чтобы время от момента падения первой капли конденсата до перегонки 5% конденсата (5 см 3 ) состав- ляло 60-75с. Дальнейшая скорость перегонки от 5% до 95% конденсата должна быть постоянной и составлять 4-5 см 3 /мин. 22 После перегонки 95% бензина установить такую интенсив- ность нагрева колбы, чтобы время с момента перегонки 95% бензина до конца кипения составляло 3-5 мин. Для бензинов с давлением на- сыщенных паров более 65,5 кПа и 2-5мин. Для бензинов с давлением насыщенных паров менее 65,5 кПа. Если по достижении температуры конца кипения не вся жидкость испарилась со дна колбы, объем этой жидкости принимают за остаток. По мере поступления конденсата че- рез трубку холодильника в цилиндр отмечать его объем с интервалом в 2 мин до тех пор, пока два последовательных измерения не дадут оди- наковых результатов. После этого необходимо выключить установку. После охлаждения колбы ее содержимое слить в конденсат, собранный в цилиндре, и дать ему стечь до тех пор, пока не будет на- блюдаться значительное увеличение объема жидкости в мерном ци- линдре, записать этот объем с точностью до 0,5 см 3 как восстановлен- ный общий отгон бензина. Допускается измерять объем охлажденно- го остатка, содержащегося в колбе, сливая его в цилиндр вместимо- стью 10 см 3 , за общий восстановленный процент принимают сумму значения остатка и объема конденсата в мерном цилиндре. 1.8.2.3 Обработка результатов По каждому проведенному испытанию образца бензина вы- числить и записать все данные, требуемые в нормативной документа- ции на бензин. Если в нормативной документации не указаны особые данные, записывают температуру начала кипения, конца кипения, оба значения показания термометра при 5- и 95 %-ном отгонах и при крат- ном 10 %-ном отгоне (объеме отогнанного продукта) от 10 до 90 % включительно, остаток в колбе и потери бензина при перегонк 23 Записать значения всех объемов в процентах с погрешностью не более 0,5, показания термометра с погрешностью не более 0,5 ℃(пример приведен в таблице 1.2). Таблица 1.2 – Пример результатов определения фракционного состава t н.к 5% 10 % 20 % 30 % 40 % 50% 60 % 70 % 80 % 90 % 95% t к.к 36, 5 45, 5 54 65, 5 77 89, 5 101, 5 115 131 149 171 186, 5 20 5 Получено отгона- 97,5%; остаток в колбе – 1,0%; потери при перегон- ке- 1,5%. По результатам перегонки бензина необходимо построить гра- фик фракционного состава (рисунок 1.5). Рисунок1.5- График фракционного состава Для бензинов, произведенным по требованиям ГОСТ Р 51105- 97 и ГОСТ Р 51866-2002, определить объемную долю испарившегося 0 50 100 150 200 250 0 20 40 60 80 100 Т ем пе ра ту ра от го на ,T гр ад С Отгон бензина, V % 24 бензина, % (объем выпаривания) при температуре: 70 ℃ (И70); 100℃ (И100) и 150 ℃(И150). Для этого на графике фракционного состава (см. рисунок 1.5) определить объем отгона при соответствующих тем- пературах и прибавить к нему потери в %. По результатам определения фракционного состава можно сделать ряд выводов о работе двигателя на данном бензине. Для этого необходимо выполнить ряд расчетов по эмпирическим формулам. Температура воздуха, выше которой можно ожидать перебоев в работе карбюраторного двигателя из-за образования паровоздушных пробок: t п.п = 2t 10% -93, ℃(1.5) Температура воздуха, ниже которой пуск холодного двигателя практически невозможен: t н. = 0,5t 10% -50,5, ℃(1.6) Изменение динамичности автомобиля по сравнению с работой на эталонном бензине: Д= 100-2,5(t 50% -90) 0.75 ,%(1.7) Изменение рабочих износов двигателя по сравнению с работой на эталонном бензине: Изн = 100+0,03(t 90% -160) 2 ,%(1.8) 1.9 Определение октанового числа бензина Одно из основных требований, предъявляемое к моторным то- пливам, применяемым в двигателях с принудительным воспламенени- ем топливовоздушной смеси, является отсутствие детонационного сго- рания. На процесс возникновения детонации оказывает влияние каче- ство бензина, конструктивные особенности двигателя и условия экс- плуатации автомобиля. 25 Антидетонационные свойства бензина определяются октановым чис- лом. Октановое число- это показатель детонационной стойкости, бензина, численно равный процентному (по объему) содержанию изо- октана в его смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по детонационной стойкости испытуемому бензину. Эксплуатация автомобиля на бензине, как с пониженным, так и с повышенным октановым числом может привести к аварийному отка- зу двигателя. Октановое число определяют на специальной моторной уста- новке, позволяющей имитировать различные условия работы двигате- ля и изменять его степень сжатия. В зависимости от режима работы установки определяют октановое число бензинов по моторному и ис- следовательскому методу. Определение октанового числа на такой ус- тановке требует больших затрат требует больших затрат времени и средств, высокой квалификации исполнителя. В настоящее время для определения октанового числа применяются электронные анализаторы качества бензина (октанометры), позволяющие значительно снизить затраты на определение октанового числа. 1.9.1 Назначение анализатора качества бензина АК-3Б Анализатор качества АК-3Б (далее октанометр) предназначен для определения октанового числа автомобильных бензинов по мотор- ному и исследовательскому методу. 1.9.2 Устройство и работа октанометра Октанометр состоит из электронного блока 1, рисунок 1.6 и пробника 2,соединенных кабелем 3. На лицевой панели октанометра 26 расположены: сетевой выключатель 4, переключатель ацп 5,переключатель методов определения октанового числа 6 и жидкок- ристаллический дисплей 7. Рисунок 1.6 – Анализатор качества бензина АК-3Б Принцип действия октанометра АК-3Б основан на измерении относи- тельной диэлектрической проницаемости бензинов, функционально зависящей от октанового числа, и передаче размера октанового числа от стандартных образцов бензина к проверяемым бензинам. Для подготовки октанометра к работе необходимо подключить его к сети напряжением 220В, нажать кнопку 4 сеть. Открутить крыш- ку пробника 2, при отжатой кнопке 5 ацп на дисплее 7 октанометра отобразится величина относительная диэлектрической проницаемости воздуха, которая должна быть равна 1,000. При несоответствии пока- заний выполнить их корректировку потенциометром 8. Нажать кнопку 5 ацп, на дисплее 7 должна быть показания 0,000. Тщательно переме- шанный бензин залить в цилиндр пробника 2 и записать показания ок- танометра при двух положениях переключателя 6, что будет соответ- ствовать октановому числу по моторному и исследовательскому мето- ду. 27 Применение октанометров значительно снижает трудоемкость определения октанового числа, однако , если в бензине содержатся примеси, например дизельное топливо, масло, вода и.т.п., точность определения октанового числа снижается, поэтому при арбитражных спорах необходимо определять октановое число бензинов на моторных установках. 1.10 Качественное определение этиловой жидкости В соответствии с требованиями федерального закона от 22 марта 2003 г №34-ФЗ производство и оборот этилированного бензина в РФ запрещен с 1 июля 2003 г. Однако, не смотря на официальный за- прет производство этилированного бензина, на ряде АЗС реализуется фальсифицированный бензин, который может содержать антидетона- ционную присадку – тетраэтилсвинец. Такой бензин называется этили- рованным. Этилированный бензин является ядовитым веществом и, при попадании в организм человека, может привести к летальному ис- ходу. Применение этилированного бензина для современных бензино- вых двигателей, оснащенных системами нейтрализации отработавших газов, двигателей с впрыском приводит к выходу этих систем из строя. В обычных карбюраторных двигателях при использовании этилиро- ванного бензина увеличивается интенсивность нагарообразования на деталях цилиндропоршневой группы и свечах зажигания, снижается температура затлевания такого нагара, что приводит к возникновению калильного зажигания. В условиях эксплуатации наличие тетраэтилсвинца может быть определено следующим образом. В пробирку необходимо налить 10 см 3 бензина и добавить из бюретки 1,0 см 3 10%-го спиртового раствора йода. Смесь в пробирке осторожно нагреть в течении двух минут на водяной бане и затем ох- 28 ладить пробирку под струёй воды. Верхний бензиновый слой аккурат- но слить и добавить в остаток 10 мл этилового спирта. Пробирку слег- ка встряхнуть и проверить в отраженном свете: нет ли в жидкости жел- тых кристаллов (блёсток) йодистого свинца, образовавшегося при взаимодействии йода с тетраэтилсвинцом. 3J 2 +Pb(C 2 H 5 )=4 C 2 H 5 J+PbJ 2 ↓ (1.9) Присутствие йодистого свинца указывает, что бензин этилиро- ван. 1.11 Оценка показателей качества бензина Ниже дается пример экспертного заключения и вывод с рекоменда- циями по применению анализируемого бензина. На анализ представлен бензин марки Аи-92 ГОСТ Р 51105-97, класс испаряемости 2. Данный бензин предназначен для применения в лет- ней период эксплуатации (для Алтайского края). Показатели качества, определенные при лабораторном анализе и их нормативные значения представлены в таблице 1.1. Таблица 1.1-Показатели качества бензина Наименование показателя Нормативное значение Фактическое значение 1 Октановое число, не менее: по моторному методу; 83 83,1 по исследовательскому методу 92 92,3 2 Плотность, при 15 град.С,кг/м 3 725-780 719,85 3 Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствие отсутствие 4 Фракционный состав: температура начала кипения, град.С, не ниже; 35 36,5 объем испарившегося бензина, % при температуре:70 град. С (И70).Мин. 15 25,5 мах. 45 100 град.С (И100), мин. 40 59,5 мах. 70 180 град.С (И180), мин. 85 95,5 температура конца кипения, град. С, не выше: 215 205 остаток в колбе, % (по объему), не более 2 1 5 Внешний вид цвет; Бесцветный или желтоватый желтоватый 29 прозрачность прозрачный прозрачный Примечание: нормативные значения показателей качества для различных бензинов, необходимые для заполнения таблицы1.1, пред- ставлены в приложении А. Вывод: представленный на анализ бензина марки Аи-92 ГОСТ Р 51105-97 является нестандартным, не соответствует требованиям ГОСТ Р 51105-97 показатель «Плотность при температуре 15град.С».При соответствии остальных показателей качества бензи- на требованиям ГОСТ Р 51105-97 данный бензин можно использо- вать для высокофорсированных бензиновых двигателей в летний период с 15 мая по 15 сентября, однако, в случае его применения для карбюраторных двигателей, возможно повышение уровня топ- лива в поплавковой камере карбюратора, что приведет к ухудшению запуска горячего двигателя и ухудшению топливной экономичности автомобиля. 2 Требования к отчету о лабораторной работе Отчёт оформляется на листах формата А4 (210×297 мм, пе- чать односторонняя). Первый лист- титульный. Пример оформления титульного листа представлен в приложении Б, на втором листе приводится основная надпись на форме 2 ГОСТ 2.104. Отчет должен содержать тему, цели и задачи лабораторной работы. В основной части отчет необходимо привести теоретиче- ское обоснование определения показателей качества бензина, их влияние на работу двигателя, необходимые формулировки, методи- ку определения каждого показателя качества, описание лаборатор- ной установки или оборудования, необходимые реактивы, результа- ты определения показателей качества, выполнить все расчеты по формулам, приведенным в настоящих методических указаниях, по- 30 строить график фракционного состава, привести итоговую таблицу и вывод (см. подраздел 1.11). Изложение в отчете текста, оформление рисунков, таблиц, и.т.д. должно соответствовать требованиям образовательного стан- дарта СТО 12 200-2008 системы менеджмента качества АлтГТУ. Не принимаются отчеты, выполненные сканированием ме- тодических указаний. Допускается приводить в отчетах сканиро- ванные рисунки, приведенные в настоящих методических указани- ях. 3 Правила техники безопасности при выполнении лабора- торной работы Автомобильные бензины являются малоопасными продук- тами и по степени воздействия на организм человека относятся к четвертому классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007. Автомобильные бензины обладают наркотическим воздейст- вием, раздражают верхние дыхательные пути, слизистую оболочку глаз и кожу человека. Постоянный контакт с бензином может вы- звать острые воспаления и хронические экземы. Предельно допустимая концентрация паров бензина в возду- хе производственных помещений- 100мг/м 3 , в соответствие с ГОСТ 12.1.005. Наличие автомобильных бензинов в питьевой воде не до- пускается; определяется визуально (маслянистая пленка на поверх- ности воды). 31 Автомобильный бензин представляет собой, в соответствии с ГОСТ 12.1.044, легковоспламеняющуюся жидкость с температу- рой самовоспламенения 255-370 ℃. Температурные пределы воспла- менения: нижний – минус 27 ℃ - минус 39℃, верхний – минус 8℃- минус 27 ℃. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний – 1,0%, верхний – 6,0% (по объему). При загорании бензина применяются следующие средства пожароту- шения: распыленную воду, пену; при объемном тушении – углекислый газ, состав СЖБ, состав «3,5», пар. Небольшие очаги возгорания (пролитый в лаборатории бензин) можно тушить предварительно намоченной тканью. Категорически запрещается тушение горящего бензина струями воды. В помещениях для хранения бензина запрещается обращение с от- крытым огнем (за исключением случаев, предусмотренных методи- кой выполнения лабораторных работ, при этом бензины должны находиться в закрытых емкостях на достаточном расстоянии от мес- та выполнения опыта); электрооборудование, электрические сети должны быть выполнены во взрывобезопасном исполнении. При работе с бензином не допускается использовать инструменты, даю- щие искру. При розливе бензина необходимо собрать его в отдельную тару, а место розлива протереть сухой тряпкой; при розливе бензина на открытой площадке место разлива засыпать песком с последующим его удалением и обезвреживанием в соответствии с требованиями СанПиН № 3183 – 84.Запрещается слив образцов бензина в общую канализацию. Использованный бензин, его смеси с водой и другими веществами, используемыми при выполнения лабораторной работы необходимо сливать в отдельную емкость с плотно закрывающейся крышкой. 32 Помещения для работы с бензином должны быть оборудованы об- щеобменной вентиляцией, места интенсивного выделения паров бензина должны быть снабжены местными вентиляционными отсо- сами. Работы по определению фракционного состава бензина необ- ходимо выполнять в вытяжном шкафу с включенной вентиляцией. Работу в зоне высокой концентрацией паров бензина необ- ходимо проводить и применением средств защиты органов дыхания: кратковременно – фильтрующие противогазы марки «А», долговре- менно – шланговые противогазы. При попадании бензина на открытые участки тела необхо- димо удалить его и обильно промыть кожу теплой мыльной водой. При попадании на слизистую оболочку глаза обильно промыть теп- лой водой. 33 Приложение А Технические требования к бензинам Таблица А 1.1 – Требования ГОСТ Р 51866-2002 к физико- химическими эксплуатационным показателям бензинов марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95,Супер Евро-98 Наименование показателя Регуляр Евро-92 Премиум Евро-95 Супер Евро-98 1 Октановое число, не менее: - по исследовательскому методу; 92 95 98 - по моторному методу 83 85 88 2 Плотность, при 15 град.С,кг 3 720-775 720-775 720-775 3 Концентрация серы, мг/кг, не более 150 150 150 4 Концентрация свинца, мг/м 3 , не более 5 5 5 5 Устойчивость к окислению, мин, не менее 360 360 360 6 Концентрация смол, мг/100 см 3 , не более 5 5 5 7 Объемная доля углеводородов, %, не более - олефиновых 18 18 18 - ароматических 42 42 42 8 Внешний вид Прозрачный и чистый Таблица А 1.2- Требования ГОСТ Р 51866 – 2002 к показателям испа- ряемости бензинов марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-92,Супер Евро-98 Наименование показате- ля Значение для класса A B CиC1 DиD1 EиE1 FиF1 1 Давление насыщенных паров(ДНП), кПа: не менее не более 45 60 45 70 50 80 60 90 65 95 70 100 2 Фракционный состав: Объемная доля испа- рившегося бензина, %, при температуре: -70 ℃ (И70), не менее -100 ℃ (И100), не менее -150 ℃(И150), не менее Температура конца ки- пения, ℃, не выше Остаток в колбе, % (по объему), не более 3 Максимальный индекс паровой пробирки, ИПП: ИПП= 10ДНП+7(И70) 20-48 46-71 75 210 2 А - 20-48 46-71 75 210 2 B - 22-50 46-71 75 210 2 C1 1050 22-50 46-71 75 210 2 D1 1150 22-50 46-71 75 210 2 E1 1200 22-50 46-71 75 210 2 F1 1250 Примечание: В Алтайский край, в соответствии с рекоменда- циями ГОСТ Р 51866 -2002 должен поставляться бензин следующих классов испаряемости: с 15 мая и с 15 сентября- класс испаряемости С; с 15 апреля по 15 мая и с 15 сентября по 31 октября – класс испаряемо- сти F1; с 1 ноября по 15 апреля – класс испаряемости F. 34 Таблица А 1.3 – Требования ГОСТ Р 51105-97 к физико-химическим и эксплуатационным показателям бензинов марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95,Супер Евро-98 Наименование показателя Регуляр Евро-92 Премиум Евро-95 Супер Евро-98 1 Октановое число, не менее: - по исследовательскому методу; 92 95 98 - по моторному методу 83 85 88 2 Плотность, при 15 град.С,кг 3 725-780 725-780 725-780 3 Массовая доля серы,%, не более 0,05 0,05 0,05 4 Концентрация свинца, г/дм 3 , не более 0,01 0,01 0,01 5 Индукционный период, мин, не менее 360 360 360 6 Концентрация смол, мг/100 см 3 , не более 5 5 5 7 Внешний вид Прозрачный и чистый Таблица А 1.4 – Требования ГОСТ Р 51105-97 к испаряемости бензи- нов марок Регуляр -92, Премиум-95,Супер-98 Наименование показателя Значение для класса 1 2 3 4 5 1 Давление насыщенных па- ров(ДНП), кПа: не менее не более 35 70 45 80 55 90 60 95 80 100 2 Фракционный состав: -температура начала кипения, ℃, не ниже -пределы перегонки, ℃, не выше: -10%, (t 10% ) -50%, (t 50% ) -90%, (t 90% ) -температура конца кипения, ℃, не выше -остаток в колбе, %(по объему), не более -остаток и потери, % (по объему), не более или объем испарившегося бензина, %, при температуре: -70 ℃, мин. макс. -100 ℃, мин. макс. -180 ℃, не менее -температура конца кипения, ℃, не выше -остаток в колбе, %(по объему), не более 35 75 120 190 215 2 4 10 45 35 65 85 215 2 35 70 115 185 215 2 4 15 45 40 70 85 215 2 Не нормируется 65 60 55 110 105 100 180 170 160 215215215 2 2 2 4 4 4 15 15 15 47 50 50 40 40 40 70 70 70 85 85 85 215 215 215 2 2 2 3 Индекс испаряемости, не более ИИ=10 ДНП+7 V 70 900 1000 1100 1200 1300 Примечание: В Алтайский край, в соответствии с рекоменда- циями ГОСТ Р 51105 -97 должен поставляться бензин следующих классов испаряемости: с 15 апреля по 31 октября(летний период экс- плуатации)- класс испаряемости 2; с 1 ноября по 15 апреля(зимний период эксплуатации)– класс испаряемости 5. 35 Таблица А 1.5 – Требования ТУ 38.001165-2003 к физико-химическим и эксплуатационным показателям бензинов Показатель качества Марка бензинов Аи-80 Аи-92 Аи-96 Октановое число по исследовательско- му методу, не менее 80 92 96 Октановое число по моторному методу, не менее: 76 83 85 Содержание свинца, г/дм 3 , не более 0,013 0,012 0,013 Содержание марганца, мг/дм 3 , не более Не нормируется Фракционный состав Температура начала перегонки, ℃, не ниже 35 35 35 Температура перегонки, ℃, не выше 10% бензина 70 75 75 50% бензина 120 120 120 90% бензина 190 190 190 Температура конца кипения бензина, ℃, не выше 215 215 215 Давление насыщенных паров бензина, кПа 80 80 80 Кислотность, мг KOH/100 см 3 бензина, не более 3 3 3 Содержание фактических смол, мг/100 см 3 бензина, не более 5 5 5 Индукционный период бензина 600 600 600 Содержание серы, % не более 0,05 0,05 0,05 Цвет Бесцветный или бледно- желтоватый |