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.