reforef.ru 1 2 3 4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЯХ


(Обзор современных проблем)

С О Д Е Р Ж А Н И Е


  1. Введение

  2. Влияние физико-химических показателей на эксплуатационные качества топлив

А) вязкость топлива;

Б) плотность;

В) механические примеси;

Г) содержание воды;

Д) коксовый остаток;

Е) температура вспышки;

Ж) температура застывания;

З) содержание серы;

И) содержание золы;

К) содержание ванадия и натрия;

Л) содержание алюминия кремния.


  1. Проблема стабильности и совместимости тяжелых топлив

А) основные физико-химические свойства тяжелых топлив;

Б) ароматичность и растворяющая способность;

В) определение совместимости топлив (метод фирмы Эксон);

Г) оценка совместимости топлив капельным методом


  1. Особенности процесса сгорания тяжелых топлив

А) оценка воспламеняемости тяжелых топлив.


  1. Организация контроля качества бункера за рубежом

  2. Классификация топлив

  3. Присадки к топливу

  4. Информация о качестве топлива в основных портах бункеровок.


ВВЕДЕНИЕ.

В последние годы на мировом бункерном рынке наметилась устойчивая те5нденция снижения качества топлива, связанная с более глубокой переработкой нефти и увеличением в топливе доли тяжелых остаточных фракций. Это вызвало необходимость разработки новой классификации и стандартов на судовое топливо, а также потребовало решения ряда эксплуатационных проблем, связанных с работой ДВС на остаточных топливах. На судах возникли проблемы, связанные с высоким содержанием в топливе асфальто-смолистых веществ, высоким значением коксового остатка, нестабильностью топлив, приводящей к образованию осадков в танках и топливной системе. Ухудшился процесс сгорания топлив, повысилась опасность отложений в камере сгорания и выхлопном тракте. Во многих случаях для эффективного использования тяжелых топлив требуется применение специальных присадок.


Предлагаемый обзор вопросов по использованию тяжелых топлив в ДВС отражает их состояние в настоящее время и окажется полезным для судовых механиков и инженеров Служб энергетики и технической эксплуатации флота.


  1. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ.

Вязкость топлива. Вязкость является одной из основных характеристик котельных и тяжелых топлив, т.к. от нее зависят процессы сгорания топлива, надежность работы и долговечность топливной аппаратуры, и возможность использования топлива при низких температурах.

Вязкость – внутреннее трение, проявляющееся при относительном движении частиц текущих веществ (жидкостей и газов), способность сопротивляться их взаимному перемещению. Величина вязкости может быть выражена в единицах вязкости динамической, кинематической и в условных единицах.

В настоящее время вязкость топлива определяется в единицах условной вязкости и единицах кинематической вязкости.

Единицы условной вязкости – градусы Энглера Е или ВУ – отношение времени истечения 200 мл нефтепродукта при определенной температуре ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 С через калиброванное отверстие вискозиметра.

Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах и определяется на капиллярном вискозиметре по времени перетекания определенного объема жидкости через капилляр под действием собственной массы при заданной температуре.

На некоторых судовых вискозиметрах измеряется динамическая вязкость топлива в сантипуазах. Для расчета кинематической вязкости (в сантистоксах) необходимо величину динамической вязкости разделить на плотность топлива.

До 1977 г. распространенной единицей вязкости вязких сортов топлив были секунды Рейд Вуда, измеряемые при 100 градусах по Фаренгейту.

В процессе подготовки топлива необходимая вязкость обеспечивается его подогревом, т.к. именно от этого параметра зависит качество распыления топлива и эффективность его сгорания в цилиндре дизеля. Пределы величины вязкости впрыскиваемого топлива регламентируются инструкциями по обслуживанию двигателя. Температуру подогрева топлива определяют по номограмме (рис.1).


От вязкости в значительной мере зависит скорость охлаждения мех примесей, а также способность топлива отстаиваться от воды. Например, при увеличении вязкости топлива в два раза при всех прочих равных условиях время осаждения частиц возрастает также в два раза.

Вязкость топлива в отстойной цистерне снижают путем его подогрева. Для открытых систем (какой является отстойная цистерна) действует требование Правил Регистра, согласно которому нагревать топливо в цистерне можно до температуры не менее чем на 15 С ниже его температуры вспышки, и не выше 90 С. Нагрев выше 90 С не допускается, т.к. в этом случае легко можно достичь температуры кипения воды. Вскипание воды, находящейся в нижней части цистерны, может привести к выбросу топлива из цистерны.

Осаждение воды в отстойных цистернах происходит только в том случае, если она не образует с топливом стойкой эмульсии. В этом случае даже при низкой вязкости топлива осаждение воды не происходит.

Необходимо отметить, что эмульсионная вода влияет на величину вязкости. При содержании эмульсионной воды 10% вязкость может, увеличится на 15 – 20%.

Пример использования номограммы для определения температуры подогрева топлива:

Н
а судно получено топливо IFO 180 (т.е. с вязкостью 180 сст при 50 С). На форсунки надо подавать топливо с вязкостью 20 сСт. Рис.1

Температуру подогрева топлива по номограмме (рис.1) определяем следующим образом: находим точку пересечения =180 сст с t=50 C, проводим кривую параллельно ближайшей вязкостно-температурной кривой (в нашем случае №6) до пересечения с =20 сст и, опустив перпендикуляр на ось температур ( С), находим температуру подогрева топлива перед распылителем = 103 С.

По этой же номограмме можно определить оптимальную температуру перекачки высоковязких топлив.

Плотность. Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость топлива и его химические свойства. Высокая плотность означает относительно более высокое соотношение углеводорода и водорода.


Плотность дизельных топлив, вырабатываемых у нас, ограничивается 0,860 г\см при 20С, импортных – 0,929 г\см при 15 С.

Плотность средне вязких отечественных топлив ограничивается 0,935 г\см при 20С, импортных – 0,991 г\см при 15 С.

Плотность высоковязких отечественных топлив ограничивается 1,015 г\см (для мазута топочного 100) при 20 С, импортных – 0,991 г\см при 15С.

Плотность имеет большое значение при очистке топлива путем сепарации, Если плотность топлива приближается к плотности воды, то это создает дополнительные трудности, т.к. отделение воды от топлива основано на разности их плотностей.

В центробежном топливном сепараторе тяжелой фазой является вода. Для получения устойчивой поверхности раздела между топливом и пресной водой плотность топлива не должна превышать 0,992 г\см. Чем выше плотность топлива, тем более сложным становится регулирование сепаратора, Незначительные изменения вязкости, температуры или плотности топлива приводят к потерям топлива с водой или к ухудшению очистки топлива.

Механические примеси. Механические примеси в топливе имеют органическое и неорганическое происхождение. К неорганическим примесям относится ржавчина и песок, которые могут попадать в топливо извне. К органическим примесям – кроены и карбиды – твердые частицы, образующиеся в топливе в процессе переработки нефти.

Механические примеси органического происхождения могут вызвать зависание плунжеров и форсуночных игл в направляющих. Попадая в момент посадки клапанов или форсуночной иглы на седло, карбоны и карбиды прилипают к притертой поверхности, что также приводит к нарушению их работы. Кроме того, карбоны и карбиды, попадая в цилиндры дизеля, способствуют образованию нагаров на стенках камеры сгорания поршня и в выпускном тракте.

В силу своей незначительной твердости механические примеси органического происхождения мало влияют на изнашивание деталей топливной аппаратуры.

Механические примеси неорганического происхождения по своей природе являются абразивными частицами и, поэтому, могут вызвать не только зависание подвижных деталей прецизионных пар, но и абразивное разрушение трущихся поверхностей, посадочных притертых поверхностей клапанов, форсуночной иглы и распылителя, а также сопловых отверстий, Особенно опасно наличие в топливе частиц более 6 мкм. Обычно эти частицы из топлива можно полностью удалить путем сепарации.

Содержание механических примесей в различных сортах топлив оговаривается в ГОСТах и колеблется от 0 в дизельных топливах до 1,5% в мазутах. Зарубежными стандартами на топливо содержание механических примесей не нормируется.

Содержание воды. Вода содержится в топливе в виде взвеси или эмульсии. В зависимости от количества и дисперсности вода оказывает различное влияние на сгорание топлива. Наличие в топливе воды до 1 – 2% не оказывает заметного влияния на работу двигателя, если она равномерно распределена в массе топлива. При большем содержании ее в топливе могут возникнуть трудности при сжигании топлива в двигателе, особенно при образовании отстойной воды в момент поступления топлива в двигатель. В этом случае неизбежны пропуски вспышки в отдельных цилиндрах, а при продолжительном использовании обводненного топлива, и остановка двигателя.

Стандарты допускают содержание воды в топливах до 1,5%, однако в топливах прошедших морские перевозки, допускается содержание воды до 2%.

Присутствие в топливе мельчайших частиц воды обеспечивает дополнительное распыливание топлива в камере сгорания и улучшает смесеобразование за счет микро взрывов частиц воды. На этом основано применение водоотливных эмульсий.

При работе на водо-топливных эмульсиях процесс задержки воспламенения сокращается, в результате чего сгорание топлива происходит с большей эффективностью. Применение водо-топливных эмульсий требует установки дополнительного оборудования: смесителя или гомогенизатора для обеспечения устойчивых эмульсий с заданным содержанием воды и размерами частиц воды. Обычно содержание эмульсионной воды в водо-топливных эмульсиях составляет 4 – 7%.


Особенно неблагоприятное воздействие на характеристики топлива оказывает морская вода. Содержащийся в ней натрий вступает во взаимодействие с ванадием, присутствующим в топливе, и образует при сгорании продукты, способствующие резкому усилению температурной коррозии, а иногда, и увеличению нагарообразования.

Коксовый остаток. Коксовый остаток – массовая доля углекислого остатка (в процентах), образующегося после сжигания в стандартном приборе испытуемого горючего или его 10%-ного остатка.

Величина коксового остатка характеризует неполное сгорание топлива и образование нагара. Для остаточных топлив величина коксового остатка определяется по Конрадсону.

Содержание кокса для различных марок топлив различно. У дистиллятных топлив он не высок (0,3 – 0,5%), у остаточных крекингированных топлив он достигает значительных величин, Коксовый остаток топлив, вырабатываемый у нас, достигает 10%. В импортных топливах допускается содержание кокса до 22%.

Величина коксового остатка по Конрадсону обычно пропорционально концентрации высококипящих тяжелых молекул в топливе, содержанию асфальтенов и, следовательно, плотности топлива. Поэтому, чем выше кокс по Конрадсону, тем, как правило, хуже топливо.

Обычно при использовании топлива с высоким содержанием кокса резко возрастает нагарообразование. Поэтому при сжигании тяжелого топлива необходимо особо тщательно следить за техническим состоянием форсунок и топливных насосов, а также за распределением нагрузки по цилиндрам.

Температура вспышки. Температурой вспышки называют наименьшую температуру, при которой пары топлива, нагреваемого при строго определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Она зависит от количества легких фракций в топливе и характеризует нижний предел воспламенения испытуемого горючего в смеси с воздухом, Для большинства топлив температуру вспышки определяют путем нагрева топлива в закрытом тигле (кроме мазутов топочных 40 и 100).


Важность этой характеристики топлива связана с эго огнеопасностью, а не с пригодностью его для дизельных двигателей или котлов. Согласно Правил Регистра на судах можно использовать лишь топливо с температурой вспышки не ниже 61С.

Топлива с высокой вязкостью, как правило, имеют температуру вспышки намного выше этого предела. Однако следует обратить внимание на отсутствие коррекции между вязкостью и температурой вспышки, а также на тот факт, что попадание даже незначительного количества топлива с низкой температурой вспышки в тяжелое топливо резко снижает температуру вспышки, Известны случаи взрывов и пожаров при попадании сырой нефти в тяжелое топливо, при этом температура вспышки снизилась до 25С.

Температура застывания. За температуру застывания принимают ту температуру, при которой топливо теряет подвижность. От температуры застывания зависит возможность транспортировки топлива по трубопроводам без его подогрева.

Топлива, которые хранятся при температуре ниже точки застывания, превращаются в твердую массу. При хранении топлива при температуре, близкой к точке застывания, возможна частичная кристаллизация. Результатом такого хранения могут быть отложения в танках, засорение фильтров и трубопроводов, невозможность перекачки топлива.

Топлива с высокими точками застывания часто имеют хорошие характеристики сгорания, что вызвано хорошим качеством сгорания парафинов.

В ГОСТах на топливо максимальная величина температуры застывания ограничена температурой 25С, а в зарубежных стандартах 30С.

В приложениях ISO и CIMAC включен также класс топлив с максимальной точкой застывания 0С зимой и 6С в остальное время года. Очевидно, это предусмотрено специально для судов, у которых отсутствует подогрев топлива.

Содержание серы. Сера присутствует в топливе, в основном, в составе органических соединений, При сгорании сера образует сернистый (SO) и серный (SO) ангидриды, которые при соединении с водой образуют сернистую (HSO) и серную (HSO) кислоты, вызывающие сильную коррозию поверхностей, на которых они могут конденсироваться.


Для предотвращения коррозии цилиндровых втулок крейцкопфных двигателей, работающих на тяжелом топливе, цилиндровые масла должны содержать щелочные присадки, Мерой щелочности масла, или его способности нейтрализовать кислоты, является «общая щелочность» (общее щелочное число).

Современные цилиндровые масла обычно имеют щелочное число в пределах 40 – 70 мг КОН на 1грамм масла, хотя некоторые фирмы предлагают цилиндровые масла со щелочным числом 100.

В тронковых двигателях, где смазка цилиндров обеспечивается разбрызгиванием и более интенсивна, при работе на тяжелых топливах используют цилиндровые масла со щелочным числом 20 – 40.

Для правильного выбора величины общего щелочного числа цилиндровых масел в зависимости от содержания серы в топливе на рис.2 представлен график, предложенный фирмой «Бурмайстер и Вайн».



следующая страница >>