Качество топлива представляет собой совокупность
его эксплуатационных свойств. Характеристиками эксплуатационных свойств
(прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость, горючесть,
стабильность, склонность к отложениям, коррозионность) являются:
плотность; коэффициенты кинематической и условной вязкости; температура
помутнения, начала кристаллизации и застывания; содержание механических
примесей и воды; давление насыщенных паров; фракционный состав;
температура вспышки, цетановое число; удельная теплота сгорания;
содержание фактических смол, водорастворимых кислот и щелочей;
кислотность; проба на медную пластинку; коксуемость; зольность [20, 83].
Количественные характеристики служат критериями пригодности топлива для
использования его в двигателе.
Определение плотности и кинематической вязкости топлива было дано в 1.2.
Для высоковязких топлив используют показатель условной вязкости - число
условных градусов, представляющее собой отношение времени истечения в
стандартных условиях 200 мл испытуемого продукта при температуре
испытания ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды
при температуре 20 °С. Условные градусы обозначаются °ВУ.
Температурой помутнения называют максимальную температуру, при которой в
топливе появляется фазовая неоднородность, оно начинает мутнеть
вследствие выделения микроскопических капелек воды, микрокристаллов льда
или углеводородов. Чем ниже температура помутнения, тем меньше в топливе
содержится воды и парафинов. Наличие кристаллов в объеме топлива может
привести к закупорке отверстий в форсунках и срыву подачи топлива в
цилиндр.
Температурой начала кристаллизации называют максимальную температуру,
при которой в топливе невооруженным глазом обнаруживают кристаллы
углеводородов или льда.
Температура застывания — температура, при которой топливо загустевает
настолько, что при наклоне пробирки под углом 45° его уровень остается
неподвижным в течение 1 мин. Подвижность топлива имеет важное значение
при транспортировке, хранении, перекачке и применении, особенно при
низких температурах.
Механические примеси — это твердые вещества органического и
неорганического происхождения, находящиеся в виде осадка или во
взвешенном состоянии. Массовую долю механических примесей оценивают в
процентах. Различное влияние механических примесей на работу двигателей
в конечном счете сводится к увеличению износов. В процессе распылива-ния
топлива механические примеси, как наиболее тяжелые, концентрируются на
периферии камеры сгорания. Период прогрева и испарения их оболочки,
состоящей из тяжелых компонентов топлива, продлевается. CfppaHHe
происходит замедленно и не полностью, в связи с чем на частицах примесей
образуется оболочка из кокса. Такие увеличенные частицы, попадая на
масляную пленку, способны нарушить ее целостность, что приводит к
коксованию масла и увеличению износов ЦПГ. Наличие примесей вызывает
также абразивный износ топливной аппаратуры в виде макронарушений
(риски, царапины, раковины) поверхности прецизионных пар. Диаметральные
зазоры у золотниковых насосов находятся в пределах
2,5 ... 9,0 мкм, у клапанных — 3,5 ... 17,0 мкм, поэтому для повышения
надежности их работы необходимо, чтобы средства очистки удаляли из
топлива частицы примесей с большими размерами.
Содержание воды в топливе определяют количественно. Вода снижает
теплотворную способность топлива, оказывает влияние на рабочий процесс
дизеля, работоспособность топливной аппаратуры и ЦПГ. Попадай в камеру
сгорания, частицы воды при нагревании приходят в напряженное состояние и
разрывают топливную оболочку. При таких микровзрывах происходит
дополнительное распыление топлива и улучшается качество смеси, чем
обеспечивается более полное ее сгорание. На этсм эффекте основано
действие мелкодисперсных водотопливных эмульсий, используемых в
двигателях и котлах. Однако приготовление таких эмульсий сопряжено с
определенными техническими трудностями. При больших размерах частиц воды
возможно попадание их на масляную пленку, что приводит к разрушению
пленки и повышенным износам ЦПГ. При отсутствии технических средств для
приготовления мелкодисперсной эмульсии воду из топлива следует удалять.
Для этого используют специальные препараты — деэмульгаторы, которые
уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела сред нефть—вода.
Наличие воды в топливе уменьшает смазывающую способность, что
неблагоприятно сказывается на работе топливной аппаратуры. Попадание
пресной воды в топливо ускоряет износы топливной аппаратуры. Присутствие
морской воды способствует протеканию химических реакций на трущихся
поверхностях, в результате которых образуется тончайший оксидный слой,
снижающий коэффициент трения и соответственно износы топливной
аппаратуры. Одновременно морская вода является катализатором коррозии,
которая вызывает зависание плунжеров, форсуночных игл и клапанов.
Следовательно, наличие в топливе морской воды, особенно при
использовании сернистого топлива, не желательно, так как является
наиболее частой причиной отказа топливной аппаратуры. Для защиты
топливной аппаратуры от коррозии применяются специальные
антикоррозионные присадки.
Содержание серы в топливе после процесса сгорания приводит к образованию
серной кислоты. Конденсируясь на поверхностях цилиндра, кислота вызывает
коррозию. Интенсивность коррозионных процессов зависит от толщины
масляной пленки и содержания в масле щелочной присадки.
Давлением насыщенных паров называют давление, развиваемое парами
испытуемого топлива при равновесии жидкой и паровой фаз.
Фракционный состав выражает зависимость между температурой и количеством
перегоняемого (при этой температуре) топлива. Фракционный состав
является характеристикой испаряемости топлива. В качестве параметра этой
характеристики используют температуру отгона определенного количества
продукта. Фракционный состав показывает процентное содержание в топливе
различных фракций, выкипающих при определенных температурах, а также
оказывает влияние на распыление топлива, полноту сгорания, дымность
выхлопа, нагароотложения и разжижение циркуляционного масла. При высоком
содержании легких фракций период задержки воспламенения уменьшается,
скорость образования рабочей смеси и нарастания давления увеличивается,
т. е. двигатель работает жестко. Более тяжелое топливо хуже
распыливается, ухудшается однородность смеси, скорость образования
рабочей смеси уменьшается, что приводит к дымному выхлопу и снижению
экономичности, но более мягкой работе. Оптимальный фракционный состав
топлива определяется конструктивными особенностями двигателя и условиями
эксплуатации.
Температура вспышки — минимальная температура, при которой смесь паров
нефтепродуктов с воздухом вспыхивает при поднесении к ней пламени. Этот
показатель характеризует нижний предел воспламенения топлива в смеси с
воздухом. Температуру вспышки вычисляют в открытом и закрытом тигле.
Дизельное топливо содержит значительное количество легких фракций,
быстро испаряется, является пожароопасным, что создает определенные
трудности при использовании его в закрытых помещениях. Согласно Правилам
Регистра СССР температура вспышки топлива, предназначенного для
энергетических установок судов неограниченного плавания, должна быть
выше 60 °С. Для судов ограниченного или портового плавания по
согласованию с Регистром СССР допускается использовать топливо с более
низкой температурой вспышки.
Цетановое число характеризует воспламеняемость топлива и численно равно
объемной доле (в процентах) цетана в смеси с а-метилнафталином. Сущность
определения цетанового числа заключается в сравнении воспламеняемости
дизельного топлива с воспламеняемостью эталонных топлив с известным
цетановым числом.
Цетановое число определяет эффективность сгорания топлива. Выбор топлива
во многом зависит от температуры, при которой оно будет использоваться.
Нормальный запуск и плановая работа дизеля обеспечиваются в летний
период при цетановом числе 40 ... 45, в зимний период необходимо его
увеличение до 50 ... 55. Несоблюдение этого условия снижает
эффективность сгорания топлива и увеличивает дымность выхлопа. У
моторных топлив и мазутов цетановое число находится в пределах 30 ...
35, у дизельных — 45 ... 52. Цетановое число повышают путем ввода
специальных присадок — ингенсификаторов горения: изопропилнитрата,
бутил-пероксида и др. При добавлении 1 % изопропилнитрата цетановое
число дизельного топлива повышается на 10 ... 12.
Удельную теплоту сгорания определяют сжиганием навески испытуемого
топлива в калориметрической бомбе в среде кислорода, насыщенного водяным
паром.
Фактическими смолами называют сложные продукты окисления, полимеризации
и конденсации углеводородов и гетероорганических соединений,
содержащиеся в топливе и образующиеся в нем в условиях испытания.
Содержание фактических смол выражают в миллиграммах на 100 мл
испытуемого топлива или в процентах по массе.
В тяжелом топливе (котельные мазуты) определяют
смолистые вещества, включая в их состав смолы, асфальтены,
полициклические и другие высокомолекулярные соединения.
Фактические смолы, так же как и потенциальные, характеризуют
стабильность топлива при длительном хранении. Сначала смолы полностью
растворяются в топливе, затем, накапливаясь, выпадают в осадок.
Водорастворимые кислоты и щелочи определяют методом извлечения их из
топлива водой или водным раствором спирта с последующим установлением
величины pH водной вытяжки или реакции среды с помощью индикаторов. При
использовании индикаторов топливо считается не содержащим
водорастворимых кислот и щелочей, если вытяжка не окрашивается.
Кислотность оценивает содержание в топливе органических кислот.
Кислотность выражают в миллиграммах едкого кали (КОН), потребного для
нейтрализации органических кислот, содержащихся в 100 мл.
Пробой на медную пластинку качественно оценивают содержание в топливе
элементарной серы, сероводорода и меркаптана. Появление на пластинке
пленок или налетов черного, серого или темно-коричневого цветов или
черных точек является признаком наличия в топливе свободной серы или
активных сернистых соединений.
Коксуемкостью называют массовую долю углеродистого остатка (в
процентах), образующегося после сжигания в стандартном приборе.
Коксуемкость косвенно характеризует способность топлива к отложению
нагара. Дистиллятные топлива имеют коксуемкость до 0,1 %, моторные — до
3 ... 4 %, мазуты - до 10 ... 14 %.
Зольностью называют массовую долю несгораемого остатка (в процентах),
образующегося при сжигании испытуемого топлива и прокаливании твердого
осадка до постоянной массы. Несгораемая часть получается при сжигании
содержащихся в топливе солей. Из минеральных солей наиболее
неблагоприятно воздействуют окислы ванадия и натрия. Их влияние
сказывается в первую очередь на снижении работоспособности выхлопных
клапанов (коррозия и прогорание), на коррозии сопел и рабочих лопаток
турбокомпрессоров, а также других металлических поверхностей двигателей
и котлов. Все ванадиевые соединения сосредоточены в асфальтосмолистых
фракциях нефти и главным образом в асфальтено-вой. Более подробно о
воздействии солей ванадия рассмотрено в материале, относящемся к
коррозионности топлива.