Э. Э. Браун, доктор с х. наук, Г. К. Нургалиева

При хранении светлых нефтепродуктов свободная вода образуется в них, в основном, по следующим причинам:

а) выделение растворенной воды из светлых нефтепродуктов;

б) конденсация водяных паров при изменении температуры и давления воздуха в резервуаре;

в) попадание снежинок со стен резервуаров;

Наличие в дизельных топливах воды существенно ухудшает их свойства. Отрицательное влияние воды на свойства дизельных топлив и масел зависит от ее качества в нефтепродукте, состояния, в котором она находится, а также химического состава самого нефтепродукта.

Попадая в дизельные топлива вода ухудшает их низкотемпературные свойства (снижая прокачиваемость и повышая температуру начала кристаллизации), понижает термокислительную стабильность топлив, повышает их коррозионную активность, способствует увеличению загрязненности топлив механическими частицами и продуктами окисления, а также микроорганизмами, ухудшает противоизносные свойства. При наличии воды снижается теплота сгорания топлив, ухудшается их распыление и испарение в процессе горения.

В эксплуатационной практике известно, что в присутствии воды увеличивается коррозийный износ деталей топливной системы, а также нарушается нормальный процесс сгорания топлива. При содержании воды в нефтепродуктах наблюдается повышение их температуры вспышки и температуры застывания. Топлива, содержащие влагу, снижают коэффициент полезного действия установки. Увеличение содержания воды в нефтепродуктах повышает температуру застывания нефтепродуктов, чем ухудшаются пусковые свойства и прогрев двигателей [2].

В условиях низких температур вода, содержащаяся в светлых нефтепродуктах, находится во взвешенном состоянии, что способствует образованию в них мелких кристаллов льда, вызывающих засорение фильтров. Переохлажденные капли волы при столкновении с холодными поверхностями, приводят к обледенению последних, нарушая их нормальную работу [3].

При наличии воды и сернистых соединений в светлых нефтепродуктах создаются условия для образования микроорганизмов, что является серьезным источником загрязнений и вызывает повышенную коррозию металлов и отказы в работе систем двигателей.

Обводненные дизельные топлива склонны к ускоренному окислению и, следовательно, к образованию смолистых веществ.

Содержащаяся в дизельных топливах вода вызывает повышенную коррозию внутренних поверхностей резервуаров, что приводит к образованию осадков в топливе.

Состав осадка после 6-7-летнего хранении топлива подробно изложен в работе [1, с. 182]. Осадок характеризуется высокой зольностью, достигающей 77-83 % и повышенным содержа-нием железа (40-49 %).

Для топливных систем автомобильных двигателей главную опасность представляют кристаллы льда, которые образуются в топливе при отрицательных температурах вследствие замерзания свободной воды. Скопление кристаллов льда на топливных фильтрах является причиной их забивания.

Может происходить также и обледенение топливных фильтров в результате кристаллизации переохлажденных капель воды при их соударении с холодной поверхностью фильтрационной перегородки, однако это явление довольно редко.

Откладываясь на фильтрационном элементе, частицы загрязнений служат центрами кристаллизации для переохлажденных капель воды, интенсифицируя рост кристаллов льда на поверхности, фильтрационного элемента [3, с. 164].

При забивке топливного фильтра подача топлива к форсункам осуществляется через перепускной клапан. При этом содержащиеся в топливе кристаллы льда способны вызвать заклинивание плунжерных пор золотников и закупоривание каналов топливорегулирующей аппаратуры, что может вызвать неисправности и отказы в работе двигателя.

При отрицательных температурах присутствие в топливе воды может вызвать закупоривание приемных сеток топливоподкачивающих насосов, повреждение покрытия топливных баков вследствие образования на их дне льда при замерзании отстойной воды, нарушение работы и выход из строя агрегатов топливной системы и датчиков измерительных приборов в результате намерзания на них льда и инея.

Отстойная вода способна вызвать также механическое повреждение топливных баков вследствие многократного расклинивания их швов при периодическом замерзании.

Попадание инея между электродами датчика указателя количества топлива, являющегося прибором емкостного типа, вызывает замыкание электродов.

При положительных температурах, кристаллы льда в топливе не образуются, однако вода способна значительно снизить надежность работы двигателя и топливной системы.

При попадании воды в форсунку может произойти затухание или срыв пламени. Временные перерывы в подаче топлива могут вызвать вспышки и хлопки в камере сгорания, приводящие к повреждению отдельных деталей двигателя, а длительные перерывы, сопровождающиеся остановкой двигателей, способны привести к аварийным ситуациям. Ухудшение смесеобразования, связанное с попаданием в топливо воды, может вызвать прогар стенок камер сгорания.

Значительный вред топливным системам наносят процессы коррозии, интенсивность которых при наличии воды в топливе увеличивается во много раз.

Имеющиеся в топливе загрязнения образуют осадки, которые в присутствии воды становятся электропроводными и вызывают возникновение утечек тока в датчиках измерительных приборов, что ведет к повышению погрешности прибора или его отказу.

В топливных системах дизелей вода приводит к повышенному износу прецизионных пар плунжеров насосов и форсунок топливной аппаратуры, а иногда и к их заклиниванию и поломкам. При низких температурах возможна забивка фильтров и форсунок кристаллами льда и обледенение.

При наличии в масле воды, в первую очередь, ухудшаются его смазывающие свойства, что приводит к повышению износа смазываемых узлов, повреждению трущихся поверхностей и загрязнению масла продуктами износа.

В автомобильных двигателях основными узлами трения являются подшипники качения для коренных опор вала и подшипники скольжения для присоединения к валу нижних головок шатунов. Большое трение возникает и при работе цилиндро-поршневой группы. Присутствие воды в виде стойкой водомасляной эмульсии существенно увеличивает износ.

Значительное трение наблюдается при работе шестеренных приводов редукторов. При попадании между сопряженными поверхностями зубьев водомасляной эмульсии, толщина смазывающей пленки резко уменьшается, что увеличивает износ.

Вода в масле увеличивает его коррозионное воздействие на смазываемые детали. Коррозионные процессы, протекающие в масляных системах в присутствии воды, наряду с разрушением поверхностей деталей приводят к образованию твердых продуктов коррозии, которые забивают фильтры и отверстия малого диаметра. Процесс забивки интенсифицируется вследствие активного окисления в присутствии воды углеводородов масла.

Повышение кислотности масел вследствие образования органических кислот при взаимодействии углеводородов масла с водой также способствует увеличению их коррозионной активности.

Вода в масле повышает пенообразование при попадании воздуха. Вспенивание масел существенно ухудшает условия смазки трущихся деталей, а при колебаниях давления пузырьки воздуха сильно изменяют свой объем, что может привести к кавитационным явлениям и выбросу масла.

Попадая в гидравлические жидкости, вода образует трудноразрушительную эмульсию, устойчивость которой особенно повышается в присутствии поверхностно-активных веществ.

Присутствие в гидравлической системе эмульсии нарушает срок срабатывания отдельных агрегатов гидроуправления, повышает износ прецизионных и окислительных пар, забивает фильтры, насосы и регулирующую аппаратуру.

Вода в гидравлических жидкостях способствует ускорению коррозионных и окислительных процессов, а также микробиологическому заряжению жидкости.

При попадании воздуха в гидравлическую жидкость, содержащую воду, образуется устойчивая пена, что увеличивает износ, усиливает коррозию и ускоряет окислении углеводородов. При вспенивании жидкости резко снижается подача насосов и ухудшается стабильность работы всей гидравлической системы [4].

Растворенная вода оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства синтетических гидравлических жидкостей. Присутствие растворенной воды увеличивает давление насыщенных паров синтетических жидкостей несколько раз, в то время как у жидкостей на нефтяной основе такое увеличение незначительно.

Таким образом, вода является одним из наиболее активных компонентов способствующих укрупнению частиц загрязнений нефтепродуктов. Присутствие воды в нефтепродуктах сопровождается отрицательными последствиями как с точки зрения повышения коррозийного износа деталей двигателей и топливных систем, так и точки зрения увеличения загрязнений в нефтепродуктах. Вода в нефтепродуктах ухудшает их эксплуатационные свойства.

Растворимость воды в нефтепродуктах при прочих равных условиях определяется строением углеводородов и их молекулярной массой. На растворимость воды в нефтепродуктах оказывают воздействие в первую очередь, такие внешние факторы, как температура, влажность окружающего воздуха и давление.

С повышением температуры растворимость воды во всех нефтепродуктах увеличивается. Зависимость растворимости воды от температуры может быть выражена эмпирическим уравнением.

г
де С – растворимость воды при данной температуре, %;

Т – температура, К;

а и b – константы для данного нефтепродукта.

Влияние влажности воздуха на концентрацию растворенной воды объясняется тем, что вода, растворенная в нефтепродуктах, находится в состоянии равновесия с парами воды, содержащимися в воздухе, если температура этих сред одинакова. Зависимость между содержанием растворенной воды в нефтепродукте и относительной влажностью воздуха носит линейный характер и подчиняется закону Генри:
С = _Ф С (2)
где С – концентрация воды в нефтепродукте, %;

Ф = Р/Рнас – относительная влажность воздуха;

Р и Р_нас – соответственно парциальное давление паров воды и давление ее насыщенных паров при данной температуре Па.

Таким образом, концентрация воды в нефтепродуктах прямо пропорциональна относительной влажности воздуха. В естественных условиях относительная влажность воздуха непостоянна, в связи с чем содержание растворенной в нефтепродуктах воды также изменяется. Кроме того, температура нефтепродуктов, как правило, отличается от температуры воздуха, что объясняется запаздыванием их нагревания и охлаждения относительно воздуха. В то же время переход молекул воды из нефтепродукта в воздух и обратно происходит достаточно быстро, что объясняется пребыванием воды в растворе в виде недиссоциированных и неассоциированных молекул, поэтому перепад температур между нефтепродуктом и атмосферным воздухом сильно влияет на изменение концентрации воды в нефтепродукте.

Давление, под которым находится нефтепродукт, также оказывает существенное влияние на содержание в нем растворенной воды. Из выражения (2) видно, что концентрация воды в нефтепродукте зависит от парциального давления содержащихся в воздухе водяных паров, поэтому повышение барометрического давления приводит к увеличению концентрации воды в нефтепродуктах. Такая же закономерность справедлива и для случая, когда нефтепродукты хранят под избыточным давлением.

Исследование нефтепродуктов (автомобильных бензинов, дизельных топлив и моторных масел) осуществлялось в условиях их транспортирования, приема, хранения и выдачи. Для исследования отбирались средние пробы и отстой нефтепродуктов из железнодорожных и автомобильных цистерн прибывших на нефтебазы, а также средние пробы из раздаточных стояков при выдаче нефтепродуктов с нефтебазы потребителю.