Комплексная оценка свойств дизельного топлива

Цель работы

1.  Оценка испытуемого образца дизельного топлива по внешним признакам (прозрачность, цвет, запах, наличие воды и видимых невооруженным глазом механических примесей).

2.  Определение кинематической вязкости испытуемого образца дизельного топлива при температуре +20 ⁰С.

3. Определение плотности испытуемого образца дизельного топлива при температуре +20 ⁰С.

4.  Определение температур помутнения и застывания.

5. Установление по имеющимся данным марки испытуемого образца топлива, его соответствия ГОСТу (или ТУ) и оформление заключения о пригодности данного образца топлива для двигателей автомобилей

Время на проведение работы – 2 часа.

 

Общие сведения

Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения в пределах от 200 до 350 ⁰С. Дизельное топливо прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Её окраска зависит от содержащихся смол, и меняется от желтого до светло-коричневого цвета. Дизельное топливо в воде практически не растворяется и так же, как и бензин, легче нее.

В дизелях топливо смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания, и отсутствует принудительное зажигание рабочей смеси. Отсюда специфические требования к качеству дизельного топлива. В цилиндрах дизельного двигателя сжимается не рабочая смесь, а воздух. В воздух, сжатый в цилиндре до 3,0-7,0 МПа и нагретый за счет высокого давления до 500-800 ⁰С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Оно испаряется, нагревается до температуры самовоспламенения, перемешивается с горячим воздухом и сгорает. Сложные процессы смесеобразования и сгорания топлива осуществляются за небольшой промежуток времени, соответствующий 20-25° поворота коленчатого вала.

В карбюраторном двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала на смесеобразование и сгорание приходится в 10-15 раз больше времени, чем в дизелях.

В зависимости от условий применения по ГОСТ 305-82 установлены следующие марки дизельного топлива: Л (летнее), 3 (зимнее), А (арктическое). На автомобильном транспорте используются дизельные топлива всех марок.

Дизельные топлива получают при переработке нефти, при этом разрешается добавка присадок. Гарантийный срок хранения – 5 лет.

По общему содержанию серы каждая марка топлива делится на две подгруппы: в топливах 1-й подгруппы её должно быть не более 0,2 %, а в топливах 2-й подгруппы – 0,4 % для марки "А" и 0,5 % для марки "Л" и "3". Дизельные топлива с содержанием серы более 0,2 % применяют только при условии, что в двигателе применяется масло с противокоррозионной присадкой (например, нафтенат цинка 0,3 %).

Согласно новой форме условного обозначения топлив, содержание серы обязательно указывается в их маркировке при поставке и на всех документах, включая паспорт. К марке летнего топлива добавляются цифры, соответствующие содержанию серы (в % масс.) и температуре вспышки (в ⁰С), например, Л-0,2-40; к марке зимнего – содержание серы (% масс.), например, А-0,4. У зимнего дизельного топлива с температурой застывания не выше – 45 ⁰С цетановое число должно быть не менее 40.

Топливо марки Л можно применять при температуре окружающего воздуха 0 ⁰С и выше, марки З – при -20 ⁰С и выше, марки А – при -50 ⁰С и выше.

На дизельное топливо потребителю выдается паспорт, в котором наиболее важными величинами являются: цетановое число, вязкость при 20 ⁰ С, температура помутнения и застывания, содержание серы и фактических смол.

По ТУ 38.401-58-170-96 выпускают городские экологически чистые летнее и зимнее дизельные топлива:

- летнее ДЭК-Л, для применения при температуре –5 ⁰С и выше;

- зимнее ДЭК-З, для применения при температуре – 25 ⁰С и выше;

- летнее с присадкой ДЭКП-Л, для применения при температуре –5 ⁰С и выше;

- зимнее ДЭКП-З, для применения при температуре – 15 ⁰С и выше.

В летние топлива вводят антидымную присадку (ЭФАП-Б или Лубризол - 8288), в зимние – антидымную и депрессорную. Это снижает показатели дымности и токсичности отработавших газов на 30-35 %.

Основными показателями качества, ответственными за экологические последствия выбросов отработавших газов дизелей, являются:

- массовая доля серы;

- массовая доля ароматических углеводородов, связанная с цетановым числом дизельного топлива;

- фракционный состав, характеризующий пределы выкипания топлива.

В табл. 2.1 приведены действующие, а также перспективные отечественные и зарубежные требования к дизельным топливам по ряду экологических показателей. Отечественные дизельные топлива по ГОСТ 305-82 не соответствуют европейским нормам EN-590 по содержанию серы и имеют в среднем несколько меньшее цетановое число.

 

Таблица 2.1

Требования к экологическим показателям дизельных топлив

Наименование  показателей	Нормы экологических показателей дизельных топлив
	Отечественные				Зарубежные
	Действующие		Вводимые		Действующие нормы по EN-590	Перспективные
	«Л» по ГОСТ 305-82	«З» по ГОСТ 305-82	ДЭК-Л	ДЭК-З		Предложение комиссии ЕС	Предложение АСЕА
Цетановое число	45	45	49	45	49-летнее 45-зимнее	51	58
Фракционный состав, 0С, не выше: конец перегонки 96 % перегоняется при температуре	360   -	340   -	360   -	340   -	-   370	-   350	-   340
Массовая доля серы, %, не более	0,2	0,2	0,05	0,05	0,05	0,035	0,003
Плотность при 20 0С, кг/м3 не более	860	840	860	860	860	845	870

 

Для удовлетворения экологических требований массовая доля ароматических углеводородов должна быть не более 10 % (отечественная промышленность выпускает – до 28 % ароматических углеводородов в дизельном топливе).

Европейский стандарт EN 590 (действует с 1996 г.) предусматривает выпуск дизельных топлив для различных регионов. Для районов с умеренным климатом выпускается 6 марок дизельных топлив (A, B, C, D, E и F). Для районов с холодным климатом предусмотрен выпуск 5 классов (0, 1, 2, 3 и 4) дизельного топлива с низкотемпературными свойствами (табл. 2.2).

Таблица 2.2

 

Характеристики дизельных топлив для районов с холодным климатом

(по Европейскому стандарту EN 590)

 

Наименование показателя	Класс топлива
	0	1	2	3	4
Температура помутнения, 0С, не выше	-10	-16	-22	-28	-34
Предельная температура фильтруемости, 0С, не выше	-20	-26	-32	-38	-44

 

Температура помутнения 4 класса составляет минус 34 ⁰С. Содержание серы в дизельном топливе определяет количество выброса, образующегося в отработавших газах диоксида серы (табл. 2.3).

 

Таблица 2.3

Количество выброса диоксида серы при сжигании 1 т дизельного топлива

 

Содержание серы в топливе, %	Масса выброса диоксида серы, г/кг топлива
0,2	3,6
0,1	1,8
0,05	0,9

 

Основные показатели качества дизельных топлив, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 305-82 приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Основные показатели качества дизельных топлив (ГОСТ 305-82)

 

Наименование показателя	Л	З	А
Цетановое число	45	45	45
Фракционный состав, 0С: t50%, не выше t96%, не выше	280 360	280 340	255 330
Кинематическая вязкость при 20 0С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-5,0	1,5-4,0
Температура помутнения, 0С, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной	-5 -	-25 -35	- -
Температура застывания, 0С, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной	-10 -	-35 -45	- -55
Массовая доля серы, %	0,2; 0,5	0,2; 0,5	0,2; 0,4
Температура вспышки, 0С, не ниже	40	35	30
Плотность при 20 0С, кг/м3, не более	860	840	830

 

По ГОСТ 305-82 испаряемость топлива, характеризуемая фракционным составом, определяется двумя температурами – выкипания 50 и 96 % топлива – t_{50 %} и t_{96 %} топлива. Температура начала кипения отечественных автомобильных дизельных топлив находится в пределах 170-200 ⁰С, а конца перегонки (t₉₆) – 330-360 °С.

Показатель t_{50 %} в какой-то степени характеризует пусковые качества дизельных топлив.

Плотность дизельного топлива нормируется (в отечественных стандартах) при температуре +20 ⁰С: для летнего топлива - не более 860 кг/м³ , зимнего – не более 840 кг/м³ и арктического – не более 860 кг/м³. В зарубежных стандартах плотность нормируется при температуре +15 ⁰С. По европейскому стандарту EN 590 плотность летних дизельных топлив должна быть 820-850 кг/м³, зимних - 800-845 кг/м³.

При приемке дизельного топлива проводят анализ: плотности, содержания механических примесей и воды; при контрольном анализе - плотность, фракционный состав, содержание фактических смол, содержание серы, температура вспышки, температура помутнения, вязкость, содержание механических примесей и воды.