Реферат на тему:
Нафтові палива й мастила
За останні десятиліття розроблений як асортимент нафтових палив, так і
різні типи двигунів і стаціонарних пристроїв, що у достатній мірі
підходять один одному. Для кожного випадку розроблена оптимальна схема
робочого процесу, що дозволяє використовувати паливо найбільш економічно
і з утворенням найменшої кількості токсичних продуктів згоряння. Однак
на практиці доводиться постійно зіштовхуватися з відхиленнями від
ідеальних моделей, які можна пояснити обмеженими технічними і
технологічними можливостями і розмаїтістю важковраховуємих факторів: від
погодних умов до кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Загальна класифікація основних типів двигунів містить у собі двигуни
внутрішнього і зовнішнього згоряння, а також стаціонарної газотурбінної
установки. Двигунами внутрішнього згоряння обладнаються всі транспортні
засоби, за винятком реактивних літаків і деяких річкових і морських
суден, що використовують реактивні і газотурбінні двигуни.
Двигуни внутрішнього згоряння
Двигуни з запаленням від іскри. У двигунах із запаленням від іскри
використовуються палива, що легко утворюють горючі суміші з повітрям і
характеризуються досить високою стійкістю до передчасного
самозапалювання. У таких двигунах паливна суміш готується попередньо в
або карбюраторі чи утворюється при упорскуванні палива в систему
паливоподачі або циліндри. Карбюраторні двигуни являють собою найбільш
розповсюджений тип двигунів, що використовують бензин. В останні роки
вони витісняються двигунами з безпосереднім впорскуванням бензину, але в
ряді країн, зокрема в Росії, ще довго будуть займати провідне місце. ККД
карбюраторного двигуна може досягати 33-36%, однак при епізодичних і
часткових навантаженнях він істотно менше і складає 15-20%. Це
обумовлюється зменшенням термічного ККД при неповних завантаженнях, коли
дроселювання подачі палива приводить до зниження тиску в камері
згоряння. З урахуванням того, що в міських умовах автомобільні двигуни
працюють у змінному режимі, середній ККД їх невеликий.
Цього недоліку позбавлені двигуни з безпосереднім упорскуванням палива,
у яких подача палива регулюється електронною системою в залежності від
навантаження двигуна. Такими двигунами обладнується переважна більшість
нових легкових автомобілів у США і європейських країнах. Однак системи
впорскування палива працюють у жорсткому тепловому режимі і висувають
підвищені вимоги до якості палива.
У 1954 р. Ф. Ванкель сконструював роторно-поршневий двигун, що має ряд
переваг у порівнянні зі звичайними поршневими. Зокрема, двигун Ванкеля
менш чуттєвий до октанового числа палива, має менші масу і габарити,
легше форсується. Недоліки двигунів Ванкеля — підвищений вміст
вуглеводнів у відпрацьованих газах і більш висока у порівнянні з
чотиритактним двигуном питома витрата палива (на 7-10%), що є перешкодою
до їхнього широкого застосування. Проте, японська фірма MAZDA на початку
1990-х років випускала в рік близько 150 тис. автомобілів, обладнаних
роторно-поршневими двигунами; виробництво мотоциклів і автомобілів з
цими двигунами освоєно й у деяких інших країнах.
При роботі двигуна на низькооктанових бензинах і в деяких несприятливих
умовах спостерігається детонація, тобто вибухове горіння суміші в камері
згоряння з утворенням ударних хвиль. Це приводить до підвищеного зносу
деталей двигуна і небезпеки його поломки, а також до неповного згоряння
палива, підвищеної димності і токсичності відпрацьованих газів. Процеси,
що відбуваються в камері згоряння протягом декількох мікросекунд,
вивчати досить важко, і тому природа детонації до кінця не з’ясована.
Відомо, що основною причиною детонації є самозаймання окремих ділянок
пальної суміші в камері згоряння, що відбувається раніш того моменту, як
до них дійде фронт полум’я від свічки запалювання. Перед самозайманням
компоненти палива попередньо окиснюються, чому добре сприяє висока
температура, що розвивається при стиску. Первинні продукти окиснювання
вуглеводнів – пероксиди — розкладаються з вибухом, генеруючи ударну
хвилю.
Для запобігання детонації бензини повинні мати достатню стійкість до
самозаймання, що виражається октановим числом палива. Вимоги до
октанового числа залежать від ступеня стиску і конструкції камери
згоряння. Для кожного двигуна, що використовує бензин, існує оптимальне
значення ОЧ, пов’язане зі ступенем стиску і діаметром D емпіричною
залежністю:
ОЧ = 125,4 — 413·e + 0,189·D .
Двигуни з запаленням від стиску (дизельні). Двигун із запаленням від
стиску був запропонований Р. Дизелем у 1897 р. Він виявився менш
вимогливим до палива, чим карбюраторний двигун, і міг працювати
практично на усіх видах палива аж до мазутів. У Росії в 1898 р. на
заводі “Російський дизель” був навіть розроблений двигун, що працює на
сирій нафті. За минуле сторіччя двигун Дизеля одержав величезне
поширення. Його термічний ККД вище, ніж у двигунів, що працюють за
циклом Отто, і для вихрокамерних двигунів досягає 36%, а для двигунів з
безпосереднім впорскуванням — 42%. Якщо ж врахувати, що на різних
режимах він практично однаковий, то усереднений ККД може майже вдвічі
перевищувати ККД карбюраторного двигуна.
Для всіх типів двигунів при часткових навантаженнях дещо знижується
механічний ККД, обумовлений втратами потужності на тертя.
Зокрема, це пояснюється високими ступенями стиску, що можуть бути
досягнуті на дизельному двигуні. Дизельні двигуни одержали тому широке
поширення.
Дизельні двигуни підрозділяють на високо-, середньо- і малообертові, для
кожного типу призначене своє пальне. Швидкообертові двигуни встановлюють
в основному на автомобілях. Для них і призначене паливо, що звичайно
називають дизельним. Основні транспортні засоби, що використовують
швидкообертові дизелі-вантажівки, але в деяких країнах заохочується
установка таких двигунів і на легкові автомобілі. У Європі, наприклад,
за 15 років (1975 — 1990 р.) виробництво легкових автомобілів з
дизельними двигунами зросло в 10 разів.
Запалення палива, впорснутого в камеру згоряння, відбувається не
відразу, а після періоду затримки запалення, протягом якого паливо, що
надійшло в камеру згоряння, встигає прогрітися, прореагувати з киснем
повітря й утворити первинні продукти окиснювання. Чим довше період
затримки запалення, тим більше часу для підготовки горючої суміші, і тем
активніше вона згоряє. Якщо період затримки запалення занадто великий,
то тиск у камері згоряння наростає дуже швидко, зростають ударні
навантаження на поршень — спостерігається жорстка робота двигуна.
Оптимальний період затримки запалення залежить від конструкції камери
згоряння і від здатності палива до самозапалювання, що виражається
цетановим числом (ЦЧ) палива. Необхідне цетанове число залежить від типу
двигуна (його швидкохідності і ступеня стиску), а також від інших
факторів.
Оптимальне ЦЧ при різній частоті обертання колінвалу n визначається за
формулою:
ЦЧ = 3,5·n1/3
Авіаційні і газотурбінні двигуни.
На відміну від поршневих двигунів, робочий процес у реактивних двигунах
здійснюється безупинно. У камеру згоряння роздільно подаються паливо з
паливних баків і повітря, що забирається з атмосфери. Повітря піддається
стиску, проходячи через дифузор (у прямоточних реактивних двигунах) чи
турбіну. Відповідно до перетворень, яким піддається горюча суміш, камеру
згоряння умовно поділяють на три зони. У першій паливо випаровується й
утворює горючу суміш. У другій відбувається згоряння паливно-повітряної
суміші. У третій продукти згоряння, температура яких досягає 2300°C
розбавляються повітрям, після чого їх можна подавати на турбіну, не
побоюючись зруйнувати її лопаті. На виході з турбіни гази попадають у
форсажну камеру. Сюди при необхідності подається додаткова порція
палива, при згорянні якої одержують додаткову потужність.
Згоряння реактивних палив супроводжується утворенням нагару на форсунці,
голівці і стінках робочої камери. Нагар утворюється тим більше, чим вище
температура кипіння, в’язкість і густина палива, а також вміст у ньому
ароматичних вуглеводнів. Нагароутворення змінює гідравлічні
характеристики форсунок, і якість розпилення погіршується, що приводить
до підвищеної димності двигуна.
Робочий процес у газотурбінних установках подібний із процесом, що
протікає в реактивних двигунах. В тому і в іншому випадку в камеру
згоряння роздільно подають паливо і стиснене повітря. У першій зоні
відбувається сумішоутворення, потім виникають зони активного горіння і
догорання суміші. Продукти згоряння обертають колесо газової турбіни.
Істотною відмінністю є те, що в газотурбінних установках немає форсажної
камери. У газових турбінах продукти згоряння також розбавляються великою
кількістю повітря, у результаті чого їхня температура знижується з
1800-2000оС до 600-850оС. Таким чином, загальна кількість повітря, що
витрачається, у кілька разів більше стехіометрично необхідної. Однак,
кількість первинного повітря, яке подається в камеру згоряння, складає
25-35% від усієї кількості, так що коефіцієнт його надлишку при горінні
дорівнює 1.1-1.5. Через великі втрати тепла ККД найпростіших
газотурбінних установок складає 20-26%, комбінованих (обладнаним
дизель-генератором з наддувом) — до 40%.
Газотурбінні установки при відповідній підготовці можуть споживати усі
види палива, включаючи тверде (пилоподібне) і газоподібне.
Вимоги до палив визначаються стандартами чи технічними умовами, а також
нормами. Існує комплекс методів їх кваліфікаційної оцінки. Відповідність
вимогам стандартів перевіряється для кожної партії палив, кваліфікаційні
випробовування проводяться при зміні технології виготовлення чи палива
при постановці нового виду палива на виробництво на конкретному
підприємстві. Сукупність усіх нормативних показників точно характеризує
експлуатаційні види палив.
Практично усі вимоги, встановлені до палив, важливі в екологічному
відношенні, тому що забезпечують нормальне протікання процесу згоряння,
при якому має місце мінімальна емісія шкідливих речовин і витрата
палива. Важливе значення мають і показники, що характеризують небезпеку
палив для обслуговуючого персоналу. Відхилення від оптимальних значень
приводять до збільшення емісії шкідливих речовин і загальної перевитрати
палива. Екологічна значимість основних характеристик палив представлена
в таблиці:
Характеристика Параметри, що визначають екологічні
властивості
Займистість:
Октанове число
Цетанове число
Повнота згоряння палива, ККД двигуна, стукіт.
Повнота згоряння палива, ККД двигуна, стукіт, димність ВГ, пускові
властивості.
Фракційний склад:
Початок кипіння
Кінець кипіння
Пускові властивості, втрати при випарі, протильодові властивості
Повнота згоряння палива, утворення відкладень, фізична стабільність
(колоїднохімічний стан)
В’язкість Ефективність сумішоутворення, витрата палива, димність ВГ*
Зміст сірки Викиди SOx твердих частинок, утворення відкладення
Ароматичних вуглеводнів Викиди ПАВ**, твердих частинок, утворення
відкладень у камері згоряння
Фактичних смол Утворення відкладень у паливній системі
Олефінів Утворення відкладень у паливній системі
Свинцю Токсичність палив, викид сполук свинцю, утворення відкладень у
камері згоряння
Період індукції й інші показники, що характеризують хімічну стабільність
Утворення осаду при збереженні палива й утворення відкладень на деталях
двигуна і паливної апаратури
Йодне число Вміст неграничних сполук, що знижують хімічну стабільність
Тиск насичених пар Втрати при випарі
Температура спалаху Пожежонебезпека
Діелектричні властивості Пожежонебезпека
Зольність Викиди твердих частинок, теплопередача, ККД котлів і турбін
Густина Ефективність сумішоутворення
Температури затвердіння і помутніння, гранична температура фільтрування
Пускові властивості, подача палива і час прогріву двигуна
* ВГ – відпрацьовані гази
** ПАВ – поліциклічні ароматичні вуглеводні
Рідкі нафтові палива підрозділяють на дистилятні і залишкові. До
дистилятних відносять автомобільні й авіаційні бензини, реактивні,
дизельні, грубні і газотурбінні палива, а також малов’язке суднове
паливо. Залишкові палива містять нафтові залишки, що не переганяються.
Вони представлені моторними паливами ДТ і ДМ, високов’язкими судновими
паливами та флотським і котельним мазутом. Як правило, кожне паливо
випускається у вигляді окремих марок, що розрізняються октановими чи
цетановими числами, вмістом сірки, температурою спалаху й ін. В останні
роки розробляються т.зв. екологічно поліпшені палива, що у загальному
випадку характеризуються зниженим вмістом сірки, ароматичних
вуглеводнів, меншою випаровуваністю.
Крім цього в місцях видобутку нафти на автомобілях і стаціонарних
установках застосовують газоконденсатні палива, які одержують переробкою
газових конденсатів на промислах за допомогою найпростіших установок
невеликої продуктивності, часто обмежуючись прямим перегоном. За якістю
такі палива поступаються стандартним і мають винятково регіональне
значення.
Палива на основі нафтопродуктів
Вимоги до якості палив постійно підвищуються. Насамперед це стосується
вмісту сірки (у всіх видах нафтопродуктів), ароматичних вуглеводнів (у
бензинах, дизельних паливах), бензолу, олефінів і летких вуглеводнів
фракцій С4 і С5 (у бензинах). Норми на автомобільні бензини в США і,
зокрема, у штаті Каліфорнія, представлені в табл. 3.1.
Таблиця 3.1 Федеральні та каліфорнійські специфікації на бензини у США
Показник Федеральні норми Каліфорнійські норми
Існуючі Перспективні Середні Максимальні
Тиск насиченої пари за Райдом, кПа, не більше 59 48 48 48
Вміст, %, (об.)
Олефінів, не більше 9,2 8,0 4,0 6,0
Ароматичних вуглеводнів, не більше 32 28 22 25
Бензолу, не більше 1,5 1,0 0,8 1,0
Сірки, не більше 0,034 0,01 0,003 0,004
Вміст кисню, % (об.)
Мінімально – 2,0 1,8 1,8
Максимально – 2,7 2,2 2,2
У західноєвропейських країнах вимоги до бензинів наближаються до
американського. Нижче наведені норми стандарту ВЛ-228 на неетилований
автомобільний бензин у країнах ЄЕС:
Густина при 15°С, кг/м2 730-780
Октанове число, не менше:
моторний метод 85
дослідницький метод 95
Вміст, не більш:
свинцю, г/л 0,013
сірки, % мас. 0,1
бензолу, % об’ємн. 0,5
фактичних смол, мг/100 дм3 0,5
У таблиці 3.2 приведені данні про норми на дизельне паливо в Каліфорнії
(введені в 1993 р.) і екологічно чисті палива у Швеції (введені в 1991
р.). Шведські норми найбільш тверді, але одночасно у Швеції
використовується і дизельне паливо класу 3, близьке за якістю до палива
Л-0,2.
Ускладненні вимоги вступають у протиріччя з якістю сировини для
виробництва палив. По-перше, змінюються характеристики нафт, що
добуваються. По-друге, з поглибленням процесу переробки нафти в
паливному балансі збільшується кількість нестабільних фракцій вторинного
походження, що містять багато неграничних вуглеводнів, гетероатомних
сполук і металів. Іноді стає важким фракційний склад палив.
Таблиця 3.2 Вимоги до якості дизельних палив у Каліфорнії і Швеції
Показник Каліфорнія Швеція
Кл.1 Кл.2
Температура, С
Н.к., не нижче 170 180 180
Википає 90%, не вище 320 – –
Википає 95%, не вище – 285 295
Вміст, %, не більше
Сірки 0,05 0,001 0,005
АВ* 10 5 20
ПАВ** 1,4 0,02 0,1
Мінімальне цетанове число 48 50 47
Густина при 15С, кг/м3 830-860 800-820 800-820
*ароматичні вуглеводні
**поліциклічні ароматичні вуглеводні
Історично склалося так, що спочатку добували малосірчисті нафти, а
пізніше почали експлуатувати родовища з великим вмістом сірки. У 2010
р., за прогнозами нам доведеться мати справу з нафтами, що містять на 20
— 50% сірки більше, ніж сьогодні. Гарною ілюстрацією цьому може бути
історія розробки нафтових родовищ у Росії: у минулому столітті нафти, що
добувають, містили 0,07-0,4% сірки (Апшерон, Грозний), сьогодні із
Західного Сибіру надходить нафта, що містить до 2% сірки, а концентрація
сірки в поволзькій нафті ще вище і досягає в окремих випадках 5%.
Що стосується глибини переробки нафти, то вона дозволяє істотно
збільшити кількість світлих фракцій у паливному балансі. На початку
1990-х років глибина переробки нафти в технічно розвитих країнах склала
82-92%, а в Росії — 65%., в Україні — 53-54% При глибині переробки 92%
вихід моторних палив складає 78-79% на нафту, а при 65% – на третину
менше.
За умови стабілізації і навіть зниженні темпів видобутку нафти,
збільшення виходу світлих фракцій — насущна задача для України. Вона
обумовлюється розвитком процесів деструктивної переробки важких нафтових
залишків, насамперед, каталітичного крекінгу.
Октанове число (ОЧ) — умовний показник, що характеризує здатність
палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим
запаленням. Воно визначається на спеціальних установках шляхом
порівняння характеристик горіння випробуваного палива й еталонних
сумішей ізооктану з н-гептаном. Випробування протікають у двох режимах:
твердому (частота обертання колінвалу 900 хв-1, температура всмоктуваної
суміші 149°С, змінний кут випередження запалювання ) і м’якому (600
хв-1, температура всмоктуваного повітря 52°С, кут випередження
запалювання 13°). Одержують відповідно моторне і дослідницьке октанове
числа (ОЧМ і ОЧД). Різниця між ними називається чутливістю і
характеризує ступінь придатності бензину до різних умов роботи двигуна.
Вважають, що ОЧД краще характеризує бензини при їзді в міських умовах, а
ОЧМ — в умовах високих навантажень і швидкостей. Середнє арифметичне
між ОЧД й ОЧМ називають октановим індексом прирівнюють до дорожнього
октанового числа, що нормується стандартами деяких країн (наприклад,
США) і вказується на бензоколонках як характеристика палива, що
продається.
При виробництві бензинів змішанням фракцій різних процесів важливе
значення мають т.зв. октанові числа змішання (ОЧЗ), що відрізняються від
дійсних октанових чисел окремих компонентів. Октанові числа змішання
залежать від природи нафтопродукту, його вмісту в суміші й деяких інших
факторів. У парафінових вуглеводнів ОЧЗ вище дійсних ОЧ, а в ароматичних
залежність більш складна. Різниця може перевищувати 20 пунктів. Октанове
число змішання важливо враховувати при додаванні в паливо оксигенатів:
спиртів і ефірів.
До початку 1970-х років проблема підвищення октанового числа бензину
вирішувалася винятково за рахунок застосування етилової рідини, що
містить тетраетилсвинець (ТЕС). На рис. 3.2 представлені дані про
середній вміст свинцю й октанові числа регулярних автомобільних бензинів
США. Впровадження каталітичних нейтралізаторів, чутливих до наявності
свинцю, привело до необхідності перегляду технічної політики в різних
країнах. Були розроблені програми переходу на неетиловані палива. І хоча
терміни виконання цих програм неодноразово відкладалися, застосування
тетраетилсвинцю підходить до кінця. Сьогодні с США, Австрія й Японія
виробляють повністю неетиловані бензини, в інших країнах обсяг їхнього
виробництва постійно збільшується.
Проблема вироблення неетилованого бензину зараз вирішується за рахунок
модифікації компонентного склади. У товарні бензини додають алкілати,
ізомеризати й сполуки, що містять кисень. При цьому одночасно
вирішується інші проблеми: зниження тиску насиченої пари бензину,
зменшення конденсації бензолу і забезпечення повноти згоряння палива.
Альтернативні свинцю органічні антидетонатори й ті, що містять метал,
типу екстраліну одержали не таке широке застосування, як ТЕС. Їх
використовують на деяких НПЗ, а з деякого часу пропонують власникам
автомобілів у якості так званих октан-бустерів, тобто препаратів для
корегування октанового числа бензину безпосередньо на місці застосування
палива.
Здатність дизельних палив до самозапалювання характеризується цетановим
числом (ЦЧ). Цей показник залежить від октанового числа, що виражається
емпіричною формулою:
ЦЧ=60-ОЧ/2.
Цетанове число — умовний показник, рівний об’ємній концентрації цетану
в еталонній суміші цетану і a-метилнафталіну, займистість якої
відповідає займистості випробуваного палива при періоді затримки
запалення, що складає 13 градусів. Тому що вимірювання цетанового числа
— трудомістка і дорога операція, у деяких країнах застосовують
розрахунковий показник — дизельний індекс (ДІ), виходячи з анілінової
точки (А) у градусах Фаренгейта і густини (d) при 15С в одиницях
(градусах) API:
ДІ=А·d/100.
Формули переходу між одиницями СІ і API:
С=(F-32)/1,8;
Град. API=141,5/d-131,5;
де: d — густина при 15,6 С (60 F), г/мл.
Між дизельним індексом і цетановим числом існує наступна залежність:
Дизельний індекс 20 30 40 50 60 70
Цетанове число 30 35 40 45 55 60
Рис. 3.2 Залежність між цетановим числом та температурою самозапалювання
дизельного палива
Часто для палив указують цетановий індекс — розрахункове цетанове
число, що визначають за ДСТ 27768 виходячи з густини і 50% точки
перегонки палива.
Варто мати на увазі, що всі разрахункові методи не дадуть правильних
результатів для палив із присадками, що підвищують цетанове число.
Для оцінки ЦЧ палив із присадками може бути використаний лабораторний
метод, заснований на порівнянні температур самозапалювання випробуваного
зразка і модельної суміші цетану з ?-метилнафталіном. Остання лінійно
залежить від вмісту в ній компонентів (рис. 31). Розбіжність з методом
визначення цетанового числа на стенді не перевищує 10%.
Паливний баланс на вітчизняних підприємствах у більшості випадків
складається таким чином, що товарні палива мають досить високі цетанові
числа і введення спеціальних присадок — промоторів запалення — не
потрібне. При необхідності використовують присадки на базі
алкилнітратів.
Дистилятні палива згоряють у виді пароповітряної суміші. У двигуні
ефективне сумішоутворення може бути забезпечене лише паливами
необхідного фракційного складу з достатнім рівнем тиску насиченої пари.
Вважають, що пускові властивості бензинів визначаються початком їхнього
кипіння, вмістом легких фракцій, що в Україні характеризують так званої
10% точкою (температурою, при якій википає 10% палива) і тиском
насиченої пари. У США думають, що пускові властивості бензину краще
характеризує кількість палива, що википає до 70 °С.
Як відзначалося вище, основною характеристикою, що визначає пускові
властивості дизельних палив, є цетанове число.
Повнота згоряння топкових мазутів визначається їхнім змішанням з
повітрям. Для цього винайдені різноманітні пальники, способи їхнього
розташування і конструкції топкових камер. На сумішоутворення впливають
густини, поверхневий натяг і в’язкість мазутів. Діапазон значень густини
не великий: при 50°С для різних мазутів вона змінюється в межах 950-1050
кг/м3.
В’язкістю, навпаки, легко можна керувати при виробленні мазуту,
залишаючи в ньому невилучені дистилятні фракції, а при застосуванні —
нагрівають мазут у процесі паливопідготовки. Поверхневий натяг симбатно
зв’язаний з в’язкістю мазуту, але границі його зміни не особливо великі.
Під фізичною стабільністю розуміють втрату маси палива від випаровування
(легкі фракції) і зміни колоїднохімічного стану, що виявляється в
порушенні гомогенності палива і появі окремих фаз. Спроби розробити
присадки, що знижують випаровуваність бензинів шляхом створення
захисного шару поверхнево-активних речовин на поверхні палива, до
сьогодні не увінчалися успіхом. Тому тут ця проблема не розглядається.
Гомогенність бензинів, не містять води і механічних домішок (вони
практично миттєво осідають на дно), особливих турбот не викликає.
Проблеми виникають при використанні спиртобензинових домішок, особливо
виготовлених на базі метанолу. Їх стабілізують добавками спеціальних
поверхнево-активних речовин чи речовин третього компонента. Наприклад, у
бензини добавляють метанол, змішуючи його з трет-бутиловим спиртом —
така суміш називається оксинолом.
Колоїдно-хімічний стан варто враховувати вже для середньодистилятних
палив, що звичайно містять невеликі кількості смолистих речовин. Крім
того, при збереженні палив і в умовах працюючого двигуна їх
хімічнонестабільні компоненти утворюють високомолекулярні. Продукти,
проблема фізичної стабільності палив тісно пов’язана із проблемою їхньої
хімічної стабільності і вирішується за допомогою антиокисних і
стабілізуючих присадок. Парафіни, що є в середньодистилятних і
залишкових паливах, при зниженні температури утворюють упорядковану
надмолекулярну структуру. Це призводить до втрати текучості палива і
його затвердінні. Поліпшення низькотемпературних властивостей дизельних
палив можливе за рахунок зниження кінця їхнього кипіння або використання
депресорних присадок. Фізична стабільність залишкових палив цілком
визначається їх колоїдною природою.
Основний вплив на старіння мазутів роблять температура і контакт із
киснем.
Проблеми хімічної і фізичної стабільності мазутів тісно пов’язані. Тому
кращими стабілізуючими присадками до залишкових палив є композиції
антиоксидантів з дисперсантами.
Пожежонебезпека палив визначається рядом показників, з яких найбільш
часто застосовують температуру спалаху — мінімальну температуру, при
якій пари нафтопродукту спалахують від відкритого полум’я. Її визначають
у закритому (світлі палива) чи відкритому (залишкові палива) тиглі.
Значення температур спалаху визначених для того самого зразка різними
методами, можуть дещо розрізнятися між собою, наприклад для мазутів ця
різниця може досягати 30°С. Тому обов’язково вказують метод визначення
температур спалаху. Для бензинів температура спалаху має негативне
значення, тому її визначають рідко. Для дизельних палив вона нормується
в залежності від умов застосування: літні палива для дизелів загального
призначення повинні мати температуру спалаху нижче 40°С, а для суднових
і тепловозних дизелів — не нижче 62°С.
Українські стандарти встановлюють границю температури спалаху 61С, нижче
якої палива відносять до легкозаймистих (ЛЗР), вище — до горючих (ГР)
рідин. Ця границя визначає категорію роботи з паливом і заходи
передбачені технікою безпеки.
Крім температури спалаху, для палив визначають температуру запалення
(Тз) і температуру самозапалювання (Тс). Дані з пожежо – і
вибухонебезпечності (КПВ), температурним межам вибуховості (ТМВ), а
також вимоги ДСТУ 12.1010 по гранично допустимій вибухонебезпечній
концентрації (ПДВК) їхніх парів у повітрі, представлені в таблиці 3.3.
Таблиця 3.3 Показники пожежо- и вибухонебезпечності палив
Паливо Тс, °С ТМВ
КПВ,%
ППВК,%
верхній нижний
Авіаційний бензин 380-480 -4 -37 0,98-5,5 0,46
Автомобільний бензин 255-300 -7 – 0,75-5,2 0,53
Дизельне зимове 240 119 69 0,52-0,6 0,30
Вибухонебезпечність палив може бути усунута додаванням у пароповітряну
суміш інертних газів в досить великих концентраціях стосовно суміші: від
8 — для тетрахлориду вуглецю до 43% – для аргону.
Оскільки палива є діелектриками, на їхній поверхні може накопичуватися
статична електрика, розряди якої приводять до утворення іскри. Особливо
це істотно при роботі з реактивними паливами: їхнє заправлення в баки
літаків здійснюється інтенсивним тертям. Тому стежать за питомою
електричною провідністю реактивних палив. Електризації палив добре
сприяють такі атмосферні умови, при яких провідність повітря невелика:
низькі температури і мала вологість повітря. Для забезпечення пожежної
безпеки при перекачуванні палив з високими швидкостями (заправленню
літаків, завантаженню танкерів) у палива вводять антистатичні присадки,
що забезпечують досить інтенсивне розсіювання електростатичних зарядів з
маси палива.
У відношенні токсичності нафтові палива становлять меншу небезпеку, ніж
продукти їхнього згоряння. Вуглеводні, що складають їхню основну масу,
для людини порівняно нешкідливі. Найбільш токсичні ароматичні, потім
ненасичені і, нарешті, насичені вуглеводні. Особливо токсичний бензол,
тому його вміст у бензинах нормується. У залишкових паливах присутні
значні кількості конденсованих ароматичних сполук, багато з яких
канцерогени.
Гранично допустимі концентрації парів палив встановлені в перерахуванні
на вуглець і коливаються від 100 (реактивне паливо) до 300 мг/м3 (бензин
і дизельне паливо). Вміст парів палив у повітрі визначається їхньою
леткістю і температурою навколишнього середовища. Леткість розраховують
за формулою:
L=16·PM/(273+t),
де: L — леткість, мг/л, Р — тиск насичених парів, мм.рт.ст., М —
молекулярна маса речовини, t — температура навколишнього середовища °С.
На практиці визначають тиск насичених парів. Цей показник нормується для
палив, що легко випаровуються. Його наближене значення може бути
обчислене в такий спосіб:
Lg=2.763-0.019·tкип+0.024·t,
де: Р — тиск насичених парів, мм.рт.ст., t — температура навколишнього
середовища, tкип — температура кипіння речовини, °С.
Леткі вуглеводні мають наркотичну дію. Небезпечні ситуації можуть
виникнути в замкнутих просторах, заповнених вуглеводневими парами.
Вдихання пари бензину викликає головний біль, загальну слабість,
серцебиття. При тривалому контакті з парами бензину може наступити
втрата свідомості.
Нафта і залишкові паливні фракції містять істотні кількості
поліциклічних ароматичних вуглеводнів, частина яких виявляє канцерогенну
активність. Наприклад, вміст бенз-?-пірену в російських нафтах
коливається від 250 (Ладушкинська) до 3500 мкг/кг (Грозненська).
Палива можуть містити токсичні гетероатомні сполуки, концентрація яких
збільшується з підвищенням температури кипіння палив. Ці сполуки
становлять небезпеку, наприклад, при розігріванні мазутів у процесі
паливопідготовки. Проблему зниження токсичності палив не можна вирішити
за допомогою присадок, однак у деяких випадках присадки корисні.
Застосування депресорів і диспергуючих присадок, наприклад, дозволяє
знизити температуру нагрівання залишкових палив.
Нерідко присадки, що вводяться в паливо, самі мають підвищену
токсичність. Такі, наприклад, тетраетилсвинець і ароматичні аміни,
використовувані для підвищення октанового числа автомобільних бензинів.
Асортимент присадок до палива нараховує більше 20 основних типів, а
кількість композицій, використовуваних на практиці, складає сотні.
Більшість з них призначено для поліпшення процесів горіння палива і тим
самим сприяє зниженню токсичності продуктів згоряння. Принциповий
асортимент присадок, які прямо чи побічно поліпшують екологічні
характеристики палив, представлені нижче:
Присадки Призначення
Антиоксидантні стабілізатори Підвищують окисну стабільність палив, тим
самим запобігаючи смоло- і осадоутворенню
Деактиватори металів Зв’язують у неактивні комплекси мідь, залізо і інші
метали — промотори окиснювання вуглеводнів
Миючі присадки Зменшують утворення відкладень на деталях двигуна і
паливної апаратури, у тому числі двигунів з безпосереднім впорскуванням
бензину. Додатково додають паливам протильодові й антикорозійні
властивості.
Антидимні присадки Зменшують концентрацію диму в газах дизельних
двигунів, але мало впливають на викиди інших токсичних компонентів
Антинагарні присадки Зменшують нагароутворення в камері згоряння, на
клапанах і розпилювачах форсунок дизельних двигунів
Антисажеві присадки Знижують температуру згоряння сажі на поверхні
сажевих фільтрів
Антидетонатори Запобігають детонаційному горінню бензинів
Промотори запалення.
Антистатичні присадки Поліпшують запалення дизельних палив
Запобігають нагромадженню зарядів статичної електрики в паливах
Біоциди Запобігають псуванню палива мікроорганізмами
Диспергуючі присадки
до мазутів Підвищують фізичну стабільність залишкових палив, поліпшують
їхнє сумішоутворення з повітрям, мають захисні властивості
Каталізатори горіння мазутів Підвищують ефективність горіння залишкових
палив
Антиоксиданти, антидетонатори і промотори запалення вводять у палива на
нафтопереробних заводах для забезпечення нормованих показників якості
продукції. Антидетонатори на основі тетраетилсвинцю і промотори
запалення, що містять алкілнітрати, отруйні і окремо не продаються.
Миючі присадки до бензинів і дизельних палив застосовують у різних
варіантах. Заводи випускають спеціальні марки палив із присадками, при
цьому нормується показник, що гарантує наявність і ефективність присадки
в паливі. Миючі присадки в дрібній розфасовці надходять у роздрібний
продаж і використовуються на розсуд споживача. У цьому випадку на
споживача лягає відповідальність за регулярне і правильне застосування
присадок. З технічної точки зору вдалим варіантом є введення присадок у
паливо на великих нафтобазах, якщо там є необхідні для цього умови.
Присадки не повинні погіршувати фізико-хімічні й експлуатаційні
властивості палив. Але при цьому допустимі відхилення від нормативних
показників, що непрямим чином характеризують якість нафтопродукту.
ЛІТЕРАТУРA
Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.
Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.
Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.
Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.
Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.
Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
