Жидкое топливо широко используется как в транспорте, так и на производстве. С развитием моторостроения и форсированием режима работы различной техники, где применяются углеводородные топлива, к их качеству стали предъявлять новые требования. В связи с этим появилась необходимость в создании методов, позволяющих оценить эксплуатационные показатели топлив. Метод должен удовлетворять следующим общим требованиям: оценка свойства должна быть достоверной, воспроизводимой (в разное время, разными операторами), метод должен быть чувствителен к изменению определяемого свойства, оценочные параметры, должны быть точными (что зависит от прибора, способа измерения и др.).
Наиболее полно и всесторонне оценить эксплуатационные свойства топлива можно с помощью серии методов, так называемого Комплекса квалификационных методов. Такие комплексы включают физико-химические и специальные методы, осуществляемые на модельных установках, или специальные лабораторные методы.
Исследование свойств дизельного топлива и требований к нему является актуальным в наше время, так как позволяет проследить динамику качества дизельного топлива.
Объект – свойства дизельного топлива.
Предмет работы – контроль качества и методы анализа дизельного топлива.
Цель – изучить виды контроля качества и методы анализа жидкого топлива.
Тема раскрывается путем решения следующих задач:
– описание разновидностей топлива,
– общие сведения о методах контроля качества жидкого топлива,
– сущность методов оценки качества жидкого топлива, классификация методик.
1. Классификация автомобильного топлива
По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты». В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).
Практически всё жидкое топливо получают путём переработки нефти. Нефть – природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. Она имеет своеобразный смоляной запах. В результате переработки нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла.
1.1 Бензины
Бензин – горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 200 °C. Плотность около 0,75 г/смі. Теплотворная способность примерно 10500 ккал/кг. Температура замерзания ниже ?60 °C.
Наиболее важными для бензинов является требования к детонационной стойкости. Детонационная стойкость – важнейший показатель качества бензина, оказывающий в первую очередь влияние на работу двигателя. Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензиновоздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятные в той части камеры сгорания, где выше температура и больше пребывания смеси. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов.
Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с высокой детонационной стойкостью. Наименьшей детонационной стойкостью обладают нормальные парафиновые углеводороды, наибольшей – ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом.
Эксплуатация автомобиля на бензине с более низким октановым числом, чем предусмотрено, вызывает детонацию, что нарушает нормальную работу двигателя, снижает ресурс и надежность. При длительной работе детонацией повышается t и увеличивается износ деталей двигателей. Поэтому работа двигателей должна осуществляться строго на бензине с октановым числом, рекомендуемым заводом – изготовителем.
Для достижения детонационной стойкости бензинов в их состав вводят антидетонаторы. Антидетонаторами называют такие вещества, которые при добавлении к бензину в относительно небольших количествах резко повышают его детонационную стойкость. К их числу относятся металлорганические соединения, т.е. соединения, в состав которых входит металл, связанный с органическим веществом. Наиболее эффективным антидетонатором, широко применяющимся при производстве бензинов, является тетраэтилсвинец (ТЭС).
В чистом виде антидетонационные присадки к бензинам использовать не удаётся, т.к. продукты сгорания в виде нагара откладываются и накапливаются в камере сгорания и двигатель через короткое время может перестать работать. В связи с этим ТЭС добавляют в бензин в смеси с веществами – выносителями, образующими со свинцом и его оксидами при сгорании летучие вещества, которые удаляются из двигателя с отработавшими газами. Температура плавления этих соединений ниже температуры стенок камеры сгорания, поэтому они не конденсируются и не отлагаются в двигатели или отлагаются в незначительных количествах.
1.2 Дизельное топливо
Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, сельскохозяйственная техника, а также в последнее время и легковой дизельный автотранспорт. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия, вследствие чего удельный расход топлива в них на 25-30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении и большими габаритами. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).
Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/мі. Температура вспышки: 55 °C. Температура застывания: ?5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-360 °C. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.
Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/мі. Температура вспышки: 55 °C. Температура застывания: ?35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-340 °C. Также зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.
Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/мі. Температура вспышки: 25 °C. Температура застывания: ?50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-320 °С. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.
2. Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива
2.1 Свойства дизельного топлива
Важным эксплуатационным свойством дизельного топлива является его склонность к образованию нагара и лакоотложений в двигателе. На образование отложений влияют фракционный состав, содержания сернистых соединений, непредельных и ароматических углеводородов, смолистых соединений, а также неорганических примесей. Более тяжелые топлива, с большим содержанием серы и её соединений дают большее количество нагара. С увеличением содержания ароматических и непредельных углеводородов склонность топлив к нагарообразованию возрастает. Количество непредельных углеводородов регламентируется введением в стандарт показателя – йодного числа. С увеличением количества непредельных углеводородов йодное число возрастает. Количество смолистых веществ в дизельных топливах оценивается, как и в бензинах, количеством фактических смол. Склонность дизельного топлива к нагарообразованию оценивается его зольностью и коксуемостью.
Кроме того топливо должно: своевременно и полностью сгорать в цилиндрах двигателя и образовывать минимальное количество токсичных веществ в отработавших газах; сгорать с наименьшим количеством нагара в камере сгорания и не вызывать отложения во впускной системе двигателя; обладать противоизносными и антикоррозийными свойствами; обеспечивать быстрый и надежный пуск при различных температурах. Эффективность использования топлив в двигателях внутреннего сгорания в значительной мере определяется их эксплуатационными показателями, и в первую очередь такими, как испаряемость, воспламеняемость и горючесть.
Испаряемость характеризуется в основном фракционным составом топлива (температурными пределами выкипания отдельных фракций топлива) и давлением насыщенных паров.
Воспламеняемость и горючесть определяются температурными и концентрационными пределами воспламенения, пределами устойчивого горения, температурой самовоспламенения, устойчивость против детонации.
Цетановое число – определяет высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя; фракционный состав, определяет полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;
Температурные и концентрационные пределы воспламенения характеризуют топливо с точки зрения их пожарной опасности при транспортировке и хранении. Пределы устойчивого горения – это пределы изменения состава топливовоздушной системы в двигателях, при которых обеспечивается устойчивое, полное и бездымное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Состав смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха, представляющим собой отношение массы воздуха, расходуемого двигателем к количеству воздуха, теоретически необходимому для сгорания подаваемого в двигатель количество топливо.
Температура самовоспламенения топлива – температура, при которой возникает быстрое нарастание скорости химической реакций, приводящие к воспламенению топлива без постороннего источника зажигания.
Прокачиваемость топлива определяется температурой его помутнения и застывания, вязкостью.
Склонность топлива к нагару и лакоотложениям зависит от содержания в топливе ароматических углеводородов, смолистых веществ, тетраэтилсвинца.
Коррозионная активность топлива и продуктов его сгорания определяется наличием в топливе коррозионно-активных веществ.
Физическая и химическая стабильность характеризуется потерями от испарения, склонностью к расслаиванию отдельных компонентов топлив, гигроскопичность, склонность к окислению в процессе хранения топлива.
2.2 Характеристики дизельного топлива
В соответствии с ГОСТ 305-82 принято следующее условное обозначение дизельного топлива: летнее топливо заказывают с учетом содержания серы и температуры вспышки (JI-0,2-40), зимнее – с учетом содержания серы и температуры застывания (3-0,2- 35). В условное обозначение на арктическое дизельное топливо входит только содержание серы: А-0,2.
В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0 %, а содержание серы в гидроочищенном компоненте – от 0,08 до 0,1 %.
Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110-94) – вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2 %. Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс, (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305-82), который по нормам должен иметь значение не менее 53 единиц. Дизельный индекс – число, характеризующее воспламеняемость дизельного топлива и мазута, рассчитанное по известным значениям плотности топлива и анилиновой точки. Евронормы не используют традиционное для наших ГОСТов определение содержания воды и коэффициента фильтруемости. Их заменяет характеристика прозрачности топлива при температуре 10°С, которую устанавливают экспресс-методом.
Табл. 1. Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305-82)
Показатели
Норма для марок
Л
3
А
Цетановое число, не менее
45
45
45
Фракционный состав:
50 % перегоняется при температуре, °С, не выше
280
280
255
Кинематическая вязкость при 20 °С
3,0-6,0
1,8-5,0
1,5-4,0
Температура застывания, °С, не выше, для климатической зоны:
умеренной
-10
-35
холодной
-45
-55
Температура помутнения, °С, не выше, для климатической зоны:
умеренной
-5
-25
–
холодной
–
-35
–
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин
62
40
35
для дизелей общего назначения
40
35
30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I
0,20
0,20
0,20
вида II
0,50
0,50
0,40
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более
0,01
0,01
0,01
Содержание фактических смол, мг/100 см3 топлива, не более
40
30
30
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива, не более
5
5
5
Йодное число, не более г.
6
6
6
Зольность, %, не более
0,01
0,01
0,01
Коксуемость 10 % остатка, не более %
0,20
0,30
0,30
Коэффициент фильтруемости, не более
3
3
3
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более
860
840
830
Табл. 2. Характеристики дизельного экспортного топлива (ТУ 38.401-58-110-94)
Показатели
Норма для марок
ДЛЭ
ДЗЭ
Дизельный индекс, не менее
53
53
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше:
50%
280
280
90%
340
330
96%
360
360
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с
3,0-6,0
2,7-6,0
Температура, °С:
застывания, не выше
-10
-35
предельной фильтруемости, не выше
-5
-25
вспышки в закрытом тигле, не ниже
65
60
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I
0,2
0,2
вида II
0,3
Испытание на медной пластинке
Выдерживает
Выдерживает
Кислотность, мг КОН/100 см3топлива, не более
3,0
3,0
Зольность, %, не более
0,01
0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более
0,2
0,2
Цвет/ед. ЦНТ, не более
2,0
2,0
Содержание механических примесей
Отсутствие
Отсутствие
Прозрачность при температуре 10 °С
Прозрачно
Прозрачно
Плотность при 20 “С, кг/м3, не более
860
845
Характеристики зимних дизельных топлив с депрессорными присадками.
Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45 °С вырабатывают топлива по ТУ 38.401-58-36-92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗП -15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15 °С, товарное – с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАП-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное – с предельной температурой фильтруемости -45 °С).
Табл. 3
Показатели
Нормы для марок
ДЗП
ДЗП-15/-25
ДАП-35/-45
ТУ 38.101889 -81
ТУ 38.401-58-36-92
Цетановое число, не менее
45
45
40
Кинематическая вязкость для дизелей общего назначения при 20 °С, мм2/с
3,0-6,0
1,8-6,0
1,5-5,0
Температура, °С, не выше:
застывания
-30
-35
-55
помутнения
-5
-15
-35
предельной фильтруемости
-15
-25
-45
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для дизелей общего назначения
40
40
35
для тепловозных и судовых дизелей
62
35
30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I
0,2
0,2
0,2
вида II
0,5
0,5
0,4
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более
0,01
0,01
0,01
Концентрация фактических смол, мг/100 см3 базового топлива, не более
40
–
–
Йодное число, г топлива, не более
6
5
5
Зольность, %, не более
0,01
0,01
0,01
Коксуемость 10 % остатка, %, не более
0,3
0,2
0,2
Коэффициент фильтруемости, не более:
для базового топлива
2,0
–
–
для топлива с присадкой
3,0
3,0
3,0
Плотность при 20°С, кг/м3, не более
860
860
840
Характеристики экологически чистого дизельного топлива (ТУ 38.1011348-90).
Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов. Экологически чистые дизельные топлива полностью соответствуют требованиям европейского стандарта по содержанию серы в дизельных топливах. Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348-89. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05 % (вид I) и до 0,1 % (вид II).
С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В – не более 20 %, для топлива марки ДЗЭЧ – не более 10 %).
Табл. 4
Показатели
Нормы для марок
ДЛЭЧ-В
ДЛЭЧ
ДЗЭЧ
Цетановое число, не менее
45
45
45
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с
3,0-6,0
3,0-6,0
1,8-5,0
Температура, °С, не выше:
застывания
-10
-10
-35
предельной фильтруемости
-5
-5
-25
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин
40
40
35
для дизелей общего назначения
62
62
40
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I
0,05
0,05
0,05
вида II
0,1
0,1
0,1
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива, не более
5,0
5,0
5,0
Зольность, %, не более
0,01
0,01
0,01
Коксуемость 10% остатка, %, не более
0,2
0,2
0,2
Плотность при 20°С, кг/м3, не более
860
860
840
3. Методы анализа контроля состава и качества топлива
3.1 Методы оценки качества топлива
Наиболее полную оценку всех эксплуатационных свойств можно получить непосредственно на полноразмерном двигателе, машине или механизме при проведении эксплуатационных испытаний. Однако такие испытания длительны во времени, требуют большого расхода нефтепродукта, испытуемой техники и т.д. Поэтому чаще всего применяют комплекс квалификационных методов оценки качества жидкого топлива.
Комплекс квалификационных методов.
Эти методы оценки качества дизельного топлива возникли в результате тех значительных изменений в технике, которые произошли в ходе научно-технической революции, позволяют в минимально короткие сроки, при малых затратах сил, средств и испытуемых образцов нефтепродуктов надежно оценить важнейшие эксплуатационные свойства. Во многих случаях такие методы пришли на смену длительным испытаниям.
Набор ускоренных квалификационных методов совместно с методами определения физико-химических свойств дает объективную и всестороннюю оценку каждого эксплуатационного свойства и оценку качества нефтепродукта в целом. Например, коррозионная активность дизельных топлив оценивается в лабораторных условиях с помощью таких показателей: содержание обшей серы (ГОСТ 19121-73), содержание водорастворимых кислот и щелочей (ГОСТ 6307-75), содержание меркаптановой серы (ГОСТ 17323-71), содержание сероводорода (ГОСТ 17323-71), кислотность (ГОСТ 5985-79), коррозия на медной пластинке (ГОСТ 6321-69), коррозионная активность при высокой температуре (ГОСТ 20449-75).
В настоящее время созданы и широко применяются комплексы методов квалификационной оценки практически по всем основным видам топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. Определение свойств по комплексу методов квалификационной оценки стало обязательным первым этапом испытаний и ранее известных сортов, но полученных из нового сырья или по измененной технологии, содержащих новые компоненты, присадки и т.д. Такие образцы топлив и смазочных материалов получили название опытных.
Результаты испытаний опытного топлива или смазочного материала по комплексу методов квалификационной оценки могут служить основанием для принятия обоснованных решений, а именно:
– о допуске данного нефтепродукта к применению без дальнейших испытаний;
– об объеме следующих испытаний (стендовых, дорожных, эксплуатационных);
– о необходимости проведения функциональных испытаний (например, на коррозионную активность по специальной программе, на токсичность и т.д.).
Оценка результатов испытаний по комплексу методов и решение о дальнейших испытаниях топлив и смазочных материалов или допуске к применению их обязательно базируются на основных технико-экономических показателях, а именно: данных по сырьевым ресурсам, особенностях технологии производства, проекте цены опытного образца, данных расчета эффекта от внедрения и т.д.
Комплексы методов находят широкое применение для решения вопросов унификации, классификации, взаимозаменяемости топлив и смазочных материалов. При этом следует отметить, что разработка новых методов и совершенствование существующих непрерывно повышают корреляцию результатов, получаемых по комплексу методов с данными эксплуатационных испытаний, и тем самым расширяют сферу применения комплексов методов квалификационной оценки.
Принципы построения комплексов, методов квалификационной оценки и различия между комплексами методов, и тем набором методов оценки качества, который принят в стандарте технических условий на данный вид топлива.
Технические условия на основные нефтепродукты складывались исторически и представляют собой набор физико-химических показателей качества и нескольких основных показателей наиболее важных эксплуатационных свойств. Анализ качества нефтепродукта на соответствие техническим условиям приходится делать довольно часто и во многих организациях (на нефтеперерабатывающих предприятиях, на складах и нефтебазах в лабораториях потребителей и т.п.). Время на проведение анализа, как правило, ограничено; сложное дорогостоящее оборудование может быть использовано далеко не во всех лабораториях. Все эти обстоятельства заставляют очень строго подходить к отбору показателей для включения их в технические условия на нефтепродукты. Естественно, все методы оценки качества нефтепродуктов, включенные в технические условия, стандартизованы.
Выбор методов и показателей, включаемых в стандарт на нефтепродукт, требует глубокого химмотологического анализа, основательного научного и экономического обоснования. Число методов, включаемых в комплекс, не следует так ограничивать, как в стандартах технических условий. Комплекс методов применяется реже, аппаратура для проведения всех анализов может быть установлена лишь в некоторых лабораториях крупных исследовательских организаций и химмотологических центров.
Исходя из назначения комплексов методов, очевидно, целесообразнее их строить по основным эксплуатационным свойствам. При этом в каждом эксплуатационном свойстве необходимо указывать все методы, которые позволяют судить об этом свойстве независимо от того, входят эти методы в стандарт технических условий на данный нефтепродукт или нет, стандартизованы методы или они междуведомственные. Все методы, которые позволяют составить представление о данном эксплуатационном свойстве, должны быть сосредоточены в одном месте комплекса. Ранее созданные комплексы методов начинались такими словами: «В комплекс методов квалификационной оценки, кроме методов стандарта технических условий, входят следующие…». Представляется более целесообразным строить комплексы по основным эксплуатационным свойствам. Так, для топлив при формировании комплексов методов квалификационной оценки качества рекомендуется использовать следующие эксплуатационные свойства.
1. Испаряемость оценивается: фракционным составом; давлением насыщенных паров; зависимостью соотношения пар-жидкость от температуры (склонность к образованию паровых пробок).
2. Воспламеняемость и горючесть оцениваются: температурными и концентрационными пределами воспламенения; пределами устойчивого горения; температурой самовоспламенения; теплотой сгорания; детонационной стойкостью (октановые числа, сортность, коэффициент, распределения детонационной стойкости); отсутствием жесткой работы в дизелях (цетановос число); индикаторными характеристиками двигателей.
3. Прокачиваемость оценивается:
– вязкостно-температурными свойствами (предельные значения кинематической или динамической вязкости при низких температурах);
– низкотемпературными свойствами (температуры помутнения, начала кристаллизации и застывания, предельная температура фильтруемости);
– показателями чистоты (содержание воды и механических примесей, коэффициент фильтруемости);
– содержанием поверхностно-активных веществ (эмульгируемость с водой, содержание мыл нафтеновых кислот).
4. Склонность к образованию отложений оценивается: склонностью к нагарообразованию (общее суммарное содержание ароматических углеводородов, смолисто-асфальтеновых веществ, высота некоптящего пламени и интенсивность его свечения, зольность, коксуемость отложения на нагарниках); склонностью к образованию отложений во впускной системе и системе впрыска (содержание фактических и адсорбционных смол, йодное число, время образования и омывания отложений на пластинке, масса смолисто-лаковых отложений на форсунках); термической стабильностью (количество осадка, содержание растворимых и нерастворимых смол после окисления, перепад давления на фильтре и масса отложений на трубке подогревателя специальной установки, температура начала образования отложений).
5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами оцениваются: содержанием коррозионно-активных веществ (кислотность, содержание общей серы, сероводорода, меркаптановой серы, водорастворимых кислот и щелочей, натрия, ванадия и других металлов); коррозионными потерями при контакте с металлами (испытания в различных камерах, коррозионные испытания при высокой температуре); воздействием на резину и герметики (изменение пределов прочности, относительного удлинения и периода старения резин, изменение твердости герметика).
6. Защитные свойства оцениваются воздействием обычной и морской воды на металлы в присутствии топлива.
7. Противоизносные свойства оцениваются: вязкостью; смазывающей способностью (износ плунжеров и шайбы на стенде, диаметр пятна износа, критическая нагрузка, критерии противоизносных свойств, показатель износа).
8. Охлаждающие свойства оцениваются: теплоемкостью; теплопроводностью
9. Стабильность оценивается:
– физической стабильностью (склонность к потерям от испарения, время расслаивания и выпадения второй фазы, гигроскопичность, совместимость при смешении);
– химической стабильностью (индукционный период окисления, содержание антиокислителя, период стабильности, содержание кислот, осадка и смол после окисления);
– биологической стойкостью (лабораторные испытания на стойкость к воздействию плесени, грибков и бактерий).
10. Безопасность обращения с топливом оценивается:
– токсичностью (класс токсичности, предельно допустимые концентрации в рабочей зоне, в атмосфере населенных пунктов, водоемов, цвет и интенсивность окраски, концентрация свинца);
– пожароопасностью (температуры вспышки в открытом и закрытом тигле, температура самовоспламенения, температурные и концентрационные пределы воспламеняемости);
– склонностью к электризации (удельная электропроводность).
Представленное деление эксплуатационных свойств жидких топлив носит условный характер. Одни свойства, очевидно, можно объединить, другие – разделить, но такое деление позволяет правильно подойти к формированию комплексов, определить полноту оценки каждого эксплуатационного свойства, систематизировать имеющиеся и наметить необходимые методы квалификационной оценки.
Все комплексы методов квалификационной оценки топлив описаны с позиций деления понятия качества топлив на указанные выше эксплуатационные свойства. При этом следует иметь в виду, что для одного вида топлив наиболее весомы одни эксплуатационные свойства, для другого – другие, поэтому порядок изложения свойств иногда нарушается. Значимость некоторых эксплуатационных свойств возрастает по мере развития техники (например, в настоящее время все большее внимание уделяется чистоте применяемых топлив).
3.2 Стандартизация и аттестация качества топлива
Улучшение качества продукции – одна из важнейших народно-хозяйственных задач, способствующих повышению эффективности общественного производства. В стандартах и технических условиях на топлива и их компоненты содержатся требования лишь по некоторым показателям качества. Выбор диктуется рядом соображений. С одной стороны, в стандартах желательно иметь как можно больше показателей, характеризующих эксплуатационные свойства топлив. Однако перегружать стандарт и соответственно лаборатории заводов, нефтебаз и потребителей большим числом анализов экономически невыгодно, да и продолжительность проведения анализа образца топлива значительно увеличивается. В связи с этим в стандарты включают требования по составу и физико-химическим свойствам топлив и некоторые (важнейшие) показатели, характеризующие эксплуатационные свойства топлив. Методы оценки состава топлив и их физико-химических свойств широко используют при контроле процесса производства топлива и определении его марки. Квалификационные методы, применение которых предусмотрено стандартами на топливо, как правило, оценивают кроме важнейших и те свойства, которые могут меняться при хранении и транспортировании (например, содержание фактических смол, октановое число и др.). Сегодня действует одновременно несколько стандартов.
Бензин. Во-первых, ДСТУ 4063-2001, который является аналогом европейского стандарта Евро-2, – продается такое топливо на украинских АЗС как “обычный бензин”, “украинский” или UA.
В 2007-м году появился новый стандарт – ДСТУ 4839 (между Евро-4 и Евро-5). Однако часть украинских НПЗ оказалась к нему не готова – на уровне правительства было принято решение, что оба стандарта будут действовать параллельно. С тех пор на АЗС и начали продавать два вида 95-го бензина – “95UA” и “95+” (либо под другими фирменными названиями, например, “Евро” или “Супер”). В паспорте качества топлива, который должен быть на каждой АЗС, должно быть указано, по какому стандарту произведен конкретный 95-й бензин.
Дизель. На сегодняшний день актуален ГОСТ 4840:2007 (европейский аналог EN 590:2004 или Евро-4). Но с ним параллельно еще действует стандарт 99-го года ДСТУ-3868 (Евро-3) дизель, выпущенный по стандарту 2007-го года. C 1 января 2011-го правительство собиралось перейти на новые стандарты полностью, но сроки вновь перенесли.
Организация контроля качества топлив. Показатели качества и методы их сценки, включенные в стандарт на топливо, должны позволять быстро определять вид топлива, его марку как в условиях завода-изготовителя, так и у потребителя. В стандарте на топливо обязательно должно быть предусмотрено определение тех свойств, которые склонны к изменению в условиях транспортирования и хранения.
Качество топлив систематически контролируют, начиная с момента их производства и кончая заправкой в бак машин и топочных устройств. Анализы проводят в лабораториях заводов, нефтесбытовых организаций и крупных потребителей и но назначению их подразделяют на приемо-сдаточные, контрольные, полные и арбитражные.
Приемо-сдаточный анализ проводят для установления соответствия поступившего или запланированного к отгрузке топлива тем данным, которые указаны в соответствующих документах. Контрольный может проводиться по ходу приготовления топлива («ходовой» анализ).После перекачки, в процессе хранения и т.д. Полный анализ позволяет дать оценку качества по основным эксплуатационным свойствам, включенным в стандарт на топливо; его проводят для партии топлива, отгружаемой с завода, перед «закладкой» топлива на длительное хранение и в некоторых других случаях.
Арбитражный анализ проводят в случае возникновения разногласий между поставщиками и потребителем в специально сертифицированных лабораториях.
Во всех случаях анализ топлива осуществляют по тем показателям, которые включены в стандарт на данное топливо. Однако число контролируемых показателей может быть различным. Например, при оценке изменения качества бензина при хранении в первую очередь определяют такие показатели, как фракционный состав, содержание фактических смол и кислотность. Для арбитражного анализа определяют, как правило, только те показатели, по которым возникли разногласия.
Объем анализов и сроки их проведения на разных этапах системы контроля качества топлив регламентируются соответствующими инструкциями и распоряжениями, Нефтеперерабатывающий завод или комбинат – производитель топлива обязан выдать нефтебазе или потребителю (при отгрузке транзитом) паспорт качества с развернутыми характеристиками качества.
4. Проблемы производства топлива. Экологические требования
Промышленные предприятия топливно-энергетического комплекса, в том числе химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также автомобильный транспорт в настоящее время являются одними из наиболее крупных источников загрязнения природы: атмосферы, почвы, водоёмов. Загрязнения атмосферы.
По своим источникам антропогенные атмосферные загрязнения разделяются на группы:
1) загрязнения, связанные прежде всего с выхлопными газами автомобилей. Выхлопные газы содержат оксиды углерода, серы, азота, сажу, сильно токсичные продукты, содержащие хлор, бром, свинец, а также канцерогенные полициклические углеводороды – наиболее активный из них бензапирен. Бензапирен – химическое соединение, представитель семейства полициклических углеводородов вещество первого класса опасности. Образуется при сгорании углеводородного жидкого, твёрдого и газообразного топлива.. Оксиды углерода, серы, азота в свою очередь в результате взаимодействия с влагой воздуха образуют вторичные загрязнения, так называемые «кислотные дожди». Сажевые частицы канцерогенны по той причине, что являются хорошими адсорбентами для бензапирена. Вредное воздействие выхлопных газов усиливается в связи с тем, что поступая в приземные слои атмосферы и оседая на почве и концентрируясь на растениях, они затем попадают в организм животных, человека и становятся возбудителями канцерогенных заболеваний. Количество выделяемых в атмосферу транспортных загрязнителей зависит от численности и структуры автомобильного парка, технического состояния автомобиля и двигателя, типа двигателя и вида применяемого топлива, а также условий его эксплуатации.
Мировой автомобильный парк в настоящее время составил около 700 млн. единиц. Если учесть, что один грузовой автомобиль в среднем выбрасывает в год около 3 т вредных веществ, то нетрудно подсчитать, что ежегодно выбросы транспортных загрязнений в атмосферу составляет более 2,5 млрд. т и что роль автомобильного транспорта как главного источника загрязнения природы непрерывно возрастает. В настоящее время доля автомобильного транспорта в загрязнении окружающей среды в ряде городов составляет 30 – 40 %, в крупных – до 60 %, а в крупнейших городах мира по оксиду углерода превышает 90 %.
2) газовые выбросы промышленных предприятий. Больше всего загрязняют окружающую среду металлургическая, топливно-энергетическая, нефтехимическая и химическая промышленности. Эти загрязнения весьма разнообразны, и их состав зависит от качества сырья и технологии переработки.
Загрязнения в атмосфере (как и в гидро- и литосфере) распределяются неравномерно и имеют локальный характер. Так, загрязнения в воздушной среде распределены: над промышленными комплексами – 80 %; над городами – 12,9 %; над сельской местностью – 1%.
Исключительно сильное отрицательное влияние на природу оказывают также жидкие или растворимые в воде загрязнители, попадающие в виде промышленных, коммунальных и дождевых стоков в реки, моря и океаны. Объём сточных вод, сбрасываемых в водоёмы мира, ежегодно составляет ? 1500 км3.
К наиболее крупным загрязнителям водоёмов относятся химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая, нефтяная, целлюлозно-бумажная, металлургическая и некоторые другие отрасли промышленности, а также сельское хозяйство. Со сточными водами НПЗ в водоёмы попадают солёная вода ЭЛОУ, ловушечная нефть, нефтепродукты, химические реагенты, кислые гудроны, отработанные щелочные растворы и т.д. С талыми и дождевыми стоками в водоёмы сбрасывается в огромных количествах практически вся гамма производимых в мире неорганических и органических веществ: нефть, нефтепродукты, минеральные удобрения, ядохимикаты, тяжёлые металлы, радиоактивные, биологически активные и другие загрязнители.
Нефтяные плёнки существенно ухудшают газообмен и испарение на границе атмосфера – гидросфера, в результате гибнут планктон, водяная флора, морские животные и т.д. (1 тонна нефти образует на поверхности воды плёнку диаметром около 12 км).
При организации борьбы против загрязнения окружающей среды традиционно применяют строительство очистных сооружений. Однако это целесообразно лишь для приспособления существующих производств к новым требованиям экологии, поскольку приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат и мало снижает реальные отходы. Главным направлением решения проблемы экологической безопасности следует считать создание экологически чистых безотходных, малоотходных технологических производств, в которых наиболее рационально и комплексно используются все компоненты сырья и энергии и не нарушаются нормальное функционирование окружающей среды и природное равновесие.
Можно выделить основные направления в осуществлении экологически чистых технологических процессов:
1) комплексное использование и глубокая переработка сырья. Производство должно быть как можно менее ресурсоёмкими (ресурсосберегающие технологии), осуществляться с минимум затрат сырья и ресурсов на единицу продукции. Образующиеся полуфабрикаты должны полностью перерабатываться в качестве сырья на других производствах;
2) оптимальное использование энергии и топлива. Производство должно осуществляться при минимальных затратах энергии и топлива на единицу продукции (энергосберегающие технологии) и, следовательно, тепловые загрязнения окружающей среды также минимальны. Энергосбережению способствуют: укрупнение и энерготехнологическое комбинирование процессов; переход на непрерывные технологии; совершенствование процессов разделения; применение активных и селективных катализаторов, позволяющих проводить процессы при пониженных температурах и давлениях; рациональная организация и оптимизация тепловых схем и схем рекуперации энергетического потенциала отходящих потоков; снижение гидравлического сопротивления в системах и потерь тепла в окружающую среду и т.д.
Нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия являются крупными потребителями топлива и энергии. В их энергетическом балансе на долю прямого топлива приходится 43 – 45 %, тепловой энергии 40 – 42 % и электрической 13 – 15 %. Полезное использование энергетических ресурсов не превышает 40 – 42 %, что приводит к перерасходу топлива и образованию тепловых выбросов в окружающую среду;
3) создание принципиально новых малоотходных технологических процессов. Это можно добиться совершенствованием катализаторов, техники и технологии производства. Экономичнее получать небольшое количество сильно концентрированных отходов, которые можно перерабатывать или ликвидировать по специальной технологии, чем большой объём сильно разбавленных отходов, сбрасываемых в биосферу;
4) создание и внедрение замкнутых систем водопользования, включающих (или сводящих к минимуму) потребление свежей воды и сброс сточных вод в водоёмы;
5) обеспечение высокой эксплуатационной надёжности, герметичности и долговечности функционирования оборудования и всех систем производства. Сведение к минимуму или исключение вероятности аварий, взрывов, пожаров и выбросов отравляющих веществ в окружающую среду. Разработка автоматизированных систем обеспечения экологической безопасности производств и комплексов;
6) обеспечение высокого качества целевых продуктов. Экологически чистыми должны быть не только сами технологические продукты, но и выпускаемые в них товарные продукты. Так, моторные топлива должны удовлетворять возросшим экологическим требованиям по содержанию сернистых соединений, ароматических углеводородов, вредных присадок;
7) использование новых экологически чистых продуктов из альтернативных источников сырья, например, нефтяных и природных газов, кислородосодержащих соединений (спиртов и эфиров) и водорода в автомобильном транспорте. Перевод части автомобильного транспорта на альтернативные топлива рассматривается как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобиля.
Заключение
За несколько прошедших лет парк автомобилей, применяющих дизельное топливо, значительно увеличился. Модернизация двигателей повысила требование к качеству дизельного топлива. Современные дизеля стали более мощными и гораздо экономичнее прежних, токсичность выхлопных газов значительно уменьшилась. В связи с этим дизельное топливо стало широко применятся на легковом транспорте и микроавтобусах.
В ходе курсовой работы я рассмотрела основные эксплуатационные показатели дизельного топлива, его свойства и характеристики.
Выяснила технико-экономические требования к дизельным топливам. Проанализировав полученную информацию, сделала вывод, что к дизельному топливу предъявляются специфические требования, вытекающие из особенностей рабочего процесса дизельного двигателя.
Дизельное топливо должно:
– обеспечивать хорошее распыливание и смесеобразование в цилиндрах двигателя;
– легко воспламеняться и плавко сгорать, обеспечивая мягкую и бездымную работу двигателя;
– образовывать минимальное количество нагара, отложений и не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей, соприкасающихся с дизельным топливом и продуктами его сгорания.
Подробно рассмотрела существующие методы анализа контроля состава и качества топлива. Методы, предназначенные для оценки эксплуатационных свойств жидких топлив в ускоренных условиях, получили название квалификационные. С помощью этих методов за короткое время можно оценить какое-либо эксплуатационное свойство. Степень достоверности оценки этого свойства зависит от совершенства квалификационного метода и достаточной корреляции получаемых результатов с данными эксплуатационных испытаний. Набор ускоренных квалификационных методов совместно с методами определения физико-химических свойств дает объективную и всестороннюю оценку каждого эксплуатационного свойства и оценку качества нефтепродукта в целом.