Современные дизельные, судовые и тяжелые моторные топлива

метки: Топливо, Дизельный, Свойство, Коррозионный, Температура, Мазут, Примесь, Нефть

Свойства дизельных топлив для наземной техники

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 18 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25—30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

цетановое число,

фракционный состав,

вязкость и плотность,

низкотемпературные свойства,

степень чистоты,

температура вспышки,

наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и метал­лов,

1.1 Самовоспламеняемость (цетановое число)

Цетановое число

Чем выше цетановое число топлива, тем быстрее произойдут процессы предварительного окисления его в камере сгорания, тем скорее воспламенится смесь и запустится двигатель. Ниже приведены данные по влиянию цетанового числа на время запуска двигателя:

Цетановое число…………. 53 38

Время запуска, с…………. 3 45-50

Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молекулярной массы оно повышается, а по мере разветвления — снижается. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей; ароматические углеводороды с боковыми цепями имеют более высокие цетановые числа и тем больше, чем длиннее боковая парафиновая цепь. Непредельные углеводороды характеризуются более низкими цетановыми числами, чем соответствующие им по строению парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды обладают не­высокими цетановыми числами, но большими, чем ароматические углеводороды. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число может снижаться, что объясняется их углеводородным составом. [3]

Октановое И Цетановое число бензина в дизельном топливе

... выше соответствующей величины (7,6 ккал /мл) для нормальных углеводородов. МОТОРНОЕ ТОПЛИВО Детонация моторных топлив и октановое число Стук в цилиндрах, воспроизводимый при эксплуатации автомобильного двигателя, работающего ... пропан применяется как топливо, для сварки и как моторное топливо. Метан и этан превращают крекинга в ацетилен и этилен. Газовый бензин содержит углеводороды от С3 до С8 ...

Цетановые числа дизельных топлив различных марок, вырабатываемых отечественной промышленностью, характеризуются следующими значениями:

Марка дизельного топлива Л 3(-35°С) 3(-45°С) А

Метановое число 47-51 45-49 40-42 38-40

Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя, а более 50 — к увеличению удельного расхода топлива вследствие уменьшения полноты сгорания. Летом можно применять топлива с цетановым числом, равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска Двигателя — с цетановым числом не менее 45. Цетановое число и низкотемпературные свойства топлива — это взаимосвязанные величины: чем лучше низкотемпературные свойства топлива, тем ниже его цетановое число. Так, топлива с температурой застывания ниже -45 °С характеризуются цетановым числом около 40.

Хорошие низкотемпературные свойства достигаются нескольки­ми способами: существенным облегчением фракционного состава (температура конца кипения 300—320 °С вместо 360 °С), проведением депарафинизации топлива (извлечение н-парафиновых углеводородов), переработкой нафтено-ароматических нефтей с малым содержанием н-парафиновых углеводородов. При этом во всех случаях снижается цетановое число.

применению, но их вводят в крайне ограниченных количествах для повышения цетанового числа с 38 до 40, так как при этом понижается температура вспышки и повышается коксуемость топлива.

Установление оптимальных цетановых чисел имеет большое практическое значение, поскольку с углублением переработки нефти в состав дизельного топлива будут вовлекаться легкие газойли каталитического крекинга, коксования и фракции, обладающие от­носительно низкими цетановыми числами. Бензиновые фракции также имеют низкие цетановые числа, и добавление их в дизельное топливо всегда заметно снижает цетановое число последнего. Европейским стандартом на дизельное топливо установлен нижний предел цетанового числа — 48 единиц. [3]

1.2 Испаряемость (фракционный состав)

Характер процесса горения топлива в двигателе определяется двумя основными показателями — фракционным составом и цетановым числом. На сгорание топлива более легкого фракционного состава расходуется меньше воздуха, при этом благодаря уменьшению времени, необходимого для образования топливовоздушной смеси, процессы смесеобразования протекают более полно.

Облегчение фракционного состава топлива, например при добавке к нему бензиновой фракции, может привести к жесткой работе двигателя, определяемой скоростью нарастания давления на 1° поворота коленчатого вала. Это объясняется тем, что к моменту самовоспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя накапливается большое количество паров топлива, и горение сопровождается чрезмерным повышением давления и стуками в двигателе.

Влияние фракционного состава топлива для двигателей различных

типов неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихрекамерньм смесеобразованием вследствие наличия разогретых до высокой температуры стенок предкамеры и более благоприятных условий сгорания менее чувствительны к фракционному составу топлива, чем двигатели с непосредственным впрыском. Наддув двигателя, создающий повышенный термический режим камеры сгорания, обеспечивает возможность нормальной работы на топливах утяжеленного фракционного состава.

Диагностика двигателей внутреннего сгорания

... расход топлива на 2%. У 10 -20% двигателей наблюдается снижение номинальной частоты вращения коленчатого вала. В цилиндрах, где увеличена подача, увеличивается максимальное давление сгорания, ... техники с минимальными требованиями к контролепригодности ДВС. Наиболее оправданным в системе диагностики является применение безразборных методов при оценке технического состояния машин. Многие работы ...

Время прокручивания двигателя при запуске его на топливе со средней температурой кипения 200—225 °С в 9 раз меньше, чем на топливе со средней температурой кипения, равной 285 °С. [3]

При испытаниях дизельного топлива утяжеленного фракционного состава с температурой конца кипения на 30 °С выше, чем у стандартного летнего топлива, отмечен повышенный расход топлива в среднем на 3 % и увеличение дымности отработавших газов в среднем на 10 %. Одной из основных причин повышения расхода топлива является более высокая вязкость топлива утяжеленного фракционного состава.

Расход топлива зависит не только от температуры конца его кипения, но и от 50 %-ной точки перегонки.

Для летних дизельных топлив, полученных перегонкой нефти, 50 %-ная точка выкипания находится в пределах 260-280 °С (наиболее типичные значения 270—280 °С), для зимних марок дизельных топлив она составляет 240-260 °С. [3]

1.3 Вязкость

Определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле, так как от них зависит форма и строение топливного факела, размеры образующихся капель, дальность проникновения капель топлива в камеру сгорания. Более низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распиливание топлива; с повышением указанных показателей качества увеличивается диаметр капель и уменьшается полное их сгорание, в результате увеличивается удельный расход топлива, растет дымность отработавших газов. Вязкость топлива влияет на наполнение насоса и на утечку топ­лива через зазоры плунжерных пар. С увеличением вязкости топлива возрастает сопротивление топливной системы, уменьшается напол-

нение насоса, что может привести к перебоям в его работе. Ниже приведена зависимость подачи топлива насосом от температуры топлива: [3]

Температура топлива, °С +10 -30 -40 -50

Подача насоса, кг/ч 850 830 810 300

При уменьшении вязкости количество дизельного топлива, просачивающегося между плунжером и втулкой, возрастает, в результате снижается подача насоса. Перевод двигателя на топливо с меньшей плотностью и вязкостью может привести к прогару головок поршня, в связи с чем требуется регулировка топливной аппаратуры. При работе топливной аппаратуры на газоконденсатном дизельном топливе без регулировки топливной аппаратуры происходит уменьшение цикловой подачи топлива до 1 % и снижение максимального давления топлива в трубопроводе высокого давления на 10—15 %. Период задержки впрыска увеличивается на 2—4° поворота коленчатого вала.

Понижение цикловой подачи связано с уменьшением подачи топливного насоса высокого давления вследствие уменьшения плотности и увеличения утечки менее вязкого газоконденсатного топлива.

Увеличение задержки впрыска топлива вызвано его большой сжимаемостью; чтобы получить цикловую подачу газоконденсатного топлива, достаточно увеличить ход рейки топливного насоса высокого давления.

От вязкости зависит износ плунжерных пар. Нижний предел вязкости топлива, при котором обеспечивается его высокая смазы­вающая способность, зависит от конструктивных особенностей топ­ливной аппаратуры и условий ее эксплуатации. Вязкость топлива в пределах 1,8—7,0 мм ² /с практически не влияет на износ плунжеров топливной аппаратуры современных быстроходных дизелей.

Вязкость топлива зависит от его углеводородного состава. Летнее дизельное топливо, получаемое из западносибирской нефти, в котором преобладают парафино-нафтеновые углеводороды, имеет вязкость при 20 °С 3,5—4,0 мм ² /с; такое же по фракционному составу топливо из сахалинских нефтей, в котором преобладают нафтено-ароматические углеводороды, — 5,5—6,0 мм² /с. Стандартом на дизельное топливо вязкость нормируется в достаточно широких пределах, что обусловлено различием углеводородного состава перерабатываемых нефтей. Попытки ограничить вязкость топлива в узких пределах приведут к сокращению ресурсов его производства, так как потребуется снизить температуру конца кипения топлива. В зарубежных стандартах кинематическая вязкость нормируется обычно при 40 °С, в то время как отечественные ГОСТ и ТУ регламентируют вязкость при 20 °С.

Ниже приведена кинематическая вязкость n, мм ² /с, среднедистиллятных топлив при 20 и 40 °С: [3]

При 20 °С	При 40 °С	При 20 °С	При 40 °С
2,8	2,0	9,2	5,5
3,7	2,5	10,5	6,0
4,6	3,0	11,6	6,5
5,5	3,5	12,4	7.0
6,4	4,0	13,4	7.5
7,3	4,5	14,4	8,0
8,2	5,0	—	—

Из всех классов углеводородов наименьшая вязкость у алифатических. Эти же углеводороды в меньшей степени изменяют свою вязкость при охлаждении, т.е. имеют наиболее пологую вязкостно-температурную кривую. Алифатические углеводороды разветвленного строения, имеющие в боковых цепях два-три атома углерода, обладают более высокой вязкостью и при охлаждении она изменяется более резко, чем у углеводородов нормального строения. Присутствие двойной связи снижает вязкость алифатического углеводорода. Ароматические и нафтеновые кольца в молекуле углеводорода повышают вязкость и ухудшают вязкостно-температурную зависимость. Бициклические углеводороды при одинаковой молекулярной массе с моноциклическими имеют не только более высокую вязкость, но и более крутую кривую зависимости вязкости от температуры.

Хотя вязкость дизельных топлив при понижении температуры и повышается, поведение топлива, как правило, продолжает подчиняться закону Ньютона (вязкость не зависит от градиента сдвига) вплоть до выпадения кристаллов твердых углеводородов.

1.4 Низкотемпературные свойства

Низкотемпературные свойства характеризуются такими показателя­ми, как температура помутнения, предельная температура фильтруемости и температура застывания последняя определяет условия складского хранения топлива — условия применения топлива, хотя в практике известны случаи использования топлив при температу­рах, приближающихся к температуре застывания. Для большинства дизельных топлив разница между Tп и Tз составляет 5—7 °С. В том случае, если дизельное топливо не содержит депрессорных присадок, равна или на 1—2 °С ниже Tп. Для топлив, содержащих депрессорные присадки на 10 °С и более ниже Tп. [3]

В дизельных топливах содержится довольно много углеводородов с высокой температурой плавления. Для всех классов углеводородов справедлива закономерность: с ростом молекулярной массы, а следо­вательно, и температуры кипения повышается температура плавления углеводородов. Однако весьма сильное влияние на температуру плавления оказывает строение углеводорода. Углеводороды одинаковой молеку­лярной массы, но различного строения могут иметь значения температур плавления в широких пределах. Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах (кроме бензола, п-ксилола), однако эти углеводороды, но с длинной неразветвленной боковой цепью, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается.

Таблица 1 — Плотность отечественных дизельных топлив

Плотность при 20 °С, кг/м 3	Марка топлива
	летнее	зимнее	арктическое
Фактические значения Наиболее типичные значения	802-875 830-850	792-847 800-830	790-830 800-820

Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения. При этом температура помутнения топлива не зависит от суммарного содержания в нем н-парафиновых углеводородов.

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние топлива получают облегчением фракционного состава. Так, для получения дизельного топлива с t ₃ = –35 °С и t_п = –25 °С требуется понизить температуру конца кипения топлива с 360 до 320 °С, а для топлива с t₃ = –45 °С и t_n = –35 °С — до 280 °С, что приводит к снижению отбора дизельного топлива от нефти с 42 до 30,5 и 22,4 % соответственно. [3]

Сократить потери при производстве зимнего дизельного топлива можно введением в топливо депрессорных присадок (в сотых долях процента).

Добавка депрессорных присадок позволяет снизить предельную температуру фильтруемости на 10—15 °С и температуру застывания на 15—20 °С. Введение присадок не влияет на t _a топлива. Это связано с механизмом действия депрессорных присадок, заключающемся в модификации структуры кристаллизующихся парафинов, уменьшении их размеров. При этом общее количество н-парафиновых углеводородов не снижается. Последнего можно достичь лишь в результате депарафинизации (цеолитной, карбамидной, каталитической) топлива.

Таблица 2 — Характеристики дизельных топлив с различными низкотем­пературными свойствами* [3]

Показатели	Фракции, °С
160-280	160-320	160-350	160-370	160-390	180-350	180-370
Выход на нефть, % (мае. доля)	22,4	30,5	35,9	39,2	42,0	32,2	35,5
Фракционный состав: начало кипения, °С	188	190	192	194	197	210	211
перегоняется при температуре, °С:
10% (об. доля)	198	201	203	205	211	228	227
50% (об. доля)	226	245	258	265	274	272	275
90 % (об. доля)	260	295	320	336	354	327	340
96 % (об. доля)	267	305	330	346	358	337	345
98 % (об. доля)	273	306	332	347	362	338	347
Плотность при 20 °С, кг/м 3	823	832	837	841	844	842	846
Кинематическая вязкость, при 20 °С, мм 2 /с	2,47	3,02	3,77	4,31	4,73	4,35	5,06
Температура, °С:
застывания	-47	-35	-30	-19	-13	-22	-14
помутнения	-38	-28	.-17	-11	-6	-13	-50
Топливо	3	3	Л	Л	Л	Л	Л
(-45 °С)	(-35 °С)
* Данные получены при разгонке на приборе АРН нефти трубопровода «Дружба».

Низкотемпературные свойства дизельных топлив с депрессорными присадками спецификациями всех стран оцениваются по ГОСТ 305-82 для топлива без депрессора низкотемпературные свойства регламентируют по t _З и t_П . Разность не должна превышать 10 °С.

1.5 Смазывающие (противоизносные)

Топлива являются смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, пар трения плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и других деталей.

Смазывающие свойства топлив значительно хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ) в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противо­износные свойства топлив улучшаются с увеличением содержания ПАВ, вязкости и температуры выкипания.

В связи с ужесточением требований к качеству дизельных топлив по содержанию серы и переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив удаляются соединения, содержащие серу, кислород и азот, что негативно влияет на их смазывающую способность. Наиболее реальным способом улучшения смазывающих свойств дизельного топлива является применение противоизносных присадок.

1.6 Химическая стабильность.

Химическая стабильность дизельного топлива — способность противостоять окислительным процессам, протекающим при хранении. Эта проблема возникла с углублением переработки нефти и вовлечением в состав товарного дизельного топлива среднедистиллятных фракций вторичной переработки нефти, таких, как легкого газойля каталитического крекинга, висбрекинга, коксования. Последние обогащены ненасыщенными углеводородами, включая диолефины и дициклоолефины, а также содержат значительное количество сернистых, азотистых и смолистых соединений. Наличие гетероатомных соединений, особенно в сочетании с ненасыщенными углеводородами, способствует их окислительной полимеризации и поликонденсации, тем самым влияя на образование смол и осадков. Самыми сильными промоторами смоло- и осадкообразования являются азотистые и сернистые соединения.

Химическая стабильность оценивается по количеству образовав­шегося в топливе осадка (мг/100 мл) по ASTMD 2274. Легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК) по химической стабильности существенно уступает прямогонным или гидроочищенным дистиллятным фрак­циям: [3]

Содержание ЛГКК 43/107 в топливе, %. 0 10 20 30 40 100 Норма

Осадок, мг/100 мл1,2 5,5 7,2 8,9 10,3 21,5 < 0,2

1.7 Коррозионная агрессивность

Стандартами на дизельные топлива регламентируются следующие показатели качества, характеризующие их коррозионную агрессивность: содержание общей серы, содержание меркаптановой серы и сероводорода, водорасворимых кислот и щелочей, испытание на медной пластинке.

Современная технология получения дизельных топлив практически исключает возможность присутствия в них элементной серы и сероводорода в количествах, вызывающих коррозионное воздействие на металлы. Отсутствие эле-

ментной серы и сероводорода надежно контролируется испытанием на медной пластинке. Топливо выдерживает эти испытания, если содержание свободной серы не выше 0,0015 %, сероводорода не более 0,0003 %.

Общее содержание серы мало характеризует коррозионную агрес­сивность топлива по отношению к металлам. При увеличении содержания серы с 0,18 до 1,0 %, но незначительном повышении содержания меркаптановой серы с 0,005 до 0,009 %, коррозионная агрессивность топлива почти не изменяется.

Большое влияние на коррозионную агрессивность дизельных топлив оказывает глубина их гидроочистки, так как при этом вместе с сернистыми и ароматическими соединениями удаляются поверхностно-активные вещества, в результате чего ухудшаются защитные свойства топлив. Удаление поверхностно-активных веществ приводит к снижению способности топлива вытеснять влагу с поверхности металлов и образо­вывать защитную пленку.

Коррозионная агрессивность дизельных топлив, в основном, зависит от содержания меркаптановой серы. Так, повышение содержания меркаптановой серы с 0,01 % (норма ГОСТ) до 0,06 % увеличивает коррозию более чем в 2 раза.

Коррозионная активность меркаптановой серы в дизельном топливе существенно зависит от присутствия в нем свободной воды и растворенного кислорода, которые ускоряют процесс образования меркаптидов.

Прямогонные дизельные топлива обладают более высокими защитными свойствами по сравнению с гидроочищенными. Сравнительно низкими защитными свойствами обладает газойль каталитического крекинга.

Защитные свойства мало зависят от фракционного состава. Зимнее и летнее топлива, полученные по одинаковой технологии, обладают примерно одинаковым защитными свойствами.

Причиной повышенной коррозии и износа является присутствие в топливе металлов. [3]

Содержание металлов в дизельных топливах (х10 ^-4 %), полученных на различных предприятиях:

Номер образца	V	Ni	Fe	Cu	Pb	Са	Al	Na	Мо
1	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	<0,3	0,15	<0,7	0,08	<0,3
2	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	0,2	0,1	<0,7	0,02	<0,3
3	<0,5	<0,3	0,55	0,07	0,2	0,17	<0,7	0,18	0,3
4	<0,5	<0,3	0,35	0,07	0,2	0,3	<0,7	0,15	<0,3
5	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	0,3	0,3	<0,7	0,12	<0,3
6	<0,5	<0,3	0,4	<0,07	0,3	<0,15	<0,7	<0,07	<0,3
7	<0,5	<0,3	0,4	0,06	0,2	0,12	<0,7	<0,07	<0,3
8	0,3	1,3	0,45	<0,07	0,3	0,1	<0,7	<0,07	<0,3
9	<0,5	<0,1	0,3	0,06	0,35	<0,15	<0,7	<0,07	<0,3
10	<0,5	<0,1	0,3	0,06	1,0	0,07	<0,7	0,2	<0,3
11	<0,1	<0,1	0,3	<0,1	0,6	<0,1	—	0,05	<0,3

1.8 Склонность к нагарообразованию (степень чистоты топлива)

Этот показатель определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно топливной аппаратуры. Для плунжеров и гильз топливных насосов зазоры составляют 1,5—4,0 мкм. Частицы загрязнений, размер которых более 4,0 мкм, вызывают повышенный износ деталей топливной аппаратуры, что предопределяет и соответствующие требования к очистке топлива.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости по ГОСТ 19006—73, который представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумага БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой. На фильтруемость топлива влияет наличие воды, механических примесей, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. В товарных дизельных топливах содержится, в основном, растворенная вода от 0,002 до 0,008 % (гидрид-кальциевый метод определения), которая не влияет на коэффициент фильтруемости. Нерастворенная в топливе вода — 0,01 % и более — приводит к повышению коэффициента фильтруемости. Однако влияние этого фактора неоднозначно. Присутствие в топливе поверхностно-активных веществ мыл нафтеновых кислот, смолистых соединений усугубляет отрицательное влияние эмульсионной воды на фильтруемость топлив. Достаточно (15—20)-10 ^-4 % мыл нафтеновых кислот, образующих­ся при защелачивании топлив, чтобы коэффициент фильтруемости повысился с 2 до 5.

Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями, составляет 0,002-0,004 % (отсутствие по ГОСТ 6370-83).

Это количество не отражается на коэффициенте фильтруемости при исключении других отрицательных факторов. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5—2,5. [3]

2. Современные и перспективные требования к качеству дизельных топлив. Ассортимент, качество и состав дизельных топлив.

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305—82 трех марок: Л — летнее, применяемое при температурах окружающего воздуха 0 °С и выше; 3 — зимнее, применяемое при температурах до -20 °С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь tз < -35 °С и t _п < -25 °С), или зимнее, применяемое при температурах до -30 °С, тогда топливо должно иметь tз < -45 °С и t_п < -35 °С), марки А — арктическое, температура применения которого до -50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и 3 не превышает 0,2 % — для I вида топлива и 0,5 — для II вида топлива, а марки А — 0,4 %. 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 (3-0,2-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. [3]

Таблица 3 — Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305-82)

Показатели	Норма дня марок
Л	3	А
Цетановое число, не менее	45	45	45
Фракционный состав:
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, мм г /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 пазовых турбин	62	40	35
для дизелей общего назначения	40	35	30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
Вида I	0,20	0,20	0,20
вида II	0,50	0,50	0,40
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01
Содержание фактических смол, мг/100 см 3 топлива,	40	30	30
не более
Кислотность, мг КОН/100 см 3 топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г I 2 /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/м 3 , не более	860	840	830
Примечание . Для топлив марок Л, 3, А: содержание сероводорода, водорасворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды — отсутствие, испытание на медной пластинке— выдерживают.

Таблица 4 — Характеристики дизельного экспортного топлива (ТУ 38.401-58-110-94)

Показатели	Норма для марок
ДЛЭ	ДЭЗ
Дизельный индекс, не менее	53	53
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше: 50% 90% 96%	280 340 360	280 330 360
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм 2 /с	3,0-6,0	2,7-6,0
Температура, °С: застывания, не выше предельной фильтруемое, не выше вспышки в закрытом тигле, не ниже	-10 -5 65	-35 -25 60
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I вида II	0,2 0,3	0,2 —
Испытание на медной пластинке	Выдерживает
Кислотность, мгКОН/100 см 3 топлива, не более	3,0	3,0
Зольность, %, не более	0.01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0
Содержание механических примесей	Отсутствие
Прозрачность при температуре 10 °С	Прозрачно
Плотность при 20 °С, кг/м 3 , не более	860	845

3. Присадки к современным дизельным топливам.

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 t _п = -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. [3]

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).

[3]

Таблица 5 — Характеристики зимних дизельных топлив с депрессорными присадками

Показатели	Нормы для марок
ДЗп	ДЗП-15/-25	ДАП-35/-45
ТУ 38.101889 -81	ТУ 38.401-58-36-92
Цетановое число, не менее	45	45	40
Фракционный состав:
перегоняется при температуре, °С, не выше:
50%	280	280	280
90% (конец перегонки)	360	360	340
Кинематическая вязкость для дизелей общего	3,0-6,0	1,8-6,0	1,5-5,0
назначения при 20 °С, мм7с
Температура, °С, не выше:
застывания	-30	-35	-55
помутнения	-5	-15	-35
предельной фильтруемое	-15	-25	-45
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для дизелей общего назначения	40	40	35
для тепловозных и судовых дизелей	62	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
Концентрация фактических смол, мг/100 см 3 базового	40	—	—
топлива, не более
Кислотность, мг КОН/100 см 3 топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г у 100 г топлива, не более	6	5	5
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,3	0,2	0,2
Коэффициент фильтруемое, не более:
для базового топлива	2,0	—	—
для топлива с присадкой	3,0	3,0	3,0
Плотность при 20 °С, кг/м 3 , не более	860	860	840
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0
Примечание . Для топлив всех марок: содержание сероводорода, водорасворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды — отсутствие; испытание на медной пластинке — выдерживают.

4. Улучшение смазочных свойств дизельных топлив

Топлива в дизельных двигателях являются смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры, трущихся пар плунжерных топливных насосов. В связи с этим они должны обладать хорошими противоизносными свойствами. Оценку противоиз­носных свойств дизельных топлив проводили в результате измерения из­носа плунжеров полноразмерной топливной аппаратуры после проведения длительных испытаний. Так, установлено, что при снижении содержания серы в дизельном топливе с 1,0 до 0,03% уменьшается износ плунжеров в 2 раза, при этом особенно сильно влияют на износ меркаптаны. По аналогии с топливами для реактивных двигателей можно было полагать, что кроме сернистых соединений на противоизносные свойства дизельных топлив может влиять вязкость, кислотность и присутствие воды.

5. Современные и перспективные требования к дизельным топливам

В таблице 6 приведены требования к качеству дизельных топлив по стандарту EN 590. Приведена тенденция снижения серы, увеличения ЦЧ с 1993 по 2000 гг.

Таблица 6 — Требования к качеству дизельных топлив по EN 590

Показатели	EN590
	1993-1996 гг.	1996-1999 гг.	Действующий с 2000 г.
Массовая доля серы, %, не более	0,5	0,3	0,035
Цетановое число, не менее	45	49	51
Плотность при 1 5°С, кг/м’	820-860	820-860	820-845
Кинематическая вязкость при 40°С, мм 2 /с	2,0-4,5	2,0-4,5	2,0-4,0
Фракционный состав: 95% перегоняется до, °С	370	370	360
Содержание полициклических ароматических углеводородов, %, не более	Не норм.	Не норм.	II
Смазывающая способность, мкм, не более	Не норм.	Не норм.	460
Окислительная стабильность, г/м 3 , не более	Не норм.	Не норм.	25

Таблица 7 — Требования к качеству дизельного топлива за рубежом

Регион	США			Калифорния (Техас)	Европейский Союз			Швеция	Категория IV
Характеристика	США ЕРА			САКВ (TNRCC)	Евро-1	Евро-2	Auto Oil II	Класс 1	Мировая Хартия Топлив
Ввод в действие	1993	1998	2006	2006	2000	2005	2008	1991
Плотность, г/см 3
минимум	—	—	—	0,83	—	0,825	0,825	0,8	0,82
максимум	0,876	—	—	0,86	0,845	0,845	0,830	0,82	0,84
API минимум	30	—	Н/у	33	36	36-40	—	41,1	37,0
Содержаниесеры, ppm	500	50	15	15	350	50	30	10	5-10
Цетановый индекс	40	—	Н/у	—	—	—	—	50	>52
Цетановое число	—	—	на	48	51	53	54-58	ns	55
Содержание ароматических
углеводородов, макс.:
общее	35% об.	—	Н/у	10% мас.	—	—	—	5% об.	15% об.
полициклических	—	—	—	1,4% мас.	11% мае.	1-6% мае.	1-4% мае.	0,02% об.	2% об.
Фракционный состав, °С:
Т 90 макс., °С	338	—	Н/у	321	—	—	—	285	320
Т 95 макс., °С	366	—	—	—	360	340-360	340-350	300	340
Т конца кипения, макс., °С	—	—	—	348	—	—	—	—	350

В таблице 8 приведены требования к качеству дизельных топлив.

Таблица 8 — Требования ТУ 38.401-58-296-01 к качеству дизельных топлив

Показатель	Единицы	Пределы
		минимум	максимум
1. Цетановое число	51,0	—
2. Цетановый индекс	46,0	—
3. Плотность при 150 °С	кг/м 3	820	845
4. Полициклические ароматические	% масс.	11
углеводороды
5. Содержание серы	мг/кг	—	350
6. Температура вспышки	°С	Выше 55	—
7. Коксовый остаток (10%-го остатка разгонки)
	% масс.	0 30
8. Зольность	% масс.	—	0,01
9. Содержание воды	мг/кг	—	200
10. Общее загрязнение.	мг/кг	—	24
11. Коррозионная агрессивность меди (3 ч при 50°С)	Оценка	Класс 1
12. Окислительная стабильность	г/м 3	—	25
13. Смазывающая способность,
скорректированный диаметр пятна	мкм	—	460
износа (WS 1,4) при 60 °С
14. Вязкость при 40 °С	мм 2 /с	2,00	4,50
15. Фракционный состав	%об.
% об. перегоняется до 250 °С	<65
% об. перегоняется до 350 °С	85
95% об. перегоняется при	°С	360

6. Технологии для улучшения экологических и эксплуатационных характеристик дизельных топлив

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).

[3]

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.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170—96) предназначе­но для использования в г. Москве. Основное отличие городского дизельного топлива от экологически чистого — улучшенное ка­чество благодаря использованию присадок (летом — антидымной, зимой антидымной и депрессорной).

Таблица 9 — Характеристики экологически чистого дизельного топлива (ТУ 38.1011348-90)

Показатели	Нормы дня марок
	ДЛЭЧ-В	ДЛЭЧ	ДЗЭЧ
Цетановое число, не менее	45	45	45
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше: 50% 96 % (конец перегонки)	280 360	280 360	280 340
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм 2 /с	3,0-6,0	3,0-6,0	1,8-5,0
Температура, °С, не выше: застывания предельной фильтруемости	-10 -5	-10 -5	-35 -25
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже: для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин для дизелей общего назначения	40 62	40 62	35 40
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I вида II	0,05 0,1	0,05 0,1	0,05 0,1
Испытание камедной пластинке	Выдерживает
Кислотность, мг КОН/100 см 3 топлива, не более	5,0	5,0	5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 1 0%-ного остатка, %, не более	0,2	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0
Содержание механических примесей и воды	Отсутствие
Плотность при 20 °С, кг/м 3 , не более	860	860	840
Содержание ароматических углеводородов, %, не более	20	—	10

Таблица 10 — Характеристики дизельного топлива с улучшенными экологическими свойствами (городского) по ТУ 38.401-58-170-96

Нормы для марок
Показатели	ДЭК-Л	ДЭК-З	ДЭКп-Л	ДЭКп-3, минус 15’С	ДЭКп-3, минус 20’С
Цетановое число, не менее	49	45	49	45	45
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше:
50%	280	280	280	280	280
96% (конец перегонки)	360	340	360	360	360
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм 2 /с	3,0-6,0	1,8-5,0	3,0-6,0	1,8-6,0	1,8-6,0
Температура, °С, не выше: застывания	-10	-35	-10	-25	-35
предельной фильтруемое	-5	-25	-5	-15	-25
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже:

для тепловозных и судовых
дизелей и газовых турбин	62	40	62	40	40
для дизелей общего назначение	40	35	40	35	35
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
вида II	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
Массовая доля меркаптановой	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
серы, %, не более
Кислотность, мг КОН/100 см 3 топлива, не более	5,0	5,0	5,0	5.0	5,0
Йодное число, г I 2 /100 г топлива	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,04	0,04	0,04
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Коэффициент фильтруемости (до введения присадки в топливо), не более	2	2	2	2	2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Плотность при 20°С, кг/м 3 , не более	860	860	860	860	860
Примечание . Для дизельных топлив всех марок: содержание сероводорода, водорасворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды — отсутствие; испытание на медной пластинке — выдерживают.

Добавка присадок в городское дизельное топливо снижает дымность и токсичность отработавших газов дизелей на 30-50 %. В качестве антидымной присадки могут быть использованы отечественная ЭФАП-Б и зарубежная Любризол 8288, допущенные к применению. Активным веществом этих продуктов является барий.

Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного производства.

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 ppm, механических примесей — не более 24 ppm, коррозии медной пластинки — класс 1, устойчивости к окислению — не более 25 г осадка/м ³ . [5]

Для районов с умеренным климатом изготовляют 6 марок дизель­ного топлива: А, В, С, D, Е и F с предельной температурой фильтруемости +5, 0, -5, -10, -15 и -20 °С соответственно. [5]

В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах — не более 0,05 %. Таким требованиям отвечают отечественные ТУ 38.1011348-89.

ГЛАВА 2

Судовое маловязкое и тяжелое моторное топливо

1. Общие физико-химические свойства.

Тяжелые моторные и судовые топлива использу­ют 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.

Вязкость

При положительных температурах (50 и 80 °С) условную вязкость топлив определяют по ГОСТ 6258—85 с помощью вискозиметра ВУМ. В США для определения вязкости используют вискозиметр Сейболта универсальный (для маловязких мазутов) и Сейболта Фурола (для высоковязких мазутов), в Англии — вискозиметр Редвуда. Между определенными в различных единицах вязкостями существует зависимость. В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую (мм ² /с).

Содержание серы

При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды — SO ₂ и SO₃ Наличие в дымовых газах SO₃ повышает температуру начала конденсации влаги — точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономай­зеров) близка к точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла.

Содержание серы в мазутах оказывает значительное влияние на экологическое состояние воздушного бассейна. В ряде ведущих капиталистических стран в последние годы приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5—1,0 %. [3]

Теплота сгорания.

Температура застывания.

Большое влияние на t _заст оказывают температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания и даже диаметр сосуда, в котором она определяется. Для котельных топлив t_заст изменяется в зависимости от условий термической обработки. [3]

Таблица 11 — Изменение температуры застывания, °С, моторных и котельных топлив при хранении.

После термо­обработки (95-100°С)	После хранения в течение
	1 сут.	2 нед.	1 мес.	З мес.	6 мес.	12 мес.
Флотский мазут Ф-5
-5	1	5	7	7	9	11
-6	-4	2	2	2	6	6
-9	-1	-1	-1	-1	2	2
-6	0	6	6	6	16	16
-11	-7	-5	-5	-5	-5	-5
-16	-15	-13	-13	-13	-13	-13
-15	-11	-7	-5	-5	-5	-5
-13	-10	-4	-2	-2	-2	-2
-12	-9	-1	-1	7	9	9
-11	-10	-8	-6	-6	-5	-5

Экспортный мазут
-2	2	8	10	10	10	10
-2	6	10	10	12	12	12
1	5	7	7	10	10	12
-8	-3	1	2	2	4	4
-10	-7	-5	-5	-3	-3	-3
0	6	6	6	6	7	7
Моторное топливо ДТ
-6	-4	-2	-2	-2	-2	-2
-8	-8	-8	-8	-6	-2	-2
-11	-9	-5	-5	-5	-5	-5
Мазут марки 40
14	16	16	18	18	18	18
8	8	12	12	15	15	15
20	22	22	22	22	22	22
16	18	18	18	18	—	18
22	22	22	22	24	24	24
Мазут марки 100
34	34	36	36	36	36	36
22	22	22	22	22	22	22
23	25	25	25	25	25	25
24	26	26	26	26	26	26

С повышением температуры термообработки до 40—70 °С топлива возрастает. Дальнейшее повышение температуры термообработки до 100 °С приводит к резкому ее снижению, что связано с изменением структуры топлива, а именно, с повышением температуры в структуре мазута, представ­ляющего собой сплошную сетку, составленную из мелких игл с вкраплением в нее крупных кристаллических конгломератов парафинов, последние постепенно исчезают, и структура становится однородно сетчатой. Не менее важна и скорость охлаждения топлив. С увеличением скорости охлаждения t _заст , как правило, повышается вследствие возник­новения большого числа центров кристаллизации, равномерно распреде­ленных по всему объему и способствующих созданию прочной структурной решетки парафина.

Рассчитать t _заст или установить ее значение во времени не представляется возможным, так как не удается учесть все факторы, влияющие на эту температуру, — продолжительность хранения, термические изменения, происходящие в процессе хранения.

Учитывая нестабильность t _заст , стандарты на флотский мазут, мо­торное топливо предусматривают гарантии изготовителя: по истечении 3 мес. хранения температура застывания не должна превышать установленного стандартом значе­ния минус 5 °С — для флотского мазута и моторного топлива. Срок гарантии установлен, исходя из экспериментальных данных. Как правило, изменение после 3 мес. хранения крайне редко.

Регрессия температуры застывания обуславливает необходимость выработки топлива с запасом качества по этому показателю, что приводит к вовлечению в состав таких продуктов неоправданно большого количества дизельного топлива. Так, для получения флотского мазута Ф-5 на нефтеперерабатывающем предприятии вовлекают в мазут 50—60 % дизельного топлива, а для получения топлива, удовлетворяющего требо­ваниям ГОСТ 10585-75 по всем показателям качества, кроме t _заст , достаточно 12,5—40 % дизельного топлива.

Таблица 12 — Характеристики флотского мазута без присадки и с депрессорной присадкой.

Показатели	Образец № 1		Образец № 2
без присадки	0,01 % присадки	без присадки	0,05 % присадки
Состав, %: мазут прямогонный дизельная фракция	40-50 60-50	87 13	45-50 55-60	70 30
Условная вязкость при 50°С, °ВУ	1,2-2,0	3,63	1,6-3,1	5,0
Зольность, %	0,001-0,03	0,024	0,008-0,017	0,012
Массовая доля серы, %	0,7-1,2	1,34	1,1-1,5	1,44
Температура застывания после 3 мес. хранения, °С	-7.. .-11	-11	-7…-Э	-16
Коксуемость, %	1,3-3,9	3,05	3,6-4.0	4,1
Показатели	Образец № 3		Образец № 4
без присадки	0,03% присадки	без присадки	0,05% присадки
Состав, %: мазут прямогонный дизельная фракция	30-40 70-60	75 25	45-55 55-45	60 40
Условная вязкость при 50 °С, °ВУ	1,7-2,5	4,36	1,8-4,3	3,53
Зольность, %	0,018-0,023	0,040	0,014-0,018	0,038
Массовая доля серы, %	1,2-1,3	1,94	1,3-1,6	1,6
Температура застывания после 3 мес. хранения, °С	-7.. .-9	-8	-7…-11	-15
Коксуемость, %	2,1 -3,0	5,2	3,0-5,6	4,2

Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом. Механизм их действия заключается в модификации структуры кристаллизующегося парафина, препятствующей образова­нию прочной кристаллической решетки.

С углублением переработки нефти содержание асфальто-смолистых веществ в топливах будет увеличиваться, поэтому все более острой становится проблема производства стабильных котельных топлив. Асфальтены в мазутах находятся в коллоидном состоянии. Устойчивость асфальтено-содержащих дисперсных систем зависит от природы цикли­ческого углеводорода и его концентрации в дисперсной среде. Наличие ароматических и нафтеновых углеводородов повышает седиментационную устойчивость дисперсной системы, причем для ароматических угле­водородов этот эффект значительно больше, чем для нафтеновых: аро­матические углеводороды более склонны к взаимодействию с молеку­лами асфальтенов, растворимость последних тем больше, чем выше концентрация ароматического компонента. В такой среде асфальтены диспергируются с образованием тонкодисперсных коллоидных и молекулярно-дисперсных частиц. В среде парафиновых углеводородов образуется преимущественно грубодисперсная система. Так как нафтеновые угле­водороды по строению являются промежуточными между парафиновыми и ароматическими, то и кинетическая и агрегативная устойчивость асфальтенов в них мень­ше, чем в ароматических, и больше, чем в парафи­новых.

Температура вспышки

Температура вспышки, °С: Мазут марки 40 Мазут марки 100

в открытом тигле 92 120

в закрытом тигле 61 93

Содержание воды

В то же время наличие воды, равномерно распределенной по всему объему, оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства топлив. Испарение мелкодисперсных частиц воды происходит мгновенно в виде «микровзрыва», процесс сгорания протекает плавно и с достаточной полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и дымности отработавших газов. Равномерное распределение и образование воды в виде мелкодисперсных частиц обеспечивается с помощью специальных устройств: кавитаторов, смесителей.

Механические примеси засоряют фильтры и форсунки, нарушая процесс распыливания топлива. Установлены требования к содержанию механических примесей: для мазута марки 40 — не более 0,5 %, марки 100 — не более 1,0 %. Фактически топочные мазуты вырабатывают с более низким содержанием механических примесей — до 0,2 % и лишь на отдельных нефтеперерабатывающих предприятиях эти значения приближаются к установленным по ГОСТ 10585-75.

Таблица 13 — Состав золы остаточных топлив. [3]

Топливо	Содержание в топливе, %			Содержание в золе, %
	S	V	зола	Na	Са	Fe	М	Мg	AI	Si
Мазут марки 40	2,72	0,008	0,096	14	3,5	3,8	8,5	1,0	1,2	3,0
Мазут марки 100	2,80	0,012	0,14	15	6,2	1,4	1,3	1,3	0,45	0,63
Мазут марки Ф-5	2,0	0,0073	0,05	16	2,5	10	5	0,7	1,8	1,0
Топливо ДТ	1,5	0,0002	0,03	16	6,8	1,9	1,5	1,8	1,5	4,3

Зола

Зольность топлив зависит, прежде всего, от содержания солей в нефти. Улучшение обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях в последние годы позволило получить обессоленные нефти с содержанием солей не более 3—5 мг/л и вырабатывать котельные топлива с лучшими показателями зольности.

С углублением переработки нефти изменяется компонентный состав мазута вследствие более полного отбора из него дизельных фракций на установках вторичной переработки нефти. В результате, в топочном мазуте увеличивается содержание асфальто-смолистых веществ. Это приводит к снижению эффективности горения и ухудшению стабильности при хранении, образованию осадков и увеличению выбросов сажи в окружающую среду. Для таких топлив целесообразно использование полифункциональной присадки, например, ВНИИНП-200. Механизм ее действия основан на разрушении структуры асфальто-смолистых веществ мазута, благодаря чему улучшается его гомогенность и физическая стабильность, улучшается качество распыливания.

2. Эксплуатационные свойства судового маловязкого и тяжелых моторных топлив

Настоящий раздел содержит краткую характеристику лабора­торных методов, разработанных в ЦНИИ морского флота (г. Санкт-Петербург) и позволяющих проводить сравнительную оценку опыт­ных и эталонных образцов судовых топлив. В нашем случае после­дними служили топочные мазуты марки 40 и 100, мазут экспортный М-2,0 и мазут импортный ИФО-180. [4]

2.1 Склонность к образованию отложений

Этот весьма важный эксплуатационный показатель принято оце­нивать по содержанию смолистых веществ, асфальтено-смолистых веществ, зольностью, термостабильностью и нагарообразованием.

Методика определения трех первых факторов известна и стан­дартизована, поэтому остановимся подробнее на характеристике последних свойств, которые обусловливают склонность к отложению топлив в процессе хранения и эксплуатации.

Термоокислительная стабильность разрабатываемых топлив определялась на приборе ДК-НАМИ по методике С.Г.Ткачевой [4]; после выдержки навески топлива при 100°С в течение 30 ч по извес­тным гостированным методикам (см. раздел 1.2.1) определяются со­держание нерастворимого в н-гептане осадка, асфальтенов, механи­ческих примесей и кислотное число. Далее рассчитывается измене­ние перечисленных выше показателей относительно контрольной пробы и проводится сопоставление с аналогичными показателями эталонных образцов.

Исследование нагароотложения опытных образцов топлив прово­дилось на специальном стенде по методике М.В.Селиверстова [4], состоявшей в измерении массы нагарных отложений на трубках лабо­раторной установки при сжигании навески топлив в течение 10 мин.

Параллельно исследование нагарообразующих свойств разраба­тываемых топлив и их компонентов проводились методом диффе­ренциального термического анализа на дериватографе ОД-102 системы Паулик-Эрдей (фирма MOM) в воздушной среде при линейной скорости нагрева 10 град/мин, в интервале температур от 20 до 1000°С.

Обработка результатов испытаний показала удовлетворительное, с учетом погрешности измерений, совпадение данных приме­нявшихся методов.

2.2 Совместимость топлив

Данный показатель характеризует устойчивость топлива к коа­гуляции и расслоению при смешении с другими марками топлив в процессе хранения и эксплуатации.

Необходимые данные для определения критерия совместимости по дисперсному состоянию различных смесей топлив были получе­ны по методике В.М.Пашуковой на оптико-электронной уста­новке «MICROVIДЕОМАТ», подробно описанной в разделе 2.3. [4]

2.3 Коррозионная активность топлив

Надежная работа двигательной установки во многом определя­ется совместимостью топлива и конструкционных материалов, ко­торую принято оценивать в случае остаточных топлив коррозион­ной активностью, определяемой, в свою очередь, содержанием сер­нистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, а также коррозионно-активных металлов.

Содержание серы в разрабатываемых топливах определялось по ГОСТ 1437-75, водорастворимых кислот и щелочей — ГОСТ 6307-75, металлов — ГОСТ 10364-63. [4]

Уточнение данных по ванадию и никелю проводилось методом атомно-абсорбционного анализа на спектрометре фирмы Перкин-Эльмер, модели 503.

2.4 Защитные свойства топлив

Антикоррозионные свойства оцениваются эффектом воздействия обычной и морской воды на металлы в присутствии топлива. Конт­роль этих свойств весьма важен, поскольку специфика хранения и эксплуатации разрабатываемых топлив, их высокая вязкость и низ­кие деэмульгирующие свойства создают благоприятные условия для электрохимической коррозии.

Суть квалификационных методов оценки защитных свойств со­стоит в оценке изменения массы металлических тел, подвергающихся воздействию пресной или морской воды.

В нашем случае использовалась методика С.Г.Ткачевой, где в качестве металлических образцов были выбраны шарики для под­шипников в силу подобия их материала и точности обработки по­верхности с конструкционными элементами топливной аппаратуры. Шарики последовательно выдерживались в течение часа в исследу­емом топливе и 15 суток в морской воде, продукты коррозии затем удалялись 10%-ным раствором лимонной кислоты . [4]

2.5 Стабильность топлив

Для компаундированных систем, какими являются разрабаты­ваемые нами топлива, данное качество принято оценивать време­нем расслаивания и выпадения второй фазы, которые определяют­ся по выпадению осадка из топлива при центрифугировании.

Исследуемый образец при температуре 20°С помещался в поле центробежных сил (фактор разделения 2700) в бинарном раствори­теле изооктан-толуол, кратность разбавления продукта — 4. В каче­стве критерия стабильности использовался фактор устойчивости, определяемый отношением концентраций асфальтенов в слоях, от­стоящих на определенном расстоянии друг от друга в направлении градиента центробежного поля.

2.6 Прокачиваемость топлив

Определяющим этот показатель являются вязкостно-темпера­турные свойства, содержание воды, механических примесей и ПАВ. Реологические свойства топлив изучались на ротационном вис­козиметре «REOTEST — 2» с коаксиальными цилиндрами в интерва­ле температур (-20…100°С) и скоростей (1,5…1400 с ¹ ), отвечающем условиям эксплуатации. [4]

Исследования проводились после предварительной термообра­ботки и четырехчасовой выдержки образца топлива в приборе мето­дом последовательного разрушения структур. Полные реологичес­кие кривые, полученные при этом, дали возможность оценить зна­чение эффективной вязкости и, что немаловажно, начальную нью­тоновскую вязкость практически неразрушенной структуры, кото­рая обусловливает прокачиваемость топлив в начальный период ра­боты двигателя, при его запуске.

В силу того, что топлива являются вязкопластичными системами и начальная вязкость экспериментально трудноизмерима, нами использовался для ее определения способ экстраполяции эффектив­ной вязкости в область малых сдвиговых скоростей в двойных лога­рифмических координатах.

2.7 Низкотемпературные свойства

Характеризует условия слива и перекачки топлива. Она зависит от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно не стабильны, их tпри хранении может повышаться на 4—15 °С. Явление это присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты — такие как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение t _заст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием более жесткой кристал­лической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гаран­тировать соответствующее качество после хранения и транспортирования.

Большое влияние на t _заст оказывают температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания и даже диаметр сосуда, в котором она определяется. Для котельных топлив t_заст изменяется в зависимости от условий термической обработки. [3]

2.8 Теплота сгорания

Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход, особенно для топлив, применяемых в судовых энергетических установках, так как при заправке топливом с более высокой теплотой сгорания увеличивается дальность плавания. Теплота сгорания зависит от отношения Н/С, а также элементного состава топлива и его зольности. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают, что часть тепла, выделяющегося при сго­раний топлива, расходуется на конденсацию паров воды, образо­вавшейся при сгорании водорода в топливе. При определении низшей теплоты сгорания тепло, затра­чиваемое на образование воды, не учитывается. [3]

3. Современные 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 соответ­ствии 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

IIвид — 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 MSIPO — 8217.

На предприятиях, впервые осваивающих производство топлива маловязкого судового, осуществляется постановка его на промыш­ленное 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 требо­ваниям настоящие технических условий, указанным в таблице. [6]

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

Наименование показателя	Значение	Метод испытания
1	Вязкость при 20°С, не более: — условная, °ВУ	2,0	ГОСТ 6258
— соответствующая ей кинематическая, мм 2 /с	11,4	ГОСТ 33
2	Цетановое число, не менее	40	ГОСТ 3122
3	Температура вспышки, опре­деляемая в закрытом тигле, °С, не ниже	62	ГОСТ 6356 или ASTM Д 93
4	Температура застывания, °С,	Минус 10	ГОСТ 20287
5	Массовая доля серы, %, не более I вид II вид III вид	0,5 1,0 1,5	ГОСТ I9I2I или ГОСТ Р 50442 или ASTM Д 12 66 или ASTM Д 4294
6	Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,025	ГОСТ 17323

7	Содержание воды	Следы	ГОСТ 2477
8	Коксуемость, % не более	0,2	ГОСТ 19932 или ASTV Д 189
9	Содержание механические примесей, %, не более	0,02	ГОСТ 6370
10	Зольность, %, не более	0,01	ГОСТ 1461 или ASTM Д 482
11	Содержание водорастворимых кислот и щелочей	отсутствие	ГОСТ 6307

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 проис­хождения — легкие и тяжелые газойли каталитического и термического крекинга, коксования.

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

Показатели	Марка топлива
	ДТ	ДМ
Плотность при 20 °С, г/см 3 , не более	0,930	0,970
Фракционный состав: до 250 °С перегоняется, %, не более	15	15
Вязкость при 50 °С: кинематическая, мм 2 /с, не более соответствующая ей условная, °ВУ, не более	36 2,95	130 17,4
Коксуемость, %, не более	3,0	9,0
Зольность, % не более	0,04	0,06
Массовая доля серы, %, не более: в малосернистом топливе в сернистом топливе	0,5 1,5	2,0 2,0
Массовая доля, %, не более: механических примесей воды ванадия	0,05 0,5 0,015	0,1 0,5 0,01
Температура, °С: вспышки в закрытом тигле, не ниже застывания, не выше	65 -5	85 10
Примечание. Для марок ДТ и ДМ содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей— отсутствие.

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

Показатели

Значение

Вязкость: условная при 20 ‘С, ‘ВУ, не более соответствующая ей кинематическая, мм 2 /с, не более Цетановое число, не менее Температура, °’С: вспышки в закрытом тигле °С, не ниже застывания, не выше Массовая доля, %, не более: серы меркаптановой серы воды механических примесей Коксуемость, %, не более Зольность, %, не более Содержание водорастворимых кислот и щелочей Плотность при 20 °С, г/м 3 , не более Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более

2,0 11,4 40 62 -10 1,5 0,025 Следы 0,02 0,2 0,01 Отсутствие 890 20

4. Ассортимент, качество и состав тяжелых видов моторных топлив

Стандарт на котельное топливо — ГОСТ 10585—75 предусматривает выпуск четырех его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как легкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость (ответствующих марок мазутов при 50 °С. В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на низкосернистые — до 0,5 %, малосернистые — от 0,5 % до 1,0 %, сернистые — от 1,0 до 2,0 % и высоко-сернистые от 2,0 до 3,5 %. [3]

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовляют из остатков перера­ботки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10 °С добавляют 8—15 % среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.

Таблица 17 — Характеристики мазутов (ГОСТ 10585-75)

Показатели	Марка топлива
Ф-5	Ф-12	40	100
Вязкость при 50 °С, не более:
условная, °ВУ	5,0	12,0	—	—
соответствующая ей кинематическая, мм 2 /с	36,2	89,0	—	—
Вязкость при 80 °С, не более:
условная, °ВУ	—	—	8,0	16,0
соответствующая ей кинематическая, мм 2 /с	—	—	59,0	118,0
Динамическая вязкость при 0 °С, Па-с, не более	2,7	—	—	—
Зольность, %, не более, для мазута:
малозольного	—	—	0,04	0,05
зольного	0,05	0,10	0,12	0,14

Массовая доля, %, не более:
механических примесей	0,10	0,12	0,5	1,0
воды	0,3	0,3	1,0	1,0
Массовая доля серы, %, не более, для мазута:
низкосернистого	—	—	0,5	0,5
малосернистого	—	0,6	1,0	1,0
сернистого	2,0	2,0	2,0
высокосернистого	—	—	3,5	3,5
Коксуемость, %, не более	6,0	—	—	—
Температура вспышки, °С, не ниже:
в закрытом тигле	80	90	—	—
‘ в открытом тигле	—	—	90	110
Температура застывания, °С, не выше	-5	-8	10; 25*	25; 42*
Теплота сгорания (низшая) в пересчете
на сухое топливо (не браковочная), кДж/кг,
не менее, для мазута:
низкосернистого, малосернистого	41454	41454	40740	40530
и сернистого
высокосернистого	—	—	39900	39000
Плотность при 20 °С, кг/м 3 , не более	955	960	—	—
* Для мазута из высокопарафинистых нефтей Примечание . Для всех марок топлива содержание водорастворимых кислот и щелочей, сероводорода — отсутствие.

Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 предназначены для сжигания в судовых энергетических установках. По сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 они обладают лучшими характеристиками: меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60—70 % мазута прямогонного и 30—40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использовать в его составе до 22 % керосино-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (<0,8 % против <2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50 °С (<12 °ВУ против <5 °ВУ).

Кроме флотских и топочных мазутов промышленность выпускает технологическое экспортное топливо по ТУ 38. 001361—87. Это топливо изготовляют только из продуктов прямой перегонки нефти и поставляют на экспорт. Для оценки прямогонности топлива введен показатель, определяемый по ГОСТ Р 50837.1-95 — Р 50837.8-95. Конкретно метод определения прямогонности топлива устанавливается контрактом на его поставку. [3]

Таблица 18 — Характеристики технологического экспортного топлива

Показатели	Марка топлива
	Э-2	Э-3	Э-4	Э-5
Плотность при 20 °С, кг/м а , не более	920	930	965	965
Вязкость:
условная при 80 °С, °ВУ, не более	2,0	3,0	4,0	5,0

соответствующая ей кинематическая, мм 2 /с, при 50 °С, не более
	30	70	—	—
Зольность, %, не более	0,02	0,05	0,1	0,1
Массовая доля серы, %, не более
I вида	0,5	0,5	—	—
II вида	1,0	1,0	—	—
III вида	—	—	2,0	2,0
IV вида	—	—	2,5	2,5
Массовая доля, %, не более:
механических примесей	0,05	0,05	0,2	0,2
воды	0,5
ванадия	0,001	0,002	0,012	0,020
Температура, ‘С:
застывания, не выше	15	15	15	15
вспышки в закрытом тигле, не ниже	65	65	75	75
Теплота сгорания низшая, кДж/кг, не менее	40402	40402	40402	40402

Для судовых энергетических установок вырабатывают несколько видов топлив, в том числе моторное топливо по ГОСТ 1667—68, судовое маловязкое топливо по ТУ 38.101567—87 и судовое высоковязкое топливо по ТУ 38.1011314-90.

Моторное топливо ДТ по ГОСТ 1667-68 по вязкости приближается к флотскому мазуту Ф-5, но в его состав могут входить все компоненты, обеспечивающие качество топлива.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/korrozionnyie-svoystva-dizelnogo-topliva/

1. Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C.Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М, Химия, 1984.- 200 с.; ил.

2. Кондрашева Н.К., Ахметов А.Ф. Судовые топлива. Уфа: Гилем, 2001. 143с.

3. Топлива,смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Т 581 Справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов и др.; Под ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Техинформ», 1999.-596 с.: ил.

4. Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. Современные дизельные топлива и присадки к ним — М.: Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2002. — 64 с.

5. Топливо дизельное автомобильное (EN 590) ТУ 38.401-58-296-2001

6. Топливо маловязкое судовое. Технические условия ТУ 38.101567-2000 Взамен ТУ 38 101567-87