ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Испаряемостьдизельныхтоплив.Характерпроцессасгоранияди-

зельных топлив определяется кроме их воспламеняемости и полнотой испарения. Она зависит от температуры и турбулентности движения воздуха в цилиндре, качества распыливания и испаряемости топлива. С улучшением качества распыливания и повышением температуры нагрева воздуха скорость испарения впрыскиваемого топлива возрастает (однако степень распыливания не должна быть чрезмерно высокой, чтобы обеспечить необходимую дальнобойность струи). Время, которое отводится на испарение, в дизелях примерно в 10…15 раз меньше, чем в бензиновых двигателях, и составляет 0,6…2,0 мс. Тем не менее вдизеляхиспользуютболеетяжелыетопливасхудшейиспаряемостью, посколькуиспарениеосуществляетсяпривысокойтемпературевконце такта сжатия воздуха.

Испаряемость дизельных топлив оценивается их фракционным составом. Если пусковые свойства автобензинов определялись tН.К. и t10%, то для дизельных топлив они оцениваются t50%. Чем ниже эта температура, тем легче запуск дизеля. Считается, что tН.К. дизельных топлив должнасоставить 180…200°С, поскольку наличиебензиновыхфракций ухудшаетихвоспламеняемостьитемсамымпусковыесвойства,атакже повышает пожароопасность. Нормируемая температура t96% в пределах 330…360°С свидетельствует о присутствии в топливе высококипящих фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и увеличить дымность отработавших газов.

Вязкость дизельных топлив. Топливо в системе питания дизельного двигателя выполняет одновременно и роль смазочного материала. При недостаточной вязкости топлива повышается износ плунжерных пар насоса высокого давления и игл форсунок, а также растет утечка топлива между плунжером и гильзой насоса. Топливо слишком вязкое будет плохо прокачиваться по системе питания, недостаточно тонко распыливаться и неполностью сгорать. Поэтому ограничивают как нижний, так и верхний допустимые пределы кинематической вязкости при 20°С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт.).

Низкотемпературные свойства. В отличие от бензинов в состав дизельных топлив входят высокомолекулярные парафиновые углеводороды нормального строения, имеющие довольно высокие температуры плавления. При понижении температуры эти углеводороды выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы, и топливо мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильтров кристаллами парафинов. Принято считать, что температура помутнения характеризует нижний температурный предел возможного примене-

54

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ния дизельных топлив. При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют пространственную решетку, и топливо теряет текучесть. Температура застывания–величинаусловнаяииспользуетсядляориентировочного определения возможных условий применения топлива. Этот показатель принят для маркировки дизельных топлив на следующие 3 марки: летнее (tзаст менее –10°С), зимнее (tзаст менее –35…45°С) и арктическое (tзаст менее –55°С). Применимы для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив следующие 3 способа:

1)адсорбционная (цеолитная) или карбамидная депарафинизация;

2)облегчение фракционного состава путем снижения температуры конца кипения топлива;

3)добавление к топливам депрессорных присадок, которые эффективно снижают их температуры застывания. В качестве депрессоров промышленноеприменениеполучилисополимерыэтиленасвинил-

ацетатом.Посколькуонипрактическиневлияютнатемпературупомутнения топлив, большинство исследователей считает, что депрессор,адсорбируясьнаповерхностиобразующихсякристалловпарафинов,препятствуетихагрегациисформированиемобъемногокаркаса. Коррозионная активность характеризует способность топлива

вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, топливопроводов, резервуаров и т.д. Она зависит, как и у бензинов, от содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и сероорганических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода

имеркаптанов. Коррозионная активность дизельных топлив оценивается содержанием общей серы (менее 0,2 и 0,4…0,5% мас. для I и II вида соответственно),меркаптановойсеры(менее 0,01% мас.),сероводорода (отсутствие),водорастворимых кислоти щелочей(отсутствие), а также кислотностью (менее 5 мг/КОН/460 мл) и испытанием на медной пластинке(выдерживает).Дляборьбыскоррозионнымиизносамидеталей дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки (антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.).

Экологические свойства. По сравнению с автобензинами, дизельныетопливахарактеризуютсязначительноменьшейпожароопасностью. Это достоинство является решающим при выборе типа двигателя для установки на том или ином виде техники. Например, из-за меньшей пожароопасности топлива дизели используют на судах речного и морского флота, комбайнах,подводныхлодках,на танках,бронетранспортерах

ит.д. Пожароопасность дизельных топлив оценивают по температуре вспышки в закрытом тигле. Для всех марок быстроходных дизельных

55

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

топлив она нормируется не ниже 30…35°С. Для топлив, предназначенных к применению на кораблях, температура вспышки должна быть не ниже61°С,авособоопасныхусловиях,напримервподводныхлодках,– не ниже 90°С.

ВзависимостиотусловийприменениявсоответствиисГОСТ305–82 установлены следующие марки топлив (табл. 1.8) для быстроходных дизелей:

Л – (летнее), З – (зимнее)

А– (арктическое)

Встандарт введена следующая форма условного обозначения топлив: к марке Л добавляют цифры, соответствующие содержанию серы и температуре вспышки, например, Л-0,2-40; к марке З – содержание серы и температуры застывания, например, З-0,2 минус 35. В условное обозначение марки топлива А входит только содержание серы, напри-

мер, А-0,4.

По техническим условиям выпускаются дизельные топлива:

– экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;

– с депрессорными присадками ДЗП, ДАП;

– экологически чистые и с улучшенными экологическими свойствами (с содержанием серы 0,01 и 0,005%) ДЭК-Л, ДЭК-З, ДЛЭЧ, ДЗЭЧ и др.

Взападно-европейских странах и США начато производство экологичных дизельных топлив со сверхнизким содержанием серы (менее

0,05%).

Топлива для тихоходных дизелей. Дизели с небольшой частотой вращения коленчатого вала (менее 1000 об/мин) наиболее широко используют в стационарных установках, что позволяет предварительно провести подогрев, отстой и фильтрацию топлива, тем самым снижает требования к его эксплуатационным свойствам. Вязкость топлива для тихоходных дизелей значительно выше, чем для быстроходных, поэтому ее нормируют при 50°С. Тихоходные дизели обычно работают в закрытых помещениях, поэтому топливо должно иметь более высокую температуру вспышки. Для тихоходных дизелей выпускается 2 марки топлива: ДТ и ДМ (табл. 1.9). Марка ДТ представляет собой смесьдистиллятныхиостаточныхпродуктов.Егоиспользуютвсреднеоборотных и малооборотных дизелях, не оборудованных средствами предварительной подготовки топлива. Марка ДМ (мазут) рекомендуется для тихоходных судовых дизелей, установленных в помещениях, оборудованных системой подготовки топлива.

56

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 1.8 – Требования к качеству топлив

для быстроходных дизелей по ГОСТ 305–82

Показатель	Л		3		А
Цетановое число, не менее	45		45		45
Фракционный состав, температура, °С:
50%, не выше					255
	280		280
96 %, не выше					330
	360		340
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с	3,0...6,0		1,8...5,0	1,5...4,0
Температура застывания,°С, не выше:
для умеренной климатической зоны	–10		–35		–
для холодной климатической зоны	–		–45		–50
Температура помутнения,°С, не выше:
для умеренной климатической зоны	–5		–25		–
для холодной климатической зоны	–		–35		–
Температура вспышки в закрытом тигле,°С, не ниже:
для дизелей общего пользования					30
	40		35
для тепловозных, судовых дизелей и газовых турбин					35
	61		40
Содержание, % мас., не более:
серы в топливе вида I					0,2
	0,2		0,2
серы в топливе вида II					0,4
	0,5		0,5
меркаптановой серы					0,01
	0,01		0,01
сероводорода		отсутствие
Испытание на медной пластинке	выдерживает
Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более	40		30		30
Содержание водорастворимых кислот, щелочей,		отсутствие
мех. примесей и воды
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более	5		5		5
Иодное число, г. I2/100 г., не более	6		6		6
Зольность, %, не более	0,01		0,01		0,01
Коксуемость 10% остатка, % не более	0,3		0,3		0,3
Коэффициент фильтруемости, не более	3		3		3
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	860		840		830

57

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 1.9 –	Требования к качеству топлив
	для средне- и малооборотных двигателей
	Показатель	ДТ	ДМ
Плотность при 20°С, кг/м3, не более		930	970
Фракционный состав; до 250°С перегоняется, % об., не более		15	10
Вязкость при 50°С, не более:
кинематическая, мм2 /с
		36	150
условная, °ВУ		5	20
Коксуемость, %, не более		3	9
Зольность, %, не более		0,04	0,06
Содержание, %, не более:
серы
		1,5	2.9
мех. примесей
		0,05	0,1
воды
		0,5	0,5
ванадия
		0,5	0,5
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже		65	85
Температура застывания, °С, не выше		–5	10

1.3.3. Реактивные топлива

В современной гражданской и военной авиации широкое применение получили воздушно-реактивные двигатели (ВРД), работающие на жидком углеводородном топливе. Это обусловлено достаточно широкими ресурсами нефтяных углеводородных топлив, их сравнительно невысокой стоимостью, высокими энергетическими показателями и рядом других достоинств.

Применение ВРД, являющегося одновременно движителем самолета без сложных механических передаточных и ходовых устройств, позволяет при относительно небольшой массе создать большую тягу, причем в отличие от поршневых двигателей с пропеллером сила тяги ВРД не только не снижается с увеличением высоты и скорости полета, наоборот, даже возрастает.

Совершенствование ВРД и реактивных самолетов всегда было направленонадальнейшееувеличениевысотыискоростейполета,повышениемоторесурса,надежностииэкономичностидвигателей,обеспечение безопасности полетов. В зависимости от развиваемых скорости и высоты полета принято классифицировать ВРД и соответственно топлива на два типа: для дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов.

58

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Среди моторных топлив повышенные требования предъявляются к качеству реактивных – технологию как при производстве, так и транспортировке, хранении и применении подвергают более тщательному контролю.

К топливу для ВРД предъявляются следующие основные требования:

–оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро сгоратьвдвигателебезсрываипроскокапламени,необразуяпаровых пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;

–объемная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;

–оно должно легко прокачиваться по системе питания при любой

иэкстремальной температуре его эксплуатации;

–топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии деталей двигателя;

–онодолжнобытьстабильнымименеепожароопаснымприхранении

иприменении.

Испаряемость– одно из важнейших эксплуатационных свойств реактивных топлив. Она характеризует скорость образования горючей смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабильность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры сгорания, а также надежность работы топливной системы.

Испаряемость реактивных топлив, как и автобензинов, оценивают фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реактивных топлив нормируются температура начала кипения, 10-, 50-, 90-

и98%-го выкипания фракции. Температура конца кипения (точнее, 98% перегонки) регламентируется требованиями прежде всего к низкотемпературным свойствам, а начала кипения – пожарной опасностью

итребованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существенно выше, чем для дозвуковых. В ВРД нашли применение 3 типа различающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных топлив, который наиболее распространен, – это керосины с пределами выкипания 135…150 и 250…280°С (отечественные топлива Т-1, ТС-1

иРТ, зарубежное – JR-5). Второй тип – топливо широкого фракционного состава (60…280°С), являющееся смесью бензиновой и керосиновой фракций (отечественное топливо Т-2, зарубежное – JR-4). Третий тип – реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания 195…315°С (отечественные топлива Т-6, Т-8В и зарубежное JR-6).

59

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Давление насыщенных паров реактивного топлива обусловливает потери топлива и избыточное давление в баках, необходимое для обеспечения бескавитационной работы топливных насосов. Оно определяется в приборе типа бомбы Рейда при температуре 38°С для топлива Т-2 и при 150°С для топлив, не содержащих бензиновой фракции.

Горючесть является весьма важным эксплуатационным свойством реактивных топлив. Она оценивается следующими показателями: удельной теплотой сгорания, плотностью, высотой некоптящего пламени,люминометрическимчисломисодержаниемароматическихуглеводородов (общим и отдельно бициклическим).

Удельнаямассоваятеплотасгоранияреактивноготопливаколеблетсявнебольшихпределах(10250…10300ккал/кг),аудельнаяобъемная– более существенно в зависимости от плотности топлива (которая изменяется в пределах от 755 для Т-2 до 840 кг/м3 для Т-6). Плотность топлива–весьмаважныйпоказатель,определяющийдальностьполета, поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально высокой плотностью.

Высота некоптящего пламени – косвенный показатель склонности топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания ароматических углеводородов и фракционного состава.

Люминометрическое число характеризует интенсивность теплового излучения пламени при сгорании топлива, т.е. радиацию пламени, является также косвенным показателем склонности топлива к нагарообразованию. Оно определяется путем сравнения с яркостью пламени эталонных топлив – тетралина и изооктана.

Склонностьтопливакнагарообразованиювсильнойстепенизависит от содержания ароматических углеводородов.

Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется концентрационными и температурными пределами воспламенения, самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др. Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими показателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристаллизации, содержанием мыл нафтеновых кислот и содержанием воды и механических примесей.

Кинематическая вязкость топлив нормируется при двух темпера-

турах: при 20 и при 40°С.

Температура начала кристаллизации для всех отечественных реак-

тивных топлив нормируется не выше минус 60°С.

Химическая стабильность реактивных топлив. Поскольку топли-

ва для ВРД готовят преимущественно из дистиллятных прямогонных

60

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

фракций, они практически не содержат алкенов, имеют низкие иодные числа (не выше 3,5 г I2/100 мл) и характеризуются достаточно высокой химической стабильностью. В условиях хранения окислительные процессы в таких топливах идут очень медленно. Гидроочищенные реактивные топлива, хотя в них удалены гетеросоединения, тем не менее легче окисляются кислородом воздуха ввиду удаления природных антиокислителей и образуют смолоподобные продукты нейтрального

икислотного характера. Для повышения химической стабильности гидроочищенных топлив добавляют антиокислительные присадки (типа ионола). Химическая стабильность реактивных топлив оценивается по иодным числам и содержанию фактических смол.

Термоокислительнаястабильностьхарактеризует склонность реак-

тивных топлив к окислению при повышенных температурах с образованием осадков и смолистых отложений. В условиях авиационных полетов имеет место повышение температуры топлива в топливных системахвплотьдо200°Сивыше,например,всверхзвуковыхсамолетах. Окисление топлив при повышенных температурах значительно ускоряется за счет каталитического действия материала деталей топливных систем.Длясниженияинтенсивностиокислительныхпроцессовнаиболее эффективно введение в реактивное топливо присадок, пассивирующих каталитическое действие металлов. Оценку термоокислительной стабильности реактивных топлив проводят в специальных приборах в статических и динамических условиях. Статический метод оценки заключается в окислении образца топлива при 150°С в изолированном объеме с последующим определением массы образовавшегося осадка (вмг/100мл)втечение4или5ч.Стабильностьвдинамическихусловиях оценивают по величине перепада давления в фильтре при прокачке нагретого до 150…180°С топлива в течение 5 ч или по образованию осадков в нагревателе (в баллах).

Повышение термоокислительной стабильности реактивных топлив обеспечивают технологическими методами (гидроочисткой) и введением специальных присадок (антиокислительных, диспергирующих или полифункциональных).

Коррозионнаяактивностьреактивныхтоплив.Онаоценивается,как

идля топлив поршневых ДВС, следующими показателями: содержаниемобщейсеры,вт.ч.сероводорода и меркаптановой серы, содержанием водорастворимых кислот и щелочей, кислотностью и испытанием на меднойпластинке.Топливадолжнывыдерживатьиспытаниенамедной пластинке (при 100°С в течение 3 ч), а также в них должны отсутствовать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи.

61

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Марки реактивных топлив. Отечественными стандартами предусматривается возможность производства реактивных топлив четырех марок для дозвуковой авиации (Т-1, ТС-1, Т-2 и РТ) и две марки для сверхзвуковых самолетов – Т-6 (табл. 1.10). Топливо Т-1 – это прямогонная керосиновая фракция (150…280°С) малосернистых нефтей. Выпускают его в очень малых количествах. Т-2 – топливо широкого фракционного состава (60…280°С) – признано резервным и в настоящее время не вырабатывается. Наиболее массовыми топливами для дозвуковой авиации являются ТС-1 и РТ. Топливо ТС-1 – прямогонная фракция 150…250°С сернистых нефтей. Отличается от Т-1 более легким фракционным составом. Топливо РТ разработано взамен Т-1 и ТС-1. В процессе его производства прямогонные дистилляты (135…280°С) подвергают гидроочистке. Для улучшения эксплуатационных свойств в топливо РТ вводятся присадки противоизносные маркиП(0,002…0,004% мас.),антиокислительная (ионол0,003…0,004% мас.), антистатические и антиводокристаллизирующие типа тетрагидрофурфуролового спирта (ТГФ).

Таблица 1.10 – Требования к качеству реактивных топлив

Показатель	ТС-1	РТ	Т-6		Т-8В
Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее	780	775	840		800
Фракционный состав, температура, °С:
начало кипения, не выше			–		–
	150	155
начало кипения, не ниже	–
		135	195		165
10 % , не выше
	165	175	220		185
50 % , не выше					–
	195	225	255
90 %, не выше					–
	230	270	290
98 % , не выше
	250	280	315		280
Вязкость кинематическая, мм2 /с:
при 20 °С, не менее	1,25	1,25	4,5		>1,5
при –40 °С, не более
	8	16	60		16
Теплота сгорания низшая, кДж/кг, не менее	43100	43100	42900		42900
Высота некоптящего пламени, мм, не менее	25	25	20		20
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более	0,7	0,7	0,1		–
Температура начала кристаллизации, °С, не выше	–60	–55	–60		–50
Иодное число, г I2/100 мл, не более	3,5	0,5	0,8		0,9

62

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Продолжение таблицы 1.10

	Показатель	ТС-1	РТ	Т-6	Т-8В
	Содержание:
	аренов, % , не более
		22	22	10	22
	фактических смол, мг/100 мл, не более
		3	4	4	4
	общей серы, % , не более
		0,2	0,1	0,05	0,1
	меркаптановой серы, % , не более
		0,003	0,001	0	0,001
	сероводорода, %, не более		отсутствие
	Испытание на медной пластинке		выдерживает
	Содержание водорастворимых кислот, щелочей,		отсутствие
	мех. примесей и воды
	Зольность, %, не более	0,003	0,003	0,003
	Содержание мыл нафтеновых кислот		отсутствие
	Содержание нафталиновых углеводородов, %,	1,5	1	1
	не более
	Термическая стабильность в статических услови-
	ях при 150 °С, мг/100 мл, не более:
	в течение 4 ч	18	–	–	–
	в течение 5 ч	–	–
				6	6
	Термическая стабильность
	в динамических условиях при 150...180 °С:
	перепад давления на фильтре за 5 ч, МПа,	0,083	0,01	0,01	0,01
	не более
	отложения на подогревателе, баллы, не более	2	2	0	–
	Люминометрическое число, не менее	55	55	45	45
	Температура вспышки в закрытом тигле, °С,	28	28	62	45
	не менее

Реактивное топливо для сверхзвуковой авиации Т-6 представляет собой глубокогидроочищенную утяжеленную керосино-газойлевую фракцию (195…315°С) прямой перегонки нефти. У топлива низкое содержание серы, смол, ароматических углеводородов (до 10% мас., а фактическое – 3…7% мас.), высокая термическая стабильность, хорошо прокачивается, малокоррозийно и используется на самолетах, имеющих скорости полета до 3,5 М.

Топливо для сверхзвуковой авиации Т-8В представляет собой гидроочищенную керосиновую фракцию 165…180°С сернистых нефтей.

Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зарубежным маркам топлив, например ДЖЕТА (А-1) и УР-5, а по некоторым показателям превосходят их.

63