26. Марки судовых топлив. Эксплуатационные свойства. Присадки.

1.Общее понятие

Топливо - это вещество, которое при сжигании выделяет большое количество теплоты и используется как источник получения энергии.

По своему физическому состоянию топливо может классифицироваться на три вида: твердое, газообразное, жидкое.

Топлива, используемые на морских судах, должны иметь следующие основные свойства:

1. высокую теплоту сгорания;

2. минимальное содержание влаги, серы, золы и иных примесей;

3. отсутствие склонности к самовозгоранию при длительном хранении;

4. сравнительно невысокую стоимость;

5. постоянство характеристик при длительном хранении.

2.Химический состав и основные характеристики топлива

В состав натурального органического топлива входят следующие основные элементы: углерод С, водород Н, кислород О, азот N, сера S, зола А, влага W.

Различают три основные массы топлива: рабочую, сухую и горючую

Рабочая масса характеризует состав топлива в том виде, в котором оно сжигается в топке.

С^р + Н^р + О^р + N^p + S^p + А^р + W^p = 100 (2.1)

Сухая масса характеризует безводный состав топлива.

С^с + Н^с + О^с + N^c + S^с + А^с = 100 (2.2)

Горючая масса характеризует безводный и беззольный состав топлива.

С^г + H^r + О^г + N^г + = 100 (2.3)

Для пересчета элементарного состава топлива одной массы на другую используют переводные множители. Например, пересчет с горючей массы на рабочую углерода и водорода производится по выражениям

(2.4)

3.Основные характеристики топлива

Теплота сгорания топлива - это количество теплоты в килоджоулях, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Топливо

С^г

Н^г

N^г + О^г

S^г_л

А^р

W^р

Дизельное

86,3

13,3

0,1

0,3

0,01

нет

Моторное

86,5

12,6

0,5

0,4

0,05

1,5

Мазут флотский Ф5

85,3

12,4

0,3

2,0

0,10

1,0

» » Ф12

86,5

12,2

0,5

0,8

0,15

1,0

» малосернистый 40

87,9

10,9

0,7

0,5

0,15

2,0

» сернистый 40

86,5

10,8

0,7

2,0

0,15

2,0

» высокосернистый 40

85,1

10,7

0,7

3,5

0,15

2,0

Высшей теплотой сгорания Q^р_в называется количество теплоты, выделившееся при полном сгорании топлива массой 1 кг при условии, что продукты сгорания охлаждены до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров.

Низшей теплотой сгорания Q^р_н называется количество теплоты, выделившееся при полном сгорании топлива массой 1 кг, но за вычетом теплоты, затраченной на испарение влаги топлива и влаги, образующейся при сгорании водорода топлива.

Вязкость - это показатель текучести нефтепродуктов.

Вя́зкость-свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Различают кинетическую, динамическую и условную вязкость

Кинематическая вязкость - это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

В системе СИ единицы измерения кинематической вязкости записывают как м²/с.

1 м²/с=10⁴Ст

Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды.

Единицей динамической вязкости является пуаз (дина·с/см²=1 г/(см·с).. Это вязкость жидкости, в которой при изменении скорости движения 1 м/с на расстоянии 1 м, касательное напряжение равно 1 Па.

Условная вязкость - величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают - °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см3 испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см3 дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

Где - кинематическая вязкость (в м2/с), а E_t- условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Вязкость определяет не только качество распыливания топлива при сжигании его в топках котлов, но и условия его транспортировки и хранения из-за низких температур застывания некоторых марок.

Плотность - это косвенная характеристика химических свойств и фракционного состава топлива. Под плотностью Q²⁰₄ понимается отношение массы топлива при температуре 20°С к массе воды при температуре 4 °С, занимающей тот же объем.

Плотность топлива необходимо знать для подсчетов запаса топлива в емкостях, которое принимается на судно по объему, а учитывается по массе, для настройки сепараторов. Плотность уменьшается с увеличением температуры, что следует учитывать при бункеровке и учете расхода топлива. Значение плотности при определенной температуре обычно указывается в сертификате или паспорте на принимаемое топливо.

Температура застывания - это температура, при которой нефтепродукты теряют свою естественную текучесть.

Температура вспышки - минимальная температура нагрева нефтепродукта, при которой его пары в смеси с окружающим воздухом вспыхивают от соприкосновения с пламенем и затем быстро гаснут. Допускает использование на судах топлив, температура вспышки которых в закрытом тигле не ниже 61 °С.

Содержание серы. Содержание серы в мазутах для судовых котлов не должно превышать 3,5%.

Содержание ванадий и натрия. Ванадий и натрий даже в очень незначительных количествах вызывают интенсивную коррозию поверхностей нагрева котла

CCAI - Углеродный ароматический индекс

Цетановое число - характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).

Применяемые в двигателях топлива получают путем переработки нефти. Сырая нефть является сложной смесью углеводородов, молекулы которых содержат 1-100 атомов углерода и более. Углеводороды по химическому составу принадлежат к трем группам: парафинам, нафтенам и ароматикам. В нефть также входят в небольших количествах соединения серы, азота, кислорода и других элементов. Химический групповой состав и физические характеристики нефти зависят от ее месторождения, и это отражается на качестве получаемых из нее топлив.

На нефтеперерабатывающих предприятиях нефть нагревают в вакуумных установках (прямая перегонка нефти), при этом она разделяется на фракции, составляющие основу вырабатываемых нефтепродуктов. В процессе прямой перегонки выход дистиллятных фракций (бензина» керосина) не превышает 50 %; остаточные нефтепродукты, имеющие более высокую температуру кипения и большие размеры молекул, составляют 45 %.

Растущий дефицит легких нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива) при одновременном увеличении их стоимости заставляет нефтеперерабатывающую промышленность все шире применять вторичную, более глубокую обработку нефтяных остатков» Сюда относятся процессы термического и каталитического крекинга, применение которых позволяет выход бензинов ориентировочно увеличить на 30 %, дизельного топлива - на 8 %, но одновременно количество остаточных нефтепродуктов, используемых в тяжелых топливах, сокращается с 45 до 6 %.

Топлива, применяемые в судовых дизелях (табл. 6.1), подразделяют на дистиллятные и тяжелые.

Дистиллятные топлива. К дистиллятным топливам (продуктам дистилляции нефти и ее остатков) относятся дизельные топлива (ГОСТ 305-82), обладающие хорошей воспламеняемостью, высокой скоростью сгорания, низкой нагарообразующей способностью, поэтому их рекомендуют для высокообортных дизелей аварийных дизель-генераторов и спасательных шлюпок. В зависимости от температурных условий работы дизеля можно применять летнее топливо марки Л с температурой застывания -10°С или зимнее марки 3 с температурой застывания не выше -35 °С. Дизельное топливо марки Л применяют также в среднеоборотных дизелях судов без соответствующих систем подогрева и обработки топлива. Внедрение в практику переработки нефти вторичных процессов крекинга и коксования привело к появлению на отечественном рынке нефтяного газотурбинного топлива марок ТГ и ТГВК (ГОСТ 10433- 75), вырабатываемого из крекинг-остатков сернистых нефтей и содержащего в себе значительные количества смолистых соединений и серы. Это топливо благодаря малой вязкости () успешно используют взамен дизельного и средневязких топлив ДТ и Ф-5 в тронковых дизелях (частотой вращения п > 500 об/мин, мощностью Ne < 4000 кВт), а также в газотурбинных двигателях. Дефицит дизельных топлив потребовал более широкого использования дистиллятов процессов термического и каталитического крекинга, а также тяжелых дистиллятов прямогонных и вакуумных процессов, обладающих более высокой температурой кипения. Получаемое из них топливо, получившее наименование судового маловязкого, обладает по сравнению с дизельным топливом несколько более худшими показателями (цетановое число ЦЧ-40, а для дизельных топлив ЦЧ>45; содержание серы S=1,5%, а в дизельном топливе S<0,5%). По своим показателям это топливо близко к зарубежному Марине Дизель Ойл (МДО) и предназначено для использования в судовых средне- и высокооборотных дизелях взамен более дорогого дизельного (разница в стоимости 1 т составляет 6 руб.

Тяжелые топлива. Топливо получают путем смешивания прямогонных, а чаще крекинг-остатков с дистиллятами. Достигаемая при смешивании гомогенность структуры смеси обеспечивает возможность ее длительного хранения без выпадения в осадок тяжелых составляющих. В зависимости от соотношения между тяжелыми и легкими компонентами вязкость смеси и физико-химические показатели приобретают различные значения. Тяжелые топлива в зависимости от вязкости подразделяют на средне- и высоковязкие сорта.

Средневязкие топлива:

моторное топливо ДТ (ГОСТ 1667-68), получаемое смешиванием мазута с дистиллятами вторичных процессов (каталитическим газойлем, крекинг-керосином и др.);

флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 (60-70 % маловязкого мазута прямой перегонки, 15-20 % черного солярового масла и 20-30 % крекинг-мазута), зарубежные мазуты вязкостью 24-48 мм2/с.

Высоковязкие топлива: 10585-75) представляет собой компаундированное прямогонное топливо вязкостью до 170 мм²/с при 50 °С, температурой застывания до 25 °С и зольностью 0,12 %. Мазут 40 является основным видом топлива для судовых малооборотных дизелей при условии, что их система топливоподготовки оснащена эффективными средствами очистки и подогрева. топочного мазута служит моторное топливо ДМ (ГОСТ 1667-68). Вязкость его не превышает 150 мм²/с, содержание серы не более 1,5 %, но зольность может достигать 0,15 %.

топочный мазут марки 40 или 40В (ГОСТ 10585-75) представляет собой Заменителем

Технологическое экспортное топливо марок Э-4,0 и Э-5,0 является смесью прямогонных остатков с дистиллятами, вязкость его составляет 100-150 мм2/с при 50 °С, содержание серы не превышает 2-2,5%, зольность 0,1%, температура застывания не выше 15 °С.

Предусматривается поставка новых судовых средневязких топлив трех видов: легкого (вязкость , плотность ), тяжелого (, ) и супертяжелого (, ).

К числу показателей, характеризующих эксплуатационные свойства топлив, помимо вязкости, относятся плотность; воспламеняемость; содержание кокса, асфальтенов, смол, серы, ванадия, алюминия, содержание золы, механических примесей и воды; стабильность и совместимость.

Тяжелые средне- и высоковязкие топлива имеют худшие качественные показатели, однако, учитывая 1,5-2-кратную разность в стоимости дистиллятных и тяжелых топлив, применение последних в судовых дизелях является экономически оправданным. Но необходимо учитывать, что затраты на топливоподготовку, техническое обслуживание, запасные части и ремонт двигателя увеличиваются. Показатели качества тяжелых топлив и их влияние на техническое состояние двигателей, показаны в табл.

4.Традиционные названия марок топлив

Дистилятные

Gasoil

Marine gasoil (MGO)

Средневязские

Marine Diesel Oil (MDO)

Тяжелые

IFO 60…380

5.Международный стандарт ISO 8217:2012

Настоящий стандарт устанавливает требования к судовым топливам для СЭУ и включает в себя:

- четыре марки дистиллятного топлива, одно из них для дизельных двигателей, используемых для аварийных целей (DMX):

DMX, DMA, DMZ, DMB

- 11 марок судовых остаточных топлив:

RMA 10, RMB 30, RMD 80, RME 180, RMG 180, RMG 380, RMG 500, RMG 700, RMK 380, RMK 500, RMK 700

6.Охрана окружающей среды

LSFO - тяжелое топливо с низким содержанием серы

HSLO - тяжелое топливо с высоким содержанием серы

LSMGO - дизельное топливо с низким содержанием серы

МАРПОЛ

57 сессия Marine Environment Protection Committee (МЕРС 57) предложила внести изменения в Правило 14 Приложения VI, в соответствии с которыми содержание серы в топливе, используемом во всем мире, не должно превышать:

3.50 % с 1 января 2012 года;

0,50 % с 1 января 2020 года.

Содержание серы в топливе, используемом в SECA, не должно превышать:

0,10 % с 1 января 2015 года.

7. Присадки к судовым топливам

Развитие химической промышленности способствовало созданию химических веществ, улучшающих характеристики топлив. Данные вещества добавляемые в топливо называются присадками. Существует целый ряд компаний (Vecom, Unitor) выпускающих подобные присадки, имеющие различные назначения. Основными целями применения присадок топлива для судовых дизелей являются

1. повышение температуры застывания, что позволяет применять летнее дизельное топливо в зимних условиях (депрессорные присадки )

2. снижение предельной температуры фильтруемости

3. уменьшение коррозия топливных танков и высокотемпературной коррозии выхлопных клапанов (Vecom: FOT-SA, FOT-DA, Mark-IV, Unitor :Valvecare).

4. облегчение удаления остатков топлива из танков при их чистке (Vecom: FOT-NW, Bunkersol-D, Perolin 622-DE, Unitor: Fuelcare, Gamabreak и др.)

5. улучшение смазывающих свойств дизельного топлива, что способствует снижению износа топливной аппаратуры

6. отделение топлива и воды (деэмульгаторы, Gamabreak)

7. повышение стабильности смесей топлива

8. улучшения процесса сгорания, снижения образования сажи нагара

Присадки вводятся в топливные танки перед приемкой топлива. Дозировка осуществляется в соответствии с инструкцией завода изготовителя.

Система

Последствия применения топлива

Признак дефекта

Причина дефекта

Рекомендуемые присадки

Топливные танки и система перекачивания.

Шламообра-зование.

Эмульгирование воды.

Перегрузка сепаратора, загрязнение фильтров, подогревателей, закоксовывание отверстий распылителей.

Плохое сгорание, эрозия распылителей, интенсивное шламообразование.

Недостаточно стабильные топлива, полученные смешиванием крекинг-продуктов с легкими фракциями;

несовместимость топлив. Обводнение при перевозках, бункеровке или хранении.

Bunkerson-D, Vecom FOT-NW, Perolin PFOT 622-DE, Gamien FOT; ЛЗ-ЦНИИМФ-6 - растворимые диспергаторы, понижающие силы поверхностного натяжения тяжелых углеводородов, диспергирующие структурные системы; дозировка 1/4000-1/10000.

Деэмульгаторы Drew Ameroid Mark Mark-IV, дестабилизирующие эмульсию воды в топливе и способствующие ее распаду; дозировка 1/4000-1/8000.

Камера сгорания.

Высокотемпературная коррозия и зольные отложения.

Коррозия выпускных клапанов и отложения в турбокомпрессорах и выпускном тракте.

В топливе высокое содержание ванадия и натрия.

Vecom FOT-SA; D.A. Mark-IV, Perolin 687-SD Amergize 2; металлоорганические на базе магния и редкоземельных элементов присадки, в процессе сгорания взаимодействующие с натрием и ванадием, способствующие образованию золы с высокой температурой плавления, ухудшенной адгезией и не оказывающие коррозирующего воздействия на выпускные клапаны; дозировка 1/4000-1/8000.

Выпускная система, утилизационные котлы.

Неполное

сгорание,

увеличение

отложений

в выпускном

клапане.

Ухудшение теплопередачи (требуется частый сажеобдув), возгорание отложений сажи в выпускной системе, недостаточное парообразование.

То же.

LT-Soot Release (Drew Ameriod) - высокоактивный катализатор, обеспечивающий сгорание при низких температурах; дозировка 1-2 кг в сутки.

Цилиндро-поршневая группа.

Низкотемпературная коррозия.

Интенсивное изнашивание ЦПГ под действием электрохимической коррозии, поверхностей нагрева утилизационных

В топливе высокое содержание серы.

D.A. Mark-IV, Amergize, взаимодействующие с ванадием и серой и противодействующие переходу S0₂ в S0₃ и образованию H₂SO₄.

Рекомендованная литература:

1.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с.

Страницы 249-283

2.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с.

Страницы 133-139

3.Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев - М.:Транспорт, 1990. - 360 с

Страницы 314 -353