Вопрос 2. Растворимость воды в топливах и вызывание кристаллов

Вопрос 1. Низкотемпературные свойства. Образование кристаллов углеводородов

Низкотемпературные свойства свойства дизтоплива - характеризуются температурой помутнения, застывания и предельной фильтруемости. Они определяют способность топлива проходить через фильтры и обеспечивать прокачку по трубопроводам в условиях низких температур.

Температура помутнения - температура, при которой начинается кристаллизация парафина

Температура застывания (прокачиваемость) - температура, при которой происходит полная потеря текучести

Температура предельной фильтруемости - температура, при которой топливо еще способно проходить через фильтр

Образование кристаллов улеводородов

Кристаллы, образующиеся в топливе при низких температурах, могут забивать фильтры в системе питания двигателя, и подача топлива может прекратиться. Образование кристаллов льда связано с растворимостью воды в топливах, а образование кристаллов углеводородов — с температурой их застывания.

Самую высокую температуру кристаллизации имеют нормальные алканы (парафины). С увеличением длины скелета температура кристаллизации повышается. У изомеров алканов температура кристаллизации понижается. Олефины (алкены, ненасыщенные углеводороды) имеют более низкую температуру кристаллизации, чем соответствующие алканы. Нафтеновые (циклоалканы, циклопарафины, предельные углеводороды) и ароматические углеводороды с разветвлёнными алкильными цепями кристаллизуются при более низких температурах, чем соответствующие алканы.

В настоящее время для устранения застывания топлива используют депрессорные присадки. Такие присадки снижают температуру застывания топлива и не влияют на температуру помутнения. Твёрдые углеводороды начинают кристаллизоваться при одной и той же температуре независимо от присутствия в топливе депрессорной присадки. Но сращивание кристаллов в присутствии присадки происходит при более низкой температуре.

Вопрос 2. Растворимость воды в топливах и вызывание кристаллов.

При температуре окружающего воздуха 20⁰ С содержание воды в топливе незначительно – не более 0,02…0,03 %. При положительных температурах окружающего воздуха такое содержание воды не влияет на их эксплуатационные свойства.

Содержание воды в топливе зависит и от влажности воздуха, и чем выше влажность, тем выше содержание воды в топливе. При этом вода переходит из воздуха в топливо и обратно очень быстро, так как находится в топливе в молекулярном состоянии. Из воздуха вода переходит в топливо гораздо быстрее, чем из жидкой фазы.

Кристаллы льда образуются в топливе не только за счёт замерзания капель избыточной воды, но и за счёт перехода в топливо инея со стенок сосудов, ёмкостей, баков. Стенки охлаждаются быстрее, чем само топливо и воздух над ним. В результате пары воды конденсируются на стенках и образуется иней, который либо переходит в топливо, либо просто осыпается или смывается.

Для борьбы с кристаллами льда разработаны конструктивные и физико-химические способы.

К физико-химическим способам борьбы со льдом относятся специальные присадки, вводимые в товарное топливо. Они способны не только предотвращать кристаллообразование льда, но и растворять ранее образовавшиеся кристаллы. Они увеличивают растворимость воды в топливах и сами хорошо растворяются как в топливе, так и в воде.

 

 

Вопрос 3.Влияние загрязнений и механических примесей на эксплуатационные свойства.

Работоспособность двигателей в значительной степени зависит от загрязненности применяемых при их эксплуатации топлив, масел и рабочих жидкостей. Обычно негативные последствия загрязнения нефтепродуктов рассматриваются в двух аспектах - эксплуатационном, связанным с повышением износа сопряженных деталей, забивкой калиброванных отверстий и т.п., что вызывает неисправности и отказы при работе двигателей, и экономическом, связанным с увеличением затрат вследствие повышения расхода нефтепродуктов и снижения ресурса работы двигателя. Однако имеется также экологический аспект этой проблемы так как загрязнение нефтепродуктов приводит к увеличению концентрации токсичных веществ в отработавших газах. Очистка нефтепродуктов от загрязнений обеспечивает снижение концентрации токсичных веществ при эксплуатации двигателей, однако не исключает их полностью, поэтому в перспективе решением этой задачи является расширение использования более безопасных в экологическом отношении альтернативных топлив.

В процессе транспортирования топливо загрязняется механическими примесями: почвенная пыль, продукты коррозии ёмкостей и трубопроводов, продукты износа перекачивающих средств. На этих неорганических примесях адсорбируются органические асфальтено-смолистые вещества – продукты окисления нестабильных составляющих топлива.

К основным компонентам механических примесей относятся: оксиды кремния, алюминия, железа, соединения кальция, магния, натрия. В почвенной пыли содержится от 50 до 95 % кварца, твёрдость которого больше твёрдости конструкционных материалов двигателя. Поэтому именно кварц вызывает абразивное изнашивание деталей, засорение каналов и жиклёров, отложение во впускном трубопроводе, в камерах сгорания, на клапанах, нарушает плотность посадки. Для снижения содержания механических примесей необходимо топливо отстаивать и отфильтровывать.

Вопрос 4. Физическая и химическая стабильность.

Физическую стабильность определяют: склонность топлива к испарению и способность расслаиваться и образовывать осадки при смешивании.

Химическая стабильность определяют: склонность к окислению углеводородов и неуглеводородных примесей при обычных и повышенных температурах с образование смолистых кислородосодержащих соединений.

Физическая стабильность. Испарение топлива во время транспортировки и хранении ведёт не только к материальным потерям, Но и к ухудшению эксплуатационных свойств и загрязнению окружающей среды.

Чем больше в топливе легкокипящих фракций углеводородов, чем ниже температура начала кипения топлива, чем выше давление его насыщенных паров. тем больше склонность топлива к испарению. Из жидких топлив максимальную склонность к потерям от испарения имеют бензины.
Топлива, содержащие только углеводородные компоненты, не расслаиваются при любых температурах. Попадание воды в такие топлива не сопровождается вымыванием каких-либо компонентов, и после отстоя топлива не изменяют своих свойств. Иначе ведут себя топлива, в которых присутствуют кислородосодержащие компоненты, например, спирты.

Растворимость метанолов и этанолов в углеводородах ограничена. При попадании воды концентрация спиртов снижается, ухудшается их растворимость и топливо мутнеет. Топлива тяжёлого фракционного состава смешиваются с метанолом хуже бензинов и расслаиваются при более высоких температурах.

Химическая стабильность. На любой стадии – хранение, транспортировка, применение – происходит соприкосновение топлива с воздухом. Нестабильные соединения находящиеся в топливе под воздействием кислорода изменяются с образование смолистых веществ. Эти продукты окисления способны вызвать коррозию деталей двигателя, забивать фильтры и жиклёры, образовывать отложения на клапанах и в камерах сгорания.

Химическая стабильность топлив зависит от состава и строения углеводородов и содержания и природы неуглеводородных примесей, входящих в состав топлива. Кроме того, химическая стабильность зависит от температуры, концентрации кислорода, солнечного света и других факторов.

Окислению подвергаются все углеводороды, но с разной скорость, но самопроизвольно без подвода внешней энергии. Автоокисление углеводородов процесс самоускоряющийся.

В большей степени окислению подвержены непредельные углеводороды.

Наименее подвержены к окислению алканы, нафтены, бензол. Ароматические углеводороды с боковыми цепями окисляются легче бензола. Склонность к окислению возрастает с увеличением молекулярной массы, увеличением числа и длины боковых цепей и несимметричности молекулы.