Топливо для судовых энергетических установок.

Тема 9

9.1 Получение топлива из нефти

В современных средне- и малооборотных двигателях (СОД и МОД) в основном применяются жидкие топлива, получаемые путём, переработки нефти. Сырая нефть является сложной смесью углерода. В нефть также входят в небольших количествах соединения серы, азота, кислорода и других элементов.

Процесс переработки состоит из атмосферной и вакуумной дистилляции, термического и каталитического крекингов.

Атмосферная дистилляция или процесс прямой перегонки нефти – первичная её переработка, заключающаяся в нагреве нефти в печи до температуры 320-330 ⁰С, где она переходит в газообразное состояние.

Продукты испарения поступают в ректификационную (дистилляционную) колонку, где нефть разделяется при атмосферном давлении на фракции с различными пределами температуры кипения. Причём каждая фракция содержит присущие её группы углеводородов, отличающихся как химической структурой, так и молекулярной массой. В верхней части ректификационной колонны температура держится на уровне 90 ⁰С, по мере опускания температурный градиент увеличивается, соответственно растут и температурные пределы отбираемых фракций. В случае прямой перегонки нефти из ректификационной колонны при температуре 30-200 ⁰С отбирается газ, химическое сырье, бензин, при 120-250 ⁰С – горючее для реактивных двигателей, при 150-315 ⁰С – керосин, при 150-360 ⁰С – дизельные топлива, легкий и тяжелый газойли. Неиспарившаяся часть нефти собирается в нижней части колонны, образуя остаток, который либо используют для приготовления тяжёлых топлив, либо он поступает вакуумную установку для последующей переработки.

Дистилляция при вакууме позволяет понизить температурные пределы кипения фракции, что способствует дополнительному их выделению. В процессе вакуумной дистилляции в диапазоне температур 350-490 ⁰С отбираются фракции, идущие на приготовление базовых компонентов смазочных масел. Отбираемая из вакуумной колонны фракция с наиболее низким пределом кипения представляет собой тяжёлый газойль, который может быть использован в качестве основного компонента при производстве тяжёлых топлив (мазутов) либо направляются на вторичную, более глубокую обработку, в установку каталитического или термического крекинга.

В крекинг-процессах углеводороды, содержащиеся в тяжелом газойле или остатке, под действием высоких давлений (до 10 МПа) и катализаторов – каталитический крекинг, либо высоких температур (450-700 ⁰С) – термический крекинг – подвергаются химическим изменениям, сопровождающимся дроблением молекул с образованием мягких углеводородов. В результате выход светлых нефтепродуктов увеличивается. Об эффективности вторичных процессов свидетельствует то, что выход бензина увеличивается на 30 %, дизельного топлива – на 8 %, а количество остаточных нефтепродуктов, используемых для приготовления тяжёлых топлив снижается с 38 до 6 %.

В общем балансе тяжелых нефтяных топлив доля топлив, получаемых из остаточных продуктов вторичных процессов, непрерывно растёт.

При этом, в силу того, что остатки вторичных процессов есть результат трёхкратной обработки (атмосферной, вакуумной и крекинга) а также, благодаря чрезвычайно жёстким условиям протекания процессов крекинга и вибреакинга, их остаточный продукт приобретает вязкость около 700 мм²/с, и в нем сосредотачиваются тяжёлые углеводороды, склонные к полимеризации и образованию асфальтосмолистых соединений, а также значительные количества серы и ванадия.

Рис. 9.1 – Схема прибора для определения фракционного состава топлив: 1 – термометр; 2 – колба; 3 – верхний кожух; 4 – исследуемое топливо; 5 – штатив; 6 – нижний кожух; 7 газовая горелка (может быть заменена электронагревателем); 8 – водяная ванна холодильника; 10 – измерительный цилиндр на 100 мл.

 

 

Показатели качества топлива

(стр. 26-29 Пимошенко)

Плотность топлива

 

Плотность топлива является косвенной характеристикой его химических свойств и фракционного состава. Под плотностью понимается отношение массы топлива, при 20 ⁰С к массе такого же объема пресной воды при 4 ⁰С (ρ₄²⁰).

За рубежом плотность задается при температурах топлива и воды 15 ⁰С (ρ₁₅¹⁵). Разница между ρ₄²⁰ и ρ ₁₅¹⁵ невелика.

В эксплуатационных условиях плотность должна учитываться в следующих случаях:

а) При бункеровке для определения массы остатка топлива в цистерне, массовой вместимости принятого в цистерну топлива. Так как плотность топлива зависит от температуры, а в топливном паспорте эта величина даётся при 20 ⁰С, то, производя бункеровку при различных температурных условиях и определяя количество топлива, следует уточнить его плотность для данных условий:

(9.1)

где – температура, при которой определяется плотность;

– плотности нефтепродукта при соответствующих температурах;

– температурная поправка к плотности при изменении температуры топлива на 1°С.

б) при подборе регулировочной шайбы в сепараторе;

в) при замене, рекомендованной для данного двигателя марки топлива другой, т.к. плотность влияет на дальнобойность топливного факела и её изменение может отрицательно повлиять на условия смесеобразования и сгорания.

Высококачественные парафинистые прямогонные дистилляты типа GasOil(дизельные Л) имеют плотность 830-860 кг/м³, в то время как плотность ароматических дистиллятных топлив 880-980 кг/м³. Крекинг – дистилляты имеют ещё более высокую плотность, а если они получены из ароматических нефтей, то их плотность может достигать 1000 кг/м³. Плотность остаточных прямогонных топлив из парафинистыхнефтей оставляет 870-930 кг/м³, при высоком содержании асфальтосмолистых, составляющих плотность тяжёлых остаточных топлив, возрастает до 950-970 кг/м³, крекинг – остатки могут иметь плотность 980-1030 кг/м³.

Высокая плотность является свидетельством присутствия в топливе высокоароматизированных тяжелых асфальтосмолистых углеводородов, ухудшающих самовоспламеняемостьтоплив, увеличивающих продолжительность и неполноту сгорания, усиление нагорообразования. При плотности более 991 кг/м³, затрудняется сепарирование топлива.

Вязкость – внутреннее трение, возникающее при взаимном перемещении слоёв жидкости.

Различают абсолютную вязкость и условную вязкость. Абсолютная вязкость подразделяется на динамическую и кинематическую.

Вязкость топлива оценивается коэффициентом кинематической вязкости, который показывает величину внутреннего трения частиц жидкости, возникающего при их взаимном перемещении и определяется с помощью U – образных вискозиметров по формуле:

(9.2)

где – постоянная вискозиметра;

– время истечения жидкости через капилляр.

Вязкость измеряется в стоксах. Стоке характеризуется вязкость жидкости, плотность которой равна 1 г/см³. 1 СТ=10^-4 м²/с; а также численно совпадающих единицах мм²/с и сСТ.

Кинематическая вязкость равна отношению коэффициента динамической вязкости к плотности вещества

ν=μ/ρ (9.3)

1 сСТ=10^-6м²/с или мм²/с.

Динамическую вязкость (η) измеряют в (Па·с) или пуазах (П);1П=0,1Па·с.

За условную вязкость принимают отношение времени истечения 200 мл испытуемой жидкости при температуре t (⁰С) из вискозиметра типа ВУ к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20 ⁰С. Численное значение этого отношения характеризует условную вязкость (в условных градусах) данной жидкости при температуре t (⁰С).

Для перехода от условной вязкости к кинематической применяют формулу:

(9.4)

За рубежом вязкость оценивается все секундахРедвуда или Сейболта.

Для нефтяных топлив класса дистиллятных вязкость определяют при 20 ⁰С (отечественный стандарт) и 40 ⁰С (зарубежный стандарт ISO), для тяжелых топлив – 50 ⁰С.

 

Содержание алюмомосиликатов

 

Содержание алюмосиликатов возможно в топливах, полученных методом каталитического крекинга. В этом процессе в качестве катализаторов используют соединения алюминия и кремния Al₂O₃ и SiO, попадающие в небольших количествах в крекинг-остатки при изготовлении тяжёлых топлив. Технология процесса каталитического крекинга не исключает возможность прорыва катализатора в остаточной продукт, применяемый при изготовлении тяжёлых топлив. В топливо попадает катализаторная пыль, частицы которой имеют размеры 10 мкм и менее. Плотность этих частиц соизмерима с плотностью топлива, что затрудняет их удаление из топлива путём отстаивания или центробежной сепарации. Каталитическая пыль обладает абразивными свойствами, и попадание её в двигатель вызывает катастрофический износ топливной аппаратуры, втулок, цилиндров, поршня и колец. Скорость изнашивания увеличивается в 100 раз и более. Контроль катализаторной пыли в топливе-проверка содержания в топливе алюминия и кремния, которое недолжно превышать 80 мг/кг.

 

Соли натрия и окислы ванадия

 

Присутствие в золе отдельных сортов тяжёлых топлив соединения окислов ванадия (V₂O₅) и солей натрия (Na₂SO₄, NaCl) являются наиболее агрессивными составляющими – они приводят к «горячей» коррозии деталей ЦПГ, турбокомпрессора и выпускных клапанов. Эти составляющие обладают низкой температурой плавления (600 ⁰С) и при попадании на металлические поверхности с температурой выше 550-600 ⁰С прилипают к ним, вызывая закоксование клапанов, растрескивание их седел и прогорание клапана и седла. Высокотемпературная коррозия клапанов происходит тем интенсивнее, чем больше в топливе содержание ванадия и серы.

Существенную роль играют соли натрия попадающие в топливо обычно при его обводнении морской водой. Сепарирование топлива с одновременной промывкой горячей водой позволяет в значительной мере снизить содержание натрия и тем самым уменьшить образование натрий-ванадиевой золы с низкими температурами плавления.

Другим фактором, повышающим срок службы клапанов, является понижение их рабочей температуры до 450-500 ⁰С, что достигается конструктивными мероприятиями.

Положительную роль играют присадки к топливам базовую основу которых составляют соединения магния и кальция, повышающие температуру плавления натрий-ванадиевой золы до 700-900 ⁰С, тем самым уменьшая отложения золы на клапанах.

 

Теплота сгорания

 

Количества теплоты, которая выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м³ топлива, называется теплотой сгорания. За единицу количества теплоты принят джоуль (Дж). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении низшей теплоты сгорания Q_н, не учитываются теплота, возвращаемая при конденсации влаги топлива и влаги, полученной при снижении водорода топлива. В практических расчётах используется низшая теплота сгорания. Удобной для практических целей является электрическая формула определения Q_н:

 

Q_н=(46,7-8,8·10^-6ρ²₁₅+3,17·10³·ρ₁₅)·[1-(x+y+S)]+9.42·S-2,45·x (9.5)

 

где ρ₁₅ – плотность топлива при 15⁰С, кг/м³;

x,y,S – массовые содержания воды, золы, серы, %/100

Величина Q_н может быть установлена так же по номограмме. Теплота сгорания нефтяных топлив, в пределах 39200-43300 кДж/кг и с увеличением плотности, содержание воды, серы, и золы уменьшается. Наибольшим значение Q_н обладают парафиновые углеводороды, а наименьшим – ароматические, поэтому парафиновые топлива характеризуются высокими значениями Q_н, а топлива с высокой плотностью и большим содержанием ароматики имеют низкие её значения.

Теплота сгорания топлива является важным фактором, и её нужно учитывать при заходе топлива (для определения Q_н используют вышеприведенную формулу).

Температура помутнения – максимальная температура, при которой в топливе появляется фазовая неоднородность, топливо начинает мутнеть вследствие выделения микроскопических капелек вод, но только до его помутнения.

Температура застывания – температура, при которой топливо в стандартных условиях теряет подвижность (в наклонной под углом 45° пробирке уровень топлива остается неподвижным в течение 1 мин). Застывание топлива связано с кристаллизацией растворенного в нем парафина. Поэтому температура застывания зависит т химического состава.

В эксплуатации температуру застывания учитывают при хранении топлива, выборе режима подогрева и перекачки топлива. Температура застывания отечественных топлив лежит в пределах от 5 до 10°С, отдельные тяжелые топлива с высоким содержанием парафинов могут достигать 30°С.

Температурой начала кристаллизации называют максимальную температуру, при которой в топливе невооруженным глазом обнаруживают кристаллы углеводородов или льда.

Механические примеси в топливах состоят из частиц органического и неорганического происхождения, находящихся в топливе в виде осадков или во взвешенном состоянии. Они засоряют фильтры, увеличивают износ деталей топливной аппаратуры и ЦПГ, поэтому механические примеси в дизельных топливах не допускаются, а в тяжелых топливах не должны превышать 0,1-0,2%, однако в действительности в бункерном топливе они могут быть в большем количестве. Эти примеси попадают из нефти в процессе ее переработки, а также при транспортировке и хранении топлива. Важно ограничить не только содержание примесей, но и размер их частиц, чтобы по возможности не выходили за пределы зазора в прецизионных элементах ТНВД и форсунок (4-7мм). Это требование необходимо учитывать при очистке топлив в системах топливоподготовки.

Содержание воды. Для дистиллятных топлив допускаются следы воды, для тяжелых топлив – до 0,3%. Зарубежные тяжелые топлива обычно содержат около 0,5% воды, международные стандарты допускают воду в количестве 1%, а отечественные – до 2%. Вода обычно попадает в топливо в процессах транспортирования и бункеровки. Поэтому необходимо отбирать пробу топлива в течение всей бункеровки и проверять ее на содержание воды сразу же по окончании бункеровки. На судне вода в топливо может попадать в значительных количествах при приеме топлива в танки, которые ранее использовались для балласта, чего следует избегать.

Источниками воды могут являться также протекающие змеевики парового подогрева топлива и конденсат, образующийся в цистернах при больших колебаниях температуры. Вода является крайне нежелательным компонентом топлива, так как глобулы воды коагулируют вокруг себя асфальтосмолистые соединения топлива, способствуя их выпаданию в шлам. Наличие воды вызывает коррозию прецизионных пар ТНВД и форсунок, ухудшает распыливание топлива, понижает теплоту его сгорания. Вода относительно легко отделяется от дистиллятных топлив и уходит в отстой. Процесс очистки тяжелых топлив от воды протекает значительно сложнее, как в силу меньшей разности их плотностей и большой вязкости, так и вследствие того, что часто тяжелые топлива образуют с водой стойкие эмульсии.

Для ускорения и улучшения отстаивания рекомендуется в отстойных цистернах поддерживать температуру 60-70°С, а сепарирование осуществлять в режиме пурификации при возможно меньшей подаче. В случае, если эмульсия очень стойкая и доступными мерами ее разрушить не удается, можно рекомендовать прогнать топливо насосами 2-3 раза по замкнутому контуру с тем, чтобы обеспечить более равномерный состав эмульсии с малыми размерами глобул воды, и использовать ее в качестве топлива для двигателя.

Наиболее опасным является попадание в топливо морской воды, при наличии которой растет интенсивность электрохимической коррозии деталей топливной аппаратуры.

Содержание кокса задается по значению коксового числа, определяемого в аппарате Конрадсона по сухому остатку (кокса0 в пробе при ее нагревании до высоких температур бе доступа воздуха.

Коксовое число дистиллятных топлив обычно небольшое (не превышает 0,05%). Если оно выходит за 0,1%, это свидетельствует о присутствии в топливе остаточных фракций, поскольку последние имеют более высокое содержание углерода.

Тяжелые топлива прямогонные и с парафиновой основой имеют коксовое число около 5%, а полученные из асфальтоароматическихнефтей – 10%. В тяжелых крекинг-топливах, в которых в остаточной фракции концентрируются углеводороды с высоким отношением с/н, коксовое число может достигать 18-20%. При сжигании подобных топлив отмечается большое нагарообразование на поршнях в зоне поршневых колец и в выпускных окнах, особенно это относится к высокофорсированным двигателям. Одновременно наблюдается дымный выпуск.

Асфальтены. В топливе асфальтенынерастворимы и содержатся в виде коллоидного раствора. Их плотность достигает 1160 кг/м³, температура плавления составляет 200°С. При сгорании они переходят в еще более высокомолекулярные насыщенные углеродом твердые вещества – карбены и карбоиды, составляющие основу нагаров.

Содержание асфальтенов в прямогонных остаточных парафиновых топливах невелико (3…6%), в топливах из асфальтосмолистыхнефтей – несколько больших (около 10%), а в крекинг-топливах – до 12%. Асфальтены являются нежелательной составляющей топлива, прежде всего в связи с их отрицательным влиянием на процесс сгорания. Они увеличивают период задержки самовоспламенения, медленно горят, затягивая процесс сгорания на линию расширения даже за нее, что влечет за собой рост температуры выпускных газов, рост отложений в выхлопном тракте и в газовых турбинах, и снижение экономичности двигателя.

Зола представляет собой несгораемые механические примеси неорганического происхождения, присутствующих в топливе. Общее количество золы образуется из разных источников.

Одна часть формируется из элементов содержащихся в сырой нефти, а другая попадает в топливо при процессах перегонки нефти, при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов.

В сырой нефти содержаться некоторые количества элементов, формирующих состав золы, такие как : ванадий, натрий, кальций, магний, цинк, свинец, железо, никель. Дистиллятные топлива должны иметь незначительные количества компонентов, которые входя в состав золы. В остаточных топливах содержаться большее количество золы, так как формирующие ее компоненты концентрируются в остаточных продуктах прямой дистилляции нефти, которые являются исходным сырьем для процессов получения тяжелых сортов топлив – крекинга и висбрейкинга. Несгораемая часть получается при сжигании содержащихся в топливе солей. Из минеральных солей наиболее неблагоприятно воздействуют окислы ванадия и натрия. Их влияние сказывается в первую очередь на снижение работоспособности выхлопных клапанов (коррозия и прогорание), на коррозии сопел и рабочих лопаток турбокомпрессоров, а также других металлических поверхностей двигателей котлов.

Содержание серы. Характеризуется наличием свободной серы или сернистых соединений. Сера способствует конденсации водяных паров продуктов сгорания. Если их температура близка к точке росы. При сгорании топлива сернистые соединения превращаются в кислотные окислы:

S+O₂=SO₂ (9.6)

Часть образовавшейся двуокиси переходит в серный ангидрид:

2SO₂+O₂=2SO₃ (9.7)

С увеличением коэффициента избытка воздуха, общего содержания в топливе серы и с повышением давления в цилиндре двигателя интенсивность образования SO₃ возрастает. Реакция окисления SO₂ и SO₃ значительно ускоряется в присутствии активных соединений, как окись железа (Fe₂O₃) или пятиокись ванадия (V₂O₅). Газообразный сернистый ангидрид соединяясь с парами воды, присутствующей в цилиндре, образуют пары агрессивной серной кислоты.

SO₃+H₂O = H₂SO₄ (9.8)

Пары серной кислоты, соприкасаясь с относительно холодными стенками цилиндра, конденсируются на них, вслед за чем, при дальнейшем падении температуры, происходит конденсация на них и паров воды, которая в смеси с серной кислотой образует на поверхностях цилиндра слабый раствор электролита.

Температура конденсации H₂SO₄ увеличивается с ростом содержания серы в топливе и при S=3% достигает 170-180°С, в то время как при 1-1,5% S она составляет 120-130°С.

Конденсация серной кислоты и воды вызывает коррозионный износ рабочих поверхностей цилиндров и поршневых колец, который при прочих неблагоприятных условиях может возрастать до десятикратных размеров.

Интенсивность коррозии определятся:

a) Конденсацией паров серного ангидрида SO₃, в большой степени, зависящий от процентного содержания серы в топливе;

b) Локальными значениями температур на поверхности цилиндра со стороны газов, опускающими ниже температуры точки росы (температуры, при которой происходит конденсация паров на поверхностях втулки цилиндра;

c) Количество серной кислоты и воды, скапливающимися на зеркале цилиндра;

d) Толщиной пленки защищающей зеркало цилиндра, и нейтрализующей способностью масла (его щелочным числом).

Фракционный состав выражает зависимость между температурой и количеством перегоняемого (при этой температуре) топлива. Фракционный состав является характеристикой испаряемости топлива. Фракционный состав показывает процентное содержание в топливе различных фракций, выкипающих при определенных температурах, а так же оказывает влияние на распыление топлива, полноту сгорания, дымность выхлопа, нагароотложения и разжижение циркуляционного масла.

Температура вспышки – низшая температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспыхивают при поднесении к ним открытого пламени.

Она зависит от температуры кипения, испаряемости и упругости паров топлива и определяется фракционным составом топлива. Температура вспышки характеризует пожароопасность топлива. Международный стандарт (ISO 8217) и Правила классификационных обществ требуют, чтобы температура вспышки принимаемого на борт судна топлива не была ниже 60°С. Тяжелые топлива имеют более высокие температуры вспышки (75-85°С) и, поскольку их приходится подогревать, температура подогрева в открытых емкостях в целях пожаробезопасности должна быть на 10-15°С ниже температуры вспышки. Для судов ограниченного или портового плавания по согласованию с Регистром допускается использовать топливо с более низкой температурой вспышки.

Цетановое число характеризует воспламеняемость топлива и численно равна объемной доле (в процентах) цетана и смеси с α-метилнофталином.

Цетановое число определяет эффективность сгорания топлива. Выбор топливо во многом зависит от температуры, при которой оно будет использоваться. Нормальный запуск и плановая работа дизеля обеспечиваются в летний период при цетановом числе 40-45, в зимний период необходимо его увеличение до 50-55. У моторных топлив и мазутов цетановое число находится в пределах 30-35, у дизельных – 40-52.

Фактическими смолами называют сложные продукты окисления, полимеризации и конденсации углеводородов и гетероорганических соединений, содержащиеся в топливе и образующиеся в нем в условиях испытания. Содержание фактических смол выражают в миллиграммах на 100мл испытуемого топлива или в процентах по массе.

В тяжелом топливе определяют смолистые вещества, включая в их состав смолы, асфальтены полициклические и другие высокомолекулярные соединения.

Фактические смолы характеризуют стабильность топлива при длительном хранении.

Водорастворимые кислоты и щелочи определяют методом извлечения их из топлива водой и водным раствором спирта с последующим установлением величины рН водной вытяжки или реакции среды с помощью индикаторов. При использовании индикаторов топливо считается не содержащим водорастворимых кислот и щелочей, если вытяжка не окрашивается.

Кислотность оценивает содержание в топливе органических кислот. Кислотность выражают в ,,,, потребного для нейтрализации органических кислот, содержащихся в 100 мл.

 

9.3 Классификация топлива

Топлива, применяемые на судах, подразделяются на два класса:дистиллятные и тяжёлые.

Дистиллятные топлива

Дистиллятные топлива – это дизельные сорта, выпускаемые по ДСТУ 3868-99. Они не требуют подогрева и применяются вСОД и МОД на режимах маневрирования и пуска, а также для промывки системы топливоподготовки перед длительной остановкой во избежание застывания в ней топлива.

В силу ограниченности ресурсов и высокой стоимости дистиллятов, дизельное топлива используют, в основном, лишь в тех случаях, когда двигатели и система топливообратоботки не приспособлены для работы на тяжёлых топливах. В общем балансе потребления топлив на морских судах расход дизельного топлива составляет 6-12 %. Его используют в высоко- и средне оборотных двигателях, топливной системой которых применения тяжелых топлив не предусмотрено.

Маловязкие топлива (МВТ) – с вязкостью до 11,8 сСТ.

К маловязким топливам относится дизельное топливо марки «Л» и «З».

Дизтопливо марки «Л» - рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -5⁰С и выше. Дизтопливо марки «З» - (зимнее) рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха -15⁰С и ниже.

По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на 4 вида:

Iвид – массовая доля серы не более 0,05 %;

IIвид - массовая доля серы не более 0,1 %;

III вид - массовая доля серы не более 0,2 %;

IVвид - массовая доля серы не более 0,5 %.

В условно обозначения топлива марки «Л» должны входить массовая доля серы и температура вспышки, топлива марки З – массовая доля серы и температура застывания.

Примеры

Топливо дизельное Л-0,2-40

Топливо меньше с массовой долей серы до 0,2 % и температурой вспышки 40 ⁰С.

Топливо дизельное 3-0,5-(-35).

Топливо зимнее с массовой долей серы до 0,5 % и температурой застывания минус 35 ⁰С.

В качестве заменителя дизельных топлив используют газотурбинные топлива, получаемые в качестве пробочного продукта в процессах замедленного коксования. Газотурбинные топлива ТГ и ТГВК в сравнении с дизельными топливами имеют более высокие вязкость и плотность, содержат до 25 % смолистых соединений и непредельных углеводородов, что предопределяет их низкую стабильность, проявляющуюся при нагревании и смешивании с другими топливами. Зарубежными спецификациями предусматривается четыре сорта дистиллятных топлив. Топливо ДХ - высококачественный дистиллят, благодаря низким значениям температур застывания и вспышки, предназначается для использования в двигателях спасательных шлюпок и аварийных дизель – генераторов. Топливо ДА – высококачественный дистиллят, именуемый MarineGasOil (MGO). Топливо ДВ – основной сорт дистиллятного топлива, применяемого в судовых дизелях, не оборудованных системой подогрева. В нем содержится следы остаточных фракций и поэтому оно имеет более тёмный цвет в сравнении с предыдущими сортами. В морской практике его именуют MarineDieselOil (MDO). Топливо ДС также входит в группу МDО, но содержит заметное количество остаточных продуктов и потому не рекомендуется к применению, если установка не имеет необходимых средств топливообработки, включая и подогрев.

 

Тяжёлые топлива

Основным критерием для классификации тяжелых топлив является вязкость в зависимостиот которой топлива можно разделять на средне- и высоковязкие. К топливам средней вязкости относятся:

- моторное топливо ДТ, получаемое смешиванием мазута с дистиллятами вторичных процессов – каталитическим, крекинг-керосином и др.;

- флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 обычно состоят из 60-70 % маловязкого мазута прямой перегонки, 15-20 % черного солярового масла и 20-30 % крекинг-мазута.

Более высокая вязкость и более низкое качество по сравнению с дизельным топливом требуют предварительного подогрева и более тщательной очистки моторного топлива перед подачей в цилиндры.

Высоковязкие топлива: мазут топочный, марок 40, 40 В, моторное топливо марки ДМ, флотский мазут, марки Ф-12.

Топочные мазуты марок 40 и 40 В, представляющие собой прямогонные высоковязкие топлива для котлов и малооборотных дизелей. При этом мазут 40 В, значительно чище, поэтому он более предпочтителен для применения в дизелях. Заменителем топочных мазутов может служить моторное топливо ДМ, вязкость которого не превышает 150 мм²/с, содержание серы – не более 1,5 %, хотя зольность может достигать значения 0,15 %.

Зарубежные топлива. Международным стандартом ISO 8217-1996 предусматривается 10 марок остаточных топлив от RMA до RMK в диапазоне вязкостей 30 сСт при 50 ⁰С (RMA 30) до 700 (RMK700).

Топлива групп А30 и В30.

Допустимы к использованию при низких температурах окружающей среды в установках, где отсутствует подогрев в танках запаса, но необходимо, чтобы температура застывания топлива была ниже 24-30 ⁰С. Эти две группы топлив имеют меньшую плотность и минимум вязкости, обеспечивающие с высокой долей вероятности хорошее самовоспламенение.

Топлива групп В 30-Н-700

Мазут применяется в установках при наличии систем сепарации в режимах «пурификации-клорификации» и нагрева топлива до необходимых и максимально допустимых двигателем температур. Входящее в эту группу топливо Е180 имеет минимальный предел вязкости, обеспечивающий приемлемые свойства самовоспламеняемости.

Топлива группы К - 380 и К-700.

Могут применяться только в установках, оборудованных специальными сепараторами, предназначенными для обработки топлив высокой плотности.

Показатели качества топлива для разных типов СЭУ

Таблица 9.3.1 – Топливо дизельное ДСТУ 3868-99

№п/п	Наименование показателей	Марка «Л»	Марка «З»
1.	Цетановое число, не менее
2.	Фракционный состав: 50% перегоняется при температуре, 0С, не выше 96 % перегоняется при t0С, не выше
3.	Кинематическая вязкость при t 20 0С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-6,0
4.	Температура застывания, 0С, не выше	-10	-25
5.	Температура вспышки в закрытом тигле, 0С, не ниже: для судовых и тепловозных дизелей и газовых турбин для дизелей общего назначения
6.	Массовая доля серы, %, не более вида I вида II вида III вида IV	0,05 0,10 0,20 0,50	0,05 0,10 0,20 0,50
7.	Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01
8.	Содержание сероводорода	отсутствие
9.	Испытание на медной пластинке	выдерживает
10.	Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 топлива, не более
11.	Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива, не более
12.	Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более
13.	Зольность, %, не более	0,01	0,01
14.	Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,30	0,30
15.	Коэффициент фильтруемости, не более	3,0	3,0
16.	Содержание механических примесей	отсутствие
17.	Содержание воды	отсутствие
18.	Плотность при температуре 20 0С, кг/м3, не более
19.	Предельная температура фильтруемости, 0С, не выше	-5	-5

 

Топливо нефтяное для газотурбинных установок по ГОСТ10433-75. Технические условия с изменениями введены в действие 01.09.89г. В зависимости от физико-химических показателей и назначения устанавливают две марки нефтяного топлива:

А – для пиковых энергетических газотурбинных установок;

Б – для судовых и других энергетических газотурбинных установок (с содержанием серы не более 1% – (ОКП 0251950102), не более 2,5% – (ОКП 0251950103).

 

Таблица 9.3.2

	Газотурбинные (ГОСТ 10433-75)
А	Б
1.	Низшая теплота сгорания кДж/кг, не менее
2.	Условная вязкость при 50°С,0ВУ, не более	1,6	3,0
3.	Коксуемость, % , не более	0,2	0,5
4.	Зольность, %, не более	0,01	0,01
5.	Содержание серы в топливе, % не более:	1,8	1,0
6.	Содержание сероводорода	отсутствие
7.	Содержание водорастворимых кислот и щелочей	отсутствуют
8.	Содержание механических примесей	0,02	0,03
9.	Массовая доля воды, % не более	0,1	0,5
10.	Массовая доля ванадия, %	Не более 0,00005	0,0004
11.	Температура, 0С застывания, не выше
12.	Массовая доля сумм натрия и калия, % не более	0,0002	–
13.	Массовая доля кальция, % не более	0,0004	–
14.	Температура вспышки определяемая в закрытом тигле, °С, не выше
15.	Йодное число, г йода на 100г топлива, не более	–
16.	Плотность при 20°С, кг/м3, не более	–
17.	Массовая доля свинца, %, не более	0,0001	–

 

 

Мазуты

1) Различают такие марки мазутов по ДСТУ 4058-2001:

- флотский Ф-5 зольный: малосернистый, сернистый;

- флотский Ф-12 зольный: малосернистый;

- топочный 40 –

а) малозольный: низкосернистый, малосернистый, сернистый, высокосернистый;

б) зольный: низкосернистый, малосернистый, сернистый, высокосернистый;

- топочный 100 –

а) малозольный: низкосернистый, малосернистый, сернистый, высокосернистый;

б) зольный: низкосернистый, малосернистый, сернистый, высокосернистый.

2) В условное обозначение мазута должно входить полное название марки. Для топочных мазутов марок 40 и 100 при температуре застывания не выше 25°С и 42°С соответственно, изготовленных из парафинистой и высокопарафинистой нефти, прибавляются слова «парафинистый» или «высокопарафинистый».

Примеры условного обозначения:

- мазут флотский Ф-5 зольный сернистый ДСТУ 4058-2001;

- мазут флотский Ф-12 зольный, малосернистый ДСТУ 4058-2001;

- мазут топливный 100 зольный высокосернистый ДСТУ 4058-2001;

- мазут топливный 100 зольный высокосернистый высокопарафинистый ДСТУ 4058-2001.

3) Мазут марки Ф-5 получают из продуктов прямой перегонки нефти с добавлением до 22% керосино-газойлевых фракций каталитического или термического крекинга.

4) Разрешается прибавлять к мазутам присадки, допущенные к применению в установленном порядке. В сертификате качества на мазут с присадкой нужно указать – «с присадкой».

Таблица 9.3.3 – Показатели мазутов по ДСТУ 4058-2001

№ п/п	Наименование показателя	Нормы для марки
Ф-5	Ф-12
1.	Вязкость ВУ, - при температуре 50°С - при температуре 80°С	5,0 –	12,0 –	– 8,0	– 16,0
2.	Вязкость динамическая при температуре 0 0С, Па·с (П) не больше чем	0,127	–	–	–
3.	Зольность, в % массы не более, чем для мазута малозольного зольного	– 0,05	– 0,10	0,04 0,12	0,05 0,14
4.	Массовая доля механических примесей, %, не более	0,10	0,12	0,50	1,00
5.	Массовая доля воды, %, не более	0,3	0,3	1,0	1,0
6.	Содержание водорастворимых кислот и щелочей	отсутствие
7.	Массовая доля серы, %, не более, для мазута: низкосернистого малосернистого сернистого высокосернистого	– 1,0 2,0 –	– 0,6 – –	– 1,0 2,0 3,5	– 1,0 2,0 3,5
8.	Коксуемость, %, не более	6,0	6,0	–	–
9.	Содержание сероводорода	Отсутствует
10.	Температура вспышки, 0С, не ниже чем в закрытом тигле в открытом тигле	–	–	–	–
11.	Температура застывания, 0С, не выше чем для мазутаиз парафинистой нефти высокопарафинистой нефти	–	–
12.	Теплота сгорания (низшая) в пересчете на сухое топливо (небраковочная) кДж/кг, не менее чем для мазута: низкосернистого малосернистого и сернистого высокосрнистого	– –	– –	–	–
13.	Плотность при 20 0С, кг/м3, не более			Не нормируется, определение обязательно

 

Литература: [1];[11]; [12], [20].

Вопросы самопроверки:

1. Какими показателями характеризуется качество топлива?

2. Что такое плотность топлива?

3. Дайте определение вязкости топлива.

4. Как отличаются вязкостные характеристики дизельных и моторных топлив?

5. Дайте определение температуры вспышки топлив.

6. Какое влияние оказывает сера на качество топлив, используемых СЭУ?

7. Как маркируются судовых топлива по международным стандартам?

8. Как маркируются судовые топлива по государственным стандартам Украины?