книги / Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и транспортно-технологических машин

сии официально прекращено производство вредного этилированного бензина, все марки бензина считаются неэтилированными, и данный факт в маркировке никак не отображается.

Требования ГОСТ 2084-77 к качеству автомобильных бензинов и их характеристики приведены в табл. 2.1.

Свойства бензинов, производимых по ГОСТ 2084–77, имеют существенные отличия от соответствующих свойств, прописанных в международных стандартах, особенно это касается экологических требований. Для того чтобы довести качество российских бензинов до международного уровня и тем самым повысить их конкурентоспособность, разработан ГОСТ Р 51105–97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия», который введен в действие с 01.01.99 г. Этот стандарт не заменяет ГОСТ 2084–77, предусматривающий выпуск как этилированных, так и неэтилированных бензинов. В соответствии с ГОСТ Р 51105–97 производятся только неэтилированные бензины (максимальное содержание свинца не более 0,01 г/дм3).

Таблица 2 . 1 Характеристики автомобильных бензинов (ГОСТ 2084-77)

21

1.Для бензинов всех марок: испытание на медной пластинке – выдерживают; содержание водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды – отсутствие; плотность при 20 °С – не нормируется, определение обязательно.

2.Для городов и районов, а также предприятий, где главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные.

3.Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу: 10 % перегоняется при температуре не выше 75 °С; 50 % перегоняется при температуре не выше 120 °С.

4.Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускаемая температура конца кипения не выше 205 °С – для летнего и не выше 195 °С – для зимнего.

22

По октановому числу, определяемому исследовательским методом, имеются четыре марки бензинов: «Нормаль-80», «Регу- ляр-91», «Премиум-95», «Супер-98». Бензин «Нормаль-80» используется грузовым автотранспортом наряду с бензином А-76. Неэтилированный бензин «Регуляр-91» применяется вместо этилированного А-93. Марки «Премиум-95» и «Супер-98» производятся по европейским стандартам, успешно конкурируют с зарубежными аналогами и используются преимущественно для автомобилей, импортируемых в Россию (табл. 2.2).

Чтобы ускорить переход от этилированных бензинов к неэтилированным, вместо этиловой жидкости разрешено применять марганцевый антидетонатор с концентрацией не выше 5 мг Мn/дм3 для «Нормаль-80» и не более 18 мг Мn/дм3 для «Регу- ляр-91». Для приведения качества бензина в соответствие с международными нормами введены ограничения по некоторым показателям, а именно: объемная доля бензола – не более 5 %; массовая доля серы – не более 0,05 %.

Вновь введена норма по показателю «плотность при 15 °С». Введено пять классов испаряемости для работы в различных климатических районах по ГОСТ 16350 – 80 в рамках обеспечения надежной эксплуатации двигателей и минимизации расхода топлива. Кроме определения температуры перегонки бензина при заданном объеме также предусмотрено определение объема испарившегося бензина при заданной температуре 70, 100 и 180 °С. Вводится характеристика «индекс испаряемости». ГОСТ Р 51105– 97 также гармонизирован с европейскими нормами на методы ис-

пытаний(ISO, EN, ASTM).

Автомобильный бензин по составу является смесью компонентов, которые производятся в процессе реализации различных технологий, таких как каталитический риформинг, изомеризация прямогонных фракций, висбрекинг, алкилирование, прямая перегонка нефти, ароматизации термического крекинга, каталитический крекинг и гидрокрекинг вакуумного газойля, замедленное коксование. Состав бензина зависит от его марки и определяется набором технологических параметров нефтеперерабатывающего завода.

23

Таблица 2 . 2

Нормы и требования к качеству автомобильных бензинов по ГОСТ Р 51105-97

1.Содержание марганца определяют только для бензинов с марганцевым антидетонатором (МЦТМ).

2.Автомобильные бензины, предназначенные для длительного хранения (5 лет) в Госрезерве и Министерстве обороны, должны иметь индукционный период не менее 1200 мин.

Каталитический риформинг и каталитический крекинг являются основными технологиями получения базового компонента автомобильных бензинов. Бензины каталитического риформинга обладают низким содержанием серы, их состав практически не содержит олефины, благодаря этому они стабильны при хранении. Но они содержат повышенное количество ароматических углеводородов, что с экологической точки зрения ограничивает их при-

24

менение. Другим весомым недостатком таких бензинов является неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. В России объем производимого компонента каталитического риформинга превышает50% от общегообъема.

Бензины, производимые по технологии каталитического крекинга, имеют октановое число, определенное исследовательским методом, 90–93 единицы, и низкое содержание серы. Ароматических углеводородов в них содержится 30–40 %, олефинов – 25– 35 %. Отсутствие в их составе диеновых углеводородов обуславливает их относительно высокую химическую стабильность (индукционный период 800–900 мин). У таких бензинов детонационная стойкость распределена по фракциям более равномерно, чем у бензинов каталитического риформинга. Отсюда вытекает, что базу для производства автомобильных бензинов целесообразно создавать из смеси компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.

При реализации таких технологий, как крекинг, замедленное коксование, получают компоненты с низкой детонационной стойкостью и химической стабильностью и высоким содержанием серы. Они пригодны только для получения низкооктановых бензинов в ограниченном количестве.

Для получения бензинов с высоким октановым числом используются толуол, изопентан, алкилбензин и изооктан. Бензины АИ-95 и АИ-98 обычно производят с добавлением кислородсодержащих компонентов: метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с трет-бутанолом, названной фэтерол. Добавление МТБЭ повышает полноту сгорания топлива и равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. Поскольку МТБЭ обладает относительно низкой теплотой сгорания и высокой агрессивностью по отношению к резинам, граница его допустимого содержания вбензинах составляет 15 %.

Добавление этиловой жидкости к этилированным бензинам (до 0,15 г Pb/дм3 бензина) обеспечивает необходимый уровень детонационных свойств. В бензины вторичных процессов, имеющие в своем составе непредельные углеводороды, для их стабилизации и обеспечения требований по индукционному периоду разрешено

25

вводить антиокислители Агидол-1 или Агидол-12. Этилированные бензины должны иметь характерную окраску для безопасного использования и маркировки. Бензин А-76 окрашивается в желтый цвет жирорастворимым желтым красителем К, бензин АИ-91 – в оранжево-красный цвет жирорастворимым темно-красным красителем Ж. Экспортируемые на зарубежные рынки этилированные бензины неокрашиваются.

Примерные компонентные составы автомобильных бензинов различных марок приведены в табл. 2.3.

Таблица 2 . 3 Средние компонентные составы автомобильных бензинов

Резкий рост производства неэтилированного бензина вкупе со значительным снижением производства бензина этилированного обусловили появление на рынке автомобильных бензинов

26

большого количества новых марок, изготавливаемых по техническим условиям.

При этом на замену тетраэтилсвинцу пришли различные нетрадиционные присадки и добавки, которые ранее выпускались химической и микробиологической промышленностью в иных целях.

В перечень таких веществ входят различные металлоорганические соединения, эфиры, спирты и т.д. Концентрации таких присадок и добавок должны быть жестко лимитированы, поэтому производство таких бензинов организуется строго в соответствии с техническими условиями. Контроль над содержанием этих компонентов в бензине обеспечивается вводом в ТУ специальных показателей и дополнительных методик контроля.

Все бензины, выпускаемые по техническим условиям, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51313-99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования».

Соответствие бензинов, выпускаемых по техническим условиям, требованиям ГОСТ Р 51313-99 проверяется при их сертификации, которая является обязательной. Показатели приведены в табл. 2.4.

Таблица 2 . 4 Бензины автомобильные. Общие технические условия

2.5. Дизельные топлива и их влияние на работоспособность двигателей

Рабочий процесс дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, происходит при более интенсивных режимах. Так, давление в конце такта сжатия достигает 3–4 МПа, а температура воздуха 500–700 °С. Давление впрыска топлива в тракторных дизелях 12 МПа, ав автомобильных дизелях 80–140 МПа.

Времени на смесеобразование у дизельных двигателей в 100 раз меньше, чем у карбюраторных дизелей. Так, если время на испарение бензина в двигателе составляет 0,025 с, то в дизеле (при той же частоте вращения вала) 0,002–0,003 с. Поэтому топливо в дизельных двигателях перемешивается с воздухом значительно хуже, что требует избытка воздуха (коэффициент избытка воздуха, а для быстроходных дизелей составляет 1,2–1,5 против 0,8–1,1 для – карбюраторных двигателей).

Вязкость дизельного топлива очень сильно зависит от температуры, поэтому, когда говорят о вязкости, то обязательно ука-

28

зывают, при какой температуре она определялась. С повышением температуры вязкость топлива уменьшается и наоборот.

Вязкость дизельного топлива влияет на его распыл и, как следствие, на процессы смесеобразования и сгорания, а также на изнашивание прецизионных пар топливной аппаратуры. Если вязкость недостаточна, то угол распыла топлива велик, глубина его проникновения в камеру сгорания мала, что ухудшает процесс смесеобразования. Недостаточная вязкость топлива ухудшает смазку деталей топливной аппаратуры и вызывает утечки топлива через зазоры между прецизионными парами, мощность двигателя снижается. Если вязкость топлива велика, то угол конуса его распыла уменьшается, а глубина проникновения факела в камеру сгорания увеличивается. При этом часть топлива осаждается на стенках цилиндра и днище поршня и, не сгорая, превращается в лак и нагар. Это также вызывает дымление и повышенный расход топлива, а мощность двигателя снижается.

Таким образом, вязкость дизельного топлива является одним из основных факторов, характеризующих эксплуатационные свойства топлива и особенно в зимнее время. Для современных быстроходных дизелей оптимальными считаются кинематические вязкости (2,5–3) · 10–6 м2/с при 20 °С и (30–60) 10–6 м2/с – для тихоходных.

С понижением температуры вязкость дизельного топлива увеличивается. При этом затрудняется прокачка по топливопроводам, а также его фильтрация и пуск двигателя, связанный с ухудшением распыла и испаряемости топлива.

Однако вязкость топлива даже при очень низкой температуре не возрастает до значений, затрудняющих эксплуатацию. Наиболее неприятные явления происходят при образовании в топливе кристаллов парафина и льда, из-за которых происходит помутнение топлива.

Кристаллы льда в топливе образуются в результате замерзания содержащейся в топливе гигроскопической воды. Величина кристаллов зависит от скорости охлаждения. При медленном охлаждении, как правило, образуются крупные кристаллы (15–40 мкм), а при быстром – мелкие (4–10 мкм). Для устра-

29

нения опасности образования кристаллов льда в реактивное топливо, например, добавляют антиобледенительные присадки, которые, соединяясь с гигроскопической водой, образуют незамерзающую жидкость.

Выделение кристаллов, несмотря на их малую величину, представляет серьезную опасность, так как они могут закупорить частично или даже полностью поры фильтров и нарушить подачу топлива к насосам и форсункам. При дальнейшем охлаждении кристаллики парафина сращиваются друг с другом, образуя сетчатый или сотовый каркас, и топливо теряет свою подвижность (застывает).

Температура застывания дизельных топлив практического значения не имеет, так как подача топлива прекращается уже при температуре помутнения. Для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив при их производстве удаляют парафин из топлива, добавляют в топливо присадки, понижающие температуру кристаллизации, облегчают фракционный состав и снижают вязкость топлива.

Процесс удаления парафина из топлива называется депарафинизацией, который заключается в вымораживании парафина при очень низких температурах. При этом получают топливо с очень хорошими низкотемпературными свойствами, но сам процесс сложен и снижает цетановое число топлива, о чем будет сказано ниже. Поэтому депарафинизацию применяют только для получения арктических сортов топлива. Более простой и дешевый способ улучшения низкотемпературных свойств – применение так называемых депрессорных присадок, которые понижают температуру застывания на 10–50 °С, но температура помутнения при этом почти не изменяется. Наиболее простым и достаточно эффективным способом получения дизельных топлив с хорошими низкотемпературными свойствами является разбавление дизельного топлива керосиновыми фракциями.

Этот способ широко применяют для изготовления зимних сортов топлива, имеющих облегченный фракционный состав, пониженную вязкость и низкую температуру помутнения и за-

30