ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВА НА СУДНЕ

Главная       Учебники - Морское дело      Справочник судового механика по теплотехнике

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

Глава 2 ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НА СУДНЕ


2.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВА НА СУДНЕ

Эксплуатационные свойства топлива определяются комплексом показателей, характеризующих скорость физико-химических процессов, которые протекают при хранении, транспортировке и применении топлива. К таким свойствам относятся: энергетические свойства, про-качиваемость, испаряемость, воспламеняемость, горючесть, стабильность, склонность к отложениям, коррозионность, взрыво- и пожаробезопасность, экологические свойства. Таким образом, эксплуатационные свойства топлива получают свое наименование из соответствующего физико-химического процесса [ 20].

Энергетические свойства характеризуются теплотой сгорания — количеством теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 кг топлива. Теплота сгорания зависит от состава топлива и определяет экономичность работы дизеля или котла. Различают высшую и низшую теплоту сгорания (теплопроизводительность). При определении теплоты сгорания низшей не учитывается, а соответственно — высшей учитывается теплота, затрачиваемая на испарение влаги в топливе.
 

Значение плотности (в г/см3) для отдельных видов топлива находится в следующих пределах: для дизельного - 0,831 ... 0,863; моторного - 0,892 ... 0,932; газотурбинного - не более 0,935; мазута - 0,91 ... 0,99.

Эффективность использования теплоты сгорания зависит от термодинамических свойств продуктов сгорания (теплоемкости, молекулярной массы, температуры горения и др.).

Прокачиваемость топлива характеризует подвижность и способность обеспечить определенную скорость движения при его использовании и перекачке. На прокачиваемость топлива влияют его характеристики (вязкость, способность кристаллизоваться и застывать, гигроскопичность, загрязненность), а также условия окружающей среды (температура, давление, влажность воздуха) и конструктивные особенности топливной системы (размеры и формы каналов, поверхности стенок и т. п.). Вязкость топлива возрастает с понижением температуры и повышением загрязненности органическими и неорганическими веществами. При определенных условиях углеводороды могут не только поглощать и растворять воду, но и выделять ее. Наибольшей гигроскопичностью обладают ароматические углеводороды. С повышением температуры растворимость воды в топливе увеличивается. Содержание воды в топливе способствует образованию центров кристаллизации, при этом характер кристаллизации зависит от скорости охлаждения. При понижении температуры происходит изменение фазового состояния топлива — образуются кристаллы и топливо может переходить в твердое состояние, теряя подвижность. На скорость кристаллизации влияют многие факторы: состав топлива и количество в нем легкокристаллизующихся компонентов, условия кристаллизации, скорость течения топлива. Причинами загрязнения топлива являются: попадание пыли и влаги из окружающей среды и остатков после плохой зачистки средств хранения и транспортировки; производственные и технологические загрязнения во время ремонта и эксплуатации средств хранения и транспортировки; накопление продуктов окисления топлив.

Испаряемость топлива играет исключительную роль в процессе смесеобразования, воспламенения и горения. Кроме того, испаряемость определяет размеры потерь, возможность образования паровых пробок в топливных системах, а также возникновение кавитации. Накопление паров топлива в закрытых помещениях может стать причиной взрывов, пожаров и отравления личного состава. Основной характеристикой испаряемости топлива является давление насыщенных паров. Другие параметры (теплота испарения, теплоемкость, теплопроводность) оказывают меньшее влияние на испаряемость.

Воспламеняемость — это способность к физико-химическим предпла-менным превращениям, в результате которых становится возможным быстрое прогрессивное протекание химической реакции горения. Воспламенение всегда предшествует процессу горения. Воспламеняемость характеризуют свойства, от которых зависят пределы воспламенения, температура и период задержки воспламенения, склонность к низкотемпературным превращениям, энергия активации. Пределы воспламенения оцениваются температурой вспышки. Воспламеняемость дизельных топлив характеризуется цетановым числом.

Горючесть — это способность к химическим и физическим превращениям горючей смеси, определяющим распространение зоны реакции (фронта пламени).

Стабильность топлива - это способность сохранять первоначальные свойства в условиях хранения, транспортировки и использования (испаряемость, окисляемость, термическую стабильность и др.). При недостаточной стабильности качества топлива могут возникать отказы в работе двигателей.

Склонность к отложениям и загрязнению — способность топлива изменять свои первоначальные свойства, связанная с физико-химическими превращениями, испарением, кристаллизацией, загустеванием, поглощением влаги, окислением, разложением, образованием осадков и т. п. Наиболее существенное значение для эксплуатации двигателей имеют процессы образования смолистых, кислотных веществ и осадков различного вида. На образование отложений и кислот влияют следующие факторы: время хранения, температура топлива и окружающей среды, контакт с кислородом воздуха и газами, каталитическое действие металлов и их соединений, воздействие света и ионизирующего излучения.

Коррозионность — способность к физическому, химическому или электрохимическому взаимодействию с конструкционными материалами, вызывающему их разрушение. Скорость коррозионных процессов зависит от температуры, давления, времени и скорости движения среды. Повышение температуры вызывает ускорение процессов коррозии. Влияние давления аналогично действию температуры, но в значительно меньшей степени. Скорость движения среды может ускорять или замедлять процессы коррозии в результате изменения теплообмена. Коррозионность топлива зависит от многих факторов. Органические кислоты, образующиеся при окислении топлива, вызывают коррозию металлов. Низкомолекулярные органические кислоты оказывают корроди-

• рующее действие на цветные металлы (свинец, медь, серебро), а высокомолекулярные - на черные металлы в присутствии воды и кислорода. В топливе содержатся разнообразные сернистые соединения: элементарная сера, сероводород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды и др., действие которых проявляется различно. Элементарная сера действует на медь, а при повышенной температуре и на железо. Сероводород вызывает коррозию меди, цинка, латуни, железа с образованием сульфидов. Меркаптаны, воздействуя на металлы, разрушают их, при этом если содержание меркаптанов в пересчете на серу превышает 0,01 %, то скорость коррозии резко возрастает. Сернистые соединения образуют при сгорании окислы -сернистый и серный ангидрид. При высоких температурах возникает газовая коррозия и серный ангидрид переходит соответственно в сернистую или серную кислоту — в этом случае наблюдается кислотная коррозия.

Коррозионность топлива значительно снижает работоспособность и надежность топливной аппаратуры. Особенно это проявляется при использовании сернистых топлив и наличии в топливе морской воды, которая попадает, например, при недостаточно тщательной зачистке балластируемых танков.

Соединения натрия и ванадия, содержащиеся в топливе, обладают большой коррозионной активностью. Соединения ванадия находятся в основном в остатках топлива и частично в тяжелых его фракциях. С увеличением содержания серы в топливе растет и содержание ванадия. Наиболее неблагоприятно соотношение ванадия и натрия 1 : 3 (соли натрия в топливо попадают с морской водой).

Температура плавления некоторых соединений ванадия, натрия и серы около 650 °С. Поэтому при соприкосновении с поверхностью, температура которой ниже указанной, они затвердевают. При определенных температурах (свыше 500 °С) некоторые из таких соединений могут отлагаться на поверхности в жидкой или полужидкой фазе, поглощая кислород и способствуя быстрому окислению металла под слоем отложений. Особенно неблагоприятно воздействует на металлы пятиокись ванадия, которая ускоряет процессы их окисления и разрушения.

Взрыво- и пожаробезопасность топлива характеризуется температурой вспышки и испаряемостью. Топлива, имеющие температуру вспышки ниже 60 °С, к использованию на судах не допускаются. Среди факторов, снижающих взрывобезопасность топлива, следует отметить его электризацию, которая возникает в процессе эксплуатации при прокачке топлива по трубопроводам, разбрызгивании топлива в воздухе, ударе струи о твердую поверхность и распылении топлива (по этой причине не допускается налив танков свободно падающей струей топлива), прохождении топлива через фильтры, пропускании воздуха через массу топлива и разрыве пузырьков газа над поверхностью топлива. Статическое электричество накапливается на наружной поверхности проводника. Если емкости не заземлены, то на их поверхности может накопиться статическое электричество с напряжением в тысячи и даже десятки тысяч вольт.
При напряжении в 300 ... 500 В уже появляется опасность, поскольку при разряде искра имеет температуру, способную воспламенить смесь паров топлива с воздухом.

Для минеральных масел реальная опасность воспламенения fiapoe возникает при температуре в закрытой емкости свыше 100 ° С (повышается концентрация паров). Однако эта опасность может сохраняться и при более низких температурах, если в масле содержится топливо, поэтому рекомендуется тщательно вентилировать картер дизеля (рабочая температура картера способствует повышению концентрации паров).

Экологические свойства топлива определяются токсичностью по отношению к человеку, живым организмам и растительности при хранении, транспортировке, применении и сжигании. Все сорта топлив и смазочных масел в различной степени токсичны, что следует учитывать при работе с ними. Чаще всего нефтепродукты попадают в организм через дыхательные пути (в виде паров) и воздействуют намного быстрее (почти в 20 раз), чем при попадании их через желудок. Это объясняется тем, что они непосредственно попадают в большой круг кровообращения, минуя печень. Через кожные покровы проникают только те ядовитые вещества, которые растворимы в жирах и жироподобных веществах организма, поэтому случаи таких отравлений встречаются редко.

Ввиду малой испаряемости дизельное топливо не представляет опасности на открытом воздухе. Его опасное воздействие может проявляться в закрытых помещениях, особенно при очистке различного рода танков, цистерн и резервуаров, если не соблюдены меры предосторожности. Поэтому при концентрации паров выше 0,3 мг/л работы без кислородоизолирующих приборов не допускаются. Первыми признаками отравления парами нефтепродуктов являются понижение температуры тела и артериального давления, замедление пульса, вялость, мышечная слабость, озноб.

Частое и длительное воздействие дизельного топлива на кожу может вызвать заболевание кожных покровов в виде дерматита, экземы и других кожных заболеваний.

Токсичность масел проявляется в случае, когда они содержат легкие углеводороды, а также при образовании масляного тумана или масляных паров, содержащих взвешенные вещества (размеры частиц 1 ... 100 мкм). Вдыхание последних может привести к отравлению, длительное воздействие — к хроническому заболеванию легких и бронхов. Особенно вредным является воздействие серы, содержащейся в масле, а также сероводорода (может вызвать мгновенную потерю сознания).

Неблагоприятное влияние оказывают и присадки к ГСМ. При работе с нефтепродуктами следует соблюдать следующие меры предосторожности: применять индивидуальные средства защиты; не хранить и не принимать пищу на рабочем месте; перед курением и приемом пищи мыть руки теплой водой с мылом; при попадании на кожу стереть аккуратно ветошью и промыть теплой водой с мылом; максимально использовать приточно-вытяжную вентиляцию рабочего места и помещений. Предельно допустимая концентрация паров углеводородов в воздухе рабочей зоны равна 300 мг/м3, масляного тумана — 5 мг/м3.