Характеристика и применение дизельных топлив.

В 1999 году на всех отечественных нефтеперерабатывающих предприятиях было изготовлено 3069,1 тысячи тонн дизельного топлива по ГОСТ 305-82 — почти на 935,9 тысячи тонн больше, чем моторных бензинов. По прогнозам специалистов, с каждым годом этот разрыв, скорее всего, будет увеличиваться — в основном за счет "дизелизации" автотранспорта — и уже к 2005 году потребление дизельного топлива в Украине может возрасти на 30-40%.
Основное преимущество дизелей перед бензи­новыми двигателями — высокая экономичность:
удельный часовой расход топлива, как правило, на 25-30% меньше, чем у карбюраторных двигателей. Кроме того, дизельное топливо менее взрыво- и огнеопасно и дешевле бензина. Еще одно из преимуществ дизелей по сравнению с бензиновыми двигателями — меньшая токсичность отработанных газов. Следует отметить, что это относится к технически исправным двигателям при использовании кондицион­ных и отвечающих данному типу двигателя марок топлива и масел.
Основным отличием дизелей от двигателей с принудительной системой зажигания является смесеоб­разование и зажигание. Внутреннее смесеобразование, высокая степень сжатия позволяют отказаться от принудительного зажигания и повысить термический коэффициент полезного действия (КПД).

Основные требования к дизельным топливам

Дизельное топливо является сложной смесью парафиновых (10-40%), нафтеновых (20-60%) и ароматических (14-30%) углеводородов и их производных средней молекулярной массы 110-230, выкипающих в переделах 170-380 градусов по Цельсию. Температура вспышки составляет 35-80 градусов по Цельсию, застывания — ниже 5 градусов.
Для того чтобы обеспечить надежную, экономичную и долговечную работу дизельного двигателя, топливо для него должно отвечать следующим требованиям:
- хорошо прокачиваться для бесперебойной и надежной работы насоса высокого давления, иметь оптимальную вязкость, необходимые низкотемпературные свойства, не содержать воды и механических при­месей;
- обеспечивать тонкий распыл и хорошее смесеобразование, для чего нужны оптимальные вязкость и фракционный состав;
- полностью сгорать, не образуя сажистых частиц, обеспечивать легкий запуск двигателя и "мягкую" работу:
- не вызывать повышенного нагарообразования на клапанах, кольцах и поршнях, закоксовывания форсунки и зависания иглы распылителя;
- не вызывать коррозии резервуаров, топливопроводов, деталей двигателя;
- при сгорании выделять возможно большее количество тепла и быть стабильным.

Влияние вязкости на качество дизельного топлива

Топлива для быстроходных дизельных двигателей имеют значение кинематической вязкости при 20 градусах Цельсия от 1,5 до 6,0 кв.мм/с (сСт). Чем быстроходнее двигатель, тем выше требования к вязкости. Понижение или повышение вязкости по сравнению с нормируемыми значениями приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры, процессов смесеобразования и полноты сгорания топлива. При понижении вязкости неизбежно увеличиваются подтекания и просачивания во всех зазорах и неплотностях, повышается расход топлива. Подтекания через отверстия форсунок увеличивают нагарообразование. С другой стороны, на испарение вязкого топлива затрачивается больше времени. Это приводит к неполному сгоранию, что вызывает повышенное нагарообразование и дымление. Отработанные газы становятся черными, более токсичными, повышается расход топлива. Поэтому лучшими свойствами обладает топливо средней вязкости (2,5-4,0 кв.мм/с).
Вязкость топлива понижается с ростом температуры и наоборот. Изменение вязкости оказывает существенное влияние на пусковые свойства, особенно в холодное время года. Чем выше значение вязкости при 20 градусах по Цельсию, тем значительнее изменения при понижении температуры. Летние сорта дизельного топлива уже при минус 3-7 градусах загустевают, становятся трудноподвижными. Зимние же сорта сохраняют подвижность до более низ­кой температуры — минус 30-35 градусов по Цельсию. Помимо вязкости, для обеспечения эксплуатации дизелей в холодное время года большое значение имеют низкотемпературные свойства топлива. Если применять зимой летнее или смешанное топливо, выпадающие кристаллы будут забивать систему питания дизеля, подача топлива нарушится или прекратится, Нефти, пригодной для производства зимнего топлива, сравнительно немного, производство его гораздо сложнее, поэтому вырабатывается этого продукта относительно мало.

Влияние цетанового числа на работу дизеля

В быстроходных дизелях цетановое число оказывает решающее влияние на процесс сгорания топлива. Оно характеризует максимальное значение цикла, экономичность и жесткость работы дизеля. В случае низкого цетанового числа используемого топлива значительно ухудшаются динамические показатели цик­ла, а следовательно, и дизеля в целом. Цетановое число определяет не только характер процесса сгорания при установившейся работе, но и пусковые качества топлива. Если оно ниже 40 единиц, запустить холодный двигатель не только в холодное, но и в теп­лое время года трудно. Нормальный пуск и мягкая работа дизелей в летнее время обеспечиваются топливом с цетановым числом около 45 еди­ниц, в зимнее — 50 единиц. Более высокие значения цетанового числа для двигателей существующих конструкций не нужны, так как повышение уже не ска­зывается заметно на улучшении процесса сгорания.

Фракционный состав

Фракционный состав дизельного топлива, равно как и бензина, определяют (ГОСТ 2177-82) нагреванием 100 миллилитров топлива в специальном приборе. Образующиеся пары охлаждают, конденсат собирают в мерный цилиндр. В процессе разгонки фиксируют температуру выкипания 50% и 96% топлива. От фракционного состава зависят качество распыливания и полнота сгорания. Если в дизельном топливе много легких углеводородов, нарушается процесс сгорания. Тяжелое, высококипящее топливо при распылении образует более крупные капли, ухудшая качество горючей смеси и повышая расход топлива. При значительном утяжелении топлива увеличивается коксование распылителей форсунок и возрастает количество нагаров в зоне цилиндропоршневой группы. Современные форсированные дизели могут надежно работать только на топливе нормированного фракционного состава: температура выкипания 95% не должна быть выше 340-360 градусов по Цельсию (в зависимости от сорта).
С фракционным составом топлива тесно связана температура вспышки, при которой пары нефтепродукта с воздухом образуют горючую смесь, вспыхиваю­щую при поднесении огня. Определяют температуру вспышки (ГОСТ 6356-75) в приборе закрытого типа. От температуры вспышки зависит пожарная опасность при транспортировании, хранении и применении дизельного топлива. Современные дизельные топлива имеют довольно низкую температуру вспышки (35-40 градусов по Цельсию), что достаточно для двигателей, используемых на открытом воздухе. Для двигателей, работающих в помещении, применяют специальный орт топлива с температурой вспышки 65-80 градусов.

Ассортимент дизельных топлив

Для быстроходных дизелей в СНГ выпускают топливо трех марок: летнее (Л) —для эксплуатации при плюсовой температуре окружающего воздуха; зимнее (3) — рекомендуемое при температуре до минус 20 градусов; арктическое (А) —для температур до минус 50 градусов. Все указанные марки производятся как из сернистых, так и из малосернистых нефтей. Для обо­значения летнего топлива нормируют температуру вспышки, в зимнем — температуру застывания.
В Украине потребляется дизельное топливо, произведенное, главным образом, на отечественных НПЗ, а также в Рос­сии, Литве, Беларуси и—в незначительном количестве — на Западе. Однако конкурировать по качеству с за­падными образцами может только продукция Одесского нефтеперерабатывающего завода, чье дизельное топливо отвечает требованиям ЕС — оно проходит дополнительную гидроочистку, в результате чего содержание серы в нем не превышает 0,2%. В некоторых иностранных государствах в маркировке дизельных топлив используют показатель температуры кристаллизации (помутнения).
Например, в Польше продается дизельное топливо марок Z-20, Z-35, Z-40, где последняя цифра и характеризирует тем­пературу помутнения. По такому же принципу маркируют дизельного топлива в Чехии — NM-4, NM-22, NM-30. В Юго­славии же дизельное топливо делится на категории 01 и D2 (зимнее и летнее), а кроме того, есть еще и марка D2S, означающая, что серы в нем не больше 0,2%. В Вели­кобритании также существуют две основные марки ди­зельных топлив — Part1и Part2 —летнее и зимнее. При этом содержание серы в первом из них не должно превышать 3%, во втором – 0,5%