Оценка уровня качества дизельного топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В условиях перехода Казахстана к открытой рыночной экономике борьба за потребителя на внутреннем и внешнем рынках требует создания и производства конкурентоспособных товаров. Качество выступает как главный фактор конкурентоспособности товара, составляя его «стержень», основу.

Роль и значение качества постоянно возрастает под влиянием развития технологий производства и потребностей человека. Подъем уровня культуры и образования с каждым днем делает потребителей все более разборчивыми и придирчивыми.

В обеспечении конкурентоспособности уже в 80-е годы ХХ в. требования к качеству стали определяющими. Более 80% покупателей, приобретая продукцию на мировом рынке, теперь предпочитают цене качество. Опыт показывает: объективно необходимо, чтобы расходы на качество составляли не менее 15-25% совокупных производственных затрат.

С качеством продукции связаны возможности кредитования, инвестиций, предоставление льгот. Например, в ряде стран Европы действуют законы, по которым одни товары вообще не допускаются на рынок без сертификата качества, подтверждающего соответствие требованиям стандартов международной организации по стандартизации - ИСО, другие, не сертифицированные товары, должны продаваться вдвое дешевле.

Организационно-экономические и технические проблемы, связанные с качеством, давно стали предметом исследования, пути их разрешения превратились в отрасль науки. Она получила название «квалиметрия» (от лат. Quails - какой по качеству) - научная область, объединяющая методы количественной оценки качества различных объектов. [1]

Сегодня изучению качества продукции уделяют особое внимание на любом производстве. Усилия специалистов целеустремленно направлены на непрерывное улучшение качества продукции во всех развитых странах мира.

1. Назначение, область применения и классификация дизельного топлива

Дизельное топливо - жидкое топливо, в том числе с присадками, для использования в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси от сжатия. Дизельное топливо - это нефтепродукт, который используется в качестве топлива в дизельном двигателе. Дизтопливо получают при перегонке нефти из керосиново-газойлевых фракций. Представляет собой довольно вязкую и трудноиспаряющуюся горючую жидкость. Состоит в основном из углерода, а также включает в себя небольшое в процентном соотношении содержание водорода, кислорода, серы и азота. [1]

Область применения дизельного топлива достаточно широка. Основные его потребители - грузовой автотранспорт, водный и железнодорожный транспорт, сельскохозяйственная техника. Кроме того, остаточное дизельное топливо (или соляровое масло) часто используется в качестве котельного топлива, в смазочно-охлаждающих средствах при механической и закалочных жидкостях при термической обработке металлов, а также для пропитывания кож.

Дизельное топливо дешевле, средний расход горючего в дизельных двигателях на 25-30% ниже, чем в карбюраторных. Высокие показатели надежности и экономичности дизельных двигателей оправдывают их широкое применение, а это приводит к тому, что потребности мирового рынка в дизельном топливе исчисляются миллионами тонн в год. Такие объемы не только стимулируют увеличение объемов добычи первичного сырья для дизельного топлива - нефти, но и ускоряют развитие технологической базы процесса её переработки. Производство дизельного топлива - крупный сектор нефтегазовой отрасли, характеризующийся высокой прибыльностью инвестиций и постоянно возрастающей потребностью в применении современных наукоемких технологий.

Основная область применения дизельного топлива - различные виды двигателей соответствующего типа. Такие агрегаты всегда характеризуются повышенной экономичностью, практичностью и высокой надежностью. Современные дизели имеют более высокую мощность и к.п.д., оборудованы турбонаддувом и при эксплуатации требуют применения топлива и масел более высокого качества, чем их далекие предшественники.

Государство ведет строгий мониторинг качества дизельного топлива, производители неукоснительно придерживаются специализированных стандартов. Стандартом определены основные характеристики нефтепродукта: цетановое число, технические требования и требования безопасности, правила приемки и прочие детали. Как уже было сказано, основными потребителями дизельного топлива традиционно являются транспортная отрасль, тяжелая промышленность и сельское хозяйство. В последнее время дизтопливо - его качество и стоимость - все больше интересуют и простых людей, потому что оно активно используется для малолитражных автомобилей и отопления жилых домов.

В последние годы значительно выросло потребление дизельного топлива для котлов и дизельных генераторов в частном секторе: коттеджах, гаражах, автомастерских. Как правило, дизельное топливо интересует владельцев коттеджей, удаленных от крупных населенных пунктов - там, где нет доступа к газовой магистрали. Дизельное топливо при применении в отопительных котлах показывает высокий КПД (приблизительно 94%), который позволяет использовать его для коттеджей, имеющих большую площадь. И, безусловно, отопление загородного дома дизельным топливом обойдется намного дешевле электрического отопления.

Различный автотранспорт, морские и речные суда, генераторы и прочие механизмы, работающие на дизельном топливе, составляют значительную часть технического парка нашей страны. В Казахстане спрос на недорогое и качественное дизельное топливо сегодня довольно высок, а цены при этом остаются ниже, чем на бензин. При этом в разгар летних полевых и строительных работ ощущается дефицит данного продукта, который служит горючим для тракторов и тепловозов, бетононасосов и дизель-генераторов.

Рисунок 1 - Классификация дизельного топлива

Классификация дизельного топлива создается в соответствии с ГОСТ 305-82 (рис.1):

Л - летнее дизельное топливо, применяемое при температурах окружающего воздуха выше 0°С;

З - зимнее дизельное топливо, применяемое при температурах до -20 °С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь заст < -35 °С и п < -25 °С), или зимнее, применяемое при температурах до -30 °С, тогда топливо должно иметь заст < -45 °С и п <-35 °С);

А - арктическое дизельное топливо, температура применения которого до -50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и З не превышает 0,2 % - для I вида топлива и 0,5 - для II вида топлива, а марки А - 0,4 %. [4]

Для удовлетворения потребности в дизельном топливе разрешаются по согласованию с потребителем выработка и применение топлива с температурой застывания 0°С без нормирования температуры помутнения. В соответствии с ГОСТ 305-82 принято следующее условное обозначение дизельного топлива: летнее топливо заказывают с учетом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,2-40), зимнее - с учетом содержания серы и температуры застывания (З-0,2-минус 35).

В условное обозначение на арктическое дизельное топливо входит только содержание серы: А-0,2.Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы.

В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0 % (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте - от 0,08 до 0,1%.

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110-94) - вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2%. Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305-82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10°С.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками. С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889-81. Получают его на базе летнего дизельного топлива с tп = = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45°С вырабатывают топлива по ТУ 38.401-58-36-92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗп-15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15°С, товарное - с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное - с предельной температурой фильтруемости -45 °С).

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348-89. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05 % (вид I) и до 0,1 % (вид II).

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В - не более 20 %, для топлива марки ДЗЭЧ - не более 10 %. Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Рисунок 2 - Классификация дизтоплива по содержанию серы

По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на два вида (рис. 2):

I - массовая доля серы не более 0,2%;

II - массовая доля серы не более 0,5% (для марки А не более 0,4%).

Европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки - не ниже 55 °С, коксуемости 10 %-ного остатка - не более 0,30 %, зольности - не более 0,01 %, содержанию воды - не более 200 ррm, механических примесей - не более 24 ррm, коррозии медной пластинки - класс 1, устойчивости к окислению - не более 25 г осадка/м3. В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах - не более 0,05 %.

2. Технология получения дизельного топлива

Производство дизельного топлива включает в себя ряд технологических процессов, осуществляемых, как правило, на крупных нефтеперерабатывающих заводах.

Его промышленное производство можно разделить на следующие этапы:

- первичная переработка нефти;

- вторичная переработка нефти;

- смешение (компаундирование).

Остановимся на каждом из этих этапов подробнее.

Первичная переработка (или прямая перегонка) - это разделение нефти на отдельные фракции по температурам кипения. Она осуществляется в специальных ректификационных колоннах (рис. 3).



Рисунок 3 - Схема получения топлив и масел из нефти: 1 - установка (резервуар с нефтью); 2 - теплообменники; 3 - трубчатая печь для нефти; 4 - ректификационная колонна для нефти; 5 - трубчатая печь для мазута; 6 - ректификационная колонна для мазута

В результате этого процесса получают, в частности, дизельные фракции, использующиеся для изготовления соответствующего топлива. Разделение на фракции основано на том, что углеводороды, входящие в состав нефти, имеют различную температуру кипения. Наиболее легкие фракции нефти выкипают при нагреве до температуры 40-50°С, а наиболее тяжелые - при температуре свыше 400°С. Технологический процесс перегонки заключается в следующем.

Сырую нефть (обезвоженную и обессоленную) в специальной установке 1 насосами прокачивают через теплообменник 2, подвергая дополнительному подогреву. Из теплообменника она поступает в трубчатую печь 3, где нагревается до температуры 320-330°С. При этой температуре большая часть ее превращается в пары. Пары и неиспарившийся остаток нефти непрерывно поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 4. Затем пары поднимаются вверх, постепенно охлаждаются и начинают конденсироваться, а неиспарившийся остаток оседает на дно колонны. Ректификационная колонна имеет внутри ряд полок-тарелок с отверстиями, накрытыми специальными колпачками. Пары более легких углеводородов (бензина) поднимаются вверх колонны, а пары более тяжелых (лигроина, керосина и дизельного топлива) располагаются ниже в порядке возрастания температуры их кипения.

Выделившийся в парообразном состоянии бензин, лигроин, керосин и дизельное топливо конденсируются, т. е. превращаются в жидкость, которая на соответствующих уровнях отводится из колонны. На нижние тарелки стекает неиспарившийся остаток нефти - мазут, служащий для получения смазочных масел. Такой процесс испарения жидкости и конденсации ее паров называется прямой перегонкой, или дистилляцией, а продукт перегонки - дистиллятом. Бензин, лигроин, керосин и дизельное топливо получают из фракций, которые выкипают соответственно при температурах: 35-200, 125-230, 150-315 и 200-360°С.

Вторичная переработка изменяет химический состав и структуру углеводородов. Основной её метод - это крекинг (от англ. cracking - расщепление). Его главная реакция - расщепление крупных молекул мазута на более мелкие. Крекинг может быть: термическим (расщепление идёт под действием высоких температур без участия какого-либо катализатора), каталитическим (в присутствии катализатора), а также гидрокрекингом (помимо катализатора присутствует водород). Дизельное топливо, полученное при термическом крекинг-процессе, содержит большое количество непредельных углеводородов. Это снижает цетановое число, вызывает повышенное лако- и нагарообразование в двигателях. Поэтому применение такого топлива для дизелей тепловозов нежелательно.

Далее начинается удаление из топлива серы, для чего используется гидроочистка, которая, по сути, является разновидностью гидрокрекинга.

По сравнению с прямой перегонкой все процессы вторичной переработки весьма сложны в технологическом плане и отличаются очень высокой стоимостью. Однако они необходимы, поскольку помогают заметно увеличить выход товарного дизтоплива и заодно - улучшить его качество.

Следующим этапом производства является смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок. Это завершающий процесс получения товарного дизельного топлива.

Стоит заметить, что дизтопливо получают путём смешения прямогонных и прошедших гидроочистку фракций в соотношениях, гарантирующих выполнение требований стандарта содержания серы.

В целях обеспечения хороших низкотемпературных свойств зимнюю и арктическую разновидности дизтоплива получают из более лёгких фракций, чем летнюю. Или же проводится дорогостоящая депарафинизация. Кроме того, в арктическое дизельное топливо вводятся специальные присадки, приводящие к увеличению его цетанового числа с 38 до 40.

Если провести гидроочистку дизтоплива, можно получить экологически чистые летние и зимние марки данного вида горючего.

Добавление в него антидымной и депрессорной присадок позволяет получить так называемое городское дизельное топливо, которое рекомендуется использовать в мегаполисах с целью уменьшения уровня загрязнения его воздуха.

Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0 % (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте - от 0,08 до 0,1 %. [15]

3. Выбор номенклатуры показателей качества дизельного топлива

Выбор номенклатуры показателей качества устанавливает перечень наименований количественных характеристик свойств продукции, составляющих ее качество и обеспечивающих возможность адекватной оценки уровня качества продукции. При обосновании выбора номенклатуры показателей качества продукции учитывают:

Назначение и условия использования (эксплуатации) продукции.

Требования потребителей.

Обеспечение решения задач управления качеством продукции.

Состав и структуру характеризующих свойств.

Основные требования к показателям качества. [1]

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.

Номенклатура показателей качества дизельного топлива устанавливается ГОСТ 4.25-83 «Система показателей качества продукции. Нефтепродукты. Топлива жидкие. Номенклатура показателей» (табл.1). [3]

Таблица 1 - Номенклатура показателей дизельного топлива

Наименование показателя качества	Обозначение показателя качества	Наименование характеризуемого свойства
Показатели назначения
Показатели прокачиваемости
температура застывания, °С		текучесть
температура предельной фильтруемости, °С		фильтруемость
температура помутнения, °С		фильтруемость
коэффициент фильтруемости, условные единицы		фильтруемость
Показатели воспламеняемости
температура вспышки в закрытом тигле, °С		температуры воспламенения
температура вспышки в открытом тигле, °С		то же
Показатели горючести
Плотность при 20°С, кг/		удельная энергоёмкость
цетановое число, условные единицы	ЦЧ	эффективность сгорания
Показатели совместимости с материалами
массовая доля серы, %	S	коррозионность
Показатели противоизносных свойств
вязкость кинематическая при 20°С, /с		вязкость

Таблица 2 - Характеристики дизельного топлива

Показатели	Норма для марок
	Л	З	А
Цетановое число, не менее	45	45	45
Фракционный состав	280	280	255
50 % перегоняется при температуре, °С, не выше	280	280	255
90 % перегоняется при температуре (конец перегонки), °С, не выше	360	340	330
Кинематическая вязкость при 20°С, /с	3,0-6,0	1,8-5,0	1,5-4,0
Температура застывания, °С, не выше, для климатической зоны:
умеренной	-10	-35	-
холодной	-	-45	-55
Температура помутнения, °С, не выше, для климатической зоны:
умеренной	-5	-25	-
холодной	-	-35	-
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	62	40	35
для дизелей общего назначения	40	35	30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,2	0,2	0,2
вида II	0,5	0,5	0,4
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01
Содержание фактических смол, мг/100топлива, не более	40	30	30
Кислотность, мг КОН/100топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г I2/100 г топлива, не более	6	6	6
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,20	0,30	0,30
Коэффициент фильтруемости, не более	3	3	3
Плотность при 20°С, кг/, не более	860	840	830

4. Воспламеняемость или цетановое число

Цетановое число - условная единица измерения самовоспламеняемости топлив в дизельных двигателях, численно равная процентному (по объему) содержанию цетана (н-гексадекана) в смеси его с альфа-метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу, в условиях испытания. Воспламеняемость дизтоплива влияет на наличие вредных компонентов в отработанных газах, таких как CO и СН. Чем меньше период воспламеняемости, тем быстрее происходит сгорание топлива. Это ускоряет работу двигателя и увеличивает его мощность. Так же, содержание вредных компонентов в газах становится меньше. Воспламеняемость измеряют при определенной степени сжатия и полученные результаты сравнивают с данными эталонного дизельного топлива, которое состоит из цетана и альфаметилнафталина или применяемого в некоторых странах гептаметилноанола. [16] Цетановое число - это количество цетана в смеси, при котором период воспламеняемости идентичен периоду воспламеняемости эталонного топлива. Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40-55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка воспламенения (время между началом впрыска и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40-45, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 45-50 (табл.2). Различные модели дизельных двигателей имеют свои требования к цетановому числу. Так, например, быстроходные двигатели требуют дизельное топливо с более высоким цетановым числом, а двигатели менее оборотистые используют топливо с небольшим цетановым числом. В качестве примера можно привести работу крупного судового двигателя, который работает на топливе с цетановым числом около 15 и высокооборотных двигателей легковых машин, цетановое число дизельного топлива которых не менее 50. Для грузовых машин нормальным цетановым числом дизельного топлива является значение от 40 до 45. Показатель воспламеняемости - очень важная характеристика дизельного топлива.

Если цетановое число высокое, скорость нарастания давления будет ниже, а, значит, двигатель будет работать не так жестко. С превышением нормы цетанового числа ухудшается экономичность двигателя и увеличивается дымность выхлопных газов. Иногда, для повышения цетанового числа используют некоторые присадки. В основном, это изопропил или циклогексилнитраты, которые способны увеличить цетановое число на 2-7 единиц. К сожалению, это приводит к снижению температуры вспышки, и поэтому использование присадок для этих целей ограничено.

В зарубежных странах вместо цетанового числа используют дизельный индекс, который для определенного топлива вычисляется по значению плотности и температуре выкипания 50% топлива. Эта характеристика дизельного топлива применяется и для отечественного дизельного топлива, которое идет на экспорт.

Цетановый индекс (ЦИ) рассчитывают по уравнению:

ЦИ = 454,74 - 1 641,416с + 774,74 - 0,554t + 97,803,

где с - плотность при 15°С, определенная по ГОСТ 3900-85, г/;

t - температура кипения 50 %-ной (по объему) фракции с учетом поправки на нормальное барометрическое давление 101,3 кПа, определяется по ГОСТ 2177-82, °С;

lg - логарифм с основанием 10.

Цетановый индекс - информационное значение цетанового числа, рассчитанное по плотности и средней температуре выкипания 50%-ной фракции.



Рисунок 4 - Зависимость удельного расхода дизельного топлива от величины цетанового числа

Проведенными работами на автотракторных дизелях установлено, что применение топлива с большим цетановым числом значительно уменьшает его удельный расход (рис. 4) и сокращает время на запуск дизеля. Так, например, при использовании топлива с цетановым числом 53 дизель можно запустить через 3 сек, а топлива с цетановым числом 38 - через 45-50 сек. Цетановое число зависит также от химического состава топлива, т. е. от соотношения в топливе основных групп углеводородов.

Фракционный состав определяет полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя.

Фракционный состав косвенно характеризует испаряемость дизельного топлива. Топливо с облегченным фракционным составом легче испаряется. Но применять дизельное топливо со слишком облегченным фракционным составом нельзя, так как такое топливо состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, и его вязкость могла бы оказаться недостаточной. Применение дизельного топлива с утяжеленным фракционным составом, вследствие плохой его испаряемости, приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, дымному выхлопу и ухудшению топливной экономичности. Такое топливо затрудняет пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах.

5. Вязкость и плотность

Такие показатели, как вязкость и плотность, определяют уровень испарения и смесеобразования дизельного топлива. Более плотное и вязкое топливо хуже воспламеняется и сгорает, что приводит к большему расходу дизельного топлива и дымности выхлопных газов. Маловязкое топливо в процессе эксплуатации увеличивает износ деталей топливного насоса. Для уменьшения износа часто в дизельное топливо добавляют противоизносные присадки, что частично компенсирует этот недостаток маловязкого дизельного топлива.

Рисунок 5 - Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры: 1 - летнее; 2 - зимнее; 3 - арктическое

Низкотемпературные свойства дизтоплива - характеризуются температурой помутнения, застывания и предельной фильтруемости. Они определяют способность топлива проходить через фильтры и обеспечивать прокачку по трубопроводам в условиях низких температур.

Температура помутнения - температура дизтоплива, при которой начинается кристаллизация парафина (табл.2).

Температура застывания дизтоплива - температура, при которой происходит полная потеря текучести.

Температура предельной фильтруемости дизтоплива - температура, при которой топливо еще способно проходить через фильтр.

6. Степень чистоты дизтоплива

Чем чище дизельное топливо, тем качественнее и эффективнее работает двигатель. Эта характеристика дизельного топлива является очень важной. Для определения характеристики чистоты топлива используют коэффициент фильтруемости. Фильтруемость определяют соотношением времени, за которое топливо проходит через фильтр при определенном атмосферном давлении. В основном, фильтруемость дизтоплива зависит от содержания в нем воды, механических примесей, смол и нафтеновых кислот. Согласно ГОСТ 6370-83, если в дизельном топливе количество механических примесей не превышает 0.002-0.004%, считается, что примесей в топливе нет.

7. Температура вспышки

дизельный топливо качество вязкость

Этот показатель определяет пожарную опасность топлива. В двигателях, которые эксплуатируются в закрытых помещениях, а также в пожароопасных местах, применяется топливо с повышенной температурой вспышки. По ГОСТ 305-82 дизельное топливо является топливом общего назначения и применения, и имеет температуру вспышки не менее 40°С. Для топлива, применяемого в судовых и тепловозных двигателях, горных машинах, температура вспышки не менее 60°С. Такое топливо имеет ограничение по использованию.

Сернистые соединения, непредельные углеводороды и металлы (ванадий, натрий) влияют на процессы нагарообразования в дизелях, являются причиной повышенных износов и коррозии. Их содержание в топливе регламентировано.

Дизельное топливо содержит некоторое количество сернистых соединений, это в первую очередь зависит от марки исходной нефти и степени ее очистки, влияющих на общие показатели кислотности топлива, работу выхлопной системы и ее коррозионную стойкость. Использование топлива с большим содержанием серы приводит к необходимости повышения смазывающих характеристик для компенсации процессов кислотной коррозии. Использование такого топлива существенно снижает срок службы катализаторов и узлов выхлопной системы. Категорически не рекомендуется использовать марки топлива, содержание сернистых соединений в которых превышает рекомендованные величины 0,2-0,5%. Следует иметь в виду, что в некачественном дизельном топливе помимо стабильных соединений могут присутствовать активные соединения серы, значительно усиливающие процессы коррозии. [17]

8. Выбор базового образца или базовых показателей дизельного топлива

Базовым образцом называется реально достижимая совокупность качеств продукции, принятая для сравнения. За базовый образец принимается общественно необходимый уровень, который в определенный отрезок времени является компромиссным с точки зрения требований потребителя и возможностей производства. В качестве базовых образцов выделяются лучшие из группы аналогов на основе метода попарного сравнения последовательно всех аналогов по значениям оценочных показателей с учетом точности их измерения. Выделение базовых образцов, на основе метода попарного сопоставления аналогов осуществляется следующим образом: аналог не может быть признан базовым образцом и исключается из последующих сопоставлений, если он уступает другому аналогу по совокупности оценочных показателей, т.е. уступает другому аналогу хотя бы по одному показателю, не превосходя его ни по каким из остальных; оба аналога остаются для дальнейшего сопоставления с другими, если по одним показателям оказывается лучше первый аналог, а по другим - второй. При этом значение некоторых показателей у аналогов могут не совпадать. В результате попарного сопоставления аналогов остаются аналоги, каждый из которых не уступает ни одному из остальных по совокупности оценочных показателей. Оставшиеся аналоги и являются базовыми образцами.

В качестве базового образца в данной курсовой работе выбрано зимнее дизельное топливо, соответствующее показателям ГОСТ305-82 по следующим характеристикам:

- цетановое число, не менее 45;

- фракционный состав, 90 % перегоняется при температуре (конец перегонки), не выше 340°С;

- вязкость и плотность: показатель вязкости при 20°С 1,8-5,0 /с, плотность при 20°С, не более 840 кг/;

- низкотемпературные свойства, включающие температуру застывания, не выше -45°С, температуру помутнения, не выше -35°С, температуру предельной фильтруемости, не выше -35°С;

- степень чистоты, для определения характеристики которой используется коэффициент фильтруемости, не более 3;

- температура вспышки, не ниже 60°С;

- наличие сернистых соединений не более 0,20% и непредельных углеводородов. [4]

Качество дизельного топлива определяется не только основными параметрами, но и примесями, а точнее - их низким содержанием.

9. Выбор метода определения показателей качества дизельного топлива

В зависимости от способа получения информации методы определения значений показателей качества продукции подразделяют на:

- измерительный;

- регистрационный;

- расчетный;

- органолептический.

Измерительный метод основан на информации, получаемой с использованием технических измерительных средств. С помощью измерительного метода определяются следующие значения: масса изделия, частота вращения двигателя, размер изделия, скорость автомобиля, сила тока и др.

Регистрационный метод основывается на использовании информации, получаемой путем подсчета числа определенных событий, предметов или затрат, например отказов изделия при испытаниях. Этим методом определяются показатели унификации, патентно-правовые показатели и др.

Расчетный метод базируется на использовании информации, получаемой с помощью теоретических или эмпирических зависимостей. Этим методом пользуются при проектировании продукции, когда она еще не может быть объектом экспериментальных исследований. Расчетный метод служит для определения значений массы изделия, показателей производительности, мощности, прочности и др.

Органолептический метод строится на использовании информации, получаемой в результате анализа восприятий органов чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. При этом органы чувств человека служат приемниками для получения соответствующих ощущений, а значения показателей находятся путем анализа полученных ощущений на основе имеющегося опыта и выражаются в баллах. С помощью органолептического метода определяются показатели качества кондитерских, табачных, парфюмерных изделий и другой продукции.

В зависимости от источника информации методы определения значений показателей качества продукции подразделяют на:

- традиционный;

- экспертный;

- социологический.

Традиционный метод осуществляется должностными лицами специализированных экспериментальных и расчетных подразделений предприятий, учреждений (к ним относятся специализированные лаборатории, полигоны, испытательные стенды и т.д.).

Экспертный метод оценки показателей качества продукции реализуется группой специалистов-экспертов, например дизайнеров, дегустаторов, товароведов и т.п. С помощью экспертного метода определяются значения таких показателей качества, которые не могут быть определены более объективными методами. Этот метод используется при определении значений некоторых эргономических и эстетических показателей.

Социологический метод определения показателей качества продукции используется фактическими или потенциальными потребителями продукции. Сбор мнений потребителей производится путем опросов или с помощью специальных анкет-вопросников, выставок, конференций и т.д. [1]

Для определения показателей качества дизельного топлива следует пользоваться расчетным и измерительным методами, т.к. качество дизельного топлива нельзя достаточно точно определить, например, органолептическим методом или каким-либо другим.

10. Определение показателей качества дизельного топлива

Цетановое число

Цетановое число определяется по ГОСТ Р 52709-2007 «Топливо дизельное. Определение цетанового числа», который устанавливает метод определения самовоспламеняемости топлива в дизельных двигателях по совпадению вспышек в единицах цетанового числа. Сущность метода заключается в сравнении самовоспламеняемости испытуемого топлива в двигателе при различных степенях сжатия с самовоспламеняемостью эталонных топлив с известными цетановыми числами в условиях испытания. Цетановое число, определяемое по методу совпадения вспышек, обозначается: ЦЧ/СВ. Пример: 45/СВ.

Для проведения испытания применяют:

- установки одноцилиндровые типа ИДТ-69, ИТ9-ЗМ или другие с переменной степенью сжатия, обеспечивающие аналогичные результаты определения цетановых чисел;

- аппаратуру электронную - прибор типа ИПЗВ или электромеханические датчики-индикаторы впрыска и воспламенения (черт. 1 и 2) для измерения момента впрыска и самовоспламенения топлив;

- посуду мерную лабораторную стеклянную по ГОСТ 1770: колбы 2-250-2,

2-500-2, 2-1000-2;

- цилиндры 1-250, 1-500, 1-1000.

Для определения самовоспламеняемости топлив по данному методу применяют первичные и вторичные эталонные топлива.

В качестве первичных эталонных топлив применяют цетан (эталонный) по ГОСТ 12525 и альфа-метилнафталин.

В качестве вторичных эталонных топлив применяют:

а) газойль прямой перегонки из парафинистых малосернистых нефтей с цетановым числом не ниже 55 (высоко цетановое эталонное топливо);

б) зеленое масло, представляющее собой смесь высокомолекулярных полициклических ароматических углеводородов, с цетановым числом не более 20.

Цетановое число испытуемого топлива вычисляют по формуле:

(1)

где - объемная доля цетана в смеси цетана и альфа-метилнафталина, самовоспламеняющейся в ВМТ при большей степени сжатия, чем испытуемое топливо (смесь с меньшим цетановым числом), %;

- объемная доля цетана в смеси того же состава, самовоспламеняющейся в

ВМТ при меньшей степени сжатия, чем испытуемое топливо (смесь с большим цетановым числом) %;

- средние арифметические значения показаний микрометра, определяющего степень сжатия при самовоспламенении в ВМТ, соответственно испытуемого топлива, смеси первичных эталонных топлив соответствующей и смеси первичных эталонных топлив, соответствующей , %.

Объемную долю в процентах высокоцетанового вторичного эталонного топлива в смеси с низкоцетановым эталонным топливом, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу, вычисляют по формуле

(2)

где - объемная доля высокоцетанового вторичного эталонного топлива в смеси вторичных эталонных топлив, самовоспламеняющейся в ВМТ при большей степени сжатия, чем испытуемое топливо (смесь с меньшим цетановым числом) %;

- объемная доля высокоцетанового вторичного эталонного топлива в смеси вторичных эталонных топлив, самовоспламеняющейся в ВМТ при меньшей степени сжатия, чем испытуемое топливо (смесь с большим цетановым числом) %;

- средние арифметические значения показаний микрометра, определяющего степень сжатия при самовоспламенении в ВМТ соответственно испытуемого топлива, смеси вторичных эталонных топлив, соответствующей смеси вторичных эталонных топлив, соответствующей , %.

По найденному эквиваленту на данной установке с помощью переходной шкалы от первичных эталонных топлив ко вторичным эталонным топливам (см.рис.6) находят цетановое число испытуемого топлива.

Рисунок 6 - Переходная шкала

Результаты определения цетанового числа дизельного топлива округляют с точностью до целого числа, при значении до 0,5 включительно округляют до ближайшей целой единицы в меньшую сторону, выше 0,5 - до ближайшей целой единицы в большую сторону. [6]

11. Фракционный состав

Фракционный состав дизельного топлива определяется по ГОСТ Р ЕН ИСО 3405-2007 «Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава при атмосферном давлении», идентичный EN ISO 3405:2000.

Сущность метода состоит в том, что образец относят к одной из пяти групп на основе его состава и ожидаемых характеристик испаряемости с определением для каждой группы оборудования, температуры холодильника и параметров процесса. 100 испытуемого образца перегоняют в определенных условиях, присущих группе, к которой относится данный образец, и проводят систематические наблюдения за показаниями термометра и объемом конденсата. Измеряют объем остатка в колбе и регистрируют потерю при разгонке. Показания термометра корректируют на барометрическое давление и данные используют в расчетах в соответствии с природой образца и требованиями спецификации.

Рисунок 7 - Аппарат в сборе с газовой горелкой

На рисунках 7 и 8 показаны типовые аппараты, предназначенные для ручной разгонки.

1 - охлаждающая баня; 2 - вентиляционные отверстия; 3 - газовая горелка; 4 - кожух; 5 - термостойкие прокладки; 6 - колба для перегонки; 7 - термометр; 8 - крышка бани; 9 - фильтровальная бумага; 10 - подставка; 11 - мерный цилиндр; 12 - газопровод.

Рисунок 8 - Аппарат в сборе с электрическим нагревателем: 1 - мерный цилиндр; 2 - фильтровальная бумага; 3 - термометр; 4 - колба для перегонки; 5 - термостойкая прокладка для установки колбы; 6 - электрический нагревательный элемент; 7 - подставка для установки колбы; 8 - круглая ручка для установки колбы; 9 - шкала регулирования нагрева; 10 - выключатель; 11 - открытый нижний кожух; 12 - охлаждающая баня; 13 - трубка холодильника; 14 - кожух

Колбы для разгонки должны быть вместимостью 100 или 125 и должны быть изготовлены из термостойкого стекла.

Холодильник должен быть изготовлен из бесшовной трубки некорродирующего металла длиной (560 ± 5) мм, наружным диаметром 14 мм и толщиной стенки от 0,8 до 0,9 мм.

Примечание - Пригодными материалами являются латунь или нержавеющая сталь.

Холодильник следует устанавливать таким образом, чтобы часть трубки длиной (393 ± 3) мм контактировала с охлаждающей средой, причем снаружи бани на расстоянии (50 ± 3) мм должен находиться верхний конец, а нижний конец должен выступать на (114 ± 3) мм. Часть трубки, выступающая сверху, должна устанавливаться под углом 75° к вертикали. Часть трубки внутри бани должна быть прямой или изогнутой по любой подходящей непрерывной плавной кривой. Относительно горизонтали средний градиент наклона трубки должен составлять 15° ± 1°, и ни один из отрезков длиной 100 мм не должен выходить за пределы градиента 15° ± 3°. Выступающая нижняя часть трубки холодильника должна быть изогнута книзу на расстоянии 76 мм, а нижний конец срезан под острым углом. Следует предусмотреть возможность стекания дистиллята по внутренней стенке мерного приемного цилиндра.

Объем и конструкция охлаждающей бани зависят от используемой охлаждающей среды. Охлаждающая способность бани должна быть достаточной, чтобы поддерживать заданную температуру для требуемого режима работы холодильника. Одну охлаждающую баню можно использовать для нескольких трубок холодильника.

Экраны должны обеспечивать защиту оператора во время проведения испытания, а кожух колбы для разгонки - от сквозняков. Они позволяют легко осуществлять наблюдение за процессами разгонки и должны быть обеспечены, как минимум, одним смотровым окошком для наблюдения за температурой выпаривания в конце разгонки.

Источником нагрева является газовая горелка, обеспечивающая получение первой капли от холодного пуска в течение установленного времени и в течение всей разгонки с определенной скоростью. Необходимо предусмотреть чувствительный регулировочный кран и регулятор давления газа для обеспечения полного контроля за нагреванием.

Барометр должен обеспечивать измерения атмосферного давления с точностью не менее 0,1 кПа, на том же самом уровне относительно уровня моря, как и аппаратура в лаборатории. Не следует снимать показания с барометров-анероидов, которые предварительно откорректированы по данным давления на уровне моря.

Отбор проб, если нет иных указаний, следует проводить в соответствии с ИСО 3170 и ИСО 3171 с учетом специальных условий. Перед испытаниями пробы выдерживают при конкретных значениях температуры, вдали от источников прямого тепла или солнечного света.

Проведение испытания

Нагревают колбу для разгонки с испытуемым образцом, при этом конец трубки холодильника не должен касаться стенки мерного цилиндра. Отмечают и записывают температуру начала кипения с точностью 0,5°С или 0,1°С применительно к конкретно используемому аппарату. Если дефлектор приемника не применяют, то устанавливают мерный цилиндр так, чтобы конец трубки холодильника касался его внутренней стенки. Регулируют нагрев так, чтобы время от достижения температуры начала кипения до получения 5 % (об.) или 10 % (об.) отгона соответствовало указанному в таблице 3. Продолжают регулировать нагрев, чтобы средняя скорость конденсации от 5 % (об.) отгона до 5 остатка в колбе была равномерной и составляла от 4 до 5 /мин. В интервале между температурой начала кипения и концом разгонки отмечают и записывают данные, необходимые для расчета и представления результатов испытания, как предписывается техническими условиями или как ранее было установлено для испытуемого образца.

Если требуется записывать показание термометра при заданном проценте выпаривания или отгона для образца, который имеет быстро меняющийся наклон кривой разгонки в области показания заданного процента выпаривания или отгона, то регистрируют температурные показания при каждом 1 % (об.) отгона. Наклон считают быстро меняющимся, если изменение в наклоне С по точкам в этой конкретной зоне более 0,6, и рассчитывают по формуле:

(3)

где - показание термометра, соответствующее обсуждаемому % (об.) отгона, °С;

- показание термометра, соответствующее % (об.) отгона, предшествующему обсуждаемому % (об.) отгона, °С;

- значение обсуждаемого отгона, % (об.);

- значение отгона, предшествующего обсуждаемому отгону, % (об.);

- показание термометра, соответствующее последующему за обсуждаемым % (об.) отгона, °С;

- значение отгона, последующего за обсуждаемым отгоном, % (об.).

Когда количество остающейся в колбе жидкости составляет приблизительно 5 , проводят окончательную регулировку нагрева. Чтобы определить, когда в колбе для разгонки останется приблизительно 5 остатка жидкости, измеряют количество отгона в приемнике, которое на это время за вычетом потерь должно составлять 93,5 . Если это условие не соблюдено, то испытание повторяют, изменяя соответствующим образом окончательную регулировку нагрева.

Испытание повторяют, если действительные потери отличаются от подсчитанного значения более чем на 2 .

Обработка результатов

Процент полного отгона - это сумма процента отгона и процента остатка. Вычитают процент полного отгона из 100 и получают процент потерь. Показания термометра корректируют к давлению 101,3 кПа.

Получают поправку Тс, которую следует применять к каждому показанию термометра с помощью таблицы или уравнения Сиднея Янга

Тс = 0,0009 (101,3 - pk) (273 + t),(4)

где рk - барометрическое давление, преобладающее во время и в месте испытания, кПа;

t - отмечаемое показание термометра, °С.

Рассчитывают соответствующий скорректированный процент отгона Rc, % (об.), по формуле:

(5)

где R - наблюдаемый процент отгона, % (об.);

L - наблюдаемые потери, % (об.);

- скорректированные потери, % (об.).

Для записи процентов выпаривания при установленных показаниях термометра процент потерь прибавляют к наблюдаемому проценту отогнанного продукта при установленных показаниях температуры и интерпретируют эти результаты как соответствующий процент выпаривания, т.е.

(6)

где - выпаривание, % (об.);

- отогнанный продукт, % (об.);

L - наблюдаемые потери, % (об.).

Вычитывают отмечаемые потери при разгонке из каждого установленного процента выпаривания с целью получения соответствующего процента отгона. Рассчитывают необходимое показание термометра Т,°С, по формуле:

(7)

Где - показание термометра, записанное при ,°С;

- показание термометра, записанное при ,°С;

R - процент отгона по объему, соответствующий установленному проценту;

- отгон ближайший и ниже R,% (об.);

- отгон ближайший и выше R,% (об.).

Оформление результатов

Записывают применяемый метод отбора проб.

Записывают все проценты по объему с точностью до 0,5 % (об.) или 0,1 % (об.) и все показания термометра с точностью до 0,5°С или 0,1°С соответственно применяемому аппарату. Точность 0,5% (об.) и 0,5°С применяют к ручному способу, а точность 0,1 % (об.) и 0,1°С - к автоматическому.

Указывают используемый метод испытания: ручной или автоматический.

Если нет специального требования, то перед записью показания термометра следует откорректировать по барометрическому давлению 101,3 кПа. После проведения таких специальных мер записывают наблюдаемые значения в соответствии с правилами округления. Кроме того, в этих случаях остаток и потери представляют как «наблюдаемые».

Для групп 0 и 1 или любого другого продукта с потерей более 2,0 % (об.) записывают соотношение между показанием термометра и процентом выпаривания по объему. Для групп 2, 3 и 4 обычно записывают соотношение между показанием термометра и процентом отгона по объему. Четко указывают, какое соотношение применяется. [7]

12. Вязкость

Вязкость дизельного топлива определяется по ГОСТ 33-2000 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости». Стандарт устанавливает метод определения кинематической вязкости n жидких нефтепродуктов, прозрачных и непрозрачных жидкостей измерением времени истечения определенного объема жидкости под действием силы тяжести через калиброванный стеклянный капиллярный вискозиметр.

Динамическую вязкость h вычисляют как произведение кинематической вязкости жидкости на ее плотность r.

Кинематическая вязкость n - это сопротивление жидкости течению под действием гравитации.

Динамическая вязкость h - это отношение применяемого напряжения сдвига к скорости сдвига жидкости. Иногда его называют коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью. Таким образом, динамическая вязкость является мерой сопротивления истечению или деформации жидкости.

Сущность метода заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах, определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре. Кинематическая вязкость является произведением измеренного времени истечения на постоянную вискозиметра.

Необходимые материалы:

- смесь хромовая для мойки стекла: калий двухромовокислый по ГОСТ 4220, кислота серная по ГОСТ 4204 или сильноокисляющая кислота, не содержащая хрома;

- растворитель, полностью смешивающийся с образцом, например петролейный эфир, следует профильтровать перед использованием;

- осушающий растворитель, легкоиспаряемый и смешивающийся как с растворителем для образца, так и с водой. Перед применением следует отфильтровать.

- вода деионизированная и дистиллированная, соответствующая сорту 3, перед применением следует отфильтровать;

- сертифицированные стандартные образцы вязкости, используемые для контроля при проведении лабораторных испытаний;

- соль поваренная крупнокристаллическая или сульфат натрия безводный, или кальций хлористый прокаленный, или любой другой осушитель;

- спирт этиловый технический по ГОСТ 17299, спирт этиловый синтетический, спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300;

- кислота соляная по ГОСТ 3118.

13. Аппаратура

Вискозиметры стеклянные капиллярные, калиброванные, обеспечивающие измерение кинематической вязкости.

При измерении кинематической вязкости менее 10 /с и времени истечения менее 200 с вводят поправку на кинематическую энергию.

Держатель, обеспечивающий строго вертикальное крепление вискозиметра, у которого верхняя метка расположена непосредственно над нижней, с погрешностью не более 1°С по всем направлениям.

Если верхняя метка вискозиметра отклонена относительно нижней, погрешность отклонения от вертикали не должна превышать 0,3° по всем направлениям. Вертикальность вискозиметра оценивается по верхней половине широкого колена.

Баня с регулируемой температурой достаточной глубины, чтобы в момент измерения расстояния от образца в вискозиметре до верхнего уровня жидкости в бане и от образца до дна бани были не менее 20 мм. Для наполнения бани используют прозрачную жидкость, которая остается в жидком состоянии при температуре испытания.

Температуру бани регулируют таким образом, чтобы (для каждой серии определений времени истечения) в интервале от 15 до 100°С температура в бане не менялась более чем на ±0,02 °С по всей высоте вискозиметров или в пространстве между вискозиметрами и местом расположения термометра.

Для температур, находящихся вне указанного интервала, изменения температуры не должны превышать ±0,05 °С.

Для диапазона измерения от 0 до 100°С применяют калиброванные жидкостные стеклянные термометры (приложение В) с точностью после корректировки не менее ±0,02 °С или выше или другие термометрические устройства равноценной или более высокой точности. Если в одной и той же бане используются два термометра, показания их при этом не должны отличаться более чем на 0,04 °С.

Для измерения температур вне диапазона от 0°С до 100°С следует использовать калиброванные жидкостные стеклянные термометры с точностью после корректировки ±0,05 °С и выше, а при применении двух термометров в одной и той же бане их показания не должны отличаться более чем на ±0,1 °С.