Что такое дизельное топливо определение

Дизельное топливо

Ди́зельное то́пливо (устар. соляр, разг. солярка, соляриум) — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.

Название «солярка» происходит из немецкого Solaröl (солнечное масло) — так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом.

Содержание

Применение

Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, сельскохозяйственная техника, а также в последнее время и легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.

Основные характеристики топлива

Различают дистиллятное маловязкое — для быстроходных, и высоковязкое, остаточное, для тихоходных (тракторных, судовых, стационарных и др.) двигателей. Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо для тихоходных двигателей является смесью мазутов с керосиново-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).

Вязкость и содержание воды

Различают так называемое зимнее и летнее дизельное топливо. Основное отличие в температуре предельной фильтруемости (ASTM D 6371) и температурах помутнения и застывания (ASTM D97, ASTM D2500), указанной в стандартах на это топливо. Производство зимнего топлива обходится дороже, но без предварительного подогрева невозможно использовать летнее топливо при −10 °C, например. Ещё одной проблемой является повышенное содержание воды в дизельном топливе. Вода отслаивается при хранении дизтоплива и собирается внизу, так как плотность дизтоплива меньше 1 кг/л. Водяная пробка в магистрали полностью блокирует работу двигателя. Требования межгосударственного стандарта ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия» регламентируют кинематическую вязкость при 20 °C для летних сортов в пределах 3,0÷6,0 сСт, для зимних сортов 1,8÷5,0 сСт, для арктических 1,5÷4,0 сСт. Этот стандарт требует также отсутствия воды во всех марках топлива.

Воспламеняемость

Основной показатель дизельного топлива — это цетановое число (Л-45). Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания и равно объёмному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которое в стандартных условиях ASTM D613 имеет одинаковую воспламеняемость по сравнению с исследованным топливом. Температура вспышки, определённая по ASTM D93, для дизельного топлива должна быть не выше 70 °C. Температура перегонки, определённая по ASTM D86, для дизельного топлива не должна быть ниже 200 и выше 350 °C.

Содержание серы

Порядковый номер согласно принятой ООН системе: 1202, класс — 3.

Физические свойства

Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 33 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 40—250 градусов Цельсия. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.

Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 30 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 40—200 °C. Также зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.

Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 25 °C. Температура застывания: −50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 35—180 градусов Цельсия. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.

Альтернативы традиционному дизельному топливу

Биодизель

Биодизель — смесь метиловых эфиров жирных кислот, сходная по физическим и химическим свойствам с дизельной фракцией из нефти. Биодизель имеет цетановое число не менее 51 (по сравнению с обычным дизельным топливом 42—45), температуру вспышки более 150 °C, имеет хорошие смазочные характеристики. Главный недостаток — ограниченный срок хранения после изготовления — не более 3 месяцев вследствие бактериального разложения. В то же время данное свойство является одним из главных преимуществ — в случае утечек биодизельного топлива оно подвергается полному биологическому распаду без ущерба окружающей среде.

Эмульгированное дизельное топливо

Но добавление воды в дизельное топливо катастрофично. Для форсунок с высоким давлением (как у CDI) вода и сера является агрессивным элементом. При высоком давлении и воде в составе топлива образуется серная кислота, которая губит прецизионные каналы. Кроме того, при попадании картерных газов в масло сера сокращает срок его службы. Поэтому в инструкциях импортных автомобилей производители пишут, что срок замены масла в странах бывшего СССР (где ещё продается соляр с серой в 0,2 %) сокращается вдвое. Кроме того, кислоты сокращают срок службы катализаторов и сажевых фильтров.

Экспорт и внутреннее потребление в России

Дизельное топливо занимает третье место после нефти и газа в структуре экспорта России (в денежном выражении).

Источник

Что такое дизельное топливо: состав, производство, характеристики и применение

К самым востребованным нефтепродуктам относится дизельное топливо (ДТ, дизтопливо). Применяется в качестве горючего во многих сферах. Ввиду экономичного расхода по спросу не уступает, а иногда даже превосходит бензин. В связи с этим предлагаем подробнее изучить, что такое дизельное топливо, из чего и как его производят, а также марки и сферы применения.

Состав дизельного топлива

Если рассматривать, из чего делают дизельное топливо, то однозначно можно сказать – из нефти. В составе продукта смесь углеводородов:

Дополнительно дизтопливо может содержать смолы, соединения серы, вода, механические примеси, а также красители (кроме зеленого и голубого) и вещества-метки. Допускается добавление присадок, но не металлосодержащих (не касается антистатических). Конкретный химический состав зависит от ряда факторов:

На что влияет состав дизельного топлива

Содержание углеводородов и других веществ влияет на свойства и особенности применения дизтоплива:

Технология производства дизельного топлива

Дизтопливо – это вязкая жидкость цвета, который зависит от количества смол в составе. Оттенок может быть от желтого до светло-коричневого. Горючее получают путем перегонки нефти. Сырье нагревают до нужной температуры, и из него выкипают определенные фракции, не только дизельные.

Газойлевые и керосиновые фракции – то, из чего преимущественно состоит дизельное топливо. Для них характерны высокие температуры кипения – 180-360 °C. Для каждой марки дизтоплива установлены температурные значения выкипания:

Указанные температуры характеризуют фракционный состав дизельного топлива, установленный п. 5.2 ГОСТ 305-2013. Фракции определяют в соответствии с ГОСТ ISO 3405-2013. Не допускается, чтобы температуре перегонки была ниже 200 °C и выше 360 °C. Знать фракционный состав важно, поскольку это помогает определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какой будет токсичность отработанных газов и степень дымности.

Установка для производства дизельного топлива

Если говорить о том, как получается дизельное топливо, то можно выделить следующие основные этапы:

Как работают ректификационные колонны

Здесь нужно сказать, что такое гидродизельное топливо. Оно представляет собой гомогенизированную (однородную) водотопливную эмульсию (ВТЭ), применение которой помогает уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ NO и CO и повысить коэффициент сжигания топлива.

Какие виды дизельного топлива существуют

Дизтопливо классифицируется по сезону, когда его рекомендовано использовать. Разница заключается в максимальной температуре, до которой применение нефтепродукта не приводит к засорению топливной системы из-за кристаллизации. Если говорить о том, какие марки дизельного топлива выпускает наша промышленность, то это будут:

Зимнее дизтопливо можно получить путем добавления в летнее специальных депрессорных присадок, которые снижают температуру застывания и незначительно влияют на температуру предельной фильтруемости. Самый дорогой способ получения арктического топлива – депарафинизация летнего, т. е. очищение от парафинов, выступающих причиной кристаллизации при низкой температуре окружающей среды.

Какие виды дизельного топлива бывают по экологичности:

Дополнительно дизтопливо классифицируется на экологические классы, зависящие от содержания серы:

Основные характеристики дизельного топлива

Теперь ответим на вопрос, чем характеризуется дизельное топливо. К главным параметрам горючего относятся:

Цетановое число

Если для бензина основная характеристика – октановое число, то для дизельного топлива – цетановое. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от искры, а в дизеле – от силы сжатия. Оба числа отражают, насколько быстро топливовоздушная смесь воспламеняется в цилиндрах двигателя. По-простому это задержка по времени между поступлением смеси в цилиндры и ее зажиганием от сжатия.

Цетановое число варьируется в пределах 40-55, оптимальное значение составляет 48-51, а минимальное рекомендованное в соответствии с п. 5.2 ГОСТ 305-2013 для всех марок равно 45. При значении менее 40 горючее считается некачественным. Двигатель в таком случае будет работать нестабильно, что проявится в падении мощности и детонации. Повышенное цетановое число – тоже не норма. При уровне более 60 топливовоздушная смесь просто не успевает сгорать в цилиндрах, что ведет к повышенному расходу и увеличению дымности выхлопов.

В Европе цетановое число должно быть не менее 54-56, а в России стандарты менее строгие, допускают использование топлива с числом 45 (для зимнего ДТ). Метод испытания для определения показателя должен отвечать требованиям ГОСТ 32508-2013.

Как цетановое число определяет степень воспламеняемости

Плотность

Показатель плотности определяет объем топлива в генераторе. При достаточной плотности горючее способствует большему выделению тепловой энергии. Нормативные значения для дизтоплива при 15 °C составляют не более:

Кинематическая вязкость

Под вязкостью понимают способность топлива противостоять перемещению одного слоя относительно другого. В технических характеристиках обычно указывается кинематическая вязкость. От нее зависит то, насколько результативным будет распыление топлива. Если вязкость превысит установленную норму, то горючее будет распыляться некачественно. В результате повышается риск преждевременного износа и увеличенного истирания деталей.

Значения вязкости при 20 °C для разных видов дизельного топлива по ГОСТ 305-2013:

Температура вспышки в закрытом тигле

Безопасность использования дизтоплива определяется температурой вспышки. В соответствии с ГОСТ 305-2013 она ограничивается следующими значениями:

Массовая доля серы

Содержание серы в разных видах нефтепродуктах сегодня строго нормируется. Это связано с усиленной борьбой за экологию. Сера опасна для окружающей среды, а также приводит к образованию коррозии, повышенному нагару и износу внутренних элементов двигателя и топливной системы.

Массовая доля сернистых соединений ограничивается 2000 мг/кг. Но при производстве дизтоплива нужно учитывать, что при слишком низком уровне серы горючее теряет свои смазочные свойства. В таком случае в состав топлива обязательно добавляются специальные смазывающие присадки.

Зольность

При сгорании топлива образуется зола, содержащая минеральные вещества. Попадая в места между трущимися деталями, она вызывает усиленный износ. Особую опасность представляет кварц, приводящий к абразивному износу прецизионных элементов топливного насоса и форсунок. По этой причине уровень зольности тоже ограничивают. Для дизтоплива она составляет не более 0,01%.

Кислотность

По ГОСТ 305-2013 кислотность KOH на 100 см3 составляет не более 5 мг. Это важно, поскольку кислоты приводят к коррозии деталей двигателя и топливной системы. Подобный процесс вызывают минеральные кислоты и щелочи, используемые при производстве дизтоплива. Их нельзя удалить полностью, поэтому количество подобных веществ ограничивают.

Содержание воды

Вода в составе дизельного топлива содержится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии. Капельки заполняют поры хлопчатобумажных фильтров, прекращая доступ топлива к насосу. При снижении температуры до уровня ниже 0 °C вода замерзает, и мелкие кусочки льда тоже забивают фильтры и топливопроводы.

В связи с этим максимальное содержание воды по ГОСТ 305-2013 составляет 200 мг/кг. Превышение этого показателя приводит к тому, что вода отслаивается и собирается в нижней части, поскольку имеет более высокую плотность. Из-за образования водяной пробки в магистрали блокируется работа двигателя.

Предельная температура фильтруемости

Предельная температура фильтруемости определяется в соответствии с ГОСТ 22254-92 и ГОСТ EN 116-2013. По ГОСТ 305-2013 показатель составляет:

Как определяют предельную температуру фильтруемости

Для районов с умеренным климатом установлена классификация дизтоплива на сорта с разной предельной температурой фильтруемости:

Для районов с холодным климатом горючее разделяется на другие классы, различающиеся температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости. К зимним маркам относятся классы 0-3, к арктическим – 4.

Источник

Дизельное топливо

Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях.
Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 18 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25-30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях.
В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами.

По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.
Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы.

Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций.

Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305-82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10°С.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками.

С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889-81.

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348-89.

Экологически чистое топливо вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170-96) предназначено для использования в г. Москве.

Добавка присадок в городское дизельное топливо снижает дымность и токсичность отработавших газов дизелей на 30-50 %.

Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного производства.

Дизельное топливо европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г.

Стандарт предусматривает выпуск дизельного топлива для различных климатических регионов.

Источник

Дизельное топливо

Дизельное топливо (ДТ) – это нефтепродукт, используемый как топливо для ДВС, т. е. двигателей внутреннего сгорания. Является одним из самых известных и востребованных среди существующих сегодня. ДТ получают при первичной переработке нефти после отгона из нее определенных фракций.

Фракционный (химический) состав, особенности и характеристики дизельного топлива (ДТ)

Традиционно дизельное топливо представляет собой комбинацию газойлевых и керосиновых фракций нефти. В основе нефтепродукта смесь углеводородов, выкипающих при температуре 180-360 °C. В зависимости от вязкости выделяют 2 вида дизтоплива:

Цетановое число

Качество горючего отражает цетановое число. Этот показатель отражает время, которое происходит до возгорания топливной смеси в двигателе. Для легковых автомобилей число должно быть не менее 42, для тяжелой техники – от 48. Слишком высокие показатели (больше 60) не рекомендованы. Топливо не успевает сгореть, что ведет к дымным выхлопам и повышенному расходу.

Марки топлива

Дизтопливо классифицируется на несколько видов:

Основная разница между указанными видами заключается в температурных показателях. Зимнее топливо дороже, но оно необходимо, поскольку летнее дизтопливо зимой просто загустевает. Во всех перечисленных марках не должна содержаться вода, поскольку водяная пробка в магистрали приводит к остановке работы двигателя.

Характеристики летних марок:

Характеристики межсезонных марок:

Характеристики зимних марок:

Характеристики арктических марок:

Способы получения дизельного топлива (ДТ)

Для получения дизельного топлива нефть подвергают переработке с использованием ректификационных колонн, где она нагревается до нужной температуры и делится на фракции. Дизельная фракция – около четвертой части – получается при нагреве до 180-360 °C. Остальное получают в результате крекинг-процессов с катализаторами в виде металла, водорода или температуры. На этапе крекинга получают до 80% объема дизельного топлива. В конце его подвергают щелочной очистке от примесей.

Способы (область) применения и виды

Дизтопливо используют в качестве горючего для транспорта:

В тихоходных агрегаторах часто используют один из аналогов дизельного топлива – соляровое масло (в народе «солярка»). Их часто сравнивают между собой, но солярка – отдельный нефтепродукт, выступающий лишь частью дизтоплива.

Использование солярового масла в ДВС не слишком эффективно, но ввиду невысокой стоимости его активно применяют в быту, строительстве и на производстве. Солярка может использоваться как горючее на котельных. Дополнительно она применяется для пропитки кожи, в обработке металла, а также как смазочно-охлаждающее средство или закалочная жидкость.

Особенности транспортировки и хранения

Дизельное топливо транспортируют по правилам перевозки опасных грузов. Используется водный, воздушный, железнодорожный и автомобильный транспорт. Последний считают наиболее удобным и доступным. Для перевозки используют автоцистерны вместимостью до 1500 л.

Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)

Дизельное топливо ЕВРО производится в соответствии с ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009), а обычное – по ГОСТ 305-2013.

Источник

Дизельное топливо

Дизельное топливо — это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения 200…350 °С. Выглядит дизельное топливо как более вязкая, чем бензин, прозрачная жидкость желтого или светло-коричневого цвета в зависимости от содержания смол. Дизельное топливо так же, как и бензин, легче воды и практически не растворяется в ней.

Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на 25…30 % экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. Экономичная работа дизелей достигается главным образом за счет высоких степеней сжатия. Получить дизельное топливо дешевле, чем бензин, поскольку это топливо производят в основном прямой перегонкой.

Для быстроходных автомобильных дизельных двигателей с частотой вращения коленчатого вала более 1000 мин–1 выпускаются топлива на базе керосиновых, газойлевых и соляровых дистиллятов прямой перегонки. Для снижения содержания серы используют гидроочистку и карбамидную депарафинизацию. В силу этого состав дизельных топлив ограничивается в основном алкановыми и циклановыми углеводородами. Непредельных углеводородов в дизельных топливах практически нет. В некоторые сорта дизельных топлив добавляют не более 20 % каталитического газойля с содержанием ароматических углеводородов.

1. Свойства дизельных топлив

К свойствам дизельных топлив, отвечающим всем эксплуатационным требованиям, относятся: фракционный состав и испаряемость, цетановое число, вязкость и плотность, низкотемпературные свойства, склонность к нагарообразованию, противокоррозионные свойства и стабильность, наличие механических примесей и воды, удовлетворение экологических требований.

Фракционный состав топлива определяет его испаряемость (СТБ 1658–2006, ГОСТ 305–82). При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. Поэтому пусковые свойства дизельных топлив в некоторой степени определяет температура выкипания 50 % топлива (t_{50 %}). Чем эта температура ниже, тем более облегчен фракционный состав данного топлива, тем быстрее и полнее оно испаряется в камере сгорания. Однако после прогрева двигателя до рабочей температуры топливо с облегченным фракционным составом ведет к увеличению периода задержки самовоспламенения и вызывает жесткую работу дизеля.

Температура выкипания 96 % топлива (t_{96 %}) регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов. Часть топлива в жидком виде стекает по стенкам цилиндра в масляный картер, смывая смазочный материал и повышая износ деталей двигателя. Поэтому чрезмерное утяжеление топлива, как и его облегчение, нежелательно.

Температура начала кипения отечественных дизельных топлив обычно составляет 170…200 °С, величина t_{50 %} равна 255…280 °С, а температура конца перегонки (t_{96 %}) примерно равна 330…360 °С.

Цетановое число — показатель, указывающий скорость нарастания давления при сгорании жидкого нефтяного топлива в поршневых двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, выраженный в единицах эталонной шкалы. Это условный показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана (н-гексадекана) в эталонной смеси с α-метилнафталином, которая равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу.

Воспламеняемость дизельного топлива характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Воспламенение горючей смеси в дизельных двигателях происходит без постороннего источника зажигания. Смесь самовоспламеняется под действием высокой температуры в результате бурно протекающих в ней реакций окисления.

Цетановое число определяется по СТБ ИСО 5165–2002 и ГОСТ 3122–67 на установках ИТ9-3 и ИТ9-3М. Установки имеют одноцилиндровый четырехтактный дизель с переменной степенью сжатия от 7 до 23. При проведении испытаний угол опережения впрыскивания топлива должен быть 13° до верхней мертвой точки, давление впрыскивания — 10,4 МПа. При определении цетанового числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (900 ± 10 мин –1 ).

Для определения цетанового числа составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан С₁₃Н₃₄ и α-метилнафталин С₁₁Н₁₀. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 единиц, α-метилнафталина — за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана.

Так, если смесь состоит из 30 % цетана и 70 % α-метилнафталина, то считается, что ее цетановое число (ЦЧ) равно 30.

Цетановое число, определяемое по методу совпадения вспышек, обозначается: ЦЧ/СВ, например 45/СВ (СТ СЭВ 2877–81). Цетан относится к нормальным углеводородам парафинового ряда, для которых характерны наиболее быстрый распад и окисление в сжатом воздухе под действием температуры и давления. У него очень небольшой период задержки воспламенения, что обеспечивает мягкую работу двигателя. Представитель углеводородов ароматического ряда α-метилнафталин отличается наибольшим периодом задержки и высокой температурой воспламенения. Поэтому при большом содержании α-метилнафталина (низком цетановом числе) происходит резкое нарастание давления в цилиндре двигателя и жесткая работа дизеля.

Цетановое число дизельного топлива зависит от его химического состава, склонности к окислению. Наиболее быстро окисляются и распадаются парафиновые углеводороды нормального строения. Они имеют самые высокие цетановые числа. Ароматические углеводороды самовоспламеняются при более высоких температурах и за больший промежуток времени, имеют самые низкие цетановые числа.

Цетановое число может быть определено также расчетным путем, например по плотности и кинематической вязкости при температуре 20 °С по формуле

где V₂₀ — кинематическая вязкость при температуре 20 °С; ρ₄ 20 — плотность топлива при температуре 20 °С.

При известном углеводородном составе цетановое число можно вычислить по формуле

где П, Н, А — содержание соответственно парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов.

По ГОСТ 305–82 цетановое число дизельного топлива должно быть не менее 45. Согласно СТБ 1658–2006 цетановое число должно быть не менее 51 для дизельного топлива, применяемого в условиях умеренного климата, и 47…49 — для дизельного топлива, применяемого в условиях арктического и холодного климата.

Чем выше цетановое число, тем лучше воспламеняемость топлива. В то же время при использовании топлива с повышенным цетановым числом происходит преждевременное воспламенение топливной смеси, которое снижает экономичность и мощность дизеля, вызывает обильное дымление. Применение топлива с цетановым числом менее 40 обусловливает жесткую работу двигателя (возникает характерный металлический стук, напоминающий детонацию в бензиновом двигателе; вибрация; перегрев поршней и головок цилиндров и др.).

Цетановое число топлива может быть повышено регулированием углеводородного состава или введением в состав топлива специальных присадок. Однако увеличение концентрации нормальных парафинов (цетана) при снижении концентрации ароматических углеводородов ограничено повышенной температурой плавления нормальных парафинов, поэтому их содержание в зимних марках дизельных топлив строго регламентировано. Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему добавляют специальные высокоцетановые присадки: синтин (продукт синтеза окиси углерода и водорода), перекись углеводородов, нитросоединения. Однако они широкого распространения не получили из-за невысокой стабильности при хранении и большой взрывоопасности.

Кислородсодержащие присадки (органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты — этилнитрат, изопропилнитрат и др.) резко снижают период задержки самовоспламенения, который внешне проявляется как работа дизеля на высокоцетановом топливе. Данные присадки ускоряют начальные предпламенные реакции и способствуют образованию новых активных центров реакции. Так, добавление 1 % изопропилнитрата в зимнее, арктическое или низкоцетановое топливо, полученное путем каталитического крекинга, повышает цетановое число на 10…12. Кроме того, эта присадка позволяет улучшить пусковые качества топлива при низкой температуре и уменьшить нагарообразование. Однако производство этих присадок в последнее время сокращено. Специалистами фирмы «Юникол» разработана новая эффективная присадка «Миакрон-2000», основу которой составляет этилгексилнитрат. Массовая доля присадки в дизельном топливе должна быть 0,1…0,3 %.

В соответствии с СТБ 1658–2006 «Топливо дизельное. Технические требования и методы испытаний» нормированию подлежит такой показатель, как цетановый индекс. Минимальное его значение должно составлять 46. Расчет цетанового индекса производится в соответствии с СТБ 4264–2003 «Нефтепродукты. Расчет цетанового индекса средних дистиллятов по уравнению с четырьмя переменными».

Цетановым индексом называется значение, рассчитанное по уравнению с четырьмя переменными. Цетановый индекс не является альтернативным способом выражения цетанового числа; это дополнительный инструмент, который применяется надлежащим образом в отношении ограничений. Цетановый индекс используется для оценки цетанового числа дизельного топлива в тех случаях, когда двигатель при испытаниях недоступен для непосредственного определения данного показателя или когда в наличии имеется проба, не соответствующая требованиям метода с использованием двигателя. В случае, если цетановое число топлива было установлено ранее, цетановый индекс может использоваться для подтверждения цетанового числа других проб данного топлива при условии, что источник получения топлива и способ его производства остаются неизменными.

Сущность метода заключается в следующем. Плотность при температуре 15 °С и температуры, при которых получены 10 %, 50 % и 90 % объема отогнанного продукта (температуры при перегонке), определяют посредством стандартных методов испытаний, а цетановый индекс рассчитывается на основании данных, полученных при испытании, с применением известных соотношений.

Определение цетанового индекса может быть произведено двумя методами. Первый метод заключается в том, что измеренные значения плотности и температуры перегонки 10 %, 50 % и 90 % топлива подставляют в уравнение

где T_10N = T₁₀ – 215; T_50N = T₅₀ – 260; T_90N = T₉₀ – 310; T₁₀ — температура, при которой получено 10 % отгона при перегонке, °С; T₅₀ — температура, при которой получено 50 % отгона при перегонке, °С; T₉₀ — температура, при которой получено 90 % отгона при перегонке, °С; B = [exp(–0,0035D_N)] – 1; D_N = D – 850; D — плотность при температуре 15 °С, кг/м3.

Второй метод заключается в использовании номограмм.

Вязкость и плотность дизельных топлив влияют на процессы испарения и смесеобразования. Эти показатели определяются в соответствии с СТБ ИСО 3104–2003 и СТБ ИСО 3675–2003.

Вязкость — свойство частиц жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению под действием внешней силы. Различают динамическую и кинематическую вязкость. В практических условиях применяется кинематическая вязкость υ, которая равна отношению динамической вязкости η к плотности ρ:

Единица кинематической вязкости в системе СИ — м 2 /с. На практике применяют меньшую единицу — сантистокс (сСт):

Для топлив различных марок оптимальное значение кинематической вязкости лежит в пределах от 1,5 до 4,5 мм 2 /с. В соответствии с СТБ 1658–2006 вязкость дизельных топлив для умеренных климатических зон должна составлять 2…4,5 мм 2 /с, для арктических и холодных климатических зон — 1,2…4 мм 2 /с в зависимости от класса.

Согласно ГОСТ 305–82 кинематическая вязкость дизельных топлив нормируется при 20 °С и равна: 3…6 мм 2 /с — для летних топлив; 1,8…5 мм 2 /с — для зимних топлив; 1,5…4 мм₂/с — для арктических топлив.

Изменение кинематической вязкости приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры, а также процессов смесеобразования и сгорания рабочей смеси.

При пониженной вязкости топливо вытекает через зазоры в плунжерных парах топливного насоса высокого давления, вследствие чего изменяется его дозировка, уменьшается цикловая подача, снижается давление впрыска, увеличивается нагарообразование. Снижение вязкости топлива ухудшает и его смазочные свойства, что приводит к увеличению интенсивности изнашивания прецизионных плунжерных пар топливного насоса высокого давления, так как их износ определяется физическим состоянием топлива. Кроме того, при этом увеличивается опасность подтекания и просачивания маловязкого топлива и, как следствие, растет его расход. Падение мощности двигателя может быть вызвано снижением цикловой подачи топлива.

Повышенная вязкость топлива приводит к ухудшению качества смесеобразования, при распылении образуются крупные капли и длинная струя с малым углом топливного факела. При этом продолжительность процесса испарения возрастает, топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование, возникает дымление (цвет отработавших газов становится темным). При повышении вязкости с 3 до 8 мм2/с коэффициент подачи топлива увеличивается на 15…16 %.

Более мелкие и однородные по составу капли рабочей смеси улучшают процессы испарения, смесеобразования и сгорания, что характерно для распыления дизельного топлива с кинематической вязкостью 2,5…4,0 мм2/с при температуре 20 °С. Дальнейшее снижение вязкости приводит к уменьшению длины струи топлива (поскольку мелкие капельки обладают малой кинетической энергией), наблюдается неравномерность образования горючей смеси, неполнота сгорания и перерасход топлива. Согласно ГОСТ СТБ 1658–2006 вязкость топлива должна составлять 2…4 мм2/с для умеренного климата и 1,2…4 мм2/с для топлива, применяемого для арктического и холодного климата.

Поскольку с понижением температуры вязкость значительно возрастает, существенно ухудшаются пусковые свойства топлива, особенно в холодное время года.

Повышение плотности топлива сказывается на процессе смесеобразования следующим образом: возрастает длина топливной струи, ухудшается экономичность двигателя и увеличивается дымность. При малой плотности топлива уменьшается длина струи, ухудшается процесс смесеобразования. Поэтому плотность дизельного топлива должна быть оптимальной с учетом сезонности эксплуатации и других факторов и находиться в пределах от 800 до 845 кг/м3.

По СТБ 1658–2006, соответствующему европейскому стандарту EN 590:2004, плотность дизельных топлив определяется при температуре 15 °С и для умеренных климатических зон должна составлять 820…845 кг/м3, для арктических и холодных климатических зон — 800…845 кг/м3 в зависимости от класса.

В соответствии с ГОСТ 305–82 «Топливо дизельное. Технические условия» плотность дизельных топлив различных марок при температуре 20 °С не должна превышать: 860 кг/м3 — для марки Л, 840 кг/м3 — для марки З и 830 кг/м3— для марки А.

Низкотемпературные свойства дизельного топлива являются его важными эксплуатационными характеристиками, связанными с подвижностью топлива при отрицательной температуре, т.е. его способностью поступать из топливного бака к двигателю бесперебойно. В дизельном топливе содержатся растворенные парафиновые углеводороды, которые при понижении температуры кристаллизуются. Выделяющиеся кристаллы могут засорить систему питания двигателя, особенно топливные фильтры. Низкотемпературные свойства оцениваются по значениям предельной температуры фильтрации, температуры помутнения и температуры застывания.

При предельной температуре фильтрации размеры кристаллов твердых углеводородов увеличиваются и они не проходят через фильтры, т.е. текучесть топлива ухудшается.

Температура помутнения — это температура, при которой меняется фазовый состав топлива, так как наряду с жидкой фазой появляется твердая. При этой температуре топливо в условиях испытания начинает мутнеть. При помутнении дизельное топливо не теряет текучести. Размеры кристаллов таковы, что они проходят через элементы фильтров тонкой очистки, образуя на них тонкую парафинистую пленку. Нарушение подачи топлива из-за его помутнения возможно при пуске и прогреве дизеля. Для обеспечения нормальной эксплуатации двигателя необходимо, чтобы температура помутнения дизельного топлива была ниже температуры окружающего воздуха.

Температура помутнения и предельная температура фильтрации топлива характеризуют условия его применения. Если топливо не содержит депрессорных присадок, то предельная температура фильтрации равна температуре помутнения или ниже ее на 1…2 °С.

Температура застывания — это температура, при которой топливо полностью теряет подвижность. Температура застывания ниже температуры помутнения на 5…10 °С. При понижении температуры растущие кристаллы парафиновых углеводородов образуют пространственную решетку, внутри ячеек которой находятся жидкие углеводороды топлива. При температуре застывания топлива кристаллическая структура настолько упрочняется, что топливо теряет текучесть и приобретает студнеобразный вид. Для обеспечения нормальной работы дизельного двигателя необходимо, чтобы температура застывания топлива была на 8…12 °С ниже температуры окружающего воздуха.

Низкотемпературные свойства дизельных топлив улучшают двумя способами: удалением из их состава высокоплавких парафинов нормального строения или добавлением в них депрессорных присадок. На нефтеперерабатывающих заводах температуру помутнения и температуру застывания понижают удалением избытка высокоплавких углеводородов (депарафинизация).

Добавляя депрессорные присадки в количестве сотых долей процента, можно снизить предельную температуру застывания на 15…20 °С. При введении депрессорных присадок температура помутнения топлива не изменяется. Механизм действия депрессорных присадок заключается в модификации структуры кристаллизующихся парафинов, уменьшении их размеров. Низкотемпературные свойства дизельных топлив с депрессорными присадками оценивают по температуре помутнения и предельной температуре фильтрации, а топлив без депрессатора — по температурам помутнения и застывания.

Так, например, депрессорные присадки этилцеллозольва (жидкость «И») и ТГФ-М существенно снижают температуру застывания и предельную температуру фильтруемости и практически не изменяют температуру помутнения. Депрессорная присадка «Аспект-Д» вводится в летние и зимние топлива из расчета 2 г на 1 кг топлива. Присадка обеспечивает бесперебойную работу дизеля до температуры –20 °С, что значительно сокращает время пуска холодного двигателя (присадку следует добавлять в топливо, в котором нет выпавших кристаллов парафина).

Некоторые присадки к дизельным топливам снижают только температуру застывания, но не влияют на температуру фильтруемости, что приводит к образованию в топливных баках двух слоев: верхнего (прозрачного) слоя, обладающего пониженным цетановым числом, и нижнего (мутного), содержащего мелкие кристаллы парафина.

Следует отметить, что дизельного топлива зимних сортов выпускают значительно меньше, чем летних. Нефтеперерабатывающие заводы производят около 11 % зимнего и 1 % арктического дизельного топлива от общего объема. Потребность в зимнем дизельном топливе удовлетворена менее чем на 50 %. Поэтому зимние сорта топлива следует использовать только в холодное время и не допускать их смешивания с летними топливами.

Для снижения температуры застывания дизельных топлив в условиях эксплуатации допускается в виде исключения добавлять керосин в соотношениях, приведенных в табл. 1. С этой целью используют низкозастывающие сорта керосина (типа реактивного топлива) в количестве до 25 %.

При сильном разбавлении дизельного топлива керосином снижается цетановое число, что приводит к жесткой работе двигателя и резкому ухудшению смазочных свойств, в связи с чем повышается износ плунжерной пары. При температуре воздуха от –20 до –30 °С двигатели работают на смеси, состоящей из 90 % дизельного топлива и 10 % керосина, а при температуре от –30 до –35 °С они работают на смеси, состоящей из 75 % дизельного топлива и 25 % керосина. Обычный осветительный керосин непригоден для данной цели, так как имеет плохие низкотемпературные свойства. Температура помутнения осветительного керосина составляет от –12 до –15 °С.

Таблица 1. Объемное содержание керосина в составе дизельного топлива для изменения его низкотемпературных свойств, %

Следует учитывать, что разбавленное керосином дизельное топливо теряет часть своих смазывающих свойств, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей топливной аппаратуры. Кроме того, такое топливо более пожароопасное.

Европейский стандарт EN 590 (действующий в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г.) и соответствующий ему стандарт СТБ 1658–2006 предусматривают выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Для районов с умеренным климатом выпускается 6 марок дизельных топлив (А, В, С, D, Е и F), имеющих предельные температуры фильтруемости соответственно +5, 0, –5, –10, –15 и –20 °С. Для районов с холодным и арктическим климатом предусмотрен выпуск 5 классов (0, 1, 2, 3 и 4) дизельного топлива с низкотемпературными свойствами (табл. 2).

Таблица 2. Характеристика дизельных топлив различных классов для районов с холодным климатом (по европейскому стандарту EN 590)

Согласно СТБ 1658–2006 допускается содержание метиловых эфиров жирных кислот (FAME) объемной долей 5 %.

Пример записи в документах и/или при заказе дизельного топлива для умеренного климата с предельной температурой фильтруемости не выше –20 °С, содержанием серы не более 10 мг/кг:

«Топливо дизельное ЕВРО, сорт F, вид I по СТБ 1658–2006».

Пример записи в документах и/или при заказе дизельного топлива для умеренного климата с номинальным значением объемной доли метиловых эфиров жирных кислот (FAME) 5 %, предельной температурой фильтруемости не выше –5 °С, содержанием серы не более 50 мг/кг: «Топливо биодизельное ЕВРО-Б5, сорт С, вид II по СТБ 1658–2006».

Склонность к нагарообразованию — эксплуатационное свойство дизельного топлива, влияющее на чистоту двигателя и топливной аппаратуры. Это свойство зависит от химического и фракционного состава топлива. При сгорании топлива наблюдается нагарообразование на стенках камеры сгорания и впускных клапанах, а также на распылителях и иглах распылителей форсунок. На стенках камеры сгорания, днищах поршней и впускных клапанах образуется плотный твердый нагар темного цвета, а на распылителях и иглах распылителей форсунок — мягкий смолистый нагар желтоватого цвета, иногда в виде светло-коричневой лаковой пленки.

Отложение нагара на стенках камеры сгорания ухудшает отвод теплоты в систему охлаждения двигателя. Наличие нагара на впускных клапанах приводит к их закоксовыванию, в результате чего нарушается правильная посадка тарелки клапана на седло. Происходят утечка раскаленных газов и обгорание посадочных поверхностей клапана и седла, а в отдельных случаях — зависание клапана.

Наибольшие нарушения в работе дизельных двигателей связаны с отложениями нагара на форсунках. Из-за нагара на распылителях ухудшается качество распыления топлива и искривляется факел распыла. При ухудшении распыления топлива нарушается смесеобразование, происходит неполное его сгорание, что приводит к дымлению, снижению мощности дизеля и повышенному расходу топлива.

Выпадение смолистых отложений на иглах распылителей способствует их зависанию. Закоксовывание сопел и зависание игл распылителей сопровождаются подтеканием топлива, так как в этом случае иглы не садятся на уплотняющие конусы распылителей и не перекрывают их каналы. При подтекании топлива также наблюдается снижение мощности и экономичности дизеля, его дымление.

Нагарообразование в двигателе зависит от следующих параметров применяемого дизельного топлива: содержания фактических смол и серы, фракционного состава, количества непредельных и ароматических углеводородов, зольности и коксуемости. С увеличением содержания фактических смол в топливе увеличивается нагарообразование на деталях двигателя, закоксовывание отверстий распылителей и зависание игл. Повышение содержания серы в топливе приводит при его сгорании к увеличению нагара и лака, причем плотность нагара значительно возрастает.

С увеличением зольности и коксуемости дизельного топлива растет его склонность к нагарообразованию. Зольность характеризует содержание в топливе несгораемых примесей, которые выпадают в нагар, увеличивая его абразивные свойства.

Коксуемость — это свойство топлива при нагревании без доступа воздуха образовывать углистый осадок (кокс). Коксуемость определяют для 10%-ного остатка после предварительной перегонки дизельного топлива. Коксуемость 10%-ного остатка топлива зависит от его фракционного состава и содержания асфальтосмолистых соединений. Для дизельного топлива различных марок коксуемость составляет 0,2…0,3 %.

Противокоррозионными свойствами дизельные топлива должны обладать для обеспечения минимального коррозионного разрушения деталей двигателя. Причины коррозионной агрессивности дизельных топлив те же, что и у бензинов: наличие в их составе сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, а также органических кислот.

При производстве дизельных топлив из сернистых нефтепродуктов получают газойлевые и соляровые дистилляты с содержанием серы до 1,0…1,3 %. Серу из дистиллятов удаляют каталитическим способом, позволяющим снизить ее содержание до 0,2…0,5 %. Повышенное до 0,6 % содержание серы в топливах приводит к увеличению износа гильз цилиндров и поршневых колец в среднем на 15 %, а повышение содержания серы до 1 % ускоряет этот процесс в 1,5 раза. Ужесточающиеся нормативы для дизельного топлива требуют снижения содержания серы в нем. Так, согласно нормам EN 590, действовавшим с 1993 по 1996 гг., серы в дизельном топливе должно было быть не более 0,5 %. Нормами EN 590, действующими с 2000 г., и принятым в Республике Беларусь СТБ 1658–2006 установлено содержание серы на уровне, не превышающем 0,035 % (350 мг/кг). Ужесточенные требования EN 590, действующие с 2009 г., ограничивают содержание серы на уровне 10…50 мг/кг.

Содержание органических кислот в дизельном топливе характеризует кислотность топлива, которая должна быть не более 5 мг KОН в 100 см3 топлива. Повышение кислотности топлива приводит к увеличению коррозионного износа плунжерных пар топливного насоса высокого давления и росту отложений.

Из активных сернистых соединений (элементарная сера, меркаптановая сера, сероводород) наибольшей коррозионной агрессивностью обладает меркаптановая сера.

Установлено, что общий износ деталей двигателя приблизительно прямо пропорционален содержанию серы в дизельном топливе. При температуре охлаждающей жидкости в двигателе ниже 70 °С возрастает степень коррозионного износа, поскольку увеличивается образование серной кислоты. Продукты сгорания топлива, содержащие сернистый и серный ангидриды, проникают через неплотности цилиндропоршневой группы в картер, где образуют с водой серную и сернистую кислоты. Смешиваясь с маслом, кислоты ухудшают его качество, в частности антикоррозионные свойства, вызывают быстрое старение. Химическому износу подвергаются вкладыши подшипников, шейки коленчатых валов и другие детали. Особенно сильной коррозии подвержены вкладыши из свинцовистой бронзы.

В результате действия сернистых продуктов на картерное масло получаются смолистые соединения, которые затем образуют нагар. При наличии сернистых соединений увеличивается нагаро- и лакообразование в цилиндропоршневой группе. Из-за содержания серы нагар становится твердым, что приводит к абразивному изнашиванию цилиндропоршневой группы. Отложение лака в зоне поршневых колец ведет к их закоксовыванию и заклиниванию. Сернистые соединения в топливе способствуют также увеличению отложений на масляных фильтрах тонкой и грубой очистки.

Смазывающая способность дизельных топлив определяет срок службы плунжерной пары насоса высокого давления. В глубокоочищенных дизельных топливах с низким содержанием серы смазывающая способность значительно снижается. В этом случае требуется добавка в топливо противоизносных присадок.

Содержание в топливах меркаптановой серы не должно превышать 0,01 % (норма по ГОСТ 305–82). При повышении массовой доли меркаптановой серы до 0,06 % коррозионный износ плунжерных пар и деталей форсунок увеличивается в 2 раза. Поэтому при производстве дизельных топлив обязательно проводят их коррозионные испытания медной пластинкой. Если медная пластинка выдерживает испытания, то коррозионная агрессивность топлива отсутствует. Общая массовая доля серы в товарных дизельных топливах составляет 0,2…0,5 %.

Кроме того, учитывая высокую коррозионную агрессивность и низкую химическую стабильность меркаптанов, помимо испытания на медную пластинку (качественная оценка) содержание в производимом топливе меркаптановой серы определяют еще и потенциометрическим методом.

Для улучшения экологии крупных населенных пунктов нашей страны предполагается снизить в топливах массовые доли серы (до 10…50 мг/кг) и ароматических углеводородов (до 8 %). Перспективные показатели качества дизельного топлива за рубежом следующие: в США содержание серы не более 0,003 %, ароматических углеводородов — не более 2 %; в Европе — соответственно не более 0,005 и 0,003 %.

Водорастворимые кислоты и щелочи могут остаться в дизельном топливе после очистки серной кислотой или щелочью на нефтеперерабатывающем заводе. Водорастворимые кислоты вызывают коррозию всех металлов, а водорастворимые щелочи — алюминия, поэтому присутствие даже следов этих соединений в топливе недопустимо.

Минеральные кислоты и щелочи обнаруживают по реакции водной вытяжки. Присутствия водорастворимых кислот и щелочей в дизельных топливах не допускается.

Наличие воды и механических примесей в дизельном топливе служит одной из главных причин отказов топливной аппаратуры. Вода и механические примеси могут попадать в топливо, начиная от пути следования его из нефтезавода до использования в двигателе. При наличии в дизельном топливе механических примесей происходит засорение фильтрующих элементов, ускоренный износ топливоподающей аппаратуры. При понижении температуры из воды, находящейся в топливе, образуются кристаллы льда, которые забивают фильтрующие элементы, что уменьшает подачу топлива в двигатель.

Согласно ГОСТ 305–82 содержание механических примесей и воды недопустимо. Однако в связи с «чувствительностью» метода оценки содержания механических примесей (ГОСТ 6370–83, СТБ ИСО 12662–2010) и воды (ГОСТ 2477–65, СТБ ИСО 12937–2003) за отсутствие загрязнений принимается содержание в топливе механических примесей до 0,005 % (ГОСТ 6370–83) или до 24 мг/кг (СТБ ИСО 12662–2010) и воды до 0,02…0,03 % (по массе). Содержание воды в нефтепродуктах до 0,025 % включительно называют следами.

Большинство механических примесей имеют высокую твердость и вызывают повышенный износ деталей двигателя. Особенно вредны примеси для топливных насосов высокого давления, насосов-форсунок, форсунок. В прецизионных парах зазор составляет 1,5…3 мкм, поэтому даже небольшое количество механических примесей, размер которых соизмерим с зазором плунжерных пар, вызывает их интенсивное изнашивание.

Механические примеси в дизельном топливе повышают смолообразование, вызывают засорение системы топливоподачи, увеличивают количество отложений и нагара на форсунках, в камере сгорания и на других элементах, ухудшая надежность и долговечность системы топливоподачи, значительно увеличивая расход топлива и дымность отработавших газов. При использовании засоренного топлива срок службы топливной аппаратуры сокращается в 5–6 раз.

Перед заправкой в бак машины топливо должно отстаиваться не менее 10 дней. Чистота различных слоев топлива при этом будет неодинаковой. Даже при 10-дневном отстое в нижних слоях остаются мельчайшие частички механических примесей, представляющие наибольшую опасность для топливной аппаратуры (табл. 3). Тракторы и автомобили необходимо заправлять топливом верхних слоев. Содержание механических примесей в дизельном топливе не допускается.

Таблица 3. Осаждение механических примесей из дизельного топлива в резервуаре диаметром 2 м при температуре 20 °С

Не разрешается использовать топливо, содержащее воду, так как она приводит к нарушениям в работе двигателя, невозможности его пуска, повышенной коррозии, увеличению нагарообразования.

Чистоту дизельного топлива оценивают по коэффициенту фильтруемости (ГОСТ 1906–73), который определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно его топливной аппаратуры. Коэффициент фильтруемости определяется как отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к времени фильтрования первой. На фильтруемость топлива влияет наличие в нем механических примесей, воды, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. Для дизельного топлива различных марок коэффициент фильтруемости колеблется от 2 до 3.

В результате микробного поражения топлива возможен отказ двигателей из-за засорения топливопроводов и топливных фильтров. В дизельном топливе встречаются 45 видов различных бактерий и около 20 видов различных грибков. Топлива загрязняются в резервуарах и трубопроводах, которые попеременно используют для различных нефтепродуктов. Микробное загрязнение топлива особенно часто происходит в резервуаре, на дне которого присутствует вода. Заражение дизельного топлива осуществляется путем проникновения бактерий и грибков извне с воздухом и водой или вследствие контакта с зараженным ранее топливом. Микроорганизмы распространяются вдоль поверхности раздела вода — топливо и живут в воде, питаясь топливом.

По мере развития бактерий и грибков качество топлива резко ухудшается, происходят неблагоприятные изменения топлива, которые вызывают его помутнение, микробиологическую коррозию, образование осадка, засорение фильтров и трубопроводов, разложение присадок и добавок.

Помутнение топлива происходит из-за повышения содержания в нем воды вследствие образования побочных продуктов жизнедеятельности микробов — поверхностно-активных веществ, которые увеличивают растворимость воды в топливе. Микробиологическая коррозия происходит в результате выделения бактериями сероводорода, который растворяется в топливе и вызывает сильную точечную коррозию топливных баков и трубопроводов. Микроорганизмы оседают на дне резервуаров и образуют слой, который способствует микробиологической коррозии. Осадок загрязняется жизнеспособными микробами и грибками и служит постоянным источником инфицирования. Различные добавки и присадки в дизельном топливе, особенно содержащие азот и фосфор, усваиваются микроорганизмами, и их эффективность снижается.

Для обеззараживания дизельного топлива и профилактики его заражения разработана добавка на основе производных изотиазолона и др.

2. Экологические требования к дизельному топливу

Основными показателями качества, ответственными за экологические последствия выбросов отработавших газов дизелей, являются:

В табл. 4 приведены действующие, а также перспективные отечественные и зарубежные требования к дизельным топливам по ряду экологических показателей.

Анализируя табл. 4, можно заметить, что отечественные требования к дизельному топливу не менялись четверть века, а зарубежные постоянно обновляются и ужесточаются.

Таблица 4. Нормы экологических показателей дизельных топлив

* При температуре 15 °С.

** Предложение Германии (BMW) — не более 10 %, США — не более 5 %.

В последнее время наблюдается резкое ужесточение требований к качеству дизельных топлив и, несмотря на различие в спецификациях разных стран, четко прослеживается тенденция к снижению содержания серы. Лидером в этом движении является Швеция, которая в 1991 г. ввела спецификацию на дизельное топливо классов I и II, предусматривающую содержание серы 10 и 50 мг/кг соответственно, предоставив налоговые льготы производителям и потребителям этого топлива.

За Швецией последовали США, где в октябре 1993 г. был введен стандарт CARB (Калифорнийского Совета по контролю над воздушной средой), ограничивающий содержание серы в дизельном топливе. Начиная с 1998 г. нефтеперерабатывающие заводы США перешли на производство дизельных топлив с содержанием серы 50 мг/кг.

Европейский стандарт EN 590 за последние годы также претерпел существенные изменения: с 0,2 % до 0,001 % снизилось содержание серы, увеличено цетановое число с 45 до 51, введены ограничения на плотность и вязкость — 2,0…4,5 при 40 °С, что соответствует 2,7…6,5 мм2/с при 20 °С. Введены новые показатели: содержание полициклических ароматических углеводородов, смазывающие свойства и окислительная стабильность — и установлены нормы на эти показатели. Содержание ароматических углеводородов для большинства товарных дизельных топлив, выпускаемых отечественной промышленностью, составляет 23…28 %. Колебания состава ароматических углеводородов зависят от природы перерабатываемой нефти, их компонентного состава и технологии производства топлив. Для удовлетворения экологических требований массовая доля ароматических углеводородов должна быть не более 10 %.

Изготовители автомобилей обсуждают дальнейшее ужесточение требований к качеству дизельных топлив, предлагая снижение содержания серы и полициклических ароматических углеводородов.

Содержание серы в дизельном топливе определяет количество выбросов образующегося в отработавших газах диоксида серы (табл. 5). В 1996 г. в Европе было введено ограничение на содержание серы в дизельных топливах до 0,05 %.

Таблица 5. Количество выбросов диоксида серы при сжигании 1 т дизельного топлива