Total sediment potential что это

Зарубежные стандарты на топливо

Распространение получили стандарты, разработанные организациями: ISO –International Organisation for Standardisation (Международная организация по стандартизации); CIMAC – International Council on Combustion engines (Международный совет по двигателям внутреннего сгорания); BSI – British Standards Institution (Британский институт стандартов).

До 1982 года не существовало международных технический условий, отражающих специфические требования к топливам для СЭУ. Международная Организация по Стандартизации (ISO) признала, что для создания международного стандарта по топливу потребуются годы. Поэтому, первой попыткой внедрения международных технических условий на судовые топлива стала разработка Британским институтом стандартов (BSI) технических условий, подготовленных в начале 1981 года и официально опубликованных как стандарт BS MA 100:1982. В середине 1980-х он стал ориентиром при выборе топлив, как для поставщиков, так и для заказчиков [8]. В соответствии с техническими условиями BS MA 100:1982 маловязкие судовые топлива представлены тремя классами: М1, М2, М3; средневязкие относятся к классам М4, М5; высоковязкие включают классы М6…М12 (таблица Д.2).

В соответствии с этими техническими условиями, дистиллятные топлива разделены на четыре класса: DMX (Distillate Marine), DMA, DMB, DMC. Средневязкие топлива представлены классами RMA10 (Residual Marine), RMB10, RMC10. Высоковязкие включают классы RMD15, RME25, RMF25, RMG25, RMH35, RMK35, RMH45, RMK45, RMH55 (цифра в обозначении соответствует кинематической вязкости в сСт при 100 °C).

Несмотря на введение в действие технических условий ISO 8217, в международной практике распространены и другие, ранее сложившиеся обозначения средне- и высоковязких топлив: IFO 30; IFO 180; IFO 380 и т.д., в которых цифровое обозначение соответствует значению кинематической вязкости в сСт при 50 °C. Согласно классификации Shell Marine Fuel Specifications, 1986 года, по основному назначению судовые топлива разделяют на следующие группы [9]:

– морской газойль MGO (Marine Gas Oil);

– морское дизельное топливо MDO (Marine Diesel Oil);

– вязкие топлива IFO, TFO (Intermediate Fuel Oil, Thin Fuel Oil);

– высоковязкие топлива HFO, RFO (Heavy Fuel Oil, Residual Fuel Oil);

– бункерные мазуты BFO (Bunker Fuel Oil).

Топлива разных классов имеют разную стоимость: топлива классов MGO и MDO высокую; тяжелые топлива HFO – относительно низкую. Пределы ценовых диапазонов разнообразны и зависят от страны и порта бункеровки [10].

Другими широко применяемыми техническими условиями для тяжелых топлив являются требования Международного совета по двигателям внутреннего сгорания (CIMAC). Рекомендации CIMAC были изданы и введены окончательной второй (первая редакция 1982 года) редакцией 1986 года (таблица Д.4). Они отличаются от технических условий ISO 8217 ужесточением ряда параметров и введением дополнительных характеристик. В соответствии с этими техническими условиями, дистиллятные топлива представлены классами DX, DA, DB, DC, средневязкие остаточные – классами A10, B10, C10, D15, высоковязкие остаточные топлива – классами E25, F25, G35, H35, K35, H45, K45, H55.

В 1989 году Британский институт стандартов заменил BS MA 100:1982 на новый стандарт BS MA 100:1989, который был идентичен по техническим требованиям международному стандарту ISO 8217:1987.

В 1990 году CIMAC издал третью редакцию (таблица Д.5) своих рекомендаций относительно технических условий на топливо для дизельных двигателей. Последующие редакции стандартов приведены в таблице Д.1.

Таблица Д.1 – Топливные стандарты и редакции, опубликованные

Таблица Д.3а – Требования к судовым дистиллятным топливам

согласно ISO 8217:1987[8]

Таблица Д.7а – Требования к судовым дистиллятным топливам

согласно ISO 8217:1996 [11]

Таблица Д.8а – Требования к судовым дистиллятным топливам

согласно ISO 8217:2005 [12]

Таблица Д.8б – Требования к судовым остаточным топливам

согласно ISO 8217:2005 [12]

Таблица Д.9а – Требования к судовым дистиллятным топливам

согласно ISO 8217:2010 [13]

Таблица Д.9б – Требования к судовым остаточным топливам

Источник

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ § 1.1. Идеальный цикл дизеля 21 страница

Когда же температура клапана начинает превышать темпе­ратуру плавления окислов (поднимается выше 530°С), то, ока­зываясь вблизи клапана, они начинают буквально прилипать к нему. Стекая на рабочую фаску, окислы вызывают интенсивную коррозию и последующее прогорание.

1. Низкотемпературная коррозия ЦПГ. Наличие в топ- ливе Na-Vсоединений интенсифицирует образование SO3 и воз­никновение интенсивной низкотемпературной коррозии и изно­са ЦПГ

2. Высокотемпературная коррозия, перегрев и прогора­ние выпускных клапанов. Обводнение топлива морской водой увеличивает содержание в нем натрия, который в сочетании с окислами ванадия создает эвтектоидную смесь, имеющую низ­кую температуру плавления, что способствует ее прилипанию и осаждению на теле выхлопного клапана с последующим разви­тием высокотемпературной коррозии на его рабочей поверхно­сти, В свою очередь, высокотемпературная коррозия клапанов приводит к быстрой потере плотности их посадки на седло, а также к местному перегреву (под действием прорывающихся газов) и прогоранию.

4. Натрий-ванадиевые соединения откладываются также на рабочих поверхностях утилизационных котлов, являясь причи­ной их коррозии и загрязнения проточной части.

1. Рекомендуется по возможности избегать использования в двигателях топлив с высоким содержанием ванадия (жела­тельно, чтобы его содержание не превышало значений

Важно отметить, что применение стеллитовой наплавки, изготовление тарелки или всего клапана из нимоника, использо­вание устройств ротокап (механизма проворачивания клапана) повышают ресурс клапанов, но в целом обозначенную здесь проблему они не решают.

4. Твердые отложения соединений натрия и ванадия на ло­патках газовых турбин несмотря на их высокую твердость эф­фективно удаляются при промывке турбин водой.

6. При использовании топлив с высоким содержанием ва­надия полезно вводить в них присадки, в состав которых вхо­дит Mg (Ameroid Mark-4, Vecom Fot-SA и др.). При сгорании топлива магний окисляется с образованием MgO, температура плавления которого составляет 2800°С. Продукты его взаимо­действия с окислами ванадия уже имеют температуру плавления 800-900°С, что значительно превышает температуры клапанов

и, тем самым, исключает опасность прилипания и осаждения агрессивных соединений на клапанах, лопатках турбин и утили­зационных котлах. В итоге, соединения ванадия в сухом виде уходят из дизеля вместе с продуктами сгорания. Опыт показы­вает, что эти присадки оказываются довольно эффективными в борьбе с высокотемпературной коррозией и способствуют про­длению ресурса выхлопных клапанов.

Содержание кокса и асфальтенов

Содержание кокса (carbon residue) представляет собой су­хой остаток, оцениваемый в процентах от массы пробы, под­вергнутой нагреванию до высоких температур без доступа воз­духа. Коксовое число дистиллатных топлив обычно не превос­ходит значения 0,1% и лишь в топливах Marine Diesel Oil-DMC оно может подниматься до значения 2,5%, что свидетельствует о присутствии в топливе остаточных высокомолекулярных фракций.

Повышенное содержание кокса и асфальтенов приводит к следующим отрицательным эффектам:

1. Последствия плохого самовоспламенения и замед­ленного сгорания. Плохое самовоспламенение и замедленное сгорание имеют следствием неполное сгорание топлива, сниже­ние экономичности двигателя, рост отложений нагара.

2. Ухудшение характеристик выхлопа. Повышенное со­держание кокса и асфальтенов провоцирует рост температуры выхлопных газов, а также дымление.

3. Удлинение факела топлива. Присутствие асфальтенов увеличивает длину факела топлива, в связи с чем появляется вероятность касания им днища поршня и втулки цилиндра. Воз­можные последствия: выгорание металла головки поршня, сго­рание защитного слоя масла на зеркале цилиндра.

4. Шламо- и осадкообразование. С присутствием асфаль­тенов и смол связывают такие явления, как шламо- и осадкооб­разование в танках, нестабильность и несовместимость топлив. При температурах, превышающих 200°С, асфальтены находятся в расплавленном состоянии. Становясь липкими, они цементи­руют несгоревший углерод и твердую золу, создают фундамент для образования нагаров.

1. При заказе топлива следует обращать внимание на со­держание в нем кокса и асфальтенов. Учитывая то обстоятель­ство, что снизить содержание последних в процессе топливооб- работки практической возможности нет, следует избегать при­обретения топлив с коксовым числом, превышающим 10. 12% и содержанием асфальтенов 6. 8% и выше. [3]

2. Обращать внимание на эффективность работы сепарато­ров, так как надлежащим образом организованная работа сепа­раторов топлива позволяет переводить в шлам (отходы сепара­ции) значительную часть тяжелых асфальтосмолистых состав­ляющих, способствующих нагароотложениям и затягиванию сгорания.

3. Учитывая, что шлам, по большей части, представляет собой горючую массу, при существующих высоких ценах на топливо его потеря нежелательна. Путем смешивания с жидким топливом и последующей гомогенизацией он может быть ус­пешно сожжен в котлах и инсинераторах.

Содержание алюмосиликатов (aluminium/silicon content) введено в сертификат на морские топлива ISO-F в 1996 г. в свя­зи с участившимися случаями буквально катастрофических из- носов топливной аппаратуры и ЦПГ дизелей, которые были обусловлены присутствием в топливах соединений алюминия и кремния.

Сертификатом IMO установлено требование, согласно которому содержание Л1 и Si в топливе не должно превы­шать 80 ppm.

Интенсивный абразивный износ. Превышение содержа­ния в топливе алюмосиликатов сверх уровня 80 ррш стимулиру­ет увеличение абразивного износа топливной аппаратуры и де­талей ЦПГ.

1. Не рекомендуется допускать к использованию в дви­гателях топливо, содержащее более 80 ppm AI и Si.

2. При наличии в топливе алюмосиликатов следует уде­лять повышенное внимание его очистке, используя для этой цели оба имеющихся сепаратора, включенные в параллель и работающие на пониженных производительностях. Крайне желательна двукратная сепарация.

Содержание механических примесей

Если при анализе топлива методом горячей фильтрации (TSP) установлено, что общий осадок превышает норму

0,1%, это свидетельствует и о нестабильности топлива. Уменьшение содержания механических примесей в топливе обеспечивается его фильтрацией и сепарированием.

Вода попадает в топливо при его транспортировке или в процессе проведения бункеровочных операций. На судне вода нередко подмешивается к топливу через подтекающие змеевики парового подогрева, а также в виде конденсата, образующегося в цистернах при «дыхании» топлива в условиях больших коле­баний температуры.

1.Коагуляция смолистых соединений. Глобулы воды коа­гулируют вокруг себя асфальтосмолистые соединения топлива, способствуя их выпадению в юлам.

2.Коррозия топливной аппаратуры. Вода способствует развитию коррозии топливной аппаратуры, особенно при ра­боте на дизельных топливах, содержащих агрессивную мер- каптановую серу.

3.Развитие натрий-ванадиевой коррозии. Морская вода насыщает топливо солями натрия, способствующими возник­новению натрий-ванадиевой коррозии.

2. Для улучшения отстаивания рекомендуется поддержи­вать температуру топлива на уровне 60. 70°С (на 15°С ниже температуры вспышки).

Теплота сгорания нефтяных топлив в зависимости от их химического группового состава может находиться в пределах

1. По возможности следует избегать приобретения топлив, отличающихся высокой плотностью. Предпочтение следует от­давать топливу, имеющему высокую вязкость. Такой выбор обеспечит большую теплоту сгорания топлива и его лучшую воспламеняемость. Запомните, что каждые 10 кг увеличения плотности топлива дает снижение Q_H на 0,35%.

ны Q_H\ в конечном итоге потребитель оказывался не в выигры­ше, а в проигрыше.

Стабильность и совместимость топлив

Иногда центрами коагуляции становятся твердые кристал­лы парафина, образующиеся при охлаждении парафинистого топлива. Нарушению стабильности, росту скорости образования осадков способствует нагрев топлива, так же, как и его смеши­вание с другими сортами топлив.

Совместимость (compatibility) топлив находит свое вы­ражение в сохранении стабильности смеси после смешивания компонентов (не возникает последующего осадкообразования).

Чтобы понять сущность такой характеристики как несо­вместимость, полезно еще раз вспомнить о том, что нефтяные топлива представляют собой сложные органические смеси, со­стоящие, главным образом, из парафиновых, нафтеновых и аро­матических углеводородов. Топлива, содержащие перечислен­ные углеводороды, а это, в основном, дистиллятные продукты, образуют стабильные смеси, близкие по растворимости к иде­альным. Тяжелые топлива, получаемые смешиванием остаточ­ных фракций с дистиллятными, содержат значительные количе­ства высокомолекулярных соединений: асфальтосмолистых ве­ществ, состоящих из нейтральных смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов. Эти вещества не растворяются в основной массе более легких углеводородов, поэтому остаточные топлива, в от­личие от дистиллатных, не являются однородными, но пред­ставляют собой коллоидную среду, состоящую из однородной среды углеводородов с относительно небольшим отношением С/Н, в которой диспергированы крупные и мелкие скопления асфальтосмолистых соединений.

Наружный слой таких образований состоит из ароматиче­ских углеводородов, обладающих высокой поверхностной ак­тивностью и поэтому легко адсорбирующихся на мицеллах. Эти оболочки предотвращают слипание и объединение мицелл, со­храняя их в коллоидной фазе без выпадения в осадок. Более то­го, благодаря наличию полярных сил, ароматики создают рас­клинивающий эффект, выражающийся в отбрасывании мицелл друг от друга, что позволяет коллоидной системе сохранять мелко-дисперсное состояние. Смешивание с ароматизирован­ными топливами не нарушает стабильности смеси, а происхо­дящее увеличение толщины сольватных оболочек из ароматиков делает смесь еще более устойчивой. Подобная смесь является совместимой.

Когда же остаточное топливо смешивается с топливом, со­держащим парафиновые соединения малой молекулярной массы (с низким отношением С/Н), которые играют роль растворителя, защитные сольватные кольца растворяются и происходит объе­динение и укрупнение асфальтеновых ассоциатов, выпадение их в остаток. Образующийся при этом шлам имеет вид мазеподоб­ной массы черного или коричневого цвета. В этом проявляется несовместимость составляющих.

Нарушению равновесия смеси способствует и ее нагрева­ние, при котором смолы сольватных оболочек растворяются. Отрицательное влияние оказывает увеличение содержания ас­фальтенов, которое может быть спровоцировано нагревом до 300-3 50°С. Явление несовместимости может быть существенно уменьшено или предотвращено, если есть возможность при сме­шивании топлив уменьшить долю парафинистого компонента.

1. Не следует смешивать топлива разных бункеровок, они могут оказаться несовместимыми.

2. При желании произвести смешивание полезно предвари­тельно проверить компоненты на совместимость (см. метод «пятна»).

3. Следует избегать смешивания топлив в пропорции 50:50 или 40:60. Добавка парафинистого компонента не должна превышать 10-20 %.

Проверка на стабильность и совместимость топлив

осуществляется с использованием метода горячей фильтрации. В судовых условиях можно рекомендовать использование ме­тода «пятна». Этот метод связан с оценкой свойств приготов­ленной смеси по внешнему виду пятна, полученного нанесением капли топлива на белую фильтровальную бумагу. Предвари­тельно смесь нагревают до 60°С и выдерживают при этой тем­пературе в течение 15. 20 минут. После нанесения порции сме­си на поверхность бумаги уже просохшее пятно сравнивают с эталонными пятнами (рис. 16). Пятна, обозначенные на рис.

Самовоспламенение и сгорание

Самовоспламеняемостъ (selfignition) является важнейшей характеристикой, определяющей длительность процесса, скла­дывающегося из этапа подготовки топлива к сгоранию после впрыска и этапа развития последующего сгорания в цилиндре. Образование горючей смеси сопровождается протеканием ряда физических и химических процессов.

Физические процессы: распад струи топлива на капли; их проникновение вглубь заряда воздуха; нагрев капель от сопри­косновения с горячим сжатым воздухом; испарение и смешива­ние паров топлива с воздухом.

Химические процессы: химическая подготовка смеси к вос­пламенению; возникновение и развитие холоднопламенных ре­акций окисления; в ходе которых образуются промежуточные продукты со свободными радикалами.

На развитие перечисленных выше процессов затрачивается время, отсчитываемое от момента подачи топлива до момента

самовоспламенения, отмечаемого по резкому повышению дав­ления в цилиндре (рис. 11.7). Это время принято называть пе­риодом задержки самовоспламенения или периодом индук­ции qXj_ad. Продолжительность этого периода зависит от темпера­туры и давления сжатого в камере сгорания воздуха, величин относительных скоростей перемещения капель топлива и пото­ков воздуха, от размеров капель и величин локальных концен­траций кислорода.

На этом рисунке приведены развернутые индикаторные диа­граммы, иллюстрирующие развитие процессов сгорания при удовлетворительном воспламенении (кривая 1) и при большой задержке воспламенения: сгорание начинается за ВМТ (кривая 2).

Если говорить о влиянии топлив, то решающую роль игра­ет фракционный и химический групповой состав топлива. Ухудшение испаряемости топлива, обусловленное утяжелением входящих в него фракций, требует увеличения времени, уходя­щего на прогревание топлива до более высоких температур ис­парения, а это, в свою очередь, увеличивает продолжительность подготовки топлива к сгоранию, рост величины (р_зад.

Уже говорилось, что нефтяные топлива в основе своей со­держат группы парафиновых, нафтеновых и ароматических уг­леводородов. Состав топлива, большая «представительность» какой-то из перечисленных групп, определяются происхожде­нием нефти, из которой это топливо получено, и методом пере­работки исходного продукта.

Парафиновые соединения легче всего вступают в реакции окисления и поэтому период индукции топлив, имеющих в сво­ей основе парафины, при прочих равных условиях, оказывается наименьшим. Ароматические соединения, имеющие наиболее прочные связи между атомами углерода, проявляют наиболь­шую стойкость к окислению. По этой причине топлива с высо­ким содержанием асфальтосмолистых соединений, основу кото­рых составляют ароматики (это, как правило, крекинг-топлива) имеют наибольшие значения

Величину ЦЧ дистиллатных топлив определяют экспери­ментально на специальной одноцилиндровой установке с дизе­лем, имеющим переменную степень сжатия. Сложность метода и невозможность оценки ЦЧ тяжелых топлив ограничивают его применение.

Расчетный углеродно-ароматический индекс (CCAI) был

Метод основан на получении расчетной оценки CCAI с использованием урав­нения:

Используемые здесь величины dj_S и у₅₀ могут быть взяты из сертификата (паспорта) на топливо.

На основе многочисленных экспериментов было установ­лено, что для топлив с удовлетворительной воспламеняемостью численные значения CCAI находятся в пределах зоны, ограни­ченной сверху кривыми А и Б (рисЛ 1.8). Небезынтересно заме­тить, что хорошая воспламеняемость (малые значения парамет­ра фзад) применительно к высокооборотным двигателям обеспе­чивается топливами с величинами CCAI меньше 840. Для сред­необоротных двигателей, у которых время, отводимое на про­цесс сгорания, не столь ограничено, можно допустить примене­ние топлив, имеющих значения CCAI в пределах 850. 870.

Для малооборотных двигателей допустимы топлива с еще более высокими значениями критерия CCAI. Если же значения CCAI оказываются в зоне, расположенной выше кривой Б, то
следует ожидать, что вероятен чрезмерно большой период за­держки воспламенения и что сгорание будет проходить на ли­нии расширения, максимальное давление сгорания снизится, ухудшится экономичность, возрастут температуры выхлопных газов, двигатель будет перегреваться и дымить. Рекомендации (рис. 11.8) следует рассматривать в качестве ориентировочных, так как реакция каждого двигателя на воспламеняемость топли­ва индивидуальна и зависит как от конструкции, так и режимов, на которых он эксплуатируется.

Осведомленность о порядке величин ЦЧ или CCAI то­плива необходима для того, чтобы, во-первых, была воз­можность определить, подходит ли рассматриваемое топли­во для данного двигателя или нет и, во-вторых, чтобы полу­чить априорную информацию о том, как будет происходить сгорание нового топлива, и заранее принять необходимые меры.

1. Ухудшение самовоспламеняемости и сгорания топли­ва. Такое снижение качества топлива может быть связано с увеличением в его составе продуктов крекинг-процессов. При этом характерно высокое содержание асфальтосмолистых соединений и ароматиков.

2. Рост периода индукции и снижение скорости сгора­ния. Изменения такого рода влекут за собой перенос характе­ристик сгорания на линию расширения, снижение величины p_z (рис. 11.7), рост уровня тепловых нагрузок, снижение эконо­мичности и мощности двигателя.

Источник