Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 1.7 – Требования к качеству авиационных бензинов

по ГОСТ 1012–72

Показатель Б-95/130 Б-91/115

Детонационная стойкость, ОЧММ, не менее 95 91

Сортность, не менее 130 115

Содержание ТЭС, г/кг, не более

3,1 2,5

Удельная низшая теплота сгорания:

кДж/кг, не менее 42 947 42 947

ккал/кг, не менее 10 250 10 250

Фракционный состав, температура, °С:

начало кипения, не ниже 40 40

10 %, не выше 82 82

50 %, не выше 105 105

90 %, не выше 145 145

97,5 %, не выше 180 180

Остаток, %, не более 1,5 1,5

Давление насыщенных паров, кПа (мм рт. ст.)

не менее 33,3 (250) 29,3 (220)

не более 45,4 (340) 48 (360)

Кислотность, мг КОН/100 мл, не более 0,3 0,3

Температура начала кристаллизации, °С

, не выше –60 –60

Иодное число, г,

/100 г, не более 6 2

Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более 4 3

Содержание, %, не более:

серы 0,03 0,03

аренов 35 35

Период стабильности, ч, не менее 12 12

Цвет Желтый Зеленый

1.3.2. Дизельные топлива

По частоте вращения коленчатого вала различают быстроходные

(с числом оборотов коленчатого вала более

1000 мин

–1

) и тихоходные

дизели. Степень быстроходности в значительной мере определяет тре

бования к качеству топлива. Значительная часть грузовых автомобилей

и сельскохозяйственной техники в настоящее время оснащены быстро

ходными дизелями, а суда речного и морского флота, а также стацио

нарные силовые установки – преимущественно тихоходными

По сравнению с бензиновыми дизельные двигатели имеют следую-

щие преимущества:

– на

30…35 % меньше расходуют более дешевое топливо;

– средняя температура рабочего цикла в дизеле ниже

, что облегчает

его охлаждение;

– применение в дизелях более тяжелого по сравнению с бензином топ-

лива обеспечивает пожарную безопасность, облегчает его транспор

тирование и хранение;

– допускают большие перегрузки и отличаются большей устойчивос

тью в работе;

– выхлопные газы менее токсичны

;

– за счет значительно меньшего времени контакта топлива с возду

хом

(топливо в дизеле впрыскивается только к концу такта сжатия)

полностью устраняется опасность возникновения детонационного

сгорания;

– практически неограниченная возможность обеднения горючей сме

си, что позволяет изменять мощность дизеля только путем регули-

рования подачи топлива при постоянном расходе воздуха;

– возможность использования топлив с различной испаряемостью

среднедистиллятных, утяжеленных, а при определенных условиях

и легких, типа бензина и керосина.

К недостаткам дизелей следует отнести их большую удельную массу

меньшую быстроходность и большую затрудненность в зимних усло

виях запуска

К наиболее важным показателям качества топлив для быстроходных

дизелей относятся

: воспламеняемость, испаряемость, вязкость, корро-

зионная активность, низкотемпературные и экологические свойства

Воспламеняемость характеризует способность дизельного топлива

к самовоспламенению в среде разогретого от адиабатического сжатия

в цилиндре двигателя воздуха.

Было установлено

, что конструктивные и эксплуатационные фак-

торы, которые способствуют повышению температуры и давления

воздуха, быстрому и интенсивному перемешиванию его с топливом

в цилиндре двигателя

, улучшают воспламеняемость и тем самым про-

цесс сгорания топлива и делают работу дизеля мягкой и экономичной

Положительное влияние на работу дизеля оказывают:

– повышение степени сжатия

;

– увеличение числа оборотов коленчатого вала

;

– применение для изготовления блока цилиндров материала с низкой

теплопроводностью, например чугуна;

– применение топлив с оптимальной воспламеняемостью

Работу дизеля ухудшают повышение влажности воздуха и низкие

температуры окружающего воздуха.

Определение воспламеняемости дизельных топлив производится на

специальной установке со стандартным одноцилиндровым двигателем

ИТ9-3 и заключается в сравнении испытуемого топлива с эталонными

топливами. Мерой воспламеняемости дизельных топлив принято счи

тать цетановое число (ЦЧ). В качестве эталонных топлив применяют

цетан (

н-гексадекан С

), имеющий малый период задержки само-

воспламенения (ПЗВ), и его воспламеняемость принята за

100 единиц

ЦЧ, и

-метилнафталин, имеющий большой ПЗВ, и его воспламеняе-

мость принята за 0.

Цетановое число – показатель воспламеняемости дизельного

топлива, численно равный процентному содержанию цетана в смеси

-метилнафталином, которая по самовоспламеняемости в стандарт-

ном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.

К дизельным топливам не предъявляются столь высокие требования

по детонационной стойкости в сравнении с автобензинами. Товарные

дизельные топлива должны иметь ЦЧ в определенных оптимальных

пределах. Применение топлив с ЦЧ менее 40 приводит к жесткой работе

дизеля и ухудшению пусковых свойств топлива. Повышение ЦЧ выше

50 также нецелесообразно, так как возрастает удельный расход топлива

в результате уменьшения полноты сгорания. Цетановое число дизель

ного топлива существенно зависит от его фракционного и химического

состава. Алканы нормального строения и олефины имеют самые высо

кие ЦЧ, а ароматические углеводороды – наоборот, самые низкие ЦЧ.

Цетановые числа высококипящих фракций нефти, как правило, выше

ЦЧ низкокипящих.

В ГОСТах многих стран мира, в т. ч. бывшего СССР, цетановые числа

дизельных топлив нормируются в пределах 40

…55. При необходимости

повышения ЦЧ товарных дизельных топлив, на практике применяют

специальные присадки, улучшающие воспламеняемость топлив, такие,

как алкилнитраты (изопропил-, амил- или циклогексилнитраты и их

смеси). Их добавляют к топливу не более 1 % мас

., преимущественно

к зимним и арктическим сортам, а также топливам низкоцетановым,

получаемым, например, на базе газойлей каталитического крекинга.

Кроме повышения ЦЧ (на

10…12 единиц), присадка позволяет улуч-

шить пусковые характеристики при низкой температуре и уменьшить

нагарообразование. Добавление

1,5…2 % мас. циклогексилнитрата, на-

пример, к этилированному автобензину позволяет использовать его как

топливо для быстроходных дизелей.

Испаряемость дизельных топлив. Характер процесса сгорания ди-

зельных топлив определяется кроме их воспламеняемости и полнотой

испарения. Она зависит от температуры и турбулентности движения

воздуха в цилиндре, качества распыливания и испаряемости топлива

С улучшением качества распыливания и повышением температуры на

грева воздуха скорость испарения впрыскиваемого топлива

возраста-

ет (однако степень распыливания не должна быть чрезмерно высокой,

чтобы обеспечить необходимую дальнобойность струи). Время, кото

рое отводится на испарение, в дизелях примерно в

10…15 раз меньше,

чем в бензиновых двигателях, и составляет 0,6

…2,0 мс. Тем не менее

в дизелях используют более тяжелые топлива с худшей испаряемостью,

поскольку испарение осуществляется при высокой температуре в конце

такта сжатия воздуха.

Испаряемость дизельных топлив оценивается их фракционным со

ставом. Если пусковые свойства автобензинов определялись

Н.К.

и t

10%

то для дизельных топлив они оцениваются

50%

. Чем ниже эта темпе-

ратура, тем легче запуск дизеля. Считается, что

Н.К.

дизельных топлив

должна составить 180

…200 °С, поскольку наличие бензиновых фракций

ухудшает их воспламеняемость и тем самым пусковые свойства, а также

повышает пожароопасность. Нормируемая температура

96%

в пределах

330…360 °С свидетельствует о присутствии в топливе высококипящих

фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и увеличить дым

ность отработавших газов.

Вязкость дизельных топлив

. Топливо в системе питания дизель-

ного двигателя выполняет одновременно и роль смазочного материала.

При недостаточной вязкости топлива повышается износ плунжерных

пар насоса высокого давления и игл форсунок, а также растет утечка

топлива между плунжером и гильзой насоса. Топливо слишком вязкое

будет плохо прокачиваться по системе питания, недостаточно тонко

распыливаться и неполностью сгорать. Поэтому ограничивают как

нижний, так и верхний допустимые пределы кинематической вязкости

при 20 °С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт.).

Низкотемпературные свойства

. В отличие от бензинов в состав

дизельных топлив входят высокомолекулярные парафиновые угле

водороды нормального строения, имеющие довольно высокие темпе

ратуры плавления. При понижении температуры эти углеводороды

выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы, и топли

во мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильтров кри

сталлами парафинов. Принято считать, что температура помутнения

характеризует нижний температурный предел возможного примене

ния дизельных топлив. При дальнейшем охлаждении помутневшего

топлива кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют

пространственную решетку, и топливо теряет текучесть. Температура

застывания – величина условная и используется для ориентировочного

определения возможных условий применения топлива. Этот показа

тель принят для маркировки дизельных топлив на следующие 3 марки:

летнее (

заст

менее –10 °С), зимнее (t

заст

менее –35…45 °С) и арктическое

заст

менее –55 °С). Применимы для улучшения низкотемпературных

свойств дизельных топлив следующие 3 способа:

1) адсорбционная (цеолитная) или карбамидная депарафинизация;

2) облегчение фракционного состава путем снижения температуры

конца кипения топлива;

3) добавление к топливам депрессорных присадок, которые эффектив

но снижают их температуры застывания. В качестве депрессоров

промышленное применение получили сополимеры этилена с винил-

ацетатом. Поскольку они практически не влияют на температуру по

мутнения топлив, большинство исследователей считает, что депрес

сор, адсорбируясь на поверхности образующихся кристаллов парафи

нов, препятствует их агрегации с формированием объемного каркаса.

Коррозионная активность характеризует способность топлива

вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, то

пливопроводов, резервуаров и т. д. Она зависит, как и у бензинов, от

содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и се

роорганических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода

и меркаптанов. Коррозионная активность дизельных топлив оценива

ется содержанием общей серы (менее 0,2 и 0,4…0,5 % мас. для I и II вида

соответственно), меркаптановой серы (менее 0,01 % мас.), сероводорода

(отсутствие), водорастворимых кислот и щелочей (отсутствие), а также

кислотностью (менее 5 мг/КОН/460 мл) и испытанием на медной пла

стинке (выдерживает). Для борьбы с коррозионными износами деталей

дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различ

ные присадки (антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.).

Экологические свойства

. По сравнению с автобензинами, дизель-

ные топлива характеризуются значительно меньшей пожароопасностью.

Это достоинство является решающим при выборе типа двигателя для

установки на том или ином виде техники. Например, из-за меньшей по

жароопасности топлива дизели используют на судах речного и морско

го флота, комбайнах, подводных лодках, на танках, бронетранспортерах

и т

. д. Пожароопасность дизельных топлив оценивают по температуре

вспышки в закрытом тигле. Для всех марок быстроходных дизельных

топлив она нормируется не ниже 30…35 °С. Для топлив, предназначен-

ных к применению на кораблях, температура вспышки должна быть не

ниже 61 °С, а в особо опасных условиях, например в подводных лодках, –

не ниже 90 °С.

В зависимости от условий применения в соответствии с ГОСТ 305–82

установлены следующие марки топлив (табл. 1.8) для быстроходных

дизелей:

Л – (летнее),

З – (зимнее)

А – (арктическое)

В стандарт введена следующая форма условного обозначения то

плив: к марке Л добавляют цифры, соответствующие содержанию серы

и температуре вспышки, например, Л

-0,2-40; к марке З – содержание

серы и температуры застывания, например, З

-0,2 минус 35. В условное

обозначение марки топлива А входит только содержание серы, напри

мер, А-0,4.

По техническим условиям выпускаются дизельные топлива:

– экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;

– с депрессорными присадками ДЗ

, ДА

;

– экологически чистые и с улучшенными экологическими свойствами

(с содержанием серы

0,01 и 0,005 %) ДЭК-Л, ДЭК-З, ДЛЭЧ, ДЗЭЧ

и др.

В западно-европейских странах и США начато производство эко

логичных дизельных топлив со сверхнизким содержанием серы (менее

0,05%).

Топлива для

тихоходных дизелей. Дизели с небольшой частотой

вращения коленчатого вала (менее

1000 об/мин) наиболее широко ис-

пользуют в стационарных установках, что позволяет предварительно

провести подогрев, отстой и фильтрацию топлива, тем самым снижа

ет требования к его эксплуатационным свойствам. Вязкость топлива

для тихоходных дизелей значительно выше, чем для быстроходных,

поэтому ее нормируют при

50 °С. Тихоходные дизели обычно работа-

ют в закрытых помещениях, поэтому топливо должно иметь более вы

сокую температуру вспышки. Для тихоходных дизелей выпускается

2 марки топлива: ДТ и ДМ (табл. 1.9). Марка ДТ представляет собой

смесь дистиллятных и остаточных продуктов. Его используют в средне

оборотных и малооборотных дизелях, не оборудованных средствами

предварительной подготовки топлива. Марка ДМ (мазут) рекоменду

ется для тихоходных судовых дизелей, установленных в помещениях,

оборудованных системой подготовки топлива.

Таблица 1.8 – Требования к качеству топлив

для быстроходных дизелей по ГОСТ 305–82

Показатель Л 3 А

Цетановое число, не менее 45 45 45

Фракционный состав, температура, °С:

50%, не выше 280 280 255

96 %, не выше 360 340 330

Кинематическая вязкость при 20°С, мм

/с 3,0...6,0 1,8...5,0 1,5...4,0

Температура застывания

,°С, не выше:

для умеренной климатической зоны –10 –35 –

для холодной климатической зоны – –45 –50

Температура помутнения

,°С, не выше:

для умеренной климатической зоны –5 –25 –

для холодной климатической зоны – –35 –

Температура вспышки в закрытом тигле

,°С, не ниже:

для дизелей общего пользования 40 35 30

для тепловозных, судовых дизелей и газовых турбин 61 40 35

Содержание, % мас., не более:

серы в топливе вида I 0,2 0,2 0,2

серы в топливе вида II 0,5 0,5 0,4

меркаптановой серы 0,01 0,01 0,01

сероводорода отсутствие

Испытание на медной пластинке выдерживает

Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более 40 30 30

Содержание водорастворимых кислот, щелочей,

мех. примесей и воды

отсутствие

Кислотность, мг КОН/100 мл, не более 5 5 5

Иодное число, г.

/100 г., не более 6 6 6

Зольность, %, не более 0,01 0,01 0,01

Коксуемость 10 % остатка, % не более

0,3 0,3 0,3

Коэффициент фильтруемости, не более

3 3 3

Плотность при 20 °С, кг/м

, не более 860 840 830

Таблица 1.9 – Требования к качеству топлив

для средне- и малооборотных двигателей

Показатель ДТ ДМ

Плотность при 20°С, кг/м

, не более 930 970

Фракционный состав; до 250°С перегоняется, % об., не более 15 10

Вязкость при 50°С, не более:

кинематическая, мм

/с 36 150

условная, °ВУ

5 20

Коксуемость, %, не более 3 9

Зольность, %, не более 0,04 0,06

Содержание, %, не более:

серы 1,5 2.9

мех. примесей 0,05 0,1

воды 0,5 0,5

ванадия 0,5 0,5

Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже

65 85

Температура застывания, °С, не выше –5 10

1.3.3. Реактивные топлива

В современной гражданской и военной авиации широкое примене

ние получили воздушно-реактивные двигатели (ВРД), работающие на

жидком углеводородном топливе. Это обусловлено достаточно широ

кими ресурсами нефтяных углеводородных топлив, их сравнительно

невысокой стоимостью, высокими энергетическими показателями

и рядом других достоинств.

Применение ВРД, являющегося одновременно движителем само

лета без сложных механических передаточных и ходовых устройств,

позволяет при относительно небольшой массе создать большую тягу,

причем в отличие от поршневых двигателей с пропеллером сила тяги

ВРД не только не снижается с увеличением высоты и скорости полета,

наоборот, даже возрастает.

Совершенствование ВРД и реактивных самолетов всегда было на

правлено на дальнейшее увеличение высоты и скоростей полета, повыше

ние моторесурса, надежности и экономичности двигателей, обеспечение

безопасности полетов. В зависимости от развиваемых скорости и высо

ты полета принято классифицировать ВРД и соответственно топлива

на два типа: для дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов.

Среди моторных топлив повышенные требования предъявляются к

качеству реактивных – технологию как при производстве, так и транс

портировке, хранении и применении подвергают более тщательному

контролю.

К топливу для ВРД предъявляются следующие основные требова

ния:

– оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро

сгорать в двигателе без срыва и проскока пламени, не образуя паровых

пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;

– объемная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;

– оно должно легко прокачиваться по системе питания при любой

и экстремальной температуре его эксплуатации;

– топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии

деталей двигателя;

– оно должно быть стабильным и менее пожароопасным при хранении

и применении.

Испаряемость – одно из важнейших эксплуатационных свойств ре

активных топлив. Она характеризует скорость образования горючей

смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабиль

ность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость

запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры

сгорания, а также надежность работы топливной системы.

Испаряемость реактивных топлив, как и автобензинов, оценивают

фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реак

тивных топлив нормируются температура начала кипения, 10-, 50-, 90-

и 98%-го выкипания фракции. Температура конца кипения (точнее

98 % перегонки) регламентируется требованиями прежде всего к низ

котемпературным свойствам, а начала кипения – пожарной опасностью

и требованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив

для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существен

но выше, чем для дозвуковых. В ВРД нашли применение 3 типа разли

чающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных

топлив, который наиболее распространен, – это керосины с пределами

выкипания 135

…150 и 250…280 °С (отечественные топлива Т-1, ТС-1

и РТ, зарубежное – JR-5). Второй тип – топливо широкого фракцион

ного состава (60

…280 °С), являющееся смесью бензиновой и керосино-

вой фракций (отечественное топливо Т-2, зарубежное – JR-4). Третий

тип – реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная

керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания 195

…315 °С (оте-

чественные топлива Т-6, Т-8В и зарубежное JR-6).

Давление насыщенных паров реактивного топлива обусловливает

потери топлива и избыточное давление в баках, необходимое для обес-

печения бескавитационной работы топливных насосов. Оно определя

ется в приборе типа бомбы Рейда при температуре

38 °С для топлива

Т-2 и при 150 °С для топлив, не содержащих бензиновой фракции.

Горючесть является весьма важным эксплуатационным свойством

реактивных топлив. Она оценивается следующими показателями:

удельной теплотой сгорания, плотностью, высотой некоптящего пла

мени, люминометрическим числом и содержанием ароматических угле

водородов (общим и отдельно бициклическим).

Удельная массовая теплота сгорания реактивного топлива колеблет

ся в небольших пределах (10 250

…10 300 ккал/кг), а удельная объемная –

более существенно в зависимости от плотности топлива (которая из

меняется в пределах от

755 для Т-2 до 840 кг/м

для Т-6). Плотность

топлива – весьма важный показатель, определяющий дальность полета,

поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально

высокой плотностью.

Высота некоптящего пламени – косвенный показатель склонности

топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания ароматичес-

ких углеводородов и фракционного состава.

Люминометрическое число характеризует интенсивность теплово

го излучения пламени при сгорании топлива, т

. е. радиацию пламени,

является также косвенным показателем склонности топлива к нагаро

образованию. Оно определяется путем сравнения с яркостью пламени

эталонных топлив – тетралина и изооктана.

Склонность топлива к нагарообразованию в сильной степени зависит

от содержания ароматических углеводородов.

Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется

концентрационными и температурными пределами воспламенения,

самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др.

Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими пока

зателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристал

лизации, содержанием мыл нафтеновых кислот и содержанием воды

и механических примесей.

Кинематическая вязкость топлив нормируется при двух темпера

турах: при 20 и при 40 °С.

Температура начала кристаллизации для всех отечественных реак

тивных топлив нормируется не выше минус

60 °С.

Химическая стабильность реактивных топлив

. Поскольку топли-

ва для ВРД готовят преимущественно из дистиллятных прямогонных