ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Химмотологические требования и марки моторных топлив4.3.1. Автомобильные и авиационные бензины Детонационная стойкость является основным показателем качества авиа- и автобензинов, она характеризует способность бензина сгорать в ДВС с воспламенением от искры без детонации. Детонацией называется особый ненормальный режим сгорания карбюраторного топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после воспламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Последняя порция несгоревшей рабочей смеси, находящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распространения пламени возрастает до 1500 - 2000 м/с, а давление нарастает не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонационную волну, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный звонкий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и аварийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях. На характер сгорания бензина и вероятность возникновения детонации в карбюраторных двигателях оказывают влияние как конструктивные особенности двигателя (степень сжатия, диаметр цилиндра, форма камеры сгорания, расположение свечей, материал, из которого изготовлены поршни, цилиндры и головка блока цилиндра, число оборотов коленчатого вала, угол опережения зажигания, коэффициент избытка и влажность воздуха, нагарообразование, тепловой режим в блоке цилиндров и др.), так и качество применяемого топлива. Температурный режим горения топливо-воздушной смеси в рабочем такте ДВС можно вычислить из уравнений: dT/dx^W и W=upq, где Т и Тад - текущая и адиабатическая температуры процесса горения, К; w - скорость тепловыделения (кДж/с); и - скорость сгорания топлива (м3/с); q - теплота сгорания (кДж/кг); р - плотность топлива (кг/м3) Т - время горения (с) Отсюда можно сформулировать следующий принцип оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров карбюраторного двигателя: наиболее благоприятны для бездетонационного горения такие значения параметров, которые обеспечивают минимальное время сгорания, низкие температуры и наилучшие условия гомогенизации рабочей смеси в камере сгорания. Из этого принципа следует, что при конструировании карбюраторных двигателей следует стремиться к уменьшению диаметра цилиндров, увеличению их числа и числа оборотов коленчатого вала, к обеспечению интенсивного теплообмена в системе охлаждения, использовать для изготовления блока цилиндров металлы с высокой теплопроводностью, например, алюминий; следует отдать предпочтение таким формам камеры сгорания, которые обеспечивают наилучшие условия для перемешивания и одновременно отвода тепла рабочей смеси и т.д. С повышением степени сжатия уменьшается время сгорания рабочей смеси и существенно улучшаются технико-экономические показатели двигателя, однако при этом в результате повышения температуры в камере сгорания возрастает вероятность возникновения детонации, а также неконтролируемого самовоспламенения топлива. Вероятность возникновения детонации при работе на данном двигателе существенно зависит и от химического состава применяемого автобензина: наиболее стойки к детонации ароматические и изопарафиновые углеводороды и склонны к детонации нормальные парафиновые углеводороды бензина, которые легко окисляются кислородом воздуха. Причины возникновения и механизм детонационного сгорания углеводородного топлива в бензиновом двигателе до сего времени полностью не выяснены. Из предложенных гипотез, объясняющих сущность детонационного сгорания, наиболее общепризнанной до настоящего времени являлась так называемая перекисная теория академика А.Н. Баха. Согласно этой теории, предложенной в 30-х гг. XX в., т.е. до разработки радикально-цепной теории Н.Н. Семено- вым, первой стадией процесса горения органических веществ является прямое присоединение молекулы кислорода к молекуле окисляемого вещества с образованием «мольоксида»
м+о2-»м С с дальнейшей его изомеризацией в гидроперекись ROOH. Перекиси относятся к разряду весьма нестойких соединений, которые при высоких термобарических условиях могут самопроизвольно разлагаться и стать причиной возникновения детонации. Тевретическим обоснованием гипотезы Баха по радикально-цепной теории Семенова являлся следующий механизм окисления углеводородов: 1. R+02 -» ROO, 2. ROO+R,H -» ROOH+R,, 3. ROOH -» RO+OH, т.е. образование из одного радикала R трех - R,, RO и ОН, что и вызывает самоускорение процесса горения. Однако теория Баха-Семенова не объясняет влияние молекулярного строения углеводородов на их детонационную стойкость (ДС) и не дает ответа на вопрос: почему изоалканы, цикланы, арены, эфи-ры и спирты более стойки к детонации, чем я-алканы. На основании кинетических исследований Р.З. Магарилом с сотрудниками* установлено, что в высокотемпературных условиях ДВС гидроперекиси практически не могут образоваться. Ими предложена так называемая альдегидная теория детонационного горения по следующему механизму: 1. R+02 -> ROO, 2. R06->RO+RC^H, 3. ROO -» RiO+R'COR". *Магарил Е.Р., Корзун Н.В., Магарил Р.З., Чупаева Н.В. Химия детонационного горения в бензиновых двигателях внутреннего сгорания // Известия вузов. Нефть и газ. №5. 2001. Из этой теории следует, что при высоких термобарических условиях бензинового двигателя пероксидные радикалы распадаются с образованием: - альдегидов, характеризующихся низкой ДС, если это радикалы со вторичным углеродным атомом RbtOO; - кетонов с высокой ДС, если это пероксидный радикал с третичным углеродным атомом 1^,00. Оценка детонационной стойкости бензинов проводится на стандартном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия (УИТ-65). Определение ДС сводится к подбору смеси эталонных углеводородов, которая при данной степени сжатия стандартного двигателя сгорает с такой же интенсивностью детонации, как и испытуемый бензин. В качестве эталонных углеводородов приняты изооктан (2,2,4-триметилпентан) и н-гептан, а за меру ДС принято октановое число (ОЧ). 04 изооктана принято равным 100, а гептана -нулю. Октановое число бензинов - показатель ДС, численно равный процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гепта-ном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемому бензину в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя. ОЧ бензинов выше 100 единиц определяют сравнением их ДС с изооктаном, в который добавлена антидетонационная присадка -тетраэтилсвинец (ТЭС). Определение ОЧ на установке УИТ-65 ведут при двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 900 об/мин (метод принято называть моторным) и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 600 об/мин (исследовательский метод). Октановое число бензина, найденное по исследовательскому методу (ОЧИМ), как правило, выше ОЧ, определенного моторным методом (ОЧММ). Разницу между ОЧИМ и ОЧММ называют «чувствительностью». Последняя зависит от химического состава бензина: наибольшая у алке-нов, несколько меньше у аренов, затем идут нафтеновые и самая низкая чувствительность у алканов. В табл. 4.1 приведены антидетонационные свойства индивидуальных углеводородов и компонентов бензинов, полученных различными процессами переработки нефти и нефтяных фракций. Из анализа этой таблицы можно заметить следующие основные закономерности влияния химического строения углеводородов и бензиновых компонентов на их детонационные свойства: Таблица 4.1 Антидетонационные свойства углеводородов и компонентов бензинов
1. Наименьшей детонационной стойкостью обладают алканы нормального строения, наивысшей - ароматические углеводороды. ДС цикланов выше, чем у алканов, но ниже, чем у аренов с тем же числом атомов углерода в молекуле. 2. ДС у алканов нормального строения резко снижается с увеличением их молекулярной массы. 3. ДС изопарафинов значительно выше, чем у алканов нормального строения. Увеличение степени разветвленности молекулы, компактное и симметричное расположение метальных групп и приближение их к центру молекулы способствует повышению ДС изопарафинов. 4. Олефиновые углеводороды обладают более высокой ДС по сравнению с алканами с тем же числом атомов углерода. Влияние строения алкенов на их ДС подчиняется тем же закономерностям, что и у алканов. Повышению ДС алкена способствует расположение двойной связи в его молекуле ближе к центру. Среди диолефи-нов более высокие ДС имеют углеводороды с сопряженным расположением двойных связей. 5. Наличие и удлинение боковых цепей нормального строения у цикланов приводит к снижению их ДС. Разветвление боковых цепей и увеличение их числа повышают ДС нафтенов. 6. ДС аренов, в отличие от других классов углеводородов, не понижается, а наоборот, несколько повышается с увеличением числа углеродных атомов. Их ДС улучшается при уменьшении степени разветвленности и симметричности ее расположения, а также наличии двойных связей в алкильных группах. Лучшими компонентами высокооктановых авиа- и автобензинов являются изопарафины и до определенного предела - ароматические углеводороды (чрезмерно высокое содержание аренов приводит к ухудшению других показателей качества бензинов, таких, как токсичность, нагарообразование и др.). Оценку ДС авиационных бензинов проводят на бедной и богатой смесях в условиях наддува. Их ДС обозначают дробью: числитель- ОЧИМ на бедной смеси, а знаменатель - сортность на богатой смеси в условиях наддува. Сортностью авиабензина называют возможное увеличение мощности (выраженное в процентах) двигателя при работе на испытуемом топливе за счет увеличения наддува по сравнению с мощностью, получаемой на эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100 единиц. Наиболее эффективным и дешевым, но экологически не выгодным способом повышения ДС товарных бензинов является введение антидетонационных присадок - антидетонаторов. Они обладают способностью при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко повышать его ДС. В качестве такой присадки во всех странах мира более полувека применяют алкилсвинцовые антидетонаторы, преимущественно тетраэтилсвинец (ТЭС), а также тетраметилсвинец (ТМС) и некоторые соединения марганца. При 200°С ТЭС разлагается с выделением свинца, который затем окисляется до диоксида свинца, разрушающего пероксиды и тем самым предотвращающего детонацию: РЬ(С2Н„)„->РЬ+4С2Н5, рь+о2-»рьо2, RCH2OOH+PbO2-»RCHO+PbO+H2O+0,5O2. В чистом виде ТЭС (и ТМС) применять нельзя, так как оксид свинца отлагается на холодных деталях двигателя (клапанах, свечах и стенках цилиндра) в виде твердого нагара. Для их удаления к ТЭС добавляют так называемые выносители свинца - различные галогеналкилы. В присутствии выносителя образуются более летучие соединения свинца с низкой температурой плавления. Смесь свинцового антидетонатора, выносителя и красящего вещества называют этиловой жидкостью. Этиловая жидкость и этилированные бензины сильно ядовиты. При обращении с ними необходимо соблюдать специальные меры предосторожности. Бензины различного химического состава по-разному относятся к добавке ТЭС, т.е. обладают различной приемистостью к ТЭС. Наибольшая приемистость к ТЭС у алканов нормального строения, наименьшая - у алкенов и аренов (т.е. приемистость к ТЭС обратно пропорциональна ДС бензина). Эффективность действия ТЭС снижается с повышением их концентрации, поскольку первые порции вызывают большее повышение ДС, чем последующие. Содержание алкилсвинцовых антидетонаторов в автобензинах допускалось до 0,5 г/кг, а в авиабензинах - до 3,1 г/кг. В последние годы в целях охраны чистоты окружающей среды в большинстве стран мира наметилась тенденция либо к полному запрещению применения ТЭС, особенно в крупных и курортных городах, либо к ограничению его содержания в автобензинах. 5 — 1908 Распределение ДС по фракциям. В последние годы появилось новое требование к ДС бензинов - равномерное распределение октановых чисел по фракциям. Обычно 04 низкокипящей фракции ниже, чем 04 бензина в целом (например, у бензина каталитического риформинга). При резком разгоне двигателя (резкое открытие дроссельной заслонки карбюратора) рабочая смесь обогащается лег-коиспаряющимися низкооктановыми фракциями, и появляется большая вероятность детонации. За рубежом широко распространена методика, заключающаяся в отгоне фракции бензина, выкипающей до 100°С (головная фракция), и определение ее ОЧ. В нашей стране в качестве межведомственного испытания принят следующий метод оценки распределения ДС бензина по фракциям: в лабораторных условиях бензин разгоняют (в колбе емкостью 1 л без дефлегматора) на две фракции: низкокипящую до 100°С и высококипящую выше 100°С. Для этих фракций определяют ОЧИМ (0ЧНК и 0ЧВК). Затем вычисляют коэффициент распределения ДС по фракциям: Крдс=ОЧИ1[/ОЧ1в. Чем ближе Крдс к 1, тем равномернее распределение ДС по фракциям бензинов. При Крдс<1 фактическое дорожное 04 (ДОЧ) ниже ОЧИМ. Определение величины Крдс в первую очередь необходимо для высокооктанового бензина (типа АИ-93), получаемого, как правило, на базе компонента каталитического риформинга и отличающегося высоким содержанием высокооктановых ароматических углеводородов, выкипающих при температурах выше 100°С. Ниже приведены оценки Крдс некоторых компонентов и товарных отечественных автобензинов различных НПЗ: Бензин "Экстра" 0,96 Бензин прямой гонки 1,36 Бензин АИ-93 Бензин термического крекинга 1, И неэтилированный 0,88 этилированный 0,79 Бензин А-76 Бензин каталитического 0,78 '"■■ крекинга неэтилированный 1,04 Бензин каталитического рифор- 0,60 этилированный 0,86 минга жесткого режима Октановое число смешения. Современные товарные автобензины готовят, как правило, смешением (компаундированием) компонентов, получаемых в различных процессах нефтепереработки, различающихся физическим и химическим составом. Установлено, что ДС смеси компонентов не является аддитивным свойством. Октановое число компонента в смеси может отличаться от этого показателя в чистом виде. Каждый компонент имеет свою смесительную характеристику или, как принято называть, октановое число смешения (ОЧС). ОЧС парафиновых углеводородов как нормального, так и изостроения близки к их ОЧ в чистом виде. ОЧС ароматических углеводородов, как правило, ниже, чем ОЧ их в чистом виде: эта разница достигает до 30 и более. Например, бензол, имеющий в чистом виде ОЧ 113 единиц, при его содержании 10% в смеси бензина обладает ОЧС всего 86 пунктов. Бензиновые фракции каталитических процессов алкилирования, изомеризации и полимеризации имеют, наоборот, ОЧС несколько выше, чем ОЧ их в чистом виде. Склонность бензинов к калильному зажиганию. При полной оценке качества автобензинов определяют также их способность к калильному зажиганию - косвенный показатель склонности к нага-рообразованию. Калильное число (КЧ) - показатель, характеризующий вероятность возникновения неуправляемого воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя вне зависимости от момента подачи искры свечей зажигания. Оно связано с появлением «горячих» точек в камере сгорания (от металлической поверхности и нагаров). Калильное зажигание делает процесс сгорания неуправляемым. Оно сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двигателя и т.д. Калильное зажигание принципиально отличается от детонационного сгорания. Сгорание рабочей смеси после калильного зажигания может протекать с нормальными скоростями без детонации. КЧ выше у ароматических углеводородов (у бензола - 100) и низкое у изопарафинов. ТЭС и сернистые соединения повышают склонность бензина к отложениям нагара. Основные направления борьбы с калильным зажиганием - это снижение содержания ароматических углеводородов в бензине, улучшение полноты сгорания путем совершенствования конструкций ДВС и применение присадок (например, трикрезолфосфата). Испаряемость автобензинов. Она обусловливает многие важнейшие их эксплуатационные свойства при применении в ДВС с принудительным воспламенением. В наибольшей степени испаряемость 5* зависит от фракционного состава и давления насыщенных паров бензинов. С фракционным составом и давлением насыщенных паров бензинов связаны такие эксплуатационные характеристики двигателя, как возможность его пуска при низких температурах и склонность к образованию паровых пробок в системе питания, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, расход горючего и другие показатели. Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения их фракционного состава. Установлена следующая эмпирическая зависимость минимальной температуры воздуха tB, при которой возможен запуск двигателя, от температуры 10%-ной перегонки бензина и температуры начала его кипения t „ г: tB= 0,5 11DS-50,5+(t ик -50)/3. Применение очень легких бензинов вызывает другие эксплуатационные затруднения, как, например, образование паровых пробок в системе питания. Применение бензинов с высоким содержанием низкокипящих фракций, кроме образования паровых пробок, может сопровождаться обледенением карбюратора, а также увеличением потерь бензина при хранении и транспортировании. Таким образом, требования к содержанию низкокипящих фракций в бензине противоречивы. С позиции пусковых свойств бензинов желательно иметь большее содержание, а с точки зрения образования паровых пробок - предпочтительно меньшее содержание легкоки-пящих фракций. Оптимальное содержание их зависит от климатических условий эксплуатации автомобиля. Для территории бывшего СССР стандартом предусмотрена выработка автобензинов зимнего и летнего сортов (tH к для летнего вида составляет 35°С, a t10% для летнего - 70°С и для зимнего бензина - 55°С). Температуру перегонки 50% бензина лимитируют, исходя из требований к приемистости двигателя (т.е. способности обеспечить быстрый разгон до требуемой скорости автомобиля) и времени его прогрева. Оптимальной температурой перегонки 50 % считается для летнего вида бензина 115°С, а для зимнего - 100°С. Экономичность работы двигателя и износ его деталей связывают с температурой перегонки 90% бензина и температурой конца его кипения. При высоких значениях этих показателей тяжелые фракции бензина не испаряются и поступают в картер двигателя и разжижают смазку Снижение температуры 90% отгона и конца ки- пения улучшает эксплуатационные свойства бензинов, но при этом сокращаются их ресурсы. Нормируется для летнего и зимнего видов автобензинов t90%, равной 180 и 160°С, a tKK - 195 и 185 °С соответственно. Химическая стабильность бензинов определяет способность противостоять химическим изменениям в процессах хранения, транспортирования и длительной их эксплуатации. Для оценки химической стабильности нормируют следующие показатели: содержание фактических смол и индукционный период. О химической стабильности бензинов можно судить по содержанию в них ре-акционноспособных непредельных углеводородов или по йодному и бромному числам. Непредельные углеводороды, особенно диоле-финовые, при хранении в присутствии воздуха окисляются с образованием высокомолекулярных смолоподобных веществ. Наихудшей химической стабильностью обладают бензины термодеструктивных процессов - термокрекинга, висбрекинга, коксования и пиролиза, а наилучшей - бензины каталитического риформинга, алкилирования, изомеризации, гидрокрекинга и прямой гонки. Повышение химической стабильности бензиновых фракций достигается следующими способами: - облагораживанием бензинов; - введением специальных антиокислительных присадок. - олигомеризационной очисткой (термической, каталитической или акустической) с последующей гидроочисткой и каталитическим риформированием; - каталитическим крекингом нестабильных бензинов в смеси с вакуумными газойлями; - непосредственной специальной гидроочисткой (в смеси с прямо-гонными фракциями или с подачей ингибиторов окисления) с последующим каталитическим риформированием или изомеризацией; и т.д. Достаточно эффективным и экономичным способом повышения химической стабильности бензинов является введение специальных антиокислительных присадок (ФЧ-16, ионол и др.). Антиокислительные присадки, кроме предотвращения окисления алкенов, весьма эффективны и в стабилизации свинцовых антидетонаторов. Коррозионная активность бензинов обусловливается наличием в них неуглеводородных примесей, в первую очередь, сернистых и кислородных соединений и водорастворимых кислот и щелочей. При квалификационных испытаниях она оценивается кислотностью, общим содержанием серы, содержанием меркаптановой серы, испытанием на медной пластинке и содержанием водорастворимых кислот и щелочей. Из них более чувствительным и характеризующим действительную коррозионную активность бензинов является проба на медную пластинку. Содержание так называемой «меркаптановой» серы в товарных бензинах не должно превышать 0,01%. При ее большем содержании бензины следует подвергать демеркаптани-зации (щелочная экстракция и каталитическая регенерация раствора меркаптида натрия кислородом воздуха). В технических условиях на автомобильные бензины регламентируется только общее содержание серы. В настоящее время в России производится 5 марок автобензина по ГОСТ 2084-77: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95 (табл. 4.2). По техническим условиям выпускаются: - бензины для экспорта А-80, А-92, АИ-96, АИ-98; - бензины с марганцевыми антидетонаторами Нормаль-80 и Регуляр-91; - бензины для зарубежных автомобилей Премиум-95 и Супер-98; - неэтилированные бензины с улучшенными экологическими показателями (с содержанием бензола не более 3%) АИ-80 эк, АИ-93 эк, АИ-98 и др. В порядке испытаний в некоторых регионах выпускаются бензины с ферроценовым антидетонатором. В большинстве стран мира, как правило, выпускается два сорта автобензина: регулярный с ОЧИМ 85 - 86 и премиальный с ОЧИМ не ниже 97, а также в небольшом объеме наиболее высокооктановый SUPER с ОЧИМ>100. В последние годы в США и западно-европейских странах начали выпускать более экологичные неэтилированные автобензины с ограниченным содержанием суммарной ароматики (менее 25%), бензола (менее 1%), олефинов (менее 6,5%) и серы (менее 0,01%), так называемые реформулированные бензины. Авиационные бензины выпускаются трех марок: Б-91/115, Б-95/130 и Б-92 (табл. 4.3). Они отличаются от автобензинов главным образом по содержанию ТЭС, давлению насыщенных паров и дополнительными требованиями на некоторые другие показатели их качества. Таблица 4.2 Характеристика автомобильных бензинов
Окончание табл. 4.2
4.3.2. Дизельные топлива По частоте вращения коленчатого вала различают быстроходные (с числом оборотов коленчатого вала более 1000 мин-1) и тихоходные дизели. Степень быстроходности в значительной мере определяет требования к качеству топлива. Значительная часть грузовых автомобилей и сельскохозяйственной техники в настоящее время оснащены быстроходными дизелями, а суда речного и морского флота, а также стационарные силовые установки - преимущественно тихоходными. Таблица 4.3 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|