Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Фракционный состав топлив оказывает большое влияние на полноту их сгорания и во многом определяет такие эксплуатационные свойства как запуск двигателя, время прогрева, образование паровых пробок и обледенений в карбюраторе, приемистость двигателя, расход топлива, мощность двигателя, расход масла, образование углеродистых отложений, износ трущихся деталей. [1]
Фракционный состав топлива оказывает влияние на его распылива-ние, полноту сгорания, дымность выхлопа, нагароотложение и разжижение кар-терного масла. Утяжеленное топливо хуже распыливается, в результате уменьшается скорость образования рабочей смеси, ухудшается ее однородность, а это приводит к повышенному дымлению и снижению экономичности двигателя. [2]
Фракционный состав топлива оказывает влияние на его распыливание, полноту сгорания, дымность выхлопа, нагароотло-жение и разжижение картерного масла. Утяжеленное топливо хуже распыливает-ся; при этом уменьшается скорость образования рабочей смеси, ухудшается ее однородность, в результате чего повышается дымление и снижается экономичность двигателя. [3]
Фракционный состав топлива должен обеспечивать его хорошую испаряемость, легкий запуск двигателя даже при низких температурах, быстрый прогрев двигателя и хорошую его приемистость к переменам режима. Поэтому важнейшим техническим показателем бензинов и керосинов являются данные стандартной разгонки, при которой отмечают: температуру начала кипения; температуры, при которых отгоняются 10, 50, 90 и 97 5 % ( об.) от загрузки; остаток ( в %) и иногда конец кипения. [4]
Фракционный состав топлива может изменяться в результате потери им легких фракций за счет испарения. Самой большой испаряемостью из современных жидких топлив, предназначенных для использования в поршневых и воздуншореактивных двигателях, обладает бензин. Это его свойство должно учитываться при хранении, транспортировании и заправке машин, так как количественные потери могут привести к потере качества, и бензин окажется непригодным к применению. [5]
Фракционный состав топлива оказывает сильное влияние на смесеобразование, давление, температуру и интенсивность завихрения заряда топлива в двигателе. [6]
Фракционный состав топлива и флюсов. [7]
Фракционный состав топлива особенно большое значение имеет для быстроходных двигателей с неразделенными камерами сгорания. Малооборотные двигатели менее чувствительны к фракционному составу дизельного топлива вследствие большего времени, отводимого на процессы смесеобразования. [8]
Фракционный состав топлив является их важной эксплуатационной характеристикой, связанной с работой двигателя. [10]
Фракционный состав топлива в лабораторных условиях определяют в стандартных перегонных аппаратах при атмосферном давлении. Технология перегонки заключается в следующем. В чистую сухую колбу с помощью калиброванной пробирки наливают 100 мл испытуемого нефтепродукта при температуре 20 3 С. Затем начинают разогревать колбу на газовой горелке. Температуру, при которой в мерную пробирку упадет первая капля конденсата, отмечают по термометру как температуру начала кипения. [11]
Фракционный состав топлива характеризует главное свойство — испаряемость. [12]
Фракционный состав топлива характеризует степень его испаряемости при определенных температурах, которая оказывает существенное влияние на запуск дизеля и его приемистость. [13]
Фракционный состав топлива часто изображается графически в виде кривых разгонок, показывающих, какой процент топлива отгоняется при той или иной температуре. [15]
ХИМИЯ НЕФТИ
— топлива, выкипающие в интервале температур 28-215°С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.
В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобильные и авиационные.
Основными показателями бензина являются детонационная стойкость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений.
Детонационная стойкость
Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500-2500 м/с, вместо обычных 20- 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов.
Октановое число
— условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана.
Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана — за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А-76) октановое число измеряется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяется на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном. Испытания проводят в двух режимах:
- жестком (частота вращения коленчатого вала 900 об/мин, температура всасываемой смеси 149°С, переменный угол опережения зажигания);
- мягком (600 об/мин, температура всасываемого воздуха 52°С, угол опережения зажигания 13 град.).
При производстве бензинов смешением фракций различных процессов важное значение имеют так называемые октановые числа смешения (ОЧС), которые отличаются от расчетных значений. Октановые числа смешения зависят от природы нефтепродукта, его содержания в смеси и ряда других факторов. У парафиновых углеводородов ОЧС выше действительных на 4 единицы, у ароматических зависимость более сложная. Различие может быть существенным и превышать 20 пунктов. Октановое число смешения важно также учитывать при добавлении в топливо оксигенатов.
Фракционный состав
Фракционный состав бензинов характеризует испаряемость топлива, от которой зависит запуск двигателя, распределение топлива по цилиндрам двигателя, полнота сгорания, экономичность двигателя. Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90% (об.) выкипания фракций бензина.
- Температура выкипания 10 % (об.) бензина характеризует пусковые свойства. При температуре ниже предельных значений в системе питания двигателя могут образовываться паровые пробки, а при более высоких температурах запуск двигателя затруднен. В США пусковые свойства бензина характеризуют количеством топлива, выкипающего до 70 °С.
- Температура выкипания 50% (об.) бензина характеризует скорость перехода двигателя с одного режима работы на другой и равномерность распределения бензиновых фракций по цилиндрам.
- Температура выкипания 90% (об.) фракций и конца кипения влияет на полноту сгорания топлива и его расход, а также на нагарообразование в камере сгорания в цилиндре двигателя.
В ГОСТ Р 51105-97, который действует с 01.01.99 г., фракционный состав бензина определяется при температуре выкипания 70, 100 и 180°С (по аналогии с требованиями к бензинам в США ).
Давление насыщенных паров
Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость.
Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают, как правило, до 30% (об.) легких компонентов (фракция НК — 62°С, изомеризата, алкилата и др.). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается также добавлением бутана. В летних бензинах обычно содержится 2- 3% (об.) бутана, в зимних — до 5-8% (об.).
Химическая стабильность
В процессе хранения, транспортирования и применения бензинов возможны изменения в их химическом составе, обусловленные реакциями окисления и полимеризации. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели содержания фактических смол, индукционного периода окисления. Высокой химической стабильностью обладают компоненты, не содержащие алкенов, — прямогонные бензины, бензины каталитического риформинга, алкилаты и изомеризаты. В бензинах коксования, термического и каталитического крекинга, напротив, содержатся в достаточном количестве алкены, которые легко окисляются с образованием смол. Для повышения химической стабильности к топливам, содержащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки: n-оксидифениламин, ионол (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол), антиокислитель ФЧ-16, древесносмоляной антиокислитель и др.
Содержание сернистых и ароматических соединений
Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этих веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (SO2, SO3), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижается мощность, ухудшается экологическая обстановка.
Наибольшую опасность для людей представляют ароматические углеводороды, особенно бензол и полициклические ароматические углеводороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. В связи с этим в последних нормативных документах ограничено допустимое содержание серы, бензола и ароматических соединений в бензинах.
Испаряемость
Индекс испаряемости (ИИ) бензина характеризует испаряемость бензина и его склонность к образованию паровых пробок при определенном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившегося бензина при температуре 70°С. Индекс испаряемости рассчитывают по формуле:
В зависимости от климатического района применения автомобильные бензины подразделяют на пять классов. Наряду с определением температуры перегонки при заданном объеме предусмотрено и определение объема испарившегося бензина при заданной температуре.
Фракционный состав автомобильного бензина
Бензин состоит из различных углеводородов, обладающих сложной и не одинаковой испаряемостью. Испаряемость зависит от химического состава топлива, а определяется по пределам температуры выкипания как его самого, так и отдельных его фракций. Качество бензина напрямую зависит от того, как соотносятся в нем фракции. Именно они влияют на легкость запуска двигателя и на приемистость, на время прогрева и прочие характеристики.
Различают пусковую, рабочую и концевую фракции. Первая это самые низкокипящие углеводороды, они занимают десятую часть дистиллята. Еще до 90 процентов объема составляет рабочая фракция, а оставшиеся 10 — фракция концевая, до конца кипения.
Соотношение фракций должно быть таковым, чтобы бензин мог обеспечивать хороший запуск двигателя, скорый его разгон, малый расход и распределение топлива по цилиндрам с минимальным износом их и поршней. При этом соотношение фракций должно быть идеальным. В противном случае жидким топливом будет омываться смазка, а моторное масло разжижится в картере. При недостатке низкокипящих фракций часть неиспарившегося топлива в не разогретом двигателе попадет в цилиндры жидким видом. Отсутствие смазки приведет к преждевременному износу деталей.
Чтобы этого всего не допустить, существует система контроля за содержанием низкокипящих углеводородов. В настоящее время она строится на трех показателях:
- температура начала перегонки — не меньше 35 градусов летом и без нормы зимой;
- температура перегонки 10 процентов бензина — не более 70 градусов летом и не более 55 зимой;
- давление насыщенных паров.
Прогрев двигателя стартует с пуском и продолжается до устойчивости в работе. В конце на холостом ходу происходит практически испарение топлива полностью во впускном трубопроводе. При минимальной температуре перегонки 50% и более легком составе двигатель греется быстрее. Топливо же низкой температуры скорее испаряется во впускном трубопроводе, горючая смесь лучше наполняет цилиндры и возрастает мощность двигателя.
Приёмистость улучшается тогда, когда цилиндры при дросселировании наполняются богатой смесью. Обедненная же смесь, когда системе питания частично не испаряется, приводит к остановке двигателя.
Температурой перегонки 50% летнего топлива обозначен верхний предел в 115°С, зимнего топлива – до 100°С. Это позволяет получить скорый прогрев и хорошую приёмистость двигателя.
Использование топлива высокой температуры на конце кипения повышает износ двигателя, увеличивает отложения на деталях солей, повышает топливный расход. Поэтому для летнего бензина температурой перегонки 90% топлива должна быть температура не выше 180°С, а для зимнего не более 160°С. Конец кипения летнего не должен превышать 195°С, а зимнего 185°С.