2.6. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЯЗКИХ ТОПЛИВ И
ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ НА СУДНЕ
2.6.1. Вязкие топлива
Вязкие топлива, используемые на судах (газотурбинное, приготовляемое по
ГОСТ 10433—75, и судовое маловязкое — по техническим условиям),
отличаются от дизельного повышенными вязкостью, плотностью, температурой
застывания, содержанием асфальтосмолистых веществ и серы. Кроме того, в
тяжелых топливах допускается наличие воды, механических примесей,
ванадия, натрия, кальция [ 21,33, 34,47].
Названные отличия вызывают следующие нежелательные последствия: высокая
вязкость — ухудшение смесеобразования (тонкости распыли-вания и
неравномерности распределения топлива в камере), вследствие чего
снижается качество процесса сгорания в цилиндре, повышается температура
и дымность выхлопных газов, увеличивается удельный расход топлива;
содержание серы и воды в топливе — коррозию и износы деталей ЦПГ,
топливной аппаратуры, трубопроводов и емкостей;
наличие соединений ванадия и натрия — коррозию сопел форсунок, выхлопных
клапанов и лопаток турбонагнетателей (ванадиевая коррозия) . Кроме того,
пятиокись ванадия является катализатором реакций окисления S02 и S03,
способствуя образованию серной кислоты, вызывающей коррозию деталей ЦПГ;
содержание смолистых веществ и механических примесей — увеличивает
интенсивность и плотность нагара, вызывает залегание поршневых колец,
закоксовывание сопловых форсунок, увеличивает износ деталей ЦПГ и др.
Кроме того, повышенное содержание смолистых веществ ведет к увеличению
труднорастворимых осадков и отложений в топливных танках, что усложняет
топливоподготовку;
высокая температура в районе сопловых отверстий способствует
кок-сообразованию в них, а высокая температура в нижней части
направляющей иглы — лакообразованию на поверхностях трения;
сравнительно высокая температура застывания осложняет операции при
бункеровке и дальнейшей перекачке топлива.
Для успешного применения вязких топлив необходимо решить целый комплекс
организационно-технических задач от приема топлива до его сжигания.
1. Ввиду высокой температуры застывания вязкие топлива следует принимать
в танки с подогревом. Во избежание выпадения в осадок асфальтосмолистых
веществ и коагуляции подогрев топлива на всем протяжении его
использования следует осуществлять до минимальных пределов (согласно
инструкции), обеспечивающих его перекачку и сепарирование. Использование
специальных сопловых устройств вместо паровых змеевиков в 4 раза
ускоряет процесс подогрева топлива в танках запаса.
2. Для улучшения смесеобразования и сгорания топлива необходимо:
подогревать топливо непосредственно перед подачей его в цилиндр
для поддержания вязкости в оптимальных пределах. Для этого в системе
топливоподготовки устанавливают специальные автоматические устройства —
вискозиметры или терморегуляторы для контроля за поддержанием вязкости
или температуры в заданных пределах; повышать коэффициент избытка
воздуха;
применять специальные присадки, интенсифицирующие горение. Присадки с
концентрацией не более 0,3 % должны уменьшать период задержки
воспламенения за счет повышения скорости предпламенных реакций, снижать
температуру отработавших газов и удельный эффективный расход топлива,
повышать чистоту поршневых колец, канавок на поршне и перемычек между
ними. Используемые присадки Дисмайк, J13—ЦНИИМФ-6, J13— ЦНИИМФ-6/29
позволяют снизить расходы топлива на 0,9 ... 1,5 % при одновременном
уменьшении износов втулок и колец;
изменять конструкции сопел форсунок и камер сгорания. При этом
оптимальные размеры отверстий сопел и углы распыла топлива определяются
по результатам стендовых испытаний с учетом конструктивных и
эксплуатационных особенностей двигателей в целом. В основном это
касается случаев, когда предусматриваются к использованию топлива с
исходной вязкостью более 25 °ВУ при 50 °С (1500 cRl при 100 °F), при
меньшей вязкости может использоваться штатная топливная аппаратура.
3. В целях уменьшения вредного влияния серы (коррозии и износов)
рекомендуется:
хромировать верхнее поршневое кольцо, что позволяет улучшить уплотнение
и исключить прорыв газов, выжигание масляной пленки;
использовать высокощелочные цилиндровые масла;
интенсифицировать распределение масляной пленки по зеркалу цилиндра
(конструктивными мерами);
поддерживать температуру охлаждающей воды и масла на верхних пределах,
рекомендованных инструкциями (во избежание конденсации продуктов
сгорания серы и образования крепких минеральных кислот). На режимах
частичных нагрузок повышать температуру воздуха на всасывании путем
оключения холодильника воздуха.
4. Для уменьшения вредного воздействия солей ванадия и натрия на
выпускные клапана в топливо необходимо вводить присадки на кремниевой,
алюминиевой или магниевой основе (см. 2.4). Такие присадки за счет
повышения температуры плавления золы препятствуют отложениям ванадиевых
соединений на клапанах.
5. Интенсивность износов ЦПГ (рис. 2.3), топливной аппаратуры, за-,
грязнение ЦПГ и газового тракта газотурбонагнетателей зависят от
зольности топлива и содержания механических примесей и воды.
Для очистки топлива используют двойную сепарацию: сначала отделяют воду,
затем — механические примеси.
Для удаления воды из топлива обработку его необходимо производить
круглосуточно, в первую очередь максимально используя метод отстоя.
Сепарирование топлива рекомендуется производить последовательно двумя
сепараторами, отрегулированными на режим пурификации.
Для лучшего отделения примесей топливо перед сепарацией необходимо
подогревать до температуры на 10 ... 15 °С ниже температуры вспышки.
Оптимальная производительность сепаратора должна быть в пределах 30 ...
40 % номинальной.
В барабан сепаратора, настроенного на пурификацию, рекомендуется
подавать горячую воду в количестве 3 ... 5 % подаваемого топлива с
температурой примерно на 5 °С выше температуры сепарируемого топлива.
Это способствует укрупнению и отделению механических примесей, вымыванию
из топлива солей калия и натрия и обновлению водяного затвора. В случае
образования в период сепарации стойких водотопливных эмульсий необходимо
в топливо (до сепарации) добавлять деэмульгатор. Периоды между
разгрузками самоочищающихся сепараторов и чистками фильтров тонкой
очистки устанавливаются опытным путем.
Пример рекомендуемого режима работы сепаратора МАРХ-207 при очистке
средневязких топлив.
1. Производительность назначают в зависимости от плотности: при
плотностях
0,870 ... 0,900 и 0,900 ... 0,930 г/см3 производительность
соответственно равна 2,2 и 1,8 м3/ч.
2. Диаметры гравитационных тарелок и температуру подогрева выбирают
также в зависимости от плотности топлива. Для указанных выше значений
плотности соответственно необходимые диаметры тарелок равны 101 и 95 мм,
а температура 70 и 90 °С.
3. Периодичность разгрузки и промывки барабана сепаратора зависит от
коксуемости топлива. При коксуемостях 3 ... 5, 5 ... 7, 8 ... 9 %
периодичность названных операций должна составлять соответственно 4, 2 и
1 ч.
а) при очистке топлив с коксуемостью 3 ... 5 %: гравитационной тарелки,
водяной горловины и верхней крышки барабана - 50 ... 60 ч; комплекта
тарелок -250... 300 ч;
б) при очистке топлив с коксуемостью 8 ... 9 %: гравитационной тарелки,
водяной горловины и верхней крышки барабана - 45 ... 50 ч; комплекта
тарелок -90 ... 100 ч.
6. Для снижения интенсивности процесса отложений в газовых трактах
(особенно на сопловых аппаратах и турбинных лопатках) рекомендуется
внедрять систему промывки турбины на ходу. В качестве моющих средств
используется чистая вода или специальные жидкости.
7. С целью снижения температуры в районе сопловых отверстий, уменьшения
лакообразования и предотвращения „зависания” игл форсунок рекомендуется:
применять охлаждение форсунок водой или топливом; использовать
длиннокорпусные распылители, у которых направляющая часть иглы
располагается в зоне пониженных температур; исключать возможность
прорыва газов из цилиндра в кольцевую камеру распылителя (для этой цели
в форсунках устанавливают невозвратные клапаны или поддерживается
давление топлива выше, чем давление газов); использовать распылители с
меньшей гидравлической плотностью (на 1 ... 2 с) и увеличенным на 8 ...
10 мкм диаметральным зазором по сравнению с указанными нормативными
параметрами распылителей для работы на дизельном топливе.
8. Для обеспечения длительной работы дизелей на тяжелых топливах
необходимо выполнять ряд требований по предельным температурам: перед
выпускными клапанами — 550 °С (при охлаждаемых седлах клапанов) и 440 °С
(без охлаждения); первого компрессионного кольца — 230 °С; распылителя
форсунки — 180 °С.