Использование тяжелых топлив в судовых дизелях



жүктеу 422.3 Kb.
бет1/2
Дата22.06.2016
өлшемі422.3 Kb.
  1   2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЯХ

(Обзор современных проблем)

С О Д Е Р Ж А Н И Е




  1. Введение

  2. Влияние физико-химических показателей на эксплуатационные качества топлив

А) вязкость топлива;

Б) плотность;

В) механические примеси;

Г) содержание воды;

Д) коксовый остаток;

Е) температура вспышки;

Ж) температура застывания;

З) содержание серы;

И) содержание золы;

К) содержание ванадия и натрия;

Л) содержание алюминия кремния.


  1. Проблема стабильности и совместимости тяжелых топлив

А) основные физико-химические свойства тяжелых топлив;

Б) ароматичность и растворяющая способность;

В) определение совместимости топлив (метод фирмы Эксон);

Г) оценка совместимости топлив капельным методом




  1. Особенности процесса сгорания тяжелых топлив

А) оценка воспламеняемости тяжелых топлив.


  1. Организация контроля качества бункера за рубежом

  2. Классификация топлив

  3. Присадки к топливу

  4. Информация о качестве топлива в основных портах бункеровок.

ВВЕДЕНИЕ.

В последние годы на мировом бункерном рынке наметилась устойчивая те5нденция снижения качества топлива, связанная с более глубокой переработкой нефти и увеличением в топливе доли тяжелых остаточных фракций. Это вызвало необходимость разработки новой классификации и стандартов на судовое топливо, а также потребовало решения ряда эксплуатационных проблем, связанных с работой ДВС на остаточных топливах. На судах возникли проблемы, связанные с высоким содержанием в топливе асфальто-смолистых веществ, высоким значением коксового остатка, нестабильностью топлив, приводящей к образованию осадков в танках и топливной системе. Ухудшился процесс сгорания топлив, повысилась опасность отложений в камере сгорания и выхлопном тракте. Во многих случаях для эффективного использования тяжелых топлив требуется применение специальных присадок.

Предлагаемый обзор вопросов по использованию тяжелых топлив в ДВС отражает их состояние в настоящее время и окажется полезным для судовых механиков и инженеров Служб энергетики и технической эксплуатации флота.




  1. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ.

Вязкость топлива. Вязкость является одной из основных характеристик котельных и тяжелых топлив, т.к. от нее зависят процессы сгорания топлива, надежность работы и долговечность топливной аппаратуры, и возможность использования топлива при низких температурах.

Вязкость – внутреннее трение, проявляющееся при относительном движении частиц текущих веществ (жидкостей и газов), способность сопротивляться их взаимному перемещению. Величина вязкости может быть выражена в единицах вязкости динамической, кинематической и в условных единицах.

В настоящее время вязкость топлива определяется в единицах условной вязкости и единицах кинематической вязкости.

Единицы условной вязкости – градусы Энглера Е или ВУ – отношение времени истечения 200 мл нефтепродукта при определенной температуре ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 С через калиброванное отверстие вискозиметра.

Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах и определяется на капиллярном вискозиметре по времени перетекания определенного объема жидкости через капилляр под действием собственной массы при заданной температуре.

На некоторых судовых вискозиметрах измеряется динамическая вязкость топлива в сантипуазах. Для расчета кинематической вязкости (в сантистоксах) необходимо величину динамической вязкости разделить на плотность топлива.

До 1977 г. распространенной единицей вязкости вязких сортов топлив были секунды Рейд Вуда, измеряемые при 100 градусах по Фаренгейту.

В процессе подготовки топлива необходимая вязкость обеспечивается его подогревом, т.к. именно от этого параметра зависит качество распыления топлива и эффективность его сгорания в цилиндре дизеля. Пределы величины вязкости впрыскиваемого топлива регламентируются инструкциями по обслуживанию двигателя. Температуру подогрева топлива определяют по номограмме (рис.1).

От вязкости в значительной мере зависит скорость охлаждения мех примесей, а также способность топлива отстаиваться от воды. Например, при увеличении вязкости топлива в два раза при всех прочих равных условиях время осаждения частиц возрастает также в два раза.

Вязкость топлива в отстойной цистерне снижают путем его подогрева. Для открытых систем (какой является отстойная цистерна) действует требование Правил Регистра, согласно которому нагревать топливо в цистерне можно до температуры не менее чем на 15 С ниже его температуры вспышки, и не выше 90 С. Нагрев выше 90 С не допускается, т.к. в этом случае легко можно достичь температуры кипения воды. Вскипание воды, находящейся в нижней части цистерны, может привести к выбросу топлива из цистерны.

Осаждение воды в отстойных цистернах происходит только в том случае, если она не образует с топливом стойкой эмульсии. В этом случае даже при низкой вязкости топлива осаждение воды не происходит.

Необходимо отметить, что эмульсионная вода влияет на величину вязкости. При содержании эмульсионной воды 10% вязкость может, увеличится на 15 – 20%.



Пример использования номограммы для определения температуры подогрева топлива:

Н
а судно получено топливо IFO 180 (т.е. с вязкостью 180 сст при 50 С). На форсунки надо подавать топливо с вязкостью 20 сСт. Рис.1

Температуру подогрева топлива по номограмме (рис.1) определяем следующим образом: находим точку пересечения =180 сст с t=50 C, проводим кривую параллельно ближайшей вязкостно-температурной кривой (в нашем случае №6) до пересечения с =20 сст и, опустив перпендикуляр на ось температур ( С), находим температуру подогрева топлива перед распылителем = 103 С.

По этой же номограмме можно определить оптимальную температуру перекачки высоковязких топлив.



Плотность. Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость топлива и его химические свойства. Высокая плотность означает относительно более высокое соотношение углеводорода и водорода.

Плотность дизельных топлив, вырабатываемых у нас, ограничивается 0,860 г\см при 20С, импортных – 0,929 г\см при 15 С.

Плотность средне вязких отечественных топлив ограничивается 0,935 г\см при 20С, импортных – 0,991 г\см при 15 С.

Плотность высоковязких отечественных топлив ограничивается 1,015 г\см (для мазута топочного 100) при 20 С, импортных – 0,991 г\см при 15С.

Плотность имеет большое значение при очистке топлива путем сепарации, Если плотность топлива приближается к плотности воды, то это создает дополнительные трудности, т.к. отделение воды от топлива основано на разности их плотностей.

В центробежном топливном сепараторе тяжелой фазой является вода. Для получения устойчивой поверхности раздела между топливом и пресной водой плотность топлива не должна превышать 0,992 г\см. Чем выше плотность топлива, тем более сложным становится регулирование сепаратора, Незначительные изменения вязкости, температуры или плотности топлива приводят к потерям топлива с водой или к ухудшению очистки топлива.



Механические примеси. Механические примеси в топливе имеют органическое и неорганическое происхождение. К неорганическим примесям относится ржавчина и песок, которые могут попадать в топливо извне. К органическим примесям – кроены и карбиды – твердые частицы, образующиеся в топливе в процессе переработки нефти.

Механические примеси органического происхождения могут вызвать зависание плунжеров и форсуночных игл в направляющих. Попадая в момент посадки клапанов или форсуночной иглы на седло, карбоны и карбиды прилипают к притертой поверхности, что также приводит к нарушению их работы. Кроме того, карбоны и карбиды, попадая в цилиндры дизеля, способствуют образованию нагаров на стенках камеры сгорания поршня и в выпускном тракте.

В силу своей незначительной твердости механические примеси органического происхождения мало влияют на изнашивание деталей топливной аппаратуры.

Механические примеси неорганического происхождения по своей природе являются абразивными частицами и, поэтому, могут вызвать не только зависание подвижных деталей прецизионных пар, но и абразивное разрушение трущихся поверхностей, посадочных притертых поверхностей клапанов, форсуночной иглы и распылителя, а также сопловых отверстий, Особенно опасно наличие в топливе частиц более 6 мкм. Обычно эти частицы из топлива можно полностью удалить путем сепарации.

Содержание механических примесей в различных сортах топлив оговаривается в ГОСТах и колеблется от 0 в дизельных топливах до 1,5% в мазутах. Зарубежными стандартами на топливо содержание механических примесей не нормируется.

Содержание воды. Вода содержится в топливе в виде взвеси или эмульсии. В зависимости от количества и дисперсности вода оказывает различное влияние на сгорание топлива. Наличие в топливе воды до 1 – 2% не оказывает заметного влияния на работу двигателя, если она равномерно распределена в массе топлива. При большем содержании ее в топливе могут возникнуть трудности при сжигании топлива в двигателе, особенно при образовании отстойной воды в момент поступления топлива в двигатель. В этом случае неизбежны пропуски вспышки в отдельных цилиндрах, а при продолжительном использовании обводненного топлива, и остановка двигателя.

Стандарты допускают содержание воды в топливах до 1,5%, однако в топливах прошедших морские перевозки, допускается содержание воды до 2%.

Присутствие в топливе мельчайших частиц воды обеспечивает дополнительное распыливание топлива в камере сгорания и улучшает смесеобразование за счет микро взрывов частиц воды. На этом основано применение водоотливных эмульсий.

При работе на водо-топливных эмульсиях процесс задержки воспламенения сокращается, в результате чего сгорание топлива происходит с большей эффективностью. Применение водо-топливных эмульсий требует установки дополнительного оборудования: смесителя или гомогенизатора для обеспечения устойчивых эмульсий с заданным содержанием воды и размерами частиц воды. Обычно содержание эмульсионной воды в водо-топливных эмульсиях составляет 4 – 7%.

Особенно неблагоприятное воздействие на характеристики топлива оказывает морская вода. Содержащийся в ней натрий вступает во взаимодействие с ванадием, присутствующим в топливе, и образует при сгорании продукты, способствующие резкому усилению температурной коррозии, а иногда, и увеличению нагарообразования.

Коксовый остаток. Коксовый остаток – массовая доля углекислого остатка (в процентах), образующегося после сжигания в стандартном приборе испытуемого горючего или его 10%-ного остатка.

Величина коксового остатка характеризует неполное сгорание топлива и образование нагара. Для остаточных топлив величина коксового остатка определяется по Конрадсону.

Содержание кокса для различных марок топлив различно. У дистиллятных топлив он не высок (0,3 – 0,5%), у остаточных крекингированных топлив он достигает значительных величин, Коксовый остаток топлив, вырабатываемый у нас, достигает 10%. В импортных топливах допускается содержание кокса до 22%.

Величина коксового остатка по Конрадсону обычно пропорционально концентрации высококипящих тяжелых молекул в топливе, содержанию асфальтенов и, следовательно, плотности топлива. Поэтому, чем выше кокс по Конрадсону, тем, как правило, хуже топливо.

Обычно при использовании топлива с высоким содержанием кокса резко возрастает нагарообразование. Поэтому при сжигании тяжелого топлива необходимо особо тщательно следить за техническим состоянием форсунок и топливных насосов, а также за распределением нагрузки по цилиндрам.



Температура вспышки. Температурой вспышки называют наименьшую температуру, при которой пары топлива, нагреваемого при строго определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Она зависит от количества легких фракций в топливе и характеризует нижний предел воспламенения испытуемого горючего в смеси с воздухом, Для большинства топлив температуру вспышки определяют путем нагрева топлива в закрытом тигле (кроме мазутов топочных 40 и 100).

Важность этой характеристики топлива связана с эго огнеопасностью, а не с пригодностью его для дизельных двигателей или котлов. Согласно Правил Регистра на судах можно использовать лишь топливо с температурой вспышки не ниже 61С.

Топлива с высокой вязкостью, как правило, имеют температуру вспышки намного выше этого предела. Однако следует обратить внимание на отсутствие коррекции между вязкостью и температурой вспышки, а также на тот факт, что попадание даже незначительного количества топлива с низкой температурой вспышки в тяжелое топливо резко снижает температуру вспышки, Известны случаи взрывов и пожаров при попадании сырой нефти в тяжелое топливо, при этом температура вспышки снизилась до 25С.

Температура застывания. За температуру застывания принимают ту температуру, при которой топливо теряет подвижность. От температуры застывания зависит возможность транспортировки топлива по трубопроводам без его подогрева.

Топлива, которые хранятся при температуре ниже точки застывания, превращаются в твердую массу. При хранении топлива при температуре, близкой к точке застывания, возможна частичная кристаллизация. Результатом такого хранения могут быть отложения в танках, засорение фильтров и трубопроводов, невозможность перекачки топлива.

Топлива с высокими точками застывания часто имеют хорошие характеристики сгорания, что вызвано хорошим качеством сгорания парафинов.

В ГОСТах на топливо максимальная величина температуры застывания ограничена температурой 25С, а в зарубежных стандартах 30С.

В приложениях ISO и CIMAC включен также класс топлив с максимальной точкой застывания 0С зимой и 6С в остальное время года. Очевидно, это предусмотрено специально для судов, у которых отсутствует подогрев топлива.

Содержание серы. Сера присутствует в топливе, в основном, в составе органических соединений, При сгорании сера образует сернистый (SO) и серный (SO) ангидриды, которые при соединении с водой образуют сернистую (HSO) и серную (HSO) кислоты, вызывающие сильную коррозию поверхностей, на которых они могут конденсироваться.

Для предотвращения коррозии цилиндровых втулок крейцкопфных двигателей, работающих на тяжелом топливе, цилиндровые масла должны содержать щелочные присадки, Мерой щелочности масла, или его способности нейтрализовать кислоты, является «общая щелочность» (общее щелочное число).

Современные цилиндровые масла обычно имеют щелочное число в пределах 40 – 70 мг КОН на 1грамм масла, хотя некоторые фирмы предлагают цилиндровые масла со щелочным числом 100.

В тронковых двигателях, где смазка цилиндров обеспечивается разбрызгиванием и более интенсивна, при работе на тяжелых топливах используют цилиндровые масла со щелочным числом 20 – 40.

Для правильного выбора величины общего щелочного числа цилиндровых масел в зависимости от содержания серы в топливе на рис.2 представлен график, предложенный фирмой «Бурмайстер и Вайн».

Рис. 2




При выборе цилиндровых масел следует иметь в виду, что избыточная щелочность при использовании топлив с низким содержанием серы обычно не вызывает проблем при правильно установленной дозировке цилиндрового масла и соблюдения указанных в примечании 1 рис.2 мер предосторожности.

Следует также иметь в виду, что коррозионные проблемы возникают не столько из-за слишком низких температур охлаждающей воды и продувочного воздуха, что вызывает конденсацию паров серной кислоты на холодных поверхностях.

В топливах, производимых у нас, содержание серы ограничивается 3,5 (у мазутов), а в импортных – 5%.



Содержание золы. Содержание золы является мерой содержания неорганических несгораемых примесей в топливе. Эти примеси являются, частично, естественными компонентами сырой нефти, частично выносятся в процессе ее переработки (например, при каталитическом крекинге), а также при хранении, обработке, транспортировке.

Золообразующие материалы существуют в виде твердых составляющих, механических примесей и растворенных в топливе веществ.

Нерастворимые в воде вещества, такие, как соединения никеля или ванадия. Не могут быть удалены в системах подготовки топлива на борту судна. Водо-растворимые (например, соединения натрия) удаляются путем промывки водой и центрифугирования. Промывка водой для удаления соединений натрия используется только при подготовке топлива для газовых турбин.

Твердые примеси – песок, пуль, остатки каталитического крекинга – можно удалить механическими средствами: путем фильтрования и центрифугирования. Эффективность удаления зависит от принятой системы очистки, размеров частиц, плотности материалов по сравнению с плотностью топлива.

Обычно максимальное содержание золы не должно превышать 0,1%, однако новые стандарты допускают 0,15 и 0,20% для наиболее тяжелых сортов топлив.

Содержание ванадия и натрия. Присутствие в топливе этих двух элементов имеет большое значение. Как причина высокотемпературной коррозии на наиболее горячих металлических поверхностях, таких как поверхности выхлопных клапанов в дизельных двигателях и трубки пароперегревателей в котлах.

При одновременном содержании ванадия и натрия в топливе образуются ванадаты натрия с температурой плавления приблизительно 625 С.

Эти вещества вызывают размягчение слоя окисла, который обычно защищает металлическую поверхность, что вызывает разрушения границ зерен и коррозионное повреждение большинства металлов. Поэтому содержание натрия должно быть меньше 1\3 содержания ванадия.

Если содержание натрия в топливе незначительно, то образуется пяти окись ванадия, действующая подобно ванадату, хотя она имеет более высокую температуру плавания (675 С).

Для того чтобы избежать проблем, вызванных высокотемпературной коррозией, важно удалить водо-растворимые соли натрия, что достигается путем промывки топлива водой и эффективного центрифугирования.

Важно также избегать условия, при которых увеличивается термическая нагрузка, например, соблюдать правила эксплуатации и регулировки двигателя, избегать его перегрузки.

Ванадиевые соединения в топливе полностью растворимы и трудно удаляемы. Их воздействие может быть ослаблено путем включения в топливо присадок, которые вступают в реакцию с ванадием в процессе сгорания, образуя соединения, температура плавления которых выше, чем у пяти окиси ванадия или ванадатов натрия. Чаще всего для этих целей используется магний. Он может добавляться в топливо в виде органического или неорганического раствора сульфата магния. В том случае образуется ванадат магния, температура плавления которого выше 1000С. Недостаток использования магниевой присадки заключается в том, что при этом усиливается тенденция к образованию зольных отложений на лопатках турбин.

Как правило, ванадий содержится в асфальто-смолистой части топлива.

При зарубежных бункеровках содержание ванадия в тяжелом топливе может колебаться в значительных пределах в зависимости от происхождения и технологии переработки используемых в топливе компонентов. Пример, некоторые порты на Восточном побережье США и в Венесуэле регулярно поставляют топливо с содержанием ванадия 300 – 500 ррм, Саудовская Аравия – 30 –40 , а Нидерланды от 60 до 130ррм.

Содержание ванадия в легких топливах (газойль и топлива типа Marine Diesel) незначительно.

Стандарты отечественных моторных топлив и мазутов не ограничивают содержание ванадия, за исключением газотурбинного топлива, в котором содержание ванадия не должно превышать 4ррм.

Содержание алюминия и кремния. Остатки процесса каталитического крекинга в сжиженом слое могут содержать высокопористые алюмосиликатные соединения, которые могут вызвать тяжелые абразивные повреждения элементов топливных систем, а также поршней, поршневых колец и втулок цилиндров.

Пористость частиц сильно затрудняет их удаление путем осаждения и цинтрифугирования.

При правильной работе центробежных сепараторов представляется возможным удалять около 75% частиц силикатов при одноступенчатом центрифугировании и 85% - при двухступенчатом.

Содержание алюминия и кремния отечественными стандартами не ограничено, но т.к. за границей тяжелые топлива получают путем каталитического крекинга, то эти показатели введены в стандарт.


III. ПРОБЛЕМА СТАБИЛЬНОСТИ И СОВМЕСТИМОСТИ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ.

В последние годы определилась устойчивая тенденция ухудшения качества судовых топлив, связанная с ростом использования остаточных продуктов крекинг-процессов. При этом значительно увеличилась доля асфальто-смолистых продуктов в составе тяжелых топлив, что вызывает ряд эксплутационных проблем при топливоподготовке и в процессе хранения топлива. Эти осложнения проявляются в образовании отложений в топливных танках, фильтрах, топливо подогревателях, сепараторах, а также приводят к отказам топливной аппаратуры.



Основные физико-химические свойства тяжелых топлив.

Тяжелое остаточное топливо, согласно коллоидно-химическим представлениям, является сложной дисперсной системой. Коллоидные частицы состоят из высокомолекулярных соединений (типа асфальтов и твердых парафинов) и окружены поверхностными слоями (сольватными оболочками) высокомолекулярных соединений.

Асфальтены являются твердыми веществами, хорошо растворимыми в ароматических углеводородах и плохо растворимыми в других компонентах нефти и составляют наиболее тяжелую часть топлива. В зависимости от углеводородного состава топлива асфальтены находятся либо в коллоидно-диспергированном состоянии (во взвешенном виде), либо образуют истинные растворы, либо выпадают в виде твердой фазы (осадка).

Высокоароматизированной среде при небольшой концентрации асфальтенов образуются истинные растворы либо стабильные (устойчивые) тонкодисперсные системы. Увеличение молекулярной массы, снижение температуры и ароматичности дисперсионной среды приводит к укрупнению отдельных частиц, появлению ассоциатов и образованию неустойчивой системы, в результате чего возможно образование осадков.

Коллоидно-химические превращения, которые происходят в нефтяных дисперсных системах при смешении различных компонентов тяжелых топлив, определяют, в конечном счете, свойства получаемой смеси.

Таким образом, нестабильным является топливо, которое в процессе его хранения образует осадки асфальтенов. Два топлива несовместимы, если их смесь получается нестабильной, т.е. если в смеси происходит выпадение осадков.

Такая ситуация может возникнуть с принятым на судно бункером, который приготовлен в береговых смесительных установках из несовместимых компонентов или неправильной их пропорции, а также при смешивании имеющихся на судне несовместимых различных топлив.

Ароматичность и растворяющая способность топлива.

Название «ароматический» возникло для характеристики производных бензола, обладающих приятным «ароматическим» запахом, и было, затем распространено на целый класс углеводородов и подобных веществ, содержащих в своей молекулярной структуре бензольные ядра.

Количество ароматических соединений в топливе зависит от природы нефти, из которой оно получено, и технологии нефтепеработки.

Применительно к тяжелым топливам понятие «ароматичность» определяет его физико-химические характеристики, обусловленные содержанием в топливе ароматических соединений. Ароматические соединения способствуют удержанию асфальтенов в растворенном или тонкодисперсном состоянии и обеспечивают асфальтеновую стабильность топлива.

Для оценки растворяющей способности топлива по отношению к содержащимся в нем асфальте нам используется критерий ароматичности, предложенный Горнорудным бюро США, BUREAN of mines correlation index (BMCI). Он определяется по уравнению:

BMCI = 527,9 x  - 0, 166 x 00 – 442,5

Где: 15 – плотность при 15С, кг\л;

100 – кинематическая вязкость, сст; х – знак умножения.

В стабильном топливе (или смеси топлив) все асфальтены находятся в растворенном состоянии и способны оставаться в таком состоянии продолжительное время. В этом случае считается, что «растворяющая способность» топлива по отношению к его асфальтенам достаточна.

Минимальная «растворяющая способность», обеспечивающая удержание асфальтенов в растворе, оценивается «точкой эквивалентности толуола» (Т.Е.). Т.Е. определяется путем растворения испытуемого топлива в различных смесях толуола и н-гептана и определения момента начала осаждения асфальтенов по методу пятна. Эта методика требует специального оборудования и может быть выполнена только в лаборатории.



Определение совместимости топлив (метод фирмы ЕХСОН).

Проведенные фирмой ЕХСОН исследования позволили сформулировать следующий критерий стабильности смесей:

Топливо, полученное смешением компонентов, является стабильным, а исходные топлива совместимыми, если имеющаяся «растворяющая способность» (ароматичность) смеси больше минимальной «растворяющей способности», необходимой для удержания асфальтенов в растворе.

В результате сопоставления значения ВМСI и ТЕ для большого количества смесей остаточных топлив как совместимых, так и несовместимых, было установлено, что для всех смесей критерий совместимости можно выразить в следующей форме:

ВМСI – ТЕ  К, где: ВМСI – корреляционный индекс горнорудного бюро, который характеризует

имеющуюся растворяющую способность топлива;

ТЕ - точка эквивалентности толуола, которая характеризует необходимую

растворяющую способность топлива;

К – постоянная, зависящая от конкретных составляющих смеси.

Для большинства смесей крекинговых остаточных нефтепродуктов и обычных разбавителей К находится в пределах от 7 до 14.

Основной вопрос, относящийся к «проблеме совместимости». – Будут ли два топлива разных источников после смешения в топливном танке представлять собой стабильную смесь без выделения осадка, может быть решен путем предварительного расчета показателей ВМСИ и ТЕ для смеси проб этих топлив в разных пропорциях.

При этом можно предсказать допустимо ли смешивание этих топлив и какие пропорции обеспечат минимальное выпадение асфальтенов.

На рис.3 для примера построены графики для смесей крекинг – остатка и не крекированного топлива. Из графиков видно прямолинейная зависимость величины ВМСИ от состава смеси. Величина ТЕ при небольшом добавлении не крекированного маловязкого компонента изменяется незначительно, однако, при увеличении доли не крекированного компонента ТЕ уменьшается и достигает ТЕ не крекированного топлива. При составе смесей, содержащих от 30 до 60% крекированного компонента, разница между ВМСИ и ТЕ падает ниже 7 и наблюдается выпадение значительных количеств осадков.


  • В случае отсутствия данных для расчета ВМСИ и невозможности определения ТЕ, приведенные на рис.3 графики позволяют руководствоваться общими соображениями, вытекающими из характера не смешивать крекированное и не крекированное тяжелые топлива, но в случае необходимости смешивания таких топлив надо избегать равных или близких пропорций;

  • не смешивать тяжелое крекированное топливо с легким не крекированным;

  • если известна только плотность топлива, то следует избегать смешивания топлив с разной плотностью или смешивать так, чтобы один из компонентов смеси был минимальным;

  • смесь двух топлив с одинаковой вязкостью и плотностью обычно устойчива.

Для повышения асфальтеновой стабильности тяжелых топлив, если есть опасность образования осадков, может быть рекомендовано применение специальных присадок, которые обеспечивают удержание асфальтенов в диспергированном состоянии (присадка «Бункерол Д» фирмы Амероид, присадка «10804Х » фирмы ЭКСОН и др.). Для иллюстрации на рис.3 пунктиром показано изменение величины ТЕ при обработке смеси топлива присадкой. При этом увеличивается «запас» растворяющей способности и резко снижается осадок асфальтенов. При применении таких присадок следует иметь в виду, что в случае накопления значительных отложений асфальто-смолистых продуктов в топливных танках первоначальная дозировка присадки должна быть минимальной, так как интенсивное удаление осадков из танков и топливной системы приводит к чрезмерному заносу топливных фильтров, затрудняет работу сепараторов и др. Кроме того, при наличии в топливе воды возможно образование стойких эмульсий, поэтому отстой воды в танках необходимо удалять. При содержании воды более 1% применение присадки не рекомендуется.


Для вспомогательных двигателей при отсутствии газотурбинного топлива часто используется смесь мазута с дизтопливом, которая дешевле, чем дизтопливо и имеет вязкость меньшую, чем у мазута.

Требуемое соотношение смешиваемых компонентов с известными вязкостями можно определить из диаграммы смешивания (рис.4) посредством соединения двух точек прямой линией.



Необходимо учитывать, что тяжело топливный компонент уже является смесью мазута с легким топливом в пропорции, обеспечивающей рыночную вязкость.

Так как время и температура усиливают процесс осаждения в смеси, которая часто бывает нестабильной, то смешанное топливо должно быть направлено непосредственно в двигатель, а не храниться в цистерне.

Если требуемая вязкость на впрыске может быть получена не только разбавлением тяжелого топлива легким, но и с помощью нагрева, то, как правило, более целесообразно нагревать топливо, чтобы избежать риска, связанного со смешиванием



Оценка совместимости топлив капельным методом.

Изложенная выше методика определения совместимости топлив из-за своей сложности не пригодна для использования в судовых условиях. Для судовых условий разработана капельная проба, представляющая собой упрощенный тест на совместимость по методу ASTN D2781. Этот метод использован фирмой “MAR-TEC” (ФРГ, Гамбург), разработавшей судовую экспресс-лабораторию для анализа топлив и масел (Fuel Lube Test Cabinet), в которую включен прибор “Compamar”. C помощью этого прибора проводится испытание топлив на совместимость (Compatibility test).

Ниже приведено описание испытания.


  1. Подготовка образца топлива.

    1. При вязкости испытуемого топлива менее 75сСт при 50С оно используется в неразбавленном виде.

    2. При вязкости испытуемой смеси двух топлив менее 75сСт при 50С берется 50% каждого компонента, а всего 40 мл.

    3. При вязкости топлива более 75сСт при 50С к 40мл топлива добавляется 20мл растворителя (реагент А).

    4. При вязкости смеси более 75сСт при 50С к 20мл каждого сорта топлива добавляют 20мл реагента А.

  2. Проведение испытаний топлива.

Испытуемый образец топлива или смеси наливают в градуированный цилиндр, закрывают, встряхивают и помещают в ячейку термостата, заполненную 30мл воды. Нагревают до 65С, контролируя термометром. Через 10 минут вынимают цилиндр, закрывают и энергично встряхивают. Снова помещают в термостат и доводят температуру до 65С.

Помещают хроматографическую бумагу на чашку Петри или на подставку, чтобы бумага опиралась только по краям. При помощи термометра наносят одну каплю нефтепродукта на хроматографическую бумагу. Вынимают цилиндр из бани. Затем помещают хроматографическую бумагу с каплей нефтепродукта на ячейку термостата для высушивания, образовавшегося из капли пятна.

Различия в яркости цвета, размера пятен, их наружных кромок не имеет значения, принимается во внимание только интенсивность очертания центральной зоны пятна(ядра).

Полученное пятно сравнивают с прилагаемыми эталонами (табл.1 и рис.5)



Таблица 1. Описание эталонных пятен.


Номер Характеристика

эталонного Характерные особенности совместимости

пятна


1 2 3



  1. Однородное пятно, внутреннего Очень хорошая

Кольца нет совместимость

Неотчетливое или плохо Хорошая

2. обозначенное внутреннее кольцо совместимость



Хорошо обозначенное тонкое На пределе

3. внутреннее кольцо слегка темнее фона совместимости



Хорошо обозначенное внутреннее кольцо

4. толще, чем кольцо в эталонном пятне и

несколько темнее фона. Несовместимы


Очень темное плотное ядро или скопление

  1. плотных частиц в центре пятна. Центральная

часть пятна намного темнее фона. Несовместимы

IY. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ.

Проблемы, связанные с ухудшением процесса сгорания тяжелых топлив, приобретают в последнее время регулярный характер в связи с широким использованием для главных двигателей тяжелых топлив, содержащих значительные количества асфальто-смолистых веществ.

Понятие «воспламеняемость топлива» определяется, как способность топлива воспламеняться при впрыске его в объем сжатого воздуха в цилиндре двигателя. Период времени между попаданием первых капель топлива в цилиндр и началом горения определяет задержку воспламенения и является мерой воспламеняемости.

Известно, что воспламеняемость топлива связана с его физико-химическими показателями. Такие параметры, как плотность и вязкость, оказывают влияние на размер частиц топлива при распыле форсункой.

Химический состав топлива является существенным, т.к. процесс сгорания протекает через последовательный ряд реакций, скорость которых зависит от химического состава топлива.

Применяемые в судовых двигателях топлива представляют собой смеси различных углеводородов, которые по химической природе делятся на три основные группы: алифатические, нафтеновые и ароматические (ароматики). Ароматики, благодаря кольцевой структуре с бензольными ядрами, обладают наибольшей термической устойчивостью. Поэтому для воспламенения ароматических углеводородов требуется затратить больше тепловой энергии и больше времени. Чем длительнее период задержки самовоспламенения, тем больше топлива поступает в цилиндр за это время и тем интенсивнее нарастает давление при его воспламенении. Ароматические топлива (в том числе и тяжелые топлива, содержащие много асфальтенов и смол) вызывают жесткую работу дизелей.


Большинство двигателей, работающих на тяжелых топливах, представляют собой низкооборотные или среднеоборотные двигатели. Этим двигателям присущ более длительный во времени процесс сгорания топлива по сравнению с быстроходными двигателями. Поэтому увеличение периода задержки воспламенения для низкооборотного дизеля, как правило, незначительно влияет на повышение жесткости работы двигателя. Практика эксплуатации тихоходных дизелей знает случаи надежной работы на топливе с низким цетановыми числами. Однако, для обеспечения надежной работы среднеоборотных дизелей, использующих тяжелое топливо либо смеси, содержащие крекинг остатки, необходимо знать показатели воспламенения топлива.

Оценка воспламеняемости тяжелых топлив.

Известно, что характеристики воспламеняемости топлив (цетановое число и дизельный индекс) относятся только к дистиллятным топливам (дизельное топливо, газойль).

Для тяжелых остаточных топлив и смесей оценка воспламеняемости по методике, аналогичной определению цетанового числа, из-за ряда существенных затруднений, не разработана, а дизельный индекс для тяжелых топлив рассчитан быть не может из-за невозможности определения «анилиновой точки» для темных топлив.

В последнее время при разработке стандартов на судовое топливо отмечается необходимость отражать воспламенительные свойства топлив.

Поиск способов оценки воспламеняемости тяжелых топлив ведется лабораториями многих зарубежных фирм. На основании исследований фирма Шелл предложила оценивать воспламеняемость тяжелых топлив по критерию ароматичности, который получил название «расчетный индекс ароматичности углерода» (ССАI) и может быть определен по значениям вязкости и плотности используемого тяжелого топлива.

Графически указанная зависимость для различных значений плотности и вязкости представлена на рис.6.




При значении ССАI менее 840 воспламеняемость топлива удовлетворительна. При значении ССАИ в интервале 870 – 840 необходимо принятие мер по улучшению воспламеняемости (повышение температуры продувочного воздуха, ввод присадок). При значении ССАИ больше 870 – работа на указанном топливе не рекомендуется.

Фирма ВР предложила для оценки воспламеняемости топлив «расчетный индекс воспламеняемости» (СII), который хорошо согласуется со значениями индекса воспламеняемости, полученными на стенде при испытании большой партии тяжелых топлив различных поставщиков.

Графическая зависимость CII от плотности и вязкости представлена на рис.7.

При значении СII больше 45 воспламеняемость топлива удовлетворительная; при CII в пределах 35 –44 необходимо принять меры по улучшению воспламеняемости; при CII менее 35 работа на этом топливе не рекомендуется.

В заключение следует отметить, что характеристики воспламеняемости топлива следует рассматривать совместно с конструкцией и типом двигателя, а также режимом его работы. При неудовлетворительных характеристиках воспламеняемости топлива наиболее вероятны осложнения в процессе пуска и маневров.




  1. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БУНКЕРА ЗА РУБЕЖОМ.

Несколько лет назад Регистр Ллойда организовал службу по анализу основных эксплуатационных показателей бункера к выдаче судну рекомендаций по рациональному его использованию. Эта служба получила название FOBAS (Fuel Oil Bunker Analysis and Advisory Service) и по заказу судовладельца через своих агентов во всех портах бункеровки организует отбор проб получаемого топлива. Делает анализ показателей топлива в береговых лабораториях и выдает судну и судовладельцу результаты этого анализа с необходимыми комментариями, которые позволяют принять правильное решение о возможности использования топлива, оптимальном режиме его предварительной подготовки и оптимальных параметров сгорания.

В приложении 1 в качестве примера приведены результаты анализа бункера, полученного m\v “HAI JI” в Антверпене.

Кроме того, FOBAS информирует судовладельцев, пользующихся его услугами, о качестве бункера во всех портах бункеровки (см. Приложение 3). Это позволяет судовладельцу прогнозировать проблемы, которые могут возникнуть после бункеровки своих судов в указанных портах.

Необходимость анализа топлива связана с недостаточно разработанной классификацией топлива, в частности, с отсутствием ограничений для некоторых веществ (алюминия), а также с условиями технологии переработки сырой нефти, при которой возможны различные отклонения химического состава. Анализ необходим также при приготовлении смеси двух топлив или разбавлении тяжелого топлива дистиллятным.

Аналогичные услуги по контролю качества бункера выполняет фирма Веритас Петролеум (VERITAS PETROLEUM) Норвегия.

В случае возникновения сомнения в качестве принимаемого бункера и соответствия его показателям, представленным в документах бункеровщика, следует воспользоваться услугами лаборатории по согласованию с судовладельцем.



Приложение 1.

Результаты анализа качества бункера.

Вязкость кинематическая при 100 С сСт 17,0

- - - - 50С сст 115,0

Плотность при 15С кг\л 0,9856

Содержание воды % 0,3

Коксовый остаток % 10,04

Содержание золы % 0,04

Содержание серы % 3,46

Содержание нерастворимого осадка % 0,02

Температура застывания, не выше С - 1

Температура вспышки С 96

Теплотворная способность Мдж\кг 40,03

Содержание кремния мг\кг 10

Алюминия 8

Ванадия 60

Натрия 42

Железа 13

Фосфора 1

Свинца 1

Кальция 1

Выводы:


  1. По вязкости и плотности топливо соответствует классу RME – 25

  2. Смесь компонентов топлива стабильна и, предположительно, будет оставаться стабильной при хранении и обработке.

  3. Минимальная температура перекачки 15 – 20 С.

  4. Содержание натрия может быть снижено во время пурификации. ПРИ НЕВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ, ВОЗМОЖНО РАЗВИТИЕ ГОРЯЧЕЙ КОРРОЗИИ ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ. Уровень других элементов удовлетворителен для топлива данного класса.

  5. Величина коксового остатка довольно высокая. В связи с этим топливо может иметь неблагоприятные характеристики воспламенения и сгорания и, как следствие, ПОВЫШЕННУЮ ТЕМПЕРАТУРУ ВЫПУСКНЫХ ГАЗОВ.

Возможно забивание топливного насоса и за коксование форсунок, значительное загрязнение деталей дизеля, продувочных и выпускных клапанов, а также смазочного масла, возможны отложения в турбо нагнетателях.

  1. Содержание серы высокое, теплотворная способность низкая.

Необходимо поддерживать оптимальную температуру узлов двигателя и условия смазки (щелочное число цилиндрового масла должно быть высоким), чтобы избежать низкотемпературной коррозии.

  1. Точка вспышки приближается к минимально допустимой температуре.

YI. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ

На судах морского флота используют три основных группы топлив: маловязкие (дизельные дистиллятные), средне вязкие (компаундированные вязкостью до 5 ВУ или 36сст при 50С) и высоко вязкие (компаундированные вязкостью выше 36сст при 50С).

Из маловязких отечественных топлив наибольшее применение на судах получило дистиллятное топливо «Л», в котором не допускается содержание механических примесей, воды, сероводорода, водо-растворимых кислот и щелочей. Предельное значение серы для этого топлива 0,5%. Однако, для дизельных топлив, вырабатываемых из высокосернистой нефти по техническим условиям, допускается содержание серы до 1% (например, в районе Дальнего Востока). В зарубежных стандартах в аналогичных топливах допустимое содержание серы составляет 1% и выше. Однако, при использовании современных масел содержание серы в топливе 1% и выше не оказывает заметного влияния на работу двигателя.

Нефтеперерабатывающая промышленность начала выпускать новое судовое маловязкое топливо, предназначенное для частичной замены дизельного топлива. Это компаундированное топливо, состоящее из первичных и вторичных дистиллятов в соотношении 1 : 1. Его вязкость не более 11сст при 20С, содержание серы не более 1,5%, механических примесей до 0,2%, зольность – до 0,01%, температура застывания не выше 10С.

К средне вязким топливам, используемых в судовых дизелях, относятся газотурбинное марок ТГ и ТГВК, моторное марки ДТ, флотский мазут марки Ф-5.

В группу высоковязких топлив включены следующие марки топлив, вырабатываемые отечественной промышленностью: моторное топливо марки ДМ, флотские мазуты М-0,9, М-1,5 и М-2,0, М-3.0, Ф-12, а также топочные мазуты 40 и 40В. Основные показатели отечественных топлив приведены в приложении 2.

За рубежом применяется различная классификация топлив. До последнего времени основным критерием при заказе топлива была его вязкость, по значению которой ориентировочно судили и о других важных характеристиках топлива: плотности, коксуемости и др.

Однако с появлением на мировом рынке новых поставщиков топлива, использующих более глубокую переработку нефти, один показатель вязкости стал недостаточным для определения качества топлива.

В ближайшей перспективе ожидается резкое снижение качества топлива, что вызовет трудности в эксплуатации судовых дизелей. Это усугубляется тем, что до настоящего времени у дизелестроительных заводов и производителей нефтепродуктов нет единства взглядов на то, каким должно быть топливо для судовых дизелей.

Большинство зарубежных поставщиков топлива имеет свою классификацию и нормы на нефтепродукты. Широкое распространение за рубежом получили стандарты, разработанные ISO (International Organization for Standardization), BSI (British Standard Institute), CIMAC (International Council in Combustion Engines).

Основные показатели топлив по перечисленным стандартам приведены в приложении 2.

За основу построения таблицы принята классификация топлив по ISO. Буквенные символы ДМ и RM означают соответственно дистиллят и остаточный мазут. Цифры в марке указывают максимальную вязкость топлива в сантистоксах при 100С.

Для дистиллятных топлив ДМХ, ДМА, и ДМВ в стандартах, кроме того, приведено цетановое число (соответственно равное 45,40 и 35). Кинематическая вязкость этих топлив определена при 40С, а остальных топлив – при 50С. Температура застывания топлив ДМА, ДМВ, и ДМС указана для различного времени эксплуатации судна: в числителе – для периода с 31 декабря по 31 марта, а в знаменателе – для периода с 1 апреля по 31 ноября. Коксуемость топлив ДМХ, ДМА, ДМВ и ДМС определена по Рамоботтону, а других топлив – по Конрадсону. Температура вспышки для топлива RMX должна быть не ниже 43С, остальных топлив – не ниже 60С. Стандартами BSI CIMAC установлено содержание алюминия не выше 30мг\кг.

Из-за разных методик определения характеристик топлива по различным стандартам, возможны различия в фактическом качестве отечественных и зарубежных топлив, несмотря на одинаковые значения соответствующих характеристик.

Приложение 2.

ТОПЛИВО ДИЗЕЛЬНОЕ

В зависимости от условия применения устанавливаются три марки дизельного топлива:

Л (летнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0С и выше;

З (зимнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20С и выше (температура застывания топлива не выше минус 35С) и минус 30С и выше (температура застывания топлива не выше минус 45С);

А (арктическое) – для эксплуатации при температурах окружающего воздуха минус 50С и выше.

По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на два вида:

1 – содержание серы не более 0,2% и 2 – содержание серы не более 0,5%.

Технические условия предусматривают 6 марок дизельного топлива: Л – 0,2; Л – 0,5; З – 0,2; З – 0,5 и А – 0,2; А – 0,4. В условное обозначение топлива марки Л должны входить содержание серы и температуры вспышки, топлива марки З – содержание серы и температура застывания, топлива марки А – содержание серы.

Примеры условного обозначения.

Топливо летнее с содержанием серы до 0,2% и температурой вспышки 40С:

«Топливо дизельное Л – 0,2 – 40 »

Топливо зимнее с содержанием серы до 0,2% и температурой застывания минус 35С:

«Топливо дизельное З – 0,2 минус 35»

Топливо арктическое с содержанием серы 0,4%

«Топливо дизельное А – 0,4»


  1   2


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет