Нагароутворюючі властивості палив, показники, що характеризують його властивості і методи їх оцінки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Контрольна робота

з дисципліни «Технології первинної переробки нафти»

Тема: «Нагароутворюючі властивості палив, показники, що характеризують його властивості і методи їх оцінки»

Київ 2012

Зміст

Вступ

1. Нагароутворюючі властивості палив

1.1 Фактичні смоли

2. Показники, що характеризують властивості палив

2.1 Лакоутворення

2.2 Зольність

2.3 Наявність сірчистих сполук

2.4 Корозійні властивості

Висновки

Список літератури

Вступ

Нафта і продукти її переробки є основними енергоносіями практично у всіх галузях промислового виробництва, авіації та сільського господарства. У теперішній час видобуток власної нафти в Україні становить 12…15% від загальної потреби. Ту частину, якої не вистачає, закуповують за кордоном, де ціни визначаються кон'юнктурною світового ринку нафтопродуктів. Останнім часом вони сягнули рекордної позначки, але стійкої тенденції до її зниження не спостерігається. Ера дешевих нафтопродуктів відійшла у минуле.

Паливом називають горючу речовину, яку спеціально спалюють для одержання тепла і подальшого його використання для інших потреб у сільськогосподарському виробництві. Воно повинно мати певні властивості, тобто відповідати таким основним вимогам: порівняно легко займатися; при згорянні виділяти якомога більше теплоти; бути поширеним у природі, доступним при видобуванні та дешевим при виробництві; не змінювати свої властивості при транспортуванні та зберіганні; бути нетоксичним і при згорянні не виділяти шкідливих та отруйних речовин. Цим вимогам найбільш повно відповідають речовини органічного походження: нафта, природний газ, тверді горючі копалини тощо.

Палива класифікують за такими основними ознаками: агрегатним станом, походженням і способом одержання, тепловою цінністю, цільовим призначенням або застосуванням.

Поняття «паливо» є категорія не тільки технічна, а й економічна та екологічна, оскільки у кожному конкретному випадку його використання має бути ефективним. До того ж, при спалюванні палива необхідно створювати умови для якомога меншого забруднення навколишнього середовища.

Для успішного вирішення проблем якості і ефективного використання паливо-мастильних матеріалів першочерговезначення має оцінка їх властивостей. Вимоги до якості паливно-мастильних матеріалів визначаються показниками якості, які вказані в нормативно-технічній документації. В хіммотології всі властивості нафтопродуктів поділяють за найбільш важливими ознаками на фізико-хімічні і експлуатаційні.

Фізико-хімічні властивості нафтопродуктів визначаються стандартними методами аналізів в лабораторних умовах. До цих показників відносять густину, випарність, температури спалаху, помутніння, застигання, вміст механічних домішок, води тощо.

Експлуатаційні властивості характеризують продукт безпосередньо у вузлі, агрегаті, механічні. До них відносять детонаційну стійкість, схильність до нагаро- лако- і осадкоутворень (стабільність), миючі, корозійні, протиспрацювальні та інші властивості

1. Нагароутворюючі властивості палив

Всі домішки, що потрапляють в двигун з поступаючим для згоряння повітрям, що знаходяться в паливі або в маслі, а також продукти зносу деталей можуть брати участь в утворенні на них відкладень. Кількість і склад забруднень залежать від конструкції, технічного стану, режиму роботи двигуна, своєчасності та ретельності проведення технічного обслуговування. Але особливо великий вплив на інтенсивність утворення високотемпературних відкладень надає якість палива, що спалюється і застосовуваного масла. У стандартах, як на бензин, так і на дизельне паливо нормуються показники, які впливають на утворення високотемпературних відкладень. Зупинимося коротко на їх розгляді.

Нагароутворюючі властивості палива характеризують його схильність до утворення в результаті згоряння специфічних відкладень на деталях циліндро-поршневої групи та газорозподільчого механізму, що призводить до значних порушень в роботі двигуна (погіршення тепловіддачі, зависання клапанів, підгоряння голки форсунки, закоксовування поршневих кілець тощо).

Серед факторів, які безпосередньо впливають на процес нагароутворення, необхідно відмітити наступні: підвищення в'язкості палива, великомолекулярні смолисто-асфальтові утворення та непридільні вуглеводні, сірчані з'єднання, механічні суміші. Внаслідок цього, з метою зменшення впливу палива на нагароутворення в двигуні, необхідно обмежити або отримати повну відсутність небажаних в паливі цілого ряду механічних сумішей та з'єднань.

Хоча в даний момент немає достатньо точного метода оцінки нагароутворюючих властивостей палива, однак загально прийняті показники коксуємості у деяких ступенях дозволяють думати про схильність палива до відкладання нагару (особливо для порівняння оцінки різних партій товару одного і того ж палива при приймальних іспитах).

Коксуємість палива визначається у спеціальному приборі (рис. 1.1). Фарфоровий тигель 1 з навіскою палива, що підлягає випробуванню, ставлять у залізний тигель 2, який служить повітряною банею, і разом їх поміщають в тигель 3 з піском, який виконує функцію пісочної бані. Потім тиглі установлюють у залізному азбестованому муфелі 4 та закривають ковпаком 5. При нагріванні тигелів випробуване паливо коксується, а утворенні пари та гази підпалюються на виході з ковпака. Процес коксування закінчується, коли закінчується виділення газів, на що вказує згасання полум'я. Після цього фарфоровий тигель охолоджують у ексикаторі та важать. Коксуємість, або, як іноді називають, коксовану кількість палива, виражається у відсотках від узятої навіски.

Рис. 1.1 - Схема прибору для визначення коксуємості нафтопродуктів

нафтопродукт смола сірка двигун

Палива для дизельних двигунів

Стандарт на паливо допускє коксуємість не більше 0,05%. Але, оскільки це значення мале, визначається коксуємість 10% залишку, отриманого після відкачування з колби при фракційній розгонці 90% залитого в неї палива. В цьому випадку коксуємість 10% залишку допускається не більше 0,4 - 0,5%.

1.1 Фактичні смоли

У бензині і дизельному паливі в розчиненому стані практично завжди містяться смолисті і смолоутворюючі сполуки, кількість яких залежить від виду і складу палива, технології його отримання і способів очищення. При зберіганні, особливо в несприятливих умовах (погана герметизація резервуарів, наявність в них осадів і води, зберігання при підвищеній температурі), кількість смол збільшується, іноді значно, тоді паливо темніє, а в деяких випадках в ньому накопичуються відкладення. Більш важке за фракційним складом паливо, наприклад дизельне, містить більшу кількість смолистих сполук, що призводить до його неповного згоряння та значного накопичення нагару на деталях двигунів.

Смоли, що входять до складу палива, відкладаються в паливних баках, на стінках трубопроводів, забивають жиклери карбюраторних двигунів. Смолисті з'єднання накопичуються також на гарячих стінках впускного колектора карбюраторних двигунів, на соплах форсунок дизелів, на клапанах і днищі поршня, в камері згоряння, в поршневих канавках. При великому накопиченні нагару підвищується знос двигуна, погіршується процес згоряння палива, збільшується його витрата, а іноді двигун повністю виходить з ладу.

Розрізняють смоли фактичні, тобто ті, що знаходяться в паливі в момент їх визначення в розчиненому стані, і смолоутворюючі речовини - різні нестійкі сполуки, наприклад неграничні вуглеводні, які під дією часу, підвищеної температури, кисню повітря та інших факторів переходять в смоли (їх часто називають потенційними смолами).

Стандартами нормується вміст фактичних смол. Сутність їх визначення полягає в випаровуванні гарячим повітрям певної кількості палива при підвищеній температурі (для бензину 150°С, дизельного палива 250 ° С). Залишок, отриманий після випаровування, вказує на наявність фактичних смол, яке оцінюють в міліграмах на 100 мл палива. Для бензину різних марок воно складає до 7 - 15 мг/100 мл, а для дизельного палива - до 30-60 мг/100 мл.

Якщо вміст фактичних смол відповідає вимогам стандартів, двигуни тривалий час працюють без підвищеного смоло- і нагароутворення. Нерідко при експлуатації техніки вміст смол у паливі значно більше. Доведено, що якщо він в два-три рази вище норми, то моторний ресурс карбюраторного двигуна знижується на 20-25%, а дизельного - на 40%.

Схильність бензину до накопичення смолистих речовин (стабільність) оцінюють індукційним періодом, який характеризує здатність бензинів зберігати незмінний склад при правильних умовах перевезення, зберігання та використання. Визначають цей показник в лабораторній установці при штучному окислюванні бензину (температура 100 °С в атмосфері сухого і чистого кисню при тиску 0,7 МПа (7 кгс/см2). Індукційний період - це час у хвилинах від початку окислення бензину до активного поглинання їм кисню. Для різних марок це значення знаходиться в межах 600-900 хв, а для бензинів зі знаком якості воно становить 1200 хв. Індукційний період більшості сучасних марок - не менше 900 хв. Як встановлено дослідженнями, такий бензин можна зберігати від 1 до 1,5 роки, не боючись помітного погіршення якості.

Для карбюраторних двигунів найбільш характерно накопичення смолистих відкладень, які виявляються в бензовідстійниках, на деталях карбюратора. При утворенні горючої суміші смолисті сполуки не можуть випаровуватися і відкладаються у всмоктуючому трубопроводі і на клапанах. В результаті клапан перестає закриватися і зависає. Ці смолисті відкладення і викликають різні неполадки в роботі паливопровідній апаратури і двигуна.

Для дизелів особливо небажано відкладення лаків і нагару на соплах форсунок, що порушують, нормальний розпил палива, що подається, а отже, і його згорання. У стандартах на дизельне паливо крім фактичних смол нормують коксованість і зольність, підвищений вміст яких викликає інтенсивне утворення нагару.

2. Показники, що характеризують властивості палив

2.1 Лакоутворення

В процесі роботи двигуна на його деталях відкладаються не тільки нагар, а ще й лакоподібні елементи, котрі також являються продуктами високотемпературного окислення непредільних вуглеводнів та інших з'єднань.

Для оцінки схильності палива до лакоутворення розроблені методика та спеціальний пристрій. Щоб визначити схильність палива до шлакоутворення 1 мл палива наливають у Алю мінієву чашку та підвергають випарюванню у термостаті-лакоутворювачі при температурі 250 °С. Коли закінчується випаровування палива, в чашці залишить лакова плівка. Після охолодження чашку взважують і таким чином встановлюють масу утвореного лаку. Результат перераховують на 10 мл палива. Чим легшее паливо за фракційним складом, тим менше утворюється лаку.

В діючі стандарти на паливо показник коксуємості не входить, і оцінку палива за нагароутворюючим властивостям можна робити за отриманням смол. Для літніх сортів палива воно не повинно бути більше 60, а для зимових - не більш 40 мг/100 мл палива.

До лако- та нагароутворення схильні неграничні вуглеводні палива, з збільшенням вмісту яких ці процеси інтенсифікуються. Вміст неграничних вуглеводнів можна оцінювати за йодним числом, яке представляє собою кількість йоду (г), яке вступило в реакцію зі 100 г палива. В дизельних паливах йодне число не повинно бути більше 6 г/100 г палива.

2.2 Зольність

Зольність характеризує мінеральний залишок після спалювання палива у атмосфері повітря при температурі 800…850 °С. Зольність палива визначають у фарфоровому тиглі, котрий зважують до і після озолення палива. Залишок золи в тиглі виражають у відсотковому відношенні до навіски палива. Зольність дизельних палив не повинна перевищувати 0,01-0,02%. Із збільшенням зольності палива значно зростає знос елементів системи живлення та деталей циліндро-поршневої групи двигуна.

2.3 Наявність сірчистих сполук

Сірчані сполуки палива створюють більший вплив на утворення нагару і головним чином на його стан. Сірка, концентрується у нагарах та відкладеннях, робить їх більш твердими та важко знищувальними. Так, випробуваннями встановлено, що якщо при вмісті в паливі сірки 0,08%, в нагарах її містився 1%, а щільність відкладень складала 0,03 г/см3, то при підвищенні вмісту сірки в паливі до 1,5% в нагарах її вже було 9%, а щільність відкладень досягла 0,5 г/см3. При підвищенні вмісту сірки в паливі, окрім корозійного характеру, підвищуються знос деталей, щільність відкладень та утворення нагару.

2.4 Корозійні властивості

Корозійні властивості палива, як вже відмічалось, визначаються в основному такими факторами, як утримання в паливі водорозчинних кислот та лугів, органічних кислот, води та сірчаних сполучень. У відповідності з ГОСТом у дизельному паливі не допускається наявності водорозчинних кислот та лугів, а також води, оскільки вони сильно впливають на корозію деталей двигуна.

Органічні кислоти, при їх наявності в паливі, теж створюють корозійну дію. Проведеними випробуваннями двох дизельних палив (з кислотністю 4 та 50 мг КОН/100 мл) на двохтактному дизельному двигуні за 560 ч роботи встановлено, що при використанні палива з підвищеною кислотністю продуктивність форсунок знизилась у 7 разів, знос плунжерних пар та першого компресійного кільця підвищилась більш ніж у 2 рази. За технічними умовам кислотність дизельних палив не повинна перевищувати 5 мг КОН/100 мл.

Вирішальний вплив на корозійну агресивність дизельних палив має вплив і характер сірчистих сполук. Корозійна агресивність дизельних палив підвищується зі збільшенням загального вмісту сірки. У даний час нафтопродукти одержують в основному з сірчистих нафт, так як запаси малосірчастих нафт обмежені. В результаті їх перегонки отримують газойлеві і солярові дистилятори з вмістом сірки до 1,0...1,3%. Сірки з дистиляторів видаляються за допомогою різних способів очистки, які дозволяють знизити її вміст до 0,2...0,5%.

Активних сірчистих сполук (сірководню, елементної і меркаптанової сірки) при випуску палива із заводу повинно бути так мало, щоб корозійні випробування, тобто пробу на мідну пластинку, воно витримувало.

Корозійні властивості дизельних палив обумовлені не стільки загальним вмістом сірки в паливі, скільки вмістом меркаптанів. Спрацювання плунжерних пар при роботі на паливі з вмістом 0,025% меркаптанової сірки (рис.1.2) збільшується у два рази у порівнянні з спрацюванням на паливі без меркаптанів. Тому вміст меркаптанової сірки в паливі повинен бути не більше 0,01%.

Рис. 1.2 - Залежність спрацювання плунжерних пар від вмісту меркаптанової сірки: 1 відсутня; 2 - 0,025 %

Загальна кількість сірки, яка містить в дизельному паливі, суттєво впливає на працездатність дизельного двигуна. Узагальнюючи експериментальні дослідження, можна стверджувати, що при зростанні вмісту сірки з 0,2 до 0,5% знос становить 15%, а при використанні сірчистих палив із вмістом сірки до 1,0% знос прискорюється майже в два рази. На рисунку 1.3 показано вплив сірки на інтенсивність зносу поршневих кілець.

Рис. 1.3 - Вплив вмісту сірки в паливі на спрацювання поршневих кілець

Висновки

Для надійної роботи дизельних двигунів палива, які застосовуються, не повинні викликати значних відкладень нагару, лаку осадків на деталях камери згоряння та в агрегатах системи живлення. Стандартом до утворення відкладень регламентована зольністю і коксівністю 10%-вого залишку, концентрацією фактичних смол.

Дизельне паливо при згорянні не повинне утворювати нагаровідкладення на деталях камери згоряння, клапанах газорозподільного механізму, поршневих кільцях, голці та корпусі форсунки і т. д., тобто не призводити до значних порушень у роботі. Так, нагар, що утворюється на клапанах, призводить до їх зависання, у камері згорання - до порушення тепловіддачі, на форсунках - погіршення якості вприскування. Вкрай небажане утворювання відкладень на поршневих кільцях, що приводить до їх закоксовування, отже, порушує компресію, збільшує прорив газів в картер двигуна, підвищує частку угару моторного масла.

Отже, важливою задачею та метою сьогодення є забезпечення зменшення нагароутворення, корозії та інших показників, які негативно впливають на властивості палив.

Список літератури

1. Антипенко А.М., Сорокін С.П., Поляков С.О. Властивості та якість паливо-мастильних матеріалів - Харків: ЧП Червяк, 2006. - 213 с.

2. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. - Л.: Недра, 1982. - 350 с.

3. Борзенков В.А., Воробьев М.А., Никифоров А.Н. Нефтепродукты для сельскохозяйственной техники: Справочник. - М.: Химия, 1988. - 288 с.

4. Новоселов В.Ф. Контроль качества и количества нефтепродуктов. - М.: Недра, 1994. - 150 с.

5. Лышко Г.П. Топлива и смазочные материалы. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

6. Паливо-мастильні матеріали, технічні рідини та системи їх забезпечення. К / Упор. В.Я. Чабанний. - Кіровоград: Центрально-Українське видавництво, 2008. - 353 с.

Размещено на Allbest.ru