ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При эксплуатации техники, процессах хранения и транспортировки, сливно-наливных операциях наблюдаются потери нефтепродуктов, которые можно классифицировать как аварийные (не регламентируемые) и эксплуатационные. Аварийные потери, несмотря на увеличение требований с надежности систем транспорта и хранения нефтепродуктов все еще имеют место и часто приносят огромный материальный ущерб. Опыт эксплуатации свидетельствует – основные причины аварий происходят за счет коррозийных разрушений оборудования, нарушений правил и эксплуатации объектов и стихийных бедствий.

Эксплуатационные потери нефтепродуктов многообразны и условно принято их подразделять следующим образом:

· количественные – использование топлива и смазочных материалов не по назначению; утечки, разливы, подтекания при неисправном оборудовании; остатки в емкостях и трубопроводах после слива; потери при удалении отстоев, осадков, при фильтровании топлива и смазочных материалов; перерасход при нарушении технического состояния машин, перерасход при нарушении рациональных режимов работы агрегатов и в целом техники; неправильный подбор топлива и смазочных материалов; перерасход при нерациональной организации использования машин;

· качественные – смешивание различных сортов топлива и смазочных материалов, обводнение, загрязнение, окисление (осмоление);

· смешанные – испарение при больших и малых дыханиях, при нарушении герметичности, длительное хранение.

Безусловно рациональное расходование топлива и смазочных материалов невозможно без сокращения всех видов потерь, без соблюдения требований правильного выполнения технологический операций. В рамках данного учебного пособия не представляется возможным подробно рассмотреть эту актуальную проблему. Ниже остановимся на вопросах ухудшения качества нефтепродуктов, показатели которого оказывают превалирующее влияние как на ценность продукта, так и на эффективность работы техники, что следует, например из табл. 5.10

Таблица 5.10

Срок службы двигателя внутреннего сгорания при использовании некачественного масла (средние данные), %

 

Двигатель	Стандартное топливо и масло	Масло с вязкостью на 70% меньше нормальной
Дизель быстроходный
Карбюраторный

 

Причины изменения качества нефтепродуктов

Нефтепродукты до использования проходят ряд технологических операций в товарных парках, транспорт по нефтепроводам и в цистернах, заправку топливных баков и т.д., при которых происходят различные физические и химические процессы, влияющие на показатели качества топлив и смазочных материалов. Интенсивность этих процессов и, следовательно, глубина изменения качества зависят от целого ряда факторов, которые принято классифицировать на три большие группы: состав нефтепродуктов (углеводородный, фракционный, элементарный и т.д.) и их физико-химические свойства; внешние условия; применяемые материалы технические средств. Более подробно факторы влияющие на показатели качества можно сгруппировать следующим образом:

· Состав нефтепродукта: содержание и структура алканов, циклонов, аренов, непредельных углеводородов, гетероорганических соединений – азотистых, сернистых, кислородных, смолистых веществ и металлоорганических соединений.

· Внешние условия: температура, время, давление, радиация, присутствие микроорганизмов, состав внешней среды, соотношение газовой и жидкой фазы, концентрация кислорода, влажность и запыленность атмосферы.

· Конструкция и материалы технических средств: качество и соотношение поверхности, конструктивные особенности трубопроводов, резервуаров, насосов и др.

В общем случае, процессы протекающие в топливах и смазочных материалах и ухудшающие их качества разделяют на физические и химические.

Физические: это испарение, расслоение, загрязнение механическими примесями, поглощение влаги, смешение с другими нефтепродуктами и веществами, выделение высокоплавких компонентов при охлаждении.

Химические: окисление, конденсация, полимеризация, разложение, коррозия.

Ниже рассмотрим процессы и факторы, оказывающие решающее влияние на качества нефтепродукта и в конечном счете на безотказную работу технических средств.

Испарение

Обычно под испарением понимают парообразование, происходящее на свободной поверхности жидкости при температуре ниже точки кипения при данном давлении. Если давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению или превышает его, то испарение переходит в кипение. Учитывая данное определение можно с уверенностью заметить, что склонность к испарению у таких многокомпонентных жидкостей как нефтепродукты, возрастает с увеличением содержания в них легких углеводородов.

По склонности к испарению и по изменению качества вследствие процессов испарения нефтепродукты располагаются в следующий убывающий ряд; бензин, реактивные топлива, дизельные топлива, газотурбинные топлива, котельные топлива, масла для реактивных двигателей, автомобильные масла, мазуты. Следует заметить, что испаряемость бензинов почти в 1000 раз выше, чем у темных нефтепродуктов, например, таких как дизельные масла, мазут.

В бензинах вследствие потерь легких фракций понижается октановое число, уменьшается содержание бромистого этила – выносителя свинца, повышается температура начала кипения. При этом ухудшаются пусковые свойства топлива и приемистость двигателей, увеличивается нагароотложение и происходит ускорение износа деталей двигателя.

В необходимости борьбы с испарением легких фракций можно проследить убедиться, анализируя результаты исследований А.С. Ирисова. Установлено, что увеличение температуры кипения головной 10% фракции с 50° до 65°С снижает легкий запуск двигателя с -20° до -10°С. Запуск становится затрудненным при температуре двигателя равной -25°С, а при более низкой - на этом бензине без подогрева двигатель запустить практически невозможно. Кроме того, например, при работе на бензине у которого в результате испарения потеряно 8% легких фракций, износ увеличивается в 2¸ 3 раза. Значительно увеличивается количество несгоревшего топлива, которое попадает в картер двигателя, разжижает масло, смывает смазку со стен цилиндров, увеличивается нагар, снижается мощность двигателя и т.д. По данным И.П. Бударова при правильном хранении авиационных и автомобильных бензинов потери не превышают 1, 5% веса, но и такие потери способны повысить температуру начала кипения на 3¸ 4°С. А вот только за счет выдувания паров через два отверстия площадью по 1 см²потери в районе Москвы за лето могут составить 5¸ 10% (в резервуаре 50¸ 100м3), при этом начало кипения увеличится на 15¸ 25°С, что делает бензин непригодным к использованию.

Значение количественных потерь от испарения можно проследить на примере резервуара емкостью 25м³(см. табл. 5.11).

Потери бензина от испарения, и соотношение их с другими потерями, имеющими место при сливо-наливных и заправочных операциях, представлены в табл. 5.12.

Очень большими могут быть потери от испарения при наличии газового сиропа, когда один конец трубы соединен с паровым пространством, а другой опущен до низа резервуара с внешней стороны и не закрыт, например, при применении пеногонной трубы. Потери опасны еще и тем, что создается видимость герметичного хранения.

Таблица 5.11

Потери бензина от испарения, кг

 

Оборудование резервуара	Малые дыхания	Большие дыхания	Обрат. выход	Выдува-ние	Абсолют-ные	Относи- тельные
лето	весны осены	зима
Неокраш. плохо оборудован.								4, 05
Окраш.оборуд. дых. клапаном, не герметичный								1, 22
Герметич. окраш. с клапаном ДК Р=0, 025МПа		-	-			-		0, 11
Р=0, 03 МПа	-	-	-			-		0, 03

 

Наличие свободного газового пространства в емкостях также приводит с существенным потерям. Так при заполнении резервуара на 90%, потери в средней климатической зоне составят 0, 3%, на 60% уже на 1, 6%, а заполнение всего на 20% способствует увеличению потерь до 10%, причем в южной зоне это значение потерь может составить до 15%.

Потери бензина при испарении в процессе налива железнодорожных и автомобильных цистерн (в % от объема отгрузки) по опубликованным данным распределяются следующим образом:

 

Верхний налив при помощи наружной трубы под слой продукта	0, 055
Тоже, открытой струей	0, 105
Нижний налив	0, 050

 

Объем потерь нефтепродуктов при хранении в результате малых и больших дыханий зависит от условий работы резервуарных парков. Например, в условиях длительного хранения потери происходят в основном при «малых дыханиях», при увеличении коэффициента сворачиваемости возрастает доля потерь от больших дыханий.

Таблица 5.12

Потери бензина при транспортировке, наливе-сливе, хранении и заправке

 

Источник потерь	величина потерь
кг	%
а) При транспортирокве заполнение автоцистерны (на одну ездку):
выше отметки	10¸ 12	0, 4¸ 0, 5
ниже отметки	3¸ 10	0, 1¸ 0, 4
неполное закрытие горловины автоцистерны (на ездку)	15¸ 40	0, 6¸ 1, 7
неплотности в топливопроводах и швах	2¸ 10	0, 1¸ 0, 4
неплотности в пробке бочки (на бочку)	0, 1¸ 1	0, 07¸ 0, 7
б) При наливе, сливе (приеме-отпуске)
налив открытой струей (не под уровень) на 1 м3	2¸ 3	0, 2¸ 0, 3
остаток в автоцистерне (на ездку)	20¸ 25	1¸ 1, 5
остаток в рукавах (на ездку)	5¸ 8	0, 1¸ 0, 2
остаток в бочках (на бочку)	0, 2¸ 0, 3	0, 6¸ 1
в) При хранении (резервуар 10м3)
неполное заполнение резервуара (20-60% в год)	70¸	8, 5¸ 15
неокрашенный резервуар (в светлый цвет), в год
неплотное закрывание резервуара (нет дыхательного клапана), в год
подтекание задвижки (одна капля в секунду), в течении года		-
микротрещины в сварочном шве длиной 1м, в сутки		-
неисправный дыхательный клапан (р-р 25м3)	-	0, 41

 

Таким образом, потери при наливе открытой струей в два раза выше потерь при нижнем наливе под уровнем. Здесь скорость испарения также зависит от ряда факторов: давления насыщенных паров, концентрации паров, метода налива и т.д.

Обводнение

Все нефтепродукты непосредственно после получения на заводах содержат очень незначительное количество воды. Причины обводнения многообразны: поглощение влаги из атмосферного воздуха, при хранении, сливо-наливочных операциях, нарушение герметичности систем охлаждения, конденсация паров, смешение нефтепродуктов с подтоварной водой и т.д. Особенно велика возможность обводнения на технологических операциях с применением пара и воды, например, при разогреве мазута острым паром.

Многочисленными исследованиями ряда отечественных ученых установлено, что концентрация воды в углеводородах зависит от парциального давления и давления насыщенных паров воды и прямо пропорционально относительной влажности воздуха. Так например, увеличение относительной влажности воздуха с 20% до 80% приводит к увеличению содержания воды в керосине при температуре 18°С с 0, 0015% до 0, 005%, а при температуре 34°С с 0, 003% до 0, 011.

Растворимость воды в нефтепродуктах при прочих равных условиях зависит от химического состава, причем максимальная растворимость наблюдается в бензинах. Например, в авиационных бензинах при температуре –10 – +30°С может быть растворено от 0, 007 до 0, 03% веса воды. В реактивных топливах растворимость воды меньше, еще меньше растворяется вода в дизельных топливах (примерно в 3 раза меньше чем у бензинов и 1, 5 раза чем в реактивных топливах). В маслах растворимость воды невелика и составляет около 0, 001% вес.

Скорость обводнения существенно зависит от толщины слоя нефтепродукта. При прочих равных условиях скорость насыщения водой уменьшается с увеличением высоты взлива нефтепродуктов. Это объясняется увеличением времени, необходимого для диффузии воды в глубине слоя.

Вода существенно ухудшает качество нефтепродуктов за счет того, что ухудшаются низкотемпературные свойства, повышается вязкость, снижается прокачиваемость и фильтруемость, повышается температура кристаллизации, ухудшаются процессы горения, снижается теплота сгорания и КПД, усиливаются процессы коррозии, увеличивается склонность нефтепродукта к накоплению загрязнений, ухудшаются диэлектрические свойства.

Обводнение масла М-10В2с 0 до 3% увеличивает скорость изнашивания пары «кольцо-втулка» в 2 раза. Износ поршневых колец с применением моторного масла М-20Г с присутствием воды может увеличиться в 4 раза, а износ вкладышей двигателя увеличивается на 80%. Эти данные более чем убедительно свидетельствуют о необходимости разработки средств и мероприятий по предотвращению обводнения нефтепродуктов на объектах хранения и транспорта.

Образование смол

Образование смолистых веществ и осадков лежит процесс, зависящий от химического состава нефтепродукта, примесей воды и механических примесей, а также от внешних условий, температуры, времени хранения, контакта с металлом и т.д.

Наиболее интенсивно протекают процессы образования смол в топливах, содержащих значительное количество непредельных углеводородов. Более быстрое образование смол в наземных резервуарах (по отношению к полуназемному хранению) объясняют действием солнечной радиации и более интенсивным дыханием резервуаров. Смолообразование ускоряет при увеличении поверхности соприкосновения топлива с воздухом и объема газовой фазы, т.е. степень заполнения резервуара.

По данным Г.Ф. Большакова изменения качества, которые происходят при хранении бензина на складах за длительное время, в заправочных баках машин происходят за несколько месяцев и даже недель. Даже в северной зоне через 3¸ 4 месяца хранения бензина в баке содержание смол увеличивается в десятки раз. Ускоренному окислению топлива способствует каталитическое действие металла бака (медь, свинец, припой), недостаточная герметичность, резкие колебания температуры. Помутнение нефтепродуктов и образование на дне резервуара белых и желтых осадков связывают обычно с разложением ТЭС и окислением мало стабильных компонентов.

В результате процессов окисления в топливах образуются смолы и осадки, ухудшающие эксплуатационные свойства. Смолистые вещества, содержащиеся в топливе, при работе двигателя накапливаются в виде отложений на клапанном механизме, поршневых пальцах, распылителях форсунок и других деталях топливной системы двигателя. Это снижает мощность и экономичность двигателя, приводит к повышенному расходу (угару) масла, преждевременному износу двигателя машины. Например, увеличение смол в бензине в количестве со 100г до 200г на 1 м³уменьшает возможный пробег автомобиля до появления неисправности вдвое, а увеличение смол до 500г сокращает безремонтный пробег в 6 раз.

При окислении снижается качества и ухудшаются эксплуатационные свойства масел. Присутствие смол снижает устойчивость масел к окислению, повышает вязкость и ухудшает низкотемпературные свойства.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: