Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Температура — самовоспламенение — дизельное топливо
Температура самовоспламенения дизельного топлива зависит от давления в той среде, куда топливо впрыскивается. [1]
Поскольку температура самовоспламенения дизельного топлива составляет для марок: Л — 310 С, 3 — 240 С; ЗС — 240 С, А — 230 С — и температура воспламенения топлива всех марок составляет 62 — 119 С, то в помещениях для хранения дизельного топлива запрещается обращение с открытым огнем, а искусственное освещение должно быть во взрывопожаробезопас-ном исполнении. [2]
При таком давлении температура самовоспламенения дизельного топлива составляет 200 — 210 С. Однако для устойчивого воспламенения с небольшим периодом задержки ( до 60 мс) температура в конце такта сжатия должна быть значительно выше температуры самовоспламенения и в период пуска составлять 300 — 345 С. Достижение этой температуры зависит от температуры окружающего воздуха и частоты вращения коленчатого вала при пуске. [3]
Экспериментально установлена количественная зависимость между температурой самовоспламенения дизельного топлива и периодом задержки воспламенения в двигателе. Это означает, что в некоторых случаях температура самовоспламенения может быть характеристикой воспламеняемости дизельных топлив, особенно при оценке топлив, полученных из нефтей одинакового состава. [4]
В результате экспериментальной работы была установлена зависимость температуры самовоспламенения дизельного топлива от его удельного веса и анилиновой точки; эта зависимость была названа дизельным индексом. [5]
В отличие от бензиновых двигателей в дизельных рабочая смесь воспламеняется не от постороннего источника — искры, а в результате самовоспламенения топлива. Температура самовоспламенения дизельного топлива определяется его групповым углеводородным и фракционным составом и зависит от давления. При атмосферном давлении дизельные топлива самовоспламеняются в пределах температур 275 — 336 С. [6]
Температура самовоспламенения — это минимальная температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом воспламеняются без соприкосновения с открытым огнем. Чем ниже температура самовоспламенения дизельного топлива , тем мягче ( без стуков) будет работать на нем двигатель и тем производительнее, экономичнее и надежнее будет его работа. Легкость самовоспламенения топлива оценивается цетановым числом. [7]
В цилиндры подается газовоздушная смесь, состав и способ образования которой могут быть различными. Эта смесь сжимается до температуры ниже температуры ее самовоспламенения, но выше температуры самовоспламенения дизельного топлива . В конце такта сжатия температура газовоздушной смеси достигает 500 — 550 С. Подача топлива осуществляется за 15 — 20 до ВМТ. Это топливо воспламеняется и поджигает газовоздушную смесь. Надежное воспламенение дает возможность применять газовоздушную смесь такого же состава, как и при дизельном процессе. При этом напряженность деталей сохраняется на уровне напряженности использованного дизеля, а мощность газодизеля не отличается от мощности дизеля. [8]
Современные газовые двигатели относятся в большинстве случаев к группе двигателей с внешним смесеобразованием и имеют принудительное зажигание. Применение газовых двигателей с воспламенением от сжатия затруднено в основном вследствие высокой температуры самовоспламенения газообразных горючих веществ, которая на 200 ч — 300 С выше температуры самовоспламенения дизельного топлива . В качестве топлива в таких двигателях могут применяться естественные, промышленные или генераторные газы. [9]
Цетановым числом дизельного топлива называется условная единица измерения, показывающая предельное содержание ( по объему) цетана в эталонной смеси, составленной из цетана ( цетановое число условно принимается за 100) и альфаметилнафталина ( цетановое число условно принимается за 0), задержка самовоспламенения которой равноценна испытуемому топливу. Определяется цетановое число на специальной установке, представляющей одноцилиндровый дизельный двигатель с переменной степенью сжатия, оборудованной аппаратурой, регистрирующей жесткость работы двигателя. Чем выше цетановое число, тем ниже температура самовоспламенения дизельного топлива и тем мягче будет работать на нем двигатель. [10]
Некоторое запаздывание воспламенения и последующее сгорание увеличенного топливного заряда с чрезмерно большой скоростью может оказаться причиной жесткой работы дизеля, возникновения стуков в двигателе, что при нормальной эксплуатации недопустимо. Объясняются эти явления тем, что топливо не успевает в известных условиях пройти необходимую для двигателя с воспламенением от сжатия подготовку, заключающуюся в предварительном окислении, которое сопровождается накоплением перекисей, инициирующих процессы самовоспламенения. Отсюда следует, что интенсивность окисления, период задержки воспламенения и температура самовоспламенения дизельного топлива зависят от его химического состава. Алканы и алкены нормального строения окисляются с большей скоростью и при более низких, температурах, чем ароматические углеводороды, образуя более устойчивые в растворе углеводородов перекиси и поэтому накапливающиеся в достаточно высокой концентрации. [11]
Эврика! Как происходит самовоспламенение солярки в дизельном ДВС
Други мои, недруги и мимо пролетающие пока незнакомые товарисчи, Я ПОНЯЛА! Это случилось! Кажется, одной тайной мироздания стало меньше.
О чём это я? Да о солярке, о ней любимой))
Все мы знаем, что дизельные движки не имеют свечей зажигания. Свечи накала — ДА, но не всегда. У кума моего трактор без оных) Да и свечи накала камеру греют, но солярку не зажигают.
Да и вообще, солярка горит, но как-то не очень хорошо. Вроде загорается, но туговато.
Мы знаем, что дизелю, в принципе, нужны только компрессия, воздух и топливо. А остальное от лукавого. Мы знаем… но, согласитесь, сам факт, что вещество загорается не от искры, нагрева и вообще, не от температуры, в голове не укладывается.
Давайте разбираться. Что такое температура?
Температура это не субъективное восприятие "тепло" и "холодно", а вполне себе физический процесс.
В молекулярно-кинетической теории температура это величина пропорциональная средней кинетической энергии частиц системы
Абракадабра? Не так ли? Но всё просто))))
Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, а молекулы из атомов. Это такие крохотные шарики, которые никогда не бывают в покое. Посмотрите на пыль, висящую в воздухе (это можно сделать ясным днём в луче света, врывающимся в плохо зашторенное окошко). Пыль всегда хаотично двигается. Это происходит от того, что пылинки бьют молекулы воздуха. Они толкаются как пассажиры в метро в час пик) Издалека может показаться что пассажиры (особенно если их одинаково одеть) — это сплошная неподвижная масса. Но они всегда двигаются и их много)))
Если атомы и молекулы двигаются медленно нам кажется, что это вещество холодное.Если двигаются быстро- горячее. То есть чем быстрее двигаются частицы и чем их больше, тем вещество горячее.
Теперь давайте представим, что молекулы солярки это муравьи. Мы берём 100 муравьёв и сажаем их на школьную парту. Они быстро двигаются, но им вольготно. Это солярка холодная.
Теперь давайте посадим 100 муравьёв на суповую тарелку — уже начинает рябить в глазах… Это солярка горячая.
А если посадить 100 муравьёв в кофейную чашечку, то от их копошения становится тОшно. Муравьи те же. И их столько же. Изменился только объём их жилища))) А это уже солярка очень горячая))
То есть, чем меньше атомов/молекул на единицу объёма, тем ниже температура, чем больше — тем выше. Именно поэтому в космосе очень холодно (там один атом на километр пространства, грубо говоря). Хоть космос греется звёздами даже лучше, чем Земля Солнцем)))
А ядро земли очень горячее. Там все атомы под чудовищным давлением стоят друг к другу ближе, чем студенты на первомайском митинге)))
С температурой понятно? Тогда разберёмся с горением. Что это?
Это не красивые языки пламени)))) Отнюдь.
С точки зрения физико-химиков это сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света.
Опять непонятно? Логично)))
Давайте переведём на общечеловеческий язык.
Горение — химическая реакция окисления, то есть реакция взаимодействия вещества с кислородом. И реакция не каждая, а такая, при которой выделяется тепло (есть реакции в ходе которых тепло поглощается, например "Снежок" из автомобильной аптечки. Раздавил внутренний пакетик — появился холодок. Мистика)))
А есть реакции, где тепло выделяется. Например, гипс. Или карбид))) Добавляешь водички и наслаждаешься теплом)) ). По сути ржавление металла тоже своего рода горение. Только оооочень медленное.
Что влияет на скорость химической реакции? Свойства самого вещества. То есть бензин окисляется быстрее солярки. Потому и горит лучше.
Площадь соприкосновения веществ. То есть быстрее сгорит солярка, разлитая тонкой плёнкой в кислородной камере, чем бензин в бочке на воздухе.
Температура. Горячая солярка быстрее загорится, чем солярка зимой в Оймяконе))), или в Антарктиде, если уж с Оймяконом не знакомы)
Давление. Чем выше давление, тем быстрее реакция. Почему? Атомы быстрее движутся (вспоминаем муравьёв в чашке).
Какова температура горения солярки? Если верить интернету, то 320-360 С (кроме арктического).
Какова температура горения бензина? Опять же, если верить интернету, то в пределах 260 градусов (то есть на треть ниже).
И это значит, что поджечь бензин легче. Да и, будучи подожжённым, он легче поддерживает горение.
Поэтому солярка для работы в бензиновом двигателе подходит плохо (хотя, справедливости ради, должна сказать, что я проехала на бензиновом гольфе около 50 км на чистой солярке. Ехал плохо. Но ехал).
А вот теперь вводим ещё одно понятие: Температура самовоспламенения. Что это?
Температура самовоспламене́ния — наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва.
То есть это температура при которой потенциально горючее вещество загорается или взрывается.
Никто ни разу не забывал сковороду с едой на плите? Пламя не добирается внутрь сковородки. Но через какое-то время содержимое сковородки может загореться. То есть температура невинно убиенной куры достигла температуры самовоспламенения))
А может Вы бросали баллончик в костёр? Огонь не попадает внутрь баллона, но его содержимое взрывается.
А теперь вспомним что есть температура: это энергия системы. И если вещество быстро сжимается (то есть муравьёв быстро согнать с поверхности стола в одну маленькую чашку), то его температура растёт. Почему речь идёт о скорости? Да потому, что если делать это медленно, то муравьи могут начать ползать медленнее, кто-то скажет: "Что за фигня" — и вовсе замрёт. И энергия системы так не возрастёт.
Но вот мы быстро увеличили давление, энергия системы возросла, воздух есть и… И это значит, что произойдёт самовоспламенение системы))) То есть самовоспламенение солярки!
УрА! То есть в дизельном двигателе поршень быстро движется вверх, объём камеры сгорания быстро уменьшается, в камеру в это время быстро подаётся "туман" дизтоплива (все системы впрыска распыляют соляру как аэрозоль из баллончика освежителя воздуха: мелкими капельками. Это увеличивает площадь взаимодействия соляры с воздухом). Давление повышается, а значит повышается энергия системы (муравьёв-атомов быстро загоняют в маленькую чашечку), температура возрастает до температуры самовоспламенения и происходит экзотермическая реакция воспламенения))) Солярка взаимодействует с воздухом и сгорает.
Гид по дизельному топливу: сорт, класс, температура
Дизельное топливо (ДТ) классифицируется по многим признакам: температуре фильтруемости, содержанию серы (определяет экологичность), степени опасности. Эти показатели характеризуют основные свойства горючего и определяют возможности его применения. Ранее дизтопливо делилось только на марки в зависимости от сезона. Сегодня есть более широкая классификация, которая выделяет различные сорта и классы ДТ.
Сорта дизельного топлива
В регионах с умеренным климатом используются сорта дизельного топлива. Здесь горючее классифицируют по предельной температуре фильтруемости. Она соответствует максимально низкому значению, при котором горючее еще способно проходить через фильтр. Это один из важных показателей, который обязательно приводят в паспорте качества ДТ. От температуры фильтруемости зависят низкотемпературные свойства горючего и возможность его применения в разных погодных условиях.
- А (+5 °С);
- B (0 °С);
- C (–5 °С);
- D (–10 °С);
- E (–15 °С);
- F (–20 °С).
Показатель определяют в экспериментальных условиях. Топливо постепенно охлаждают и пропускают через фильтр в условиях, максимально приближенных к реальным, т. е. в постоянном вакууме. Далее фиксируют каждый градус вплоть до предельного показателя, при котором опытный образец будет проходить через фильтр дольше 60 секунд. Снизить температуру фильтруемости можно с помощью депрессорных присадок, которые уменьшают размеры кристаллизующихся парафинов.
Классы дизельного топлива
Если дизтопливо для умеренного климата делят на сорта, то горючее, предназначенное для использования при сильном и экстремальном холоде, классифицируется на классы. Их тоже различает температура, определяющая предел фильтрации горючего:
- Класс 0 (–20 °С);
- Класс 1 (–26 °С);
- Класс 2 (–32 °С);
- Класс 3 (–38 °С);
- Класс 4 (–44 °С);
- Класс 5 (–48 °С);
- Класс 6 (–52 °С).
Отсюда можно сделать вывод, что там, где заканчиваются сорта, т. е. на F (–20 °С), начинаются классы для особо холодного климата, т. е. с класса 0 (–20 °С) и т. д.
Еще классы дизельного топлива выделяются в зависимости от содержания серы в составе. Здесь идет речь о классификации горючего по экологичности. По этому критерию выделяют классы:
- К2 — не более 500 мг/кг;
- К3 — не более 350 мг/кг;
- К4 — не более 50 мг/кг;
- К5 — менее 10 мг/кг.
Последние три соответствуют дизельному топливу класса ЕВРО. Это горючее, отвечающее наиболее современным требованиям экологичности. Здесь же стоит указать класс опасности дизельного топлива. Этот вид горючего относится к 4-му классу, что соответствует п. 7.1 ГОСТ 305-2013.
Температурные показатели дизтоплива
Температура вспышки дизельного топлива определяется в закрытом тигле. Горючее постепенно нагревают и при каждом увеличении показателей термометра на 2 °C открывают заслонку, которая закрывает дизтопливо от источника пламени. Действия повторяют вплоть до того, пока не произойдет вспышка. В этот момент фиксируют значение, которое и будет температурой вспышки. По ГОСТ 305-2013 она имеет следующие значения:
- не ниже 40 °С —для летнего и межсезонного ДТ;
- не ниже 30 °С — для зимнего и арктического ДТ;
Для ДТ, используемого для тепловозных и судовых ДВС, газовых турбин, установлены другие значения:
- не ниже 62 °С — для летнего и межсезонного ДТ;
- не ниже 40 °С — для зимнего ДТ;
- не ниже 35 °С — для арктического ДТ.
Другим важным показателем выступает температура застывания дизельного топлива. Она несколько ниже, чем показатель фильтруемости. Марки дизельного топлива:
- летнее — застывает при –10 °С;
- межсезонное — застывает при –15 °С;
- зимнее — при –20 °С;
- арктическое — при –50 °С.
Температура кипения дизельного топлива тоже различается в зависимости от марки: летнее — 360 °С, зимнее — 320 °С, арктическое — 280 °С.
В заключение
Сорта и классы дизтоплива выделяют по температурным характеристикам и содержанию серы. Перечисленные показатели имеют нормативные значения, закрепленные ГОСТом. По каждому сорту и классу определяют, где можно использовать дизтопливо, в каком регионе и климатических условиях.