Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания - курсовая работа

25

Оглавление:

Стр.

Введение 3

Глава1

1.1Современные и перспективные требования и технологии к качеству тяжелых моторных и судового маловязкого топлива. 4-7

Глава2

2.1Влияние асфальтенов на работу ДВС. 8-11

2.2Влияние присадок на ДВС . 11-16 2.3Противоизносные свойства топлив. 16-19

2.4Влияния качество топлива на противоизносные

свойства топлив. 19-24

Список литературы. 25

Введение

Тяжелые моторные и судовые топлива использу-ют в судовых энергетических установках. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585-- 75, к тяжелым моторным топливам -- флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ -- по ГОСТ 1667-68. К судовым топливам относят дистиллятное топливо ТМС по ТУ 38.101567-- 87 и остаточные топлива СВТ, СВЛ, СВС по ТУ 38.1011314-90.

В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного происхождения. Жидкие котельные топлива из сланцев, получаемые на установках полукоксования горючих сланцев и угля, -- продукты коксохимической промышленности -- составляют лишь небольшую долю общего объема производства топлив. [3]

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Отсюда следует, что от качества топлива зависит надежная работа двигателя. Поэтому при выборе топлива рассматриваются его качество и как оно будет влиять на работу ДВС.

Глава1

1.1Современные и перспективные требования и технологии к качеству тяжелых моторных и судового маловязкого топлива

Настоящие технические условия распространяются на топливо маловязкое судовое получаемое из дистиллятных фракций прямой перегонки и вторичной переработки нефти.

Топливо маловязкое судовое должно изготавливаться в соответ-ствии с требованиями настоящих технических условий по технологии, согласованной с разработчиком и утвержденной в установленное порядке.

Топливо маловязкое судовое вырабатывается трех видов в зависимости от массовой доли серы: [6]

I вид - с массовой долей серы не более 0,5 %; код ОКП 02 5195 0301

II вид - с массовой долей серы не более 1,0 %; код ОКП 02 5195 0302

III вид - с массовой долей серы не более 1,5 %; код ОКП 02 5195 0303

При производстве топлива маловязкого судового разрешаемся использование присадок, допущенных к применению в установленном порядке.

Топливо маловязкое судовое соответствует марке ДМА MS IPO - 8217.

На предприятиях, впервые осваивающих производство топлива маловязкого судового, осуществляется постановка его на промыш-ленное производство по ГОСТ 15.001.

Производство топлива маловязкого судового допускается только на предприятиях, согласовавших настоящие технические условия и внесенных, как производитель, в каталожный лист продукции, зарегистрированный в установленном порядке.

Топливо маловязкое судовое должно соответствовать требо-ваниям настоящие технических условий, указанным в таблице. [6]

Таблица 14 -- Технические требования на СМТ (ТУ 38.101567-2000)

Судовое маловязкое топливо по ТУ 38.101567-87 -- это среднедистиллятное топливо, в отличие от моторного ДТ и судового высоковязкого топлива, получаемых смешением остаточных и среднедистиллятных фракций. Предназначено для применения в судовых энергетических установках вместо дизельного топлива. Компонентами маловязкого судового топлива являются негидроочищенные прямогонные атмосферные и вакуумные дистилляты, продукты вторичного проис-хождения -- легкие и тяжелые газойли каталитического и термического крекинга, коксования.

Таблица 15 -- Характеристики моторного топлива для среднеоборотных и малооборотных дизелей (ГОСТ 1667-68)

Таблица 16 -- Характеристики маловязкого судового топлива (ТУ 38.101567-87)

Таблица 17 -- Характеристики мазутов (ГОСТ 10585-75)

Глава 2

2.1Влияние асфальтенов на работу ДВС.

Почти в каждой проблеме с двигателем качество топли-ва было одной из причин его неполадок. Образование отложе-ний может привести к отказу двига-теля. Как же цилиндровое масло может предотвратить образование отложений, поддерживать чистоту двигателя и предупредить возмож-ные неудачи?

Проблемы загрязнения и мето-ды обеспечения чистоты работы двигателя были исследованы Бо-бом Алленом, чартерным инженером, членом Института морских инжене-ров Великобритании, техническим ме-неджером "Castrol Marine". Он от-мечает, что чистота картеров четырех-тактного двигателя зависит от степени загрязненности цилиндрового масла продуктами неполного сгорания топли-ва и его протечек в топливных насосах. Термин "чистота картера" связан с об-разованием черных асфальтеновых от-ложений на стенках картера, накоплени-ем загрязнений в кулачковом приводе и липких отложений в сепараторе.

Совместимость остаточных приме-сей топлива и цилиндровой смазки, а также вероятность образования отложе-ний могут быть продемонстрированы при использовании метода испытаний при использовании метода испытания IP375. При взаимодействии оста-точных примесей топлива со сма-зочным маслом возможность выпаде-ния асфальтеновых отложений уве-личивается. Это связано с тем, что асфальтены содержатся в топливе в рас-творенном состоянии благодаря аро-матическим дистиллятным продук-там и любое снижение содержания ароматических соединений может привести к выпадению отложений. Что происходит при смешивании та-кого парафинсодержащего материа-ла, как смазочное масло, с топливом? Не все сорта топлива имеют одина-ковую способность к выпадению отло-жений, но в результате исследований ус-тановлено, что сорта топлива с низким коэффициентом вязкости, например, 180 сСт, требующие более высокого содер-жания дистиллятных продуктов для рас-творения остатков до необходимого уровня вязкости, скорее приводят к про-блемам.

На рис. 1 показаны результаты ис-следований по методу IP375 топлива с высоким и низким содержанием асфальтенов, согласно которым первое больше способствует отложениям в двигателе. Как известно, качество бункера в мире различно, и содержание асфальтенов мо-жет изменяться от 2 % до 11 %.

Рис. 2 показывает изменение содержания ас-фальтенов в топливе и его удельной плотности за период испытаний на судне в течение 18 месяцев, которые выявили близкую корреляцию этих двух характеристик топлива. Во время этих испытаний двигатель работал в течение 4500 час. на топ-ливе с низким содержанием асфаль-тенов, и в кулачковом приводе не было обнаружено отложений, но когда топливо сменили на другое, с очень высоким содержанием ас-фальтенов, то уже через 2000 час. В кулачковом приводе и картере были об-наружены большие отложения. В обоих случаях использовалось одно и то же смазочное масло.

Конечно, при этом вред наносится не только картерам. Топливные отложения образуются в канавках поршневых ко-лец и в подпоршневом пространстве. Отложения в зоне кольца могут привес-ти к их залипанию, а в результате нагарообразования на головке поршня сни-жается эффективность его охлаждения, что может привести к повышению тем-пературы и прогоранию поршня. Блоки-рование маслосъемных колец может вы-звать повышенный расход цилиндровой смазки.

Каким образом можно уменьшить эти отложения? Установлено, что ис-пользование смазочных материалов с высоким содержанием ароматических соединений не обеспечивает решения проблемы асфальтеновых отложений. Это связано с тем, что с течением вре-мени компоненты масла на базе аро-матических соединений будут окис-ляться, и, в конечном итоге, асфальтеновые отложения в двигателе будут образовываться, несмотря на выпол-нение эксплуатационных действий по очистке двигателя.

Реальное предотвращение асфальтеновых отложений должно обеспечить использование химических средств.

На рис. 3 показано количество высокотем-пературных отложений, которые возни-кают вследствие загрязнения смазочных материалов из-за применения низко-качественного топлива. Как следует из сравнения представленных гистограмм, использование химических добавок в смазочном масле обеспечивает резкое снижение асфальтеновых отложений.

За тот же период, что низкокачест-венные сорта топлива приобрели широ-кое распространение, качество легкого дизельного топлива MGO также ухуд-шилось. Исследования показали, что га-зойли с высокой степенью парообразо-вания вызывают отложения в двигателе и что высокоциклические углеводороды, в основном ди- или полициклического ароматического типа, будут произво-дить больше отложений вследствие кре-кинга и окисления, чем парафиносодержащие углеводороды.

Полимеризация несгоревших частиц топлива и конденсация на цилиндровой втулке приводят к образованию лакообразного нагара. Твердый смолообразный материал на втулке цилиндра и в полиро-ванных канавках вызывает прекращение действия смазки. Это обычно случается при работе на легком дизельном топливе

четырехтактных двигателей, однако зарегистрированы так-же подобные случаи и в двух-тактных крейцкопфных двига-телях.

Циклические углеводоро-ды не сгорают полностью во время такта сгорания (расши-рения), и небольшая часть образовавшихся отхо-дов прилипает к втулке, вызывая лакообразный нагар. При этом оценка по-тери эффективности смазки может произ-водиться по величине толщины лакообразующих отложений в канавках втулки после 1000 час. работы двигателя и расходу смазки, который не должен превышать 0,2 ррт сгоревшего топлива.

На рис. 4 показано влияние лакообразующего нагара на эффектив-ность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голланд-ского рыболовного судна, которые под-тверждаются данными по другим судам. На этих судах двигатели работали с большими перегрузками и использовали низкокачественное дизельное топливо MGO. При работе двигателей с меньшей мощностью вследствие снижения сопро-тивления трала расход масла возвраща-ется к нормальному уровню. Это оз-начает, что в случае уменьшения дейст-вия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.

Хотя применение высокоэффектив-ных смазок и легкого дизельного топли-ва с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное ре-шение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.

Более непосредственным способом

воздействия на лакообразующие отло-жения является химическая очистка топ-лива, основанная на сильнодействую-щих моющих средствах (детергентах), которые могут обеспечивать чистоту высокотемпературных поверхностей в камерах сгорания. Были проведены ис-пытания комбинации химикатов для очистки топлива на двигателе с большим расходом смазки, обусловленном лакообразующими отложениями на втулке. Результаты экспериментов пока-зали, что для быстрого достижения по-ложительного эффекта минимальная до-за присадки должна равняться 1 литр/м³ топлива. Все случаи значительного сни-жения расхода лубрикаторной смазки были подтверждены эндоскопическим осмотром.

В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повы-шения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных мате-риалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроите-ли призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, кото-рые вместе с химической очисткой топли-ва должны обеспечить решение пробле-мы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.

2.2Влияние присадок на двигатель

При работе дизельного двигателя на фор-сунках и в камере сгорания образуются отло-жения, нарушающие подачу топлива и нормаль-ное протекание рабочего процесса. В результа-те снижается мощность и экономичность дви-гателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, пред-назначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизель-ного двигателя разлагаются.

За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе тер-мостабильных ПАВ. Анализ литературы и па-тентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нага-ра и небольшое количество катализаторов го-рения. В качестве модификаторов нагара ис-пользуются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горе-ния -- соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элемен-тов). Катализатор горения берется в та-ких количествах, что концентрация ме-талла в топливе составляет не более 100 млн¹. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, об-разующиеся при сгорании присадок с то-пливом. Металлсодержащие присадки ис-пользуют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие темпе-ратуру выгорания сажи и препятствую-щие забивке сажевых фильтров. Так на-пример, фирмой Lubrizol разработана то-варная присадка, эффективная в концен-трации до 70 млн"¹ в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступно-го отечественного сырья разработан об-разец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодер-жащих соединений и катализатора горения -- топливорастворимой соли меди.

Присадка антикокс характеризуется сле-дующими физико-химическими показателями:

кинематическая вязкость при 20°С, 40
мм²/с, не более

плотность при 20°С, кг/м³ ~880

температура вспышки, °С, не ниже 35

концентрация меди, % мае. ~15

Рекомендуемая концентрация присадки в топливе составляет 0,01-0.02^гс в зависимости от способа применения. При постоянном при-менении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосерви-се: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, дос-тигающие 0,1%.

На рис. 1-3 приведены результаты испы-таний присадки в количестве 0,1% мае. в со-ставе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой пред-варительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержа-щем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбира-ли и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на по-верхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины -- до одного и более милли-метров.

Толщина основной массы нагара на го-ловке блока цилиндров и днище поршня дости-гала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представля-ется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После на-работки нагара двигатель собирали и проводи-ли нагароочистку в течение 5 ч, работая на стандартном дизельном топливе Л с присадкой.

При введении в топливо присадки в концентрации 0,02-0,05%, нагар удалялся на 25-65 (рис. 4).

Часть нагара, которая не была удален в процессе испытаний, изменила свою природ; Нагар стал рыхлым и легко снимался притиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эффект наблюдался на распылителе форсунки, где при концентрации пру садки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присадки, а из камеры сгорания почти линейно зависела от е концентрации.

Несмотря на то, что медьсодер-жащие соединения за рубежом ус-пешно используют в качестве ан-тисажевых присадок к дизельно-му топливу, остается открытым во-прос о влиянии меди на топливо и о токсичности продуктов сгорания присадки, выбрасываемых с отра-ботавшими газами.

Известно, что соединения ме-ди являются сильными промото-рами окисления углеводородов. По-этому было проверено влияние присадки на термостабильность дизельного топлива методом ква-лификационной оценки Установле-но, что после нагрева в течение 16 ч образцов топлива при 100°С их цвет не изменился, а количест-во осадка и кислотность возросли незначительно (см. таблицу).

Следует, однако, заметить, что при оценке термостабильности данным методом топливо контактирует со специ-ально вводимой в него медной пластин-кой. Таким образом, введение дополните-льного количества меди в топливо может просто не быть замечено. Поэтому, веро-ятно, стабильность топлив с медьсодер-жащими присадками подлежит более подробному изучению. Кроме того, при-садки этого типа должны вводиться в топливо непосредственно на месте при-менения, а топлива с присадками не по-длежат длительному хранению. С другой стороны, в состав присадки может быть добавлено некоторое количество деактиватора металла, связывающего медь в неактивный комплекс

Что касается токсичности продуктов сгорания топлива с присадкой, то мож-но привести приблизительный расчет. При максимальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн"¹. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при а = 2 образуется 25-30 л отработавших газов; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м³. В России нет норм на содержание меди в отработавших га-зах, но можно привести норму Агентства охра-ны окружающей среды США, составляющую 100 мг/м³ [3]. Обычно принимают, что отрабо-тавшие газы разбавляются воздухом в тысяче-кратном соотношении. Продукты сгорания ме-ди выбрасываются из двигателя в виде аэрозо-лей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК

в воздухе рабочей зоны, принятая в России, со-ставляет 0,5 мг/м3. Среднее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% мае. Та-ким образом, можно полагать, что при исполь-зовании медьсодержащей антинагарной присад-ки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.

Присадка антикокс может представлять практический интерес не только как препарат для удаления нагара с деталей двигателя, но и в качестве антисажевого агента в связи с планируемой установкой сажевых фильтров.

2.3Противоизносные свойства дизельных топлив.

Дизельные топлива являются смазочным ма-териалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, трущихся пар плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и др. На поверхностях трущихся пар при контакте с топливом образуется гра-ничный слой, обладающий специфическими свойствами. Этот очень тонкий граничный слой (толщина меньше 1 мкм) выполняет функцию смазочной пленки. Он предотвращает непосред-ственный контакт поверхностей трения, при этом уменьшаются сила трения и износ тру-щихся деталей.

Присутствующие в топливах молекулы гетероатомных соединений серы, кислорода или азота, имея постоянный дипольный момент, при-тягиваются поверхностью металла, строго ори-ентируются в слоях и создают смазочную плен-ку, которая уменьшает трение и износ.

Смазывающие свойства топлив значитель-но хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание ПАВ в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противоизносные свой-ства топлив улучшаются с увеличением содер-жания ПАВ, вязкости и температуры выкипа-ния [1].

В связи с ужесточением требований к каче-ству дизельных топлив по содержанию серы и переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив уда-ляются соединения, содержащие серу, кисло-род и азот, что негативно влияет на их смазы-вающую способность. Опыт использования ди-зельного топлива с содержанием серы 0,005% в Швеции, наряду с положительными момента-ми -- снижением содержания вредных веществ в выхлопных газах, выявил негативные послед-ствия -- преждевременный выход из строя то-пливных насосов из-за снижения смазывающей способности дизельного топлива. Высокий уро-вень износа отмечен уже после 5000 км пробе-га, кроме того, имела место тенденция к увели-чению заедания деталей насоса. Исследования, проведенные в США и Германии, также пока-зали низкую смазывающую способность и пло-хие противоизносные характеристики малосер-нистых дизельных топлив, в результате чего возникали поломки инжекторных насосов [2,3]. Компания Shell провела исследования по изучению вопроса о соответствии характери-стик топлив условиям их применения, при этом, исходя из имеющегося опыта использования авиационного керосина, основное внимание бы-ло уделено смазывающей способности топлива. Программа исследований наряду с дорожными и стендовыми испытаниями на долговечность топливного оборудования включала фундамен-тальные лабораторные исследования смазываю-щей способности топлив.

По существу, имеются три возможности улучшения смазывающих способностей дизель-ных топлив:

использование нестандартных условий про-ведения процесса гидроочистки, которые сво-дят к минимуму удаление важных компонен-тов;

смешение дизельных топлив с продуктами с высоким содержанием природных компонен-тов, обеспечивающих высокую смазывающую способность в условиях граничной смазки;

использование присадок, придающих топ-ливу дополнительные противоизносные свойст-ва.

Для малосернистого топлива использование двух первых возможностей улучшения смазы-вающих характеристик является неприемле-мым, так как получаемое в этих случаях топ-ливо не соответствует строгим техническим стандартам. Поэтому использование присадок является наиболее реальным способом.

Анализ патентных данных показал, что для улучшения противоизносных характеристик ди-зельных топлив предлагается большое количе-ство химических соединений, принадлежащих к различным классам. Так, в качестве противо-износных присадок испытывались сложные эфиры ди- и монокарбоновых кислот и ди- и полиатомных спиртов, соединения, содержащие серу, фосфор, азот, бор и другие гетероатомы, а также другие классы химических соедине-ний [4-9].

Хотя в принципе существует много вариантов повышения смазывающей способности ди-зельных топлив с помощью присадок, на прак-тике их выбор достаточно узок. Большинство противоизносных присадок, применяемых в мо-торных и индустриальных маслах, слишком аг-рессивны в топливах. Кроме того, многие из этих присадок содержат серу, что делает нежела-тельным их применение в экологически чистых дизельных топливах, или фосфор, отрицатель-но влияющий на систему очистки выхлопных газов.

При решении проблемы подбора эффектив-ной присадки авторами статьи поставлена за-дача использования только тех присадок, кото-рые могут придать топливам смазывающую спо-собность на уровне, характерном для дизель-ных топлив с содержанием серы - 0,2% мае. И ароматики 25-30% мае.

Смазочную способность дизельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol [10], используемом для оценки процессов трения и износа смазочных материа-лов. Прибор позволяет оценивать изменение ко-эффициента трения в процессе испытания в за-висимости от нагрузки, скорости скольжения, длительности испытания и температуры в ус-ловиях граничного режима трения.

Для дизельных топлив были специально по-добраны условия испытаний. Оценочными по-казателями при испытании дизельных топлив были: диаметр пятна износа, коэффициент тре-ния и удельная нагрузка. Лучшими противоизносными свойствами обладают образцы, имею-щие низкий коэффициент трения, малый диа-метр пятна износа и высокую удельную нагрузку.

В качестве присадок, улучшающих противоизносные свойства дизельных

топлив, испы-таны сложные эфиры пентаэритрита и синте-тических монокарбоновых кислот фр. С₅-С_д I эфир ПЭТ), сложные эфиры 2-этилгексанола л себациновой кислоты (эфир ДОС), сложный эфир пентаэритрита, себациновой и акриловой кислот (эфир ПАС), нафтеновые кислоты, а так-же некоторые зарубежные присадки, рекомен-дуемые фирмами.

Результаты этих исследований представле-ны в табл. 1, 2.

Из представленных в табл. 1 результатов видно, что наиболее эффективны нафтеновые кислоты в концентрации 0,05% мае. Использо-вание эфира ПЭТ приводит к ухудшению противоизносных свойств, а введение эфиров ДОС

¦ ПАС практически не влияет на смазочные характеристики топлива.

Результаты испытаний на приборе SRV не-которых зарубежных присадок (см. табл. 2) по-казывают, что присадки Paradyne 639 и Paradyne 655 практически не влияют на противоизносные характеристики исходного ди-зельного топлива. Введение присадки CD-2 да-же в малых концентрациях (0,0001% мае.) уменьшает коэффициент трения и увеличива-ет удельные нагрузки. Настоящие исследования позволили уста-новить принципиальную возможность улучше-ния противоизносных свойств экологически чис-тых дизельных топлив с помощью присадок. По-иск эффективных противоизносных добавок, имеющих достаточно широкую сырьевую базу и относительно невысокую стоимость, продол-жается.

2.4Влияние качества дизельных топлив на их противоизносные свойства.

С проблемами ухудшения противоизносных свойств топлив столкнулись в 70-х годах при ис-пользовании реактивных топлив, подвергнутых жесткой гидроочистке. Тогда же было установ-лено, что существенное влияние на противоизносные свойства товарных реактивных топлив ока-зывают не только сернистые соединения, но и фракционный состав, вязкость топлива. Удале-ние естественных гетероорганических соедине-ний из прямогонных реактивных топлив (серно-кислотная, адсорбционная, гидроочистка) значи-тельно ухудшало их противоизносные свойства. При исследовании влияния содержания серы на противоизносные свойства реактивных топлив было установлено, что существует определенный оптимум, при котором достигается максималь-ный уровень противоизносных свойств топлива (рис. 1)[1],

Добавление сернистых соединений в количе-стве 0,05-0,15% вызывало снижение износа, а уве-личение содержания серы более 0,15% приводи-ло к увеличению износа металла. Тиофены ока-зывали положительное влияние на противоиз-носные свойства реактивных топлив. При содер-жании тиофеновой серы порядка 0,15-0,25% мае. износ металла уменьшается на 25-35%. Как по-казали проведенные исследования [2], меркапта-ны и дисульфиды в концентрации 0,001% мае. не ухудшали противоизносные свойства реактив-ных топлив. В более высокой концентрации мер-каптаны оказывали отрицательное влияние на противоизносные свойства топлив.

Исследование влияния углеводородного со-става реактивных топлив на их противоизносные свойства показало ухудшение противоизносных свойств в ряду: бициклические ароматические углеводороды, нафтеновые, парафиновые [3].

Противоизносные свойства дизельных топ-лив изучены мало. Оценку их проводили, в основ-ном, путем замера износов плунжеров полноразмерной топливной аппаратуры. Однако в после-дние годы при использовании экологически чис-того дизельного топлива, прежде всего в Европе, был отмечен высокий уровень износа топливных инжекторных насосов, приводящий к выходу их из строя. Причиной этого стало снижение смазы-вающей способности топлив.

Для исследования влияния глубины гидро-очистки на противоизносные свойства дизельных топлив были специально приготовлены образцы дизельного топлива с различным содержанием серы -- 0,05; 0,1; 0,2% мае. (табл. 1)Топлива име-ли близкие значения по показателям вязкости, плотности, содержанию и составу ароматических углеводородов, что исключало влияние их на про-тивоизносные свойства топлив, лишь образец с содержанием серы 0,2% имел более низкую 50%-ную точку перегонки -- 256°С против 275 и 277°С для образцов с содержанием серы 0,05 и 0,1%, со-ответственно, так как для поддержания на одном уровне всех остальных свойств в его состав при-шлось вовлечь фракции керосина. Все образцы соответствовали ГОСТ 305-82.

Смазывающую способность исследуемых ди-зельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol, предназначенном для оценки процессов трения и износа [3]. Рабо-чая часть трибометра представляет собой каме-ру, где находится узел трения пластина - шар. Прибор позволяет оценивать изменение коэффи-циента трения в процессе испытания в зависи-мости от нагрузки, скорости скольжения, дли-тельности измерения и температуры в условиях граничного режима трения.

В результате проведенных исследований были выбраны оптимальные условия испытаний дизельных топлив: время испытаний -- 60 мин; нагрузка -- 5 кгс. Оценочными показателями яв-лялись величины диаметра пятна износа, коэф-фициента трения и удельная нагрузка. Лучши-ми противоизносными свойствами обладают об-разцы, имеющие низкий коэффициент трения, малый диаметр пятна износа и высокую удель-ную нагрузку.

За рубежом оценка противоизносных свойств дизельных топлив проводится на приборе HFRR на узле трения пластина - шар. При испытании на приборе HFRR дизельные топлива должны характеризоваться уровнем противоизносных свойств не более 460 мм.

Результаты испытаний дизельных топлив с различным содержанием серы на приборе SRV представлены в табл. 2Ц

Из приведенных данных видно, что с увели-чением содержания серы с 0,01 до 0,5% улучша-ются противоизносные свойства дизельных топ-лив. Так, диаметр пятна износа и коэффициент трения уменьшаются на 68 и 75% соответствен-но, при этом удельные нагрузки увеличиваются в 10 раз. За рубежом критерием оценки противо-износных свойств является уровень показателей, значения которых характерны для дизельного топлива с содержанием серы 0,2% мае.

Исследование экологически чистых дизель-ных топлив различных нефтеперерабатывающих заводов показало (рис. 2, 3), что на противоизнос-ные свойства дизельных топлив большое влия-ние оказывает не только содержание серы, но и фракционный состав, особенно конец кипения топлива, а также его вязкость.

С повышением температуры конца кипения топлива снижается диаметр пятна износа и ко-эффициент трения. При этом средняя темпера-тура кипения топлива (50%-ная точка перегонки) не оказывает заметного влияния на противоиз-носные свойства. Снижение вязкости с 5,3 до 3,7 мм²/с приводит к ухудшению противоизносных свойств: увеличивается диаметр пятна из-носа и коэффициент трения.

С целью установления влияния ароматичес-ких углеводородов на противоизносные свойства исследован легкий газойль каталитического кре-

кинга с установки Г-43-107 -- основной компо-нент товарных дизельных топлив. Для этого лег-кий газойль каталитического крекинга был под-вергнут адсорбционному разделению на арома-тические соединения I, II, III и IV группы. Учитывая, что в 1999 г. в Европейский стандарт на ди-зельные топлива будет внесена норма на содер-жание полициклических ароматических углево- дородов, были исследованы, прежде всего, аро-матические соединения III и IV групп. Они добав-лялись в гидроочищенное дизельное топливо (сы-рьем гидроочистки служили только прямогонные дизельные фракции) в количестве, соответству-ющем содержанию легкого газойля в дизельном топливе 20 и 40%.

Как видно из представленных на рис. 4 данных, добавление ароматических углеводородов группы улучшает противоизносные свойства дизельного топлива с содержанием серы 0,05%. Ароматические углеводороды IV группы в кон-центрациях, соответствующих содержанию лег-кого газойля в дизельном топливе до 20%, также уменьшают диаметр пятна износа и коэффици-ент трения. При этом ароматические углеводоро-ды IV группы оказывают большее влияние на
противоизносные свойства. Дальнейшее увеличе-ние концентрации ароматических углеводородов группы приводит к ухудшению противоизносных свойств дизельного топлива.

Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что противоиз-носные свойства дизельных топлив зависят от содержания серы, фракционного состава и вяз-кости топлива. Положительное влияние на про-тивоизносные свойства оказывают ароматичес-кие углеводороды III и IV групп, присутствие ко-торых являются нежелательным в перспектив-ных экологически чистых дизельных топливах.

Список литературы:

1. Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1998.-№2.-С. 20-22.

2. Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1999.-№4.-С.8-11.

3. Гуреев А.А., Азеев В.С., Камфер Г.М. Топливо для дизелей. Свойства и ...........