МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

-

Кафедра авиатопливообеспечения и ремонта ЛА

,

ОСНОВЫ ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯ АЭРОПОРТОВ ГА

Москва 2007

ББК

К65

Печатается по решению редакционно-издательского совета Московского государственного технического университета ГА

Рецензенты: доктор технических наук, профессор А;

кандидат технических наук –

МО РФ.

К65 Основы топливообеспечения аэропортов ГА. – М.:МГТУ ГА, 20с

IBSN

Учебное пособие содержит сведения по широкому кругу вопросов топливообеспечения аэропортов ГА, включая все стадии производства топлив и масел, применяющихся при эксплуатации различных типов наземной техники аэродромного обслуживания, ассортимент, физико-химические и эксплуатационные свойства ГСМ, вопросы обеспечения безопасности при работе с ГСМ, а также базовые сведения по эксплуатации автозаправочных станций, эксплуатирующихся в составе топливозаправочных комплексов аэропортов ГА.

Предназначено для освоения студентами материала, содержащегося в учебном курсе ЕН. В.01 «Основы топливообеспечения аэропортов ГА» Дисциплина по выбору (факультативная). Семестр 6.Общий объем 100 ч.

Соответствует государственному образовательному стандарту специализации «Эксплуатация и обслуживание объектов и систем топливообеспечения аэропортов и ВС ГА»

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры АТО и РЛА и методического совета по специальности 160901(08)

© Московский государственный

технический университет ГА, 2007

Содержание

Стр.

Введение…………………………………………………………………….4

1.  Переработка нефти…………………………………………………..5

2.  Характеристики и свойства автомобильных бензинов……………11

3.  Химическая стабильность бензина………………………………...19

4.  Показатели пожаровзрывобезопасности бензинов………..……...26

5.  Дизельные топлива………………………………………………….29

6.  Моторные масла……………………………………………………..35

7.  Трансмиссионные масла……………………………………………45

8.  Гидравлические масла……………………………………………...48

9.  Охлаждающие жидкости…………………………………………...57

10.  Автозаправочные станции и комплексы…………………………..62

11.  Топливораздаточные колонки………………………………………78

Введение

Целью данного учебного пособия является ознакомление студентов механических специальностей, обучающихся в МГТУ ГА на кафедре АТО и РЛА с широким кругом вопросов, касающихся производства и использования ГСМ в производственной деятельности специалистов данного профиля.

Эти сведения необходимы при осуществлении повседневной работы по обслуживанию и эксплуатации всего перечня наземной автомобильной и автотракторной техники, применяющейся при обслуживании воздушных судов, а также наземного аэродромного обслуживания.

В предлагаемом пособии изложены основные понятия о составе, свойствах, особенностях применения топлив и масел для автомобильной и автотракторной техники, использующейся на предприятиях авиатопливообеспечения и топливозаправочных комплексах предприятий гражданской авиации. Приведены сравнительные данные ГСМ отечественного и зарубежного производства. В систематизированном виде описана работа АЗС и комплексов технологического оборудования, освещены вопросы обеспечения пожаровзрывобезопасности наземных ТЗК, экономии моторных топлив, проведения ресурсных оценок работы моторных масел в двигателях, эксплуатирующихся в наземной технике, а также вопросы экологической безопасности предприятий, осуществляющих операции с нефтепродуктами. Данная информация поможет молодым специалистам предприятий АТО успешно решать практические задачи, возникающие в процессе эксплуатации и грамотно подходить к оценке качества топлив и масел перед их заправкой в различные образцы техники, имеющейся на предприятии.

Освещены вопросы, связанные с количественным и качественным учетом нефтепродуктов. Представлены методы и средства, обеспечивающие входной контроль топлив и масел на соответствие их качества требованиям нормативных документов на соответствующие виды и марки товарной продукции.

Излагаются правила отбора проб нефтепродуктов, приводится краткая информация о градуировке резервуаров, приему, хранению и отпуску нефтепродуктов. Указан перечень нормативной документации по учетно-расчетным операциям.

1.Переработка нефти

Основным сырьем получения моторных топлив и масел является нефть. Она представляет собой сложную органическую смесь, содержащую главным образом углеводороды с различной молекулярной массой и разного химического строения, а также гетероатомные соединения различного происхождения.

Основными элементами нефти является углерод (83-87%) и водород

(12 – 14%). Гетероатомные соединения состоят из органических соединений, в состав которых помимо углерода и водорода входят сера, кислород, азот и другие элементы таблицы Менделеева. Сера содержится в нефти в очень широком интервале концентраций от тысячных долей процента до десятков процентов. Содержание кислорода и азота значительно меньше, чем серы. Часто в составе нефти присутствуют соединения хлора и фосфора, которые заносятся в нефти при их добыче на промыслах. Иногда присутствуют в нефти соединения металлов, а также абразивные частицы, попадающие в ее состав в процессе ее транспортировки. Всего в незначительных концентрациях в нефтяном сырье исследователи обнаружили более 30 элементов металлов и около 20 неметаллов.

В нефти содержатся углеводороды следующих классов: алканы

( парафины), циклоалканы (нафтены), непредельные ( олефины, диолефины), арены (ароматические) и углеводороды смешанного строения.

Предельные парафиновые углеводороды наиболее полно представлены в нефти: от низших газообразных ( С1 – С5) до твердых, растворенных в жидких членах гомологического ряда.

Из нафтеновых углеводородов в состав нефти входят изомеры циклопентана и циклогексана. Ароматические углеводороды ( гомологи бензола, а также полициклические ароматические углеводороды) находятся в нефти в меньших количествах, чем предельные и нафтеновые углеводороды..

По содержанию серы нефти делятся на малосернистые ( до 0,5%), сернистые ( до 3%) и высокосернистые ( свыше 3%).

Минеральный состав нефти характеризуется содержанием в ней воды

( чаще в виде стойких эмульсий ), зольных веществ и др.

Химический состав нефти определяет ее физические свойства ( плотность, фракционный состав, теплоты сгорания) важные для переработки нефти и использования нефтепродуктов.

Нефть – маслянистая вязкая горючая жидкость, от светло-желтого до темно-коричневого цвета с характерным запахом. Нефть большинства месторождений легче воды – плотность большинства нефтей колеблется в пределах от 800 до 980 кг/м3 . По плотности нефти разделяют на очень легкие ( d<800 кг/м3 ), легкие (800 – 840 кг/м3), средние (840 – 880 кг/м3) , тяжелые (880 – 920 кг/м3) и очень тяжелые ( свыше 920 кг/м3).

Температура застывания нефтей различных месторождений лежит в широком диапазоне температур ( от +10 до -20°С) в зависимости от ее химического состава.

Содержащиеся в нефти углеводороды имеют различную молекулярную массу и интервалы кипения. При нагревании ее в процессе нефтепереработки из нее выделяются более легкие низкокипящие углеводородные фракции, содержащие углеводороды с низкой молекулярной массой. По мере повышения температуры происходит испарение фракций с большей молекулярной массой. При этом в кубовом остатке концентрируются высокомолекулярные и смолисто-асфальтеновые соединения.

Все процессы переработки нефти делятся на первичные и вторичные.

Первичная переработка включает обессоливание и обезвоживание углеводородных фракций, удаление агрессивных элементоорганических соединений, интенсивно разрушающих нефтеперерабатывающую аппаратуру в процессе ее эксплуатации и последующее грубое фракционирование углеводородной части нефти. При этом происходят химические превращения компонентов нефти, связанные с протеканием радикально-цепных реакций разрушения длинных углеводородных молекул и образования более коротких фрагментов иной структуры.

Вторичная переработка сопровождается изменением состава и структуры углеводородного сырья и гетероатомных соединений, входящих в состав нефти с целью придания соответствующим фракциям необходимых для получения конечных продуктов физико-химических свойств, т. е получением таких углеводородных фракций, которые не содержались в исходной нефти или находились в ней в недостаточных для потребителя количествах. Вторичные процессы переработки нефти имеют своей целью значительно повысить выход светлых нефтепродуктов, а также целенаправленно изменить их химический состав, а следовательно получить высококачественные товарные продукты.

Первичная переработка нефти – первый технологический процесс фракционирования нефти. При перегонке нефть нагревают до кипения и частично испаряют ее. Получают дистиллят и остаток, которые по составу отличаются от исходной смеси. Схема трубчатой печи приведена на рис.1.1

Рис 1.1 Схема трубчатой печи

1- камера сгорания; 2- форсунки; 3- стенка; 4- конвекционная камера; 5 – трубы камеры сгорания; 6 – трубы конвекционной камеры.

Процесс происходит в виде однократного нагрева и испарения низкокипящих фракций с последующей конденсацией их паров, т. е при перегонке происходит обогащение одной фракции низкокипящими, а другой высококипящими компонентами. На этой стадии производства невозможно достичь требуемого разделения компонентов нефти и получения конечных продуктов. Для выделения более узких целевых фракций полученный полуфабрикат подвергают ректификации ( разделению) паровой и жидких фаз на отдельные фракции за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости в специальных аппаратах, называющихся ректификационными колоннами по различным комбинированным схемам. Ректификационные колонны представляют собой высокие стальные цилиндры с теплоизоляцией, которые изнутри оборудованы специальными горизонтальными перегородками (так называемыми тарелками) с отверстиями, а иногда особой конструкции колпачками, обеспечивающими многократный контакт жидкости и пара в противотоке перемещающимися по длине колонны. Схема работы ректификационной тарельчатой колонны приведена на рис 1.2

Рис 1.2 Схема работы реакционной тарельчатой колонны.

1- тарелки (полки); 2 – патрубки для прохода паров; 3 – колпачки; 4 – перетечные (сливные) патрубки.

За счет этих многократных контактов обеспечивается оптимальное фракционирование смеси, позволяющее выделить из нее на определенных уровнях по высоте колонны узких фракций нефтепродуктов с заранее известными свойствами. Установки первичной переработки нефти АВТ

( атмосферно-вакуумной трубчатка) состоят из ряда теплообменных аппаратов, в которых поддерживаются температуры от 150 – 170°С и давления 1,5МПа при первичном разделении нефти на фракции легкого бензина, лигроина, соляровой фракции и мазута. Из последнего при температурах до 300 – 350° и давлении 5,3-8,0 кПа извлекают средние топливные или масляные фракции в зависимости от варианта переработки нефти. По масляной схеме получают масляные дистилляты, которые подвергаются специальной очистке, а затем смешению в различных соотношениях для получения тех или иных сортов базовых масел. При работе по топливной схеме фракцию, именующуюся вакуумным газойлем, используют в качестве сырья при каталитическом крекинге или гидрокрекинге. Вакуумный газойль может также добавляться к керосино-газойлевым фракциям при получении дизельного топлива утяжеленного фракционного состава. Схема атмосферно-вакуумной установки для перегонки нефти приведена на рис.1.3

Рис 1.3 Схема атмосферно-вакуумной установки для перегонки нефти.

1,5 – трубчатые печи; 2,6 – ректификационные колонны; 3 – теплообменники; 4 – кон -

денсаторы.

Полученные при атмосферно-вакуумной перегонке нефтепродукты не являются конечными и подвергаются вторичной переработке с целью получения товарных продуктов.

Вторичная переработка.

Вторичная переработка основана на расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие под действием высоких температур без катализатора (термический крекинг). В присутствии катализатора ( каталити-ческий крекинг) или в присутствии катализатора под давлением водорода

(гидрокрекинг). Разновидность термического и каталитического крекинга называется риформингом. От крекинга риформинг отличается исходным сырьем: для риформинга используют тяжелый бензин и лигроин прямой перегонки нефти.

Термический крекинг – наиболее простой, но невыгодный из-за низкого качества получаемых продуктов процесс переработки тяжелых нефтяных фракций от лигроина до мазута. Сущность крекинга – расщепление крупных молекул на мелкие под действием высокой ( 470 – 540°С) температуры. Выход легких нефтепродуктов типа крекинг-бензина может составлять порядка 35 – 45%, крекинг-газа 10 – 15%, крекинг-остатка 50 – 55%. В крекинг-бензине, в отличие от бензина прямой перегонки, содержится значительное количество непредельных углеводородов, что снижает его стабильность. Газообразный продукт крекинга – крекинг-газ содержит большое количество непредельных углеводородов: этилена, пропилена и бутиленов. Газы крекинга служат ценным сырьем для нефтехимического
синтеза. Лучшее качество моторного топлива получается при более сложных и дорогих каталитических процессах.

Каталитический крекинг нефтепродуктов ( соляровых и керосиновых фракций) проводят в присутствии катализаторов с получением повышенного выхода бензина высокого качества. Каталитический процесс обычно проводят в колоннах, заполненных измельченным катализатором, снижающим энергию активации реакций крекинга, вследствие чего скорость и условия крекинга более мягкие ( температура 425 – 520°С, давление 0,0035-0,35 мПа). Катализаторами процесса служат алюмосиликаты с высокоразвитой адсорбирующей поверхностью. Каталитический процесс складывается из ряда элементарных актов: диффузии исходных веществ к поверхности катализатора, адсорбции на них. Образования промежуточных соединений на катализаторе и превращение их в продукты крекинга; десорбции крекинг-продуктов с поверхности катализатора и диффузии их в объем. Параллельно с расщеплением крупных углеводородных молекул идут процессы полимеризации – соединения мелких молекул, содержащих кратные связи в новые структуры, перераспределение водорода с образованием ароматических углеводородов и изопарафинов. При конденсации ароматических углеводородов происходит коксообразование.

Реакции коксообразования вызывают отложения кокса на поверхности катализатора и снижает его активность, так как затрудняет адсорбцию углеводородов на поверхность катализатора. Активность катализатора восстанавливают выжиганием кокса в струе воздуха при температуре 650-670°С.

Бензин каталитического крекинга содержит значительное количество ароматических и изопарафиновых углеводородов, что обуславливает его стабильность.

Гидрокрекинг проводится в среде водорода под давлением 5-15 мПа, обеспечивая превращение полициклических ароматических углеводородов в стабильные. Непредельные углеводороды, присоединяя водород, в процессе гидрокрекинга превращаются в парафиновые и изопарафиновые углеводороды, а соединения серы удаляются, как при гидроочистке.

Каталитический риформинг проводится на алюмоплатиновом катализаторе с целью превращения нафтеновых углеводородов в ароматические

( СnH2n→CnH2n-6 + 3Н2). Он проводится, главным образом, в целях повышения детонационной стойкости бензинов, одновременно обеспечивает получение дешевого водорода.

Гидроочистка - каталитический метод очистки нефтяных топлив, как прямогонных, так и вторичного происхождения: керосина, реактивного и дизельного топлива, вакуумного газойля. Процесс гидроочистки применяют при облагораживании компонентов смазочных масел типа NEXBASE ( базо-вые масла второй группы) и парафинов с целью снижения содержания серы. Гидроочистка проводится при температуре 380-420°С и давлении водорода 2,5 – 4,0 мПа в присутствии алюмокобальтмолибденовых (АКМ) или алюмоникельмолибденовых (АНМ) катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, - в воду и сероводород.

Прямая перегонка нефти, каталитический крекинг прямогонного вакуумного дистиллята и гидроочистка являются основными технологическими процессами, обеспечивающими получения топлив заданного качества на нефтеперерабатывающих заводах.

На ряде заводов, где перерабатываются малосернистые нефти, при производстве прямогонных дизельных топлив для удаления кислородсодержащих соединений кислого характера используется щелочная очистка. Для расширения ресурса зимних дизельных топлив и авиакеросинов применяется депарафинизация – удаление н-парафиновых углеводородов с высокими температурами застывания.

2.Характеристики и свойства автомобильных бензинов

Бензины являются топливами для карбюраторных двигателей с принудительным воспламенением от искрового заряда. Для обеспечения надежной работы двигателя на всех режимах бензины должны обладать следующими свойствами:

полной испаряемостью для достижения максимально возможной полноты сгорания;

высокой детонационной стойкостью для предотвращения детонации при эксплуатации двигателя;

высокой химической стабильностью, препятствующей созданию условий для образования отложений в топливной системе двигателя и нагарообразованию в камере сгорания;

хорошей совместимостью с конструкционными материалами применяющимися при изготовлении двигателя ( низкой коррозионной агрессивностью по отношению к металлам и пассивностью при взаимодействии с резинотехническими изделиями);

хорошей прокачиваемостью и низкотемпературными свойствами, обеспечивающими бесперебойную подачу бензинов в двигатель.

Карбюраторные двигатели используют жидкое топливо. Для получения горючей смеси ( паров топлива с кислородом воздуха) необходимо мгновенно испарить жидкое топливо и получившиеся при этом пары смешать с воздухом в определенных соотношениях.

В карбюраторных двигателях горючие смеси образуются в специальном приборе, называемом карбюратором конструкция которого представлена на рис 2.1

Рис 2.1 Схема карбюратора

1- поплавковая камера; 2 – жиклер; 3 – диффузор; 4 – камера сгорания; 5 – цилиндр двигателя; 6 – топливный бак.

В нем воспламенившееся топливо смешивается с необходимым для сгорания количеством воздуха.

Когда в двигателе происходит первый акт (всасывание), воздух с очень большой скоростью проходит через диффузор 3, в результате чего в пространстве над жиклером 2 создается разряжение. Под влиянием разряжения бензин, поступающий в жиклер в виде тонкой струи из топливной камеры 1, соединенной с топливным баком 6, подхватывается воздушным потоком и распыляется в виде мелких капель, часть которых испаряется, а часть оседает на стенках трубопроводов, образуя жидкую пленку, с которой также происходит испарение бензина. Назначение топливной камеры – поддерживать постоянный уровень бензина в карбюраторе. Уровень бензина регулируется поплавком и запорной иглой. Жиклер представляет собой деталь со строго калиброванным отверстием. Он служит для дозировки и подачи струи бензина в распылитель, который помещается в самой узкой части горловины – диффузоре. Если бензин обладает хорошей испаряемостью, то в камеру сгорания 4 карбюраторного двигателя поступит смесь паров бензина с воздухом. Если же испаряемость плохая, то часть бензина останется в капельном или пленочном состоянии и полностью не сгорит. Это приводит к перерасходу горючего, нагароотложениям, разжижению смазки, что будет способствовать повышенному износу двигателя.

Бензины относятся к легкоиспаряющимся и легковоспламеняющимся жидкостям. В них содержится около 85% масс. углерода, 15% водорода и незначительное количество кислорода, азота и серы. Поэтому при полном сгорании бензина выхлопные газы в основном состоят из паров воды и диоксида углерода, а также небольшого количества окислов серы.

Чтобы рассчитать теоретическое количество воздуха необходимого для полного сгорания 1 кг топлива Loв приведем уравнения реакции горения углерода, водорода и серы, и массовые соотношения реагирующих веществ:

С + О2 = СО2 2Н2 + О2 = 2Н2О S + O2 = SO2

12 + 32 = 44 4 + 32 =+ 32 = 64

Если для сгорания 12 кг. Углерода требуется 32 кг кислорода, то для сгорания 1% соединения по массе потребуется:

0,01х32/12= 0,01х8/3 кг. Для водорода, соответственно, потребуется 0,01х32/4=0,01х8 кг; для серы 0,01х32/32=0,01х1 кг кислорода.

Для полного сгорания 1 кг топлива, состоящего из углерода, водорода, серы и кислорода, потребуется кислорода в кг:

8х0,01/3[C] + 8х0,01[H] + 0.01x[S] – 0.01[O],

где: [C]; [H]; [S]; [O] – содержание углерода, водорода, серы и кислорода в% масс.

В воздухе на вычисленное количество кислорода приходится в 77/23 раза больше азота. Сумма азота и кислорода составляет массу воздуха Loв (в кг), необходимую для сгорания 1 кг топлива:

Loв = (1+ 77/23)(8/3х0,01[C] + 8х0,01[H] + 0.01[S] – 0.01[O]=

0.3478([C/3] + [H] + [S/8] – [[O/8]) , кг/кг

В реальных условиях работы двигателя для сгорания топлива обычно требуется воздуха больше или меньше, чем необходимо теоретически.

Отношение действительного количества воздуха, поступившего для сгорания, к количеству воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг. топлива, называется коэффициентом избытка воздуха:

α=L/ Loв.

Где L – действительное количество воздуха, поступившего на сгорание в двигатель в кг.

В зависимости от соотношения воздуха и топлива различают три вида рабочей смеси:

нормальная рабочая смесь – (α=1) содержит теоретически необходимое количество воздуха. При таком составе смеси для сгорания 1 кг бензина требуется около 15 кг воздуха;

бедная рабочая смесь (α>1) содержит избыточное количество воздуха по сравнению с теоретически необходимым. Бедные смеси применяются для уменьшения удельного расхода топлива и повышения экономичности двигателя;

богатая рабочая смесь (α<1) содержит меньшее количество воздуха, чем теоретически необходимо. Богатые смеси применяют для повышения мощности двигателя, но при этом снижается его экономичность за счет большого расхода топлива.

Обычно при различных режимах работы двигателя коэффициент избытка воздуха колеблется в пределах 0,85 – 1,1.

Свойства автомобильных бензинов

Испаряемость и фракционный состав

Образование однородной горючей смеси, поступающей в цилиндр двигателя, зависит в первую очередь от испаряемости топлива, которая определяется его фракционным составом. Карбюраторные топлива, в частности, автомобильные бензины, представляют собой смесь различных компонентов, полученных в результате разных технологических процессов переработки нефти. Они различаются углеводородным и фракционным составом. В автомобильные бензины вовлекаются продукты первичной переработки нефти различного фракционного состава, каталитического риформинга, каталитического и термического крекингов. Бензины пиролиза и гидрокрекинга, газовый бензин, рафинаты от процесса ароматизации углеводородов, технические бутаны, пентаны, гексаны, а также качественные высокооктановые компоненты – алкилаты и ароматические углеводороды.

Карбюрационные свойства ( испаряемость ) автомобильных бензинов оценивается по фракционному составу ( содержанию в бензинах тех или иных фракций, выраженному чаще всего в объемных процентах).

Для оценки эксплуатационных свойств бензина по фракционному составу нормируют пять значений ( точек ) температур, при которых происходит начало кипения (tн. к.), перегоняется ( по объему ) 10% (t10%); 50% (t50%); 90% (t90%) бензина и конец кипения (tкк). По (tн..к) и (t10%) оценивают наличие легких фракций в бензине, влияющих на запуск двигателя и образование паровых пробок в топливной системе; t50% определяет быстроту прогрева двигателя и количество топливовоздушной смеси; t90% и tкк характеризуют полноту испарения ( количество высококипящих, трудноиспаряющихся фракций). Наличие последних может вызвать неполноту сгорания топлива и конденсацию его в цилиндрах двигателя, что приводит к разжижению картерного масла и повышению износа деталей двигателя.

Испаряемость автомобильного бензина характеризуется также упругостью его паров. Слишком высокая упругость паров может явиться причиной образования газовых пробок в топливной системе двигателя. Кроме того, содержание в бензине очень легких компонентов ( низкокипящих углеводородов) приводит к нестабильности его состава, так как вызывает большие потери легких фракций при транспортировании и хранении. Автомобильные бензины подразделяются на летние и зимние. Летний бензин предназначен для применения во всех регионах страны, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября. В южных районах в течении всего года. Для автомобильных бензинов в летний период упругость паров не должна превышать 500 мм. рт. ст. В зимний период упругость паров допускается до 700 мм. рт. ст.

Детонационная стойкость

Детонационная стойкость характеризует способность бензина нормально сгорать в цилиндрах двигателя без возникновения детонации.

Детонация – процесс очень быстрого завершения сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью ( 2м/с). Сгорание принимает взрывной или детонационный характер, который сопровождается высокими местными перегревами двигателя и ростом давления, а также резким металлическим звуком и падением мощности. Наиболее склонна к детонации та часть рабочей смеси, которая сгорает последней.

Детонация приводит к перегреву двигателя, неполному сгоранию топлива, дымлению отработавших газов, падению мощности, прогару поршней и выводу двигателя из строя. Эксплуатировать двигатель при наличии детонации недопустимо. Склонность бензина к детонации зависит от его углеводородного состава, а также от конструктивных и эксплуатационных факторов.

В настоящее время общепризнанна перекисная теория детонации, согласно которой образуются первичные продукты окисления топлива – органические перекиси.

Образующиеся в процессе предварительного окисления перекиси накапливаются в несгоревшей части рабочей смеси и при достижении критической концентрации распадаются со взрывом и выделением большого количества тепла, активизируя этим всю горючую смесь.

В зависимости от преимущественного содержания в бензинах углеводородов того или иного класса ( парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов, олефинов) и их строения, а также концентрации антидетонатора ( вещества, вводимого в топливо в десятых долях процента для резкого повышения их детонационной стойкости), детонационная стойкость бензинов колеблется в широких пределах. Для парафиновых углеводородов она снижается при увеличении молекулярной массы и растет при увеличении разветвленности молекул. Детонационная стойкость олефинов как нормального строения, так и имеющих одну метильную группу в разветвленной цепи, значительно выше, чем у соответствующих им по строению парафиновых углеводородов. Наиболее высокой антидетонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Нафтеновые углеводороды по своей антидетонационной стойкости занимают промежуточное положение между парафинами нормального строения и ароматическими углеводородами. С тем же числом углеродных атомов.

Структура углеводородов оказывает большое влияние на повышение детонационной стойкости при добавлении к ним антидетонатора.. Из всех классов углеводородов наиболее восприимчивы к последнему парафиновые углеводороды. Наименее восприимчивы к антидетонатору ароматические углеводороды.

Детонационную стойкость бензинов определяют на специальных одноцилиндровых установках с переменной степенью сжатия и выражают в единицах октанового числа ( а в авиационных бензинах, кроме того, в сортности). Октановое число оценивают в бедной рабочей смеси (α=1,0-1,1), а сортность – в богатой.

Октановое число (ОЧ) – показатель детонационной стойкости бензинов, численно равный содержанию (в % об.) изооктана (С8Н18) в смеси с

н-гептаном (н-С7Н16), которая по детонационной стойкости эквивалентна бензину, испытываемому в стандартных условиях. Так, бензин с октановым числом 93 по своей детонационной стойкости эквивалентен смеси, состоящей из 93% об. изооктана и 7%об. н-гептана.

Детонационная стойкость изооктана принимается за 100, а н-гептана за 0.

Октанывые числа автомобильных бензинов определяют двумя методами: моторным ( на установках ИТ9-2М, ИТ – означает «испытание топлив», 9-2М – тип установки, или УИТ-65, ГОСТ 511-82) и исследовательским методом

( на установках ИТ9 -6 илиУИТ-65, ГОСТ 8226-82), а октановые числа авиационных бензинов – только моторным методом.

Детонационный режим работы двигателя определяется изменением степени сжатия от 4 до 10. Установки ИТ9-2М, ИТ9-6 и УИТ 65 имеют однотипные одноцилиндровые двигатели и приборы, но условия испытания на них разные. На универсальной установке УИТ-65 можно определять октановое число моторным и исследовательским методами. Условия определения октанового числа по моторному методу более жесткие, чем по исследовательскому, (например, частота вращения вала двигателя

900 об/мин по сравнению с 600 об/мин; топливо-воздушная смесь, поступающая в цилиндр двигателя подогревается; дозирующие жиклеры карбюратора имеют проходные сечения меньшего диаметра: 0,9 мм вместо 1,12 мм и др). В связи с этим октановое число бензина, как правило, по исследовательскому методу выше, чем по моторному. Разница в октановых числах, определенных обоими методами, называется чувствительностью бензина. В зависимости от углеводородного состава их чувствительность колеблется в широких пределах. Наиболее чувствительны к режиму работы двигателя непредельные и ароматические углеводороды. Поэтому наибольшую чувствительность ( 10 – 12 ед.) имеют бензины каталитического риформинга жесткого режима, содержание ароматических углеводородов в которых превышает 60 – 65%. Средней чувствительностью обладают бензины термического крекинга. В зависимости от содержания в них непредельных углеводородов их чувствительность составляет 4 – 7 единиц. Наименьшую чувствительность (±1-2 ед.) имеют бензины, состоящие преимущественно из парафиновых углеводородов: бензины прямой гонки и газовый бензин.

В нашей стране в качестве антидетонаторов чаще всего используют тетраэтилсвинец (ТЭС) Рв(С2Н5)4. В чистом виде ТЭС к бензинам не добавляется, так как при его сгорании на днищах поршней, стенках камер сгорания, выхлопных клапанах и электродах запальных свечей образуется большое количество окиси свинца, которая сокращает ресурс работы двигателя. Бензины, содержащие ТЭС называются этилированными. Свинцовые антидетонаторы очень ядовиты и поэтому повышают токсичность бензинов. Этиловая жидкость бесцветная и в целях безопасности ее окрашивают.

В последние годы находят применение бензины с октановым числом выше 100. При определении октановых чисел топлив с такими значениями ОЧ режим работы двигателя на установке ИТ9-6 или УИТ-65 М и условия испытания сохраняются такими же, как при определении октановых чисел ниже 100. В качестве эталонного топлива в этом случае применяется технический изооктан с добавками ТЭС, вводимого в виде этиловой жидкости.

Эффективность этиловой жидкости должна составлять 17 октановых единиц по моторному методу при добавлении на 1 кг смеси, состоящей из 70% об. эталонного изооктана и 30% об. н-гептана, 2 см3 жидкости З-9, состоящей из 54 % масс ТЭС, 33% бромистого этила; 6,8% хлорнафталина в бензине Б-70.

Бромид свинца, образующийся при сгорании этилированных бензинов и выбрасываемый в атмосферу с отработанными газами, тоже ядовит, и поэтому применение таких бензинов крайне нежелательно, а во многих регионах России запрещено законодательством.

В ближайшей перспективе выпуск этилированных бензинов будет прекращен и его заменят бензинами. содержащими высокооктановые компоненты, отвечающие современным экологическим требованиям ЕВРО – 1 – ЕВРО-4, четко регламентирующим экологические требования к моторным топливам.

Сегодня же ни одна марка бензина с октановым числом ниже 92 не подпадает ни под один из новых стандартов. Под бензиновый стандарт "Евро-2" подпадают все бензины выше марки Аи-92. Стандарт "Евро-4" предполагает те же октановые числа в марках бензина, что и стандарт "Евро-2", то есть с тем же количеством присадок, за счет которых бензин медленнее расходуется. Но при этом бензин стандарта "Евро-4" должен содержать меньшее количество технических примесей, которые остаются в бензине при его перегонке из нефти и от которых очень сложно избавиться полностью.

Ведущие нефтяные компании России приступили к реализации программы модернизации своих нефтеперерабатывающих предприятий. В результате их реконструкции глубина нефтепереработки возрастет до 92 – 94%, будет обеспечен выпуск только экологически чистых неэтилированных бензинов с октановыми числами 93, 95 и 98 по исследовательскому методу. Высокооктановые бензины с новыми антидетонаторами, в которых ТЭС заменят кислородсодержащими компонентами будут полностью удовлетворять требованиям ГОСТ и ТУ 38. по физико-химическим и антидетонационным характеристикам.

В качестве высокооктанового компонента в настоящее время нашел широкое применение метил – третбутиловый эфир (МТБЭ). Его получают взаимодействием изобутана с метанолом.. Эфир кипит при температуре 55°С и, имея высокие значения октановых чисел (115 – 135 по исследовательскому методу и 98 – 100 по моторному методу), он, в отличие от метанола не ядовит, хорошо растворяется в бензине в любых соотношениях. Введение в бензин МТБЭ в количестве 11% позволяет получить неэтилированный бензин АИ-93 с вовлечением в него до 15 – 20% низкооктановых компонентов. При этом снижаются температура запуска двигателя на 10 – 12°С и токсичность отработанных газов. Октановое число бензинов при добавке 10% МТБЭ повышается на 2,1 – 5,8 единий по исследовательскому методу, а при добавке 20% - на 4,6 – 12,6 единиц.

Высокооктановая добавка к бензинам фэтерол представляет собой смесь МТБЭ и третбутилового (ТБЭ) спирта. По своим антидетонационным свойствам не уступает «чистому» МТБЭ, а по экологическим характеристикам превосходит последний. В настоящее время разработаны различные модификации фэтерола ( марки А, Б,В, Г и Д) . Фэтерол марок В, Г и Д содержит соединения марганца.

Минпромэнерго подготовило проект техрегламента "О требованиях к бензинам, дизельному топливу и другим ГСМ", который обязывает производителей добавлять в каждую партию топлива экологические маркеры, с помощью которых можно будет определить, где и когда оно было произведено. С момента вступления его в силу все выпускаемое в стране топливо должно соответствовать стандартам "Евро-2" и "Евро-4".

3.Химическая стабильность бензина

Под химической стабильностью бензина понимают способность сохранять без изменений свой химический состав. Такие отрицательные явления, как окисление и осмоление бензинов, выпадение антидетонатора, обуславливаются недостаточной химической стабильностью топлива.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5