ИСПАРЯЕМОСТЬ
Н 2 + 0, 5 О 2 Н 2 О С + О 2 СО 2 1 кг Н 2 требуется 8 кг О 2, 1 кг С - 8/3 кг О 2 lо = 8 Н+8/3 C 100 кг О 2/кг топлива lо = 8 Н+8/3 C кг воздуха/кг топлива 23 lо = 8 Н+8/3 C-О кг воздуха/кг топлива 23
α= lд lо α=1 – нормальная смесь, α<1 – богатая смесь, α>1 – бедная смесь.
V=А(pн-р) где V - скорость испарения; р - парциальное давление паров над поверхностью жидкости; рн - давление насыщенных паров жидкости при данной температуре; А - коэффициент пропорциональности. При р=0 V максимальна При р=рн V=0 рн=А/T+В где Т - абсолютная температура; А и В - постоянные.
WD = - D dс dх где WD – скорость диффузии паров; D - коэффициент диффузии паров; dс/dх – градиент концентрации паров. D = - D 0 T T 0 m p 0 p где m=1, 5 -2, 0; ро, р, То, Т - начальные и конечные давления и температуры.
r = 0, 4 g σ v 2 где g - ускорение силы тяжести; σ – поверхностное натяжение; v - скорость воздуха вблизи распылителя.
БЕНЗИНЫ В двигателях с принудительным воспламенением образование топливовоздушной смеси происходит при относительно низких температурах, поэтому использование этих двигателей выдвигает наиболее жесткие требования к испаряемости топлив. В свою очередь, испаряемость применяемых топлив обусловливает многие важнейшие эксплуатационные свойства двигателей с принудительным воспламенением.
В наибольшей степени испаряемость бензина зависит от фракционного состава и давления насыщенных паров. По этим показателям бензины могут быть различны между собой, в то время как другие показатели, влияющие на испаряемость, для всех бензинов очень близки. С фракционным составом и давлением насыщенных паров бензинов связаны такие эксплуатационные характеристики двигателя: возможность его пуска при низких температурах и склонность к образованию паровых пробок в системе питания, Ø Ø приемистость автомобиля и скорость прогрева двигателя, Ø износ цилиндропоршневой группы и расход горючего.
Пусковые свойства и склонность к образованию паровых пробок При пуске двигателя бензин во впускной системе должен испаряться настолько, чтобы образовать смесь с воздухом, способную воспламеняться от искры. Пусковые свойства бензина тем лучше, чем больше в нем низкокипящих фракций. Установлена следующая эмпирическая зависимость минимальной температуры воздуха, при которой возможен пуск двигателя, от температуры перегонки 10 об. % бензина и температуры начала его перегонки. t. B = 0, 5 t 10% – 50, 5 + (t. HK – 50)/3
Зависимость температуры воздуха, при которой возможен пуск двигателя от давления насыщенных паров бензина, носит более сложный характер. При давлении насыщенных паров ниже 33 к. Па пусковые свойства бензинов резко ухудшаются.
Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения фракционного состава бензинов. Т. е. с t. HK и t 10 и Рн. Но применение очень легких бензинов вызывает другие эксплуатационные затруднения, как, образование паровых пробок в системе питания двигателя.
Установлены следующие зависимости предельных температур нагрева бензина tп, при которых двигатель останавливается вследствие образования паровых пробок, от температур начала кипения tнк, перегонки t 10% и от давления насыщенных паров бензина Рн: tп = 1, 85 tнк -4 tп = t 10% +10 tп = 123 -0, 75 Рн где Рн — давление насыщенных паров, к. Па.
Пуск затруднен Паровые пробки Пуск невозможен
Применение бензинов с высоким содержанием низкокипящих фракций, кроме образования паровых пробок, может сопровождаться обледенением карбюратора и увеличением потерь бензина при хранении и транспортировании. Обледенение карбюратора происходит из -за резкого снижения температуры во впускной системе за счет испарения низкокипящих фракций бензина. При определенных условиях влага, присутствующая в воздухе, вымерзает и конденсируется на холодных деталях, образуя корочки льда. При повышенной влажности воздуха дроссельная заслонка может примерзнуть к стенкам впускного трубопровода. Снижение температуры во впускной системе двигателя, а следовательно, и обледенение карбюратора зависит от испаряемости топлива.
— бензин низкой испаряемости, — бензин средней испаряемости, — бензин высокой испаряемости. Чем выше испаряемость топлива. тем больше опасность обледенения карбюратора.
Таким образом, требования к содержанию низкокипящих фракций в бензине противоречивы. С позиции пусковых свойств бензинов - чем их больше, тем лучше, а с точки зрения образования паровых пробок, обледенения карбюратора и потерь от испарения — предпочтительно меньшее содержание таких фракций. Оптимальное содержание в бензинах низкокипящих фракций зависит от климатических условий эксплуатации автомобилей.
Прогрев, приемистость Под приемистостью двигателя имеют в виду способность его обеспечить быстрый разгон автомобиля до нужной скорости после резкого открытия дросселя. Прогрев двигателя охватывает время с момента его пуска до достижения плавной стабильной работы. Время прогрева двигателя определяется температурой перегонки 50 об. % бензина и зависит от температуры воздуха при которой двигатель прогревается. Исходя из требований к приемистости двигателя и времени его прогрева лимитируют температуру перегонки 50 об. % бензина.
Плохая приемистость
Износ и экономичность работы двигателя Экономичность работы двигателя и износ его деталей связывают с температурой перегонки 90 об. % бензина и температурой конца его кипения.
Разжижение масла Интенсивный износ
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА Перед сгоранием топливо должно испариться, а пары хорошо смешаться с воздухом. Для этого топливо должно быть распылено на мелкие капли и равномерно распределено по объему камеры сгорания В дизелях все это достигается за счет впрыскивания топлива через форсунку под высоким давлением. В современных дизелях используют такую топливоподающую аппаратуру, которая обеспечивает наиболее полное смесеобразование, причем применяют объемное, пленочное и смешанное смесеобразование.
При объемном смесеобразовании топливо испаряется непосредственно при выходе из форсунки в мелкораспыленном виде во всем объеме камеры сгорания. Равномерное распределение топлива в камере сгорания достигается соответствием форм камеры сгорания и факела распыленного топлива. Пленочное смесеобразование предусматривает впрыск топлива на стенку камеры сгорания и испарение топлива из образовавшейся пленки. Сочетание пленочного и объемного называют смешанным смесеобразованием. От способа смесеобразования зависит форма камер сгорания, требования к впрыску топлива, выбор форсунки и устройств всей топливоподающей системы.
Процессы испарения и смесеобразования в дизеле зависят от таких свойств топлива, как вязкость, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, способность паров топлива диффундировать в окружающую среду, скрытая теплота испарения, теплоемкость. Увеличение вязкости топлива ведет к укрупнению капель в факеле, ухудшению распыливания и испарения топлива. Топлива с большой вязкостью догорают в ходе такта расширения, снижая экономичность двигателя и повышая дымность отработавших газов. При использовании топлив с высокой вязкостью крупные капли за счет большой кинетической энергии, приобретаемой при впрыске, увеличивают длину факела, повышая его дальнобойность. При этом частично топливо попадает на стенки камеры сгорания, ухудшая процесс смесеобразования.
С другой стороны, топлива с малой вязкостью также ухудшают процесс смесеобразования. При их распыливании образуются мелкие капли, скорость которых в плотном воздухе быстро падает. При укороченном факеле не используется весь объем камеры сгорания для приготовления однородной топливовоздушной смеси. И не весь воздух участвует в процессе смесеобразования, что вызывает избыток топлива, и неполное сгорание в той части камеры сгорания, которая расположена около форсунки.
Фракционный состав дизельных топлив оценивают так же, как и фракционный состав бензинов. За конец кипения принимают температуру выкипания 96 об. % топлива. Однако значения отдельных температур выкипания для оценки эксплуатационных свойств дизельных топлив и бензинов существенно различны. Пусковые свойства дизельных топлив в какой-то мере характеризует лишь температура выкипания 50 об. % топлива. Применение очень легких топлив при низких температурах воздуха не облегчает, а наоборот, затрудняет пуск двигателя. Дело в том, что на испарение большого количества легких фракции топлива затрачивается тепло, вследствие чего снижается температура в конце сжатия и скорость протекания предпламенных реакций уменьшается. Высокая температура выкипания 90 и 96% (об. ) топлива свидетельствует о присутствии тяжелых фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и тем самым снизить экономичность дизеля и увеличить дымность отработавших газов.
РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА В воздушно-реактивных двигателях нашли применение три типа топлив, различающиеся по испаряемости. 1. Керосины с пределами выкипания 150 -280 о. С и давлением насыщенных паров при 38 °С - до 6, 65 к. Па (отечественные топлива ТС-1, Т-1 и РТ, зарубежные - Iр-5). 2. Широкая фракция углеводородов смесь бензина и керосина, выкипающая в пределах от 60 до 280 °С с давлением насыщенных паров до 19, 95 к. Па (отечественное топливо Т-2, зарубежное - Iр-4). 3. Утяжеленная керосино-газойлевая фракция, выкипающая в пределах от 195 до 315 °С c давлением насыщенных паров 0, 67 - 2, 0 к. Па (топливо Т-6).
Удельная поверхность испарения (качество распыливания), см 2/см 3 Полнота сгорания топлива, % 250 370 500 750 1000 50 80 90 98 100
Температура начала кипения топлива в баках самолетов на различной высоте полета в зависимости от давления насыщенных паров.
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
RООН или RООR R R R R R R
При изучении сгорания углеводородных топлив разграничивают два процесса: - процесс воспламенения (инициирования горения) - процесс распространения пламени. Воспламенение смеси возможно - самопроизвольное (самовоспламенение) - в результате принудительного зажигания.
Причинами самоускорения реакций перед самовоспламенением могут быть: - нарушение равновесия между скоростями разветвления и обрыва цепей в пользу разветвления (так называемый, цепной взрыв) - прогрессивный саморазогрев за счет экзотермического эффекта реакций окисления (тепловой взрыв).
α =0, 90 В условиях двигателя верхний предел воспламенения, например, бензино-воздушной смеси равен 0, 4 -0, 5, а нижний-1, 3 -1, 4.
Теплота сгорания углеводородов и топлив Соединение, топливо Плотность l 0, кг при 20 °С, воздуха на кг/м 3 кг топлива Теплота сгорания, низшая Бутан Изооктан Бензол Бензин Керосин Дизельное топливо 579 692 879 730 822 840 15, 48 15, 15 13, 28 14, 80 15, 00 МДж/кг 45, 8 44, 6 41, 0 44, 0 43, 2 42, 6 Мазут Метанол Этанол 980 791 795 14, 55 6, 50 9, 00 41, 1 19, 0 26, 4 МДж/м 3 26515 30900 36035 32116 35475 35800 40300 15246 20986
Условное топливо (у. т. ), имеющее теплоту сгорания 29, 33 МДж/кг. По теплоте сгорания 1 т жидкого нефтяного топлива эквивалентна 1, 4 -1, 5 т у. т. Топливо lо, кг/кг Qсм, МДж/м 3 Автомобильный бензин 14, 8 3, 45 Авиационный керосин 15, 0 3, 46 Бензол 13, 3 3, 43 Этанол 9, 0 3, 44 Метанол 6, 5 3, 40
БЕНЗИНЫ Различают нормальное и детонационное сгорание топлива. Нормальное сгорание В двигателях с принудительным зажиганием смесь паров топлива и воздуха с остаточными газами воспламеняется от электрической искры и сгорает в процессе распространения фронта пламени по всей камере сгорания. В этом процессе могут быть выделены три фазы сгорания:
1 2 3
ДЕТОНАЦИОННОЕ СГОРАНИЕ Детонацией в двигателе называют процесс очень быстрого завершения сгорание в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн распространяющихся со сверхзвуковой скоростью Внешние проявления детонации — это звонкие металлические стуки, образующиеся в результате многократного отражения ударных волн от стенок камер сгорания. При длительной работе с детонацией двигатель перегревается, увеличивается износ цилиндро-поршневой группы, а отдельные детали камер сгорания разрушаются, например обгорают кромки поршней, прокладки между блоком цилиндров и головкой блока, электроды и изоляторы свечей.
Кроме качества топлива на детонацию влияют устройство и режим работы двигателя. Детонации способствуют: Ø обогащение топливно-воздушной смеси при наддуве двигателя; Ø увеличение степени сжатия; Ø увеличение числа оборотов (и нагрузки) двигателя; Ø увеличение диаметра цилиндра; Ø снижение теплопроводности материала цилиндра и поршня; Ø снижение угла опережения зажигания.
Возможность детонации в двигателе в значительной степени определяется химическим составом применяемого топлива. Для бензинов нефтяного происхождения — в первую очередь от их углеводородного состава. Стойкость углеводородов к химическим изменениям в паровой фазе в условиях камеры сгорания называется детонационной стойкостью. Мерой детонационной стойкости бензинов является их октановое число. Октановое число численно равно содержанию изооктана (выраженному в об. %) в эталонной смеси с гептаном, которая по детонационной стойкости в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя эквивалентна испытуемому бензину.
В качестве эталонных углеводородов приняты: - изооктан (2, 2, 4 -триметилпентан) 100 единиц - н-гептан 0 единиц. Определение октановых чисел на установке УИТ-65 (85, 85 М) ведут при двух режимах в жестком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 900 об/мин (метод принято называть моторным) и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 600 об/мин (исследовательский метод). Октановое число бензина, найденное по исследовательскому методу, обычно несколько выше октанового числа, определенного моторным методом.
Требования к детонационной стойкости бензинов Наибольшее влияние на детонационную стойкость применяемых бензинов оказывают степень сжатия и диаметр цилиндра. С повышением степени сжатия резко возрастает температура, при которой протекают предпламенные реакции, а с увеличением диаметра цилиндра длительность пребывания последних порций топлива в камере сгорания становится больше. Найдена эмпирическая зависимость между октановым числом топлива, необходимым для бездетонационной работы двигателя, степенью сжатия и диаметром цилиндра: ОЧТР = 125, 4 – 413/ + 0, 183 D
С повышением степени сжатия двигателей автомобилей улучшаются их технико-экономические и эксплуатационные показатели.
Детонационная стойкость и характеристика узких фракций бензина каталитического риформинга жесткого режима (оч 98 по ИМ) Октановое число Выход фракции, % Содержание ароматичeских углеводородов % НК— 62 17, 7 62— 80 Пределы выкипания фракции, °С ИМ ММ 0 82, 4 81, 0 12, 0 15 65, 5 63, 4 80— 90 3, 5 23 62, 5 61, 4 90— 100 6, 2 31 63, 8 62, 8 100— 120 14, 1 77 97, 6 86, 6 120— 130 3, 3 80 103, 1 89, 3 130— 140 15, 0 94 106, 9 101, 8 140— 150 3, 0 95 104, 4 100, 0 150— 160 6, 2 96 106, 0 98, 4 160— 170 5, 5 98 107, 7 101, 2 170— 180 3, 5 98 106, 0 100, 0 180— 240 3, 5 98 106, 0 92, 5 Остаток и потери 6, 5
Пути повышения детонационной стойкости бензинов 1) использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. 2) широкое использование высокооктановых компонентов, вовлекаемых в товарные бензины. 3) применение антидетонационных присадок.
Антидетонационные свойства бензинов, термическими и каталитическими процессами полученных Октановое число ИМ ММ Чувствительность бензина Термический крекинг мазута 71, 2 64, 2 7, 0 Каталитический крекинг легкого дистиллятного сырья 82, 6 74, 9 7, 7 Термический крекинг полугудрона 75, 6 68, 5 7, 1 Замедленное коксование гудрона 68, 2 62, 4 5. 8 из ромашкинской нефти 83, 8 76, 2 7, 6 из туймазинской нефти 87, 0 77, 8 9, 2 Гидрокрекинг 75, 0 71, 0 4, 0 платформинг мягкого режима 83, 6 77, 0 6, 7 платформинг жесткого режима 96, 6 86, 0 10, 6 Способы получения бензина и сырье Каталитический крекинг тяжелого дистиллятного сырья Каталитический риформинг
Антидетонационные свойства высокооктановых компонентов бензинов Октановое число Компонент Бутановая фракция Изобутановая фракция Изопентановая фракция Пентан пентеновая фракция Газовый бензин (33 -103°С) Диизобутилен (изооктилен) Полимербензин Алкилат Алкилбензин (широкая фракция алкилата) Толуол Пиробензол Алкилбензол Изооктан технический Продукты изомеризации фракции C 5—С 6 (изомеризат) ИМ ММ Чувствительность бензина 94 101 93 90 89 100 92 89 97 90 87 86 88 85 90 5 4 3 3 3 12 15 2 90— 94 88— 92 2— 4 115 102 107 100 103 88 100 12 14 7 0 81— 87 79— 85 2— 4
Применение антидетонационных присадок и кислородсодержащих компонентов - Тетраэтилсвинец, - Тетраметилсвинец, - Циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ), - Метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ), - Ферроцен, - Анилин, - N-Метиланилин, - Оксигенаты (спирты, эфиры).
Характеристика кислородсодержащих соединений и топлив Свойство Метанол Этанол Изопропанол трет. Бутанол Метил-трет -бутиловый -пентиловый эфир Бензины Октановое число ИМ ММ 114 111 106 113 117 112 90 -98 95 94 99 110 101 99 80 -88 Октановое число смешения ИМ ММ 130 120 - 108 115 111 - 103 106 - 98 104 100 - Плотность, кг/м 3 796 794 789 791 746 770 720 -780 35 16 13 14 61 22 75 65 78 82 83 55 86 20 -200 1. 4 0, 6 0, 02 Давление насы щенных паров, к. Па Температура кипе ния, °С Растворимость воды, % Стехиометрическое отношение воз дух/топливо Теплота сгорания, МДж/кг Неограниченная 6, 5 9, 0 10, 3 11, 1 11, 7 11, 9 14, 7 19, 95 27, 72 30, 37 32, 77 35, 16 37, 68 42, 70
Склонность бензинов к калильному зажиганию В результате осуществляемых усовершенствований двигателей тепловой режим их повышается. Рабочая смесь в камере сгорания в конце такта сжатия становится более подготовленной к воспламенению. Создаются условия для самопроизвольного, неуправляемого, воспламенения рабочей смеси независимо от времени подачи искры на свечи зажигания. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название поверхностного воспламенения или калильного зажигания. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапана, свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара и т. п.
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
4 3 2 1 1 2 3
Определение воспламеняемости дизельных топлив проводят на установке ИТ 9 -3 (ИТД-90). Метод заключается в сравнении испытуемого образца топлива с эталонными топливами, воспламеняемость которых известна. В качестве эталонных топлив применяют два индивидуальных углеводородам цетан (н-гексадекан С 16 Н 34) и а-метилнафталин (С 11 Н 10). Цетан имеет малый период задержки самовоспламенения и его воспламеняемость принята за 100 единиц, а а-метилнафталин имеет большой период задержки и его воспламеняемость принята за 0. Смеси цетана с аметилнафталином в различных соотношениях обладают разной воспламеняемостью.
Цетановое число топлива (ЦЧ) определяет скорость химических процессов подготовки смеси к воспламенению и поэтому характеризует только одну из составляющих общего периода задержки воспламенения - тхим. При испытаниях разных топлив на одном и том же двигателе, когда тфиз остается постоянной величиной, с увеличением цетанового числа топлив сокращается период задержки воспламенения и уменьшается скорость нарастания давления в цилиндре двигателя.
Зависимость периода задержки воспламенения скорости нарастания давления и удельного расхода топлива в двигателе от цетанового числа топлива
Цетановое число 55 50 45 40 35 30 20 25 30 35 Содержание ароматических углеводородов, мас. %
Цетановое число 80 64 48 32 16 200 250 300 350 400 450 Пределы выкипания, о. С 500
Дизельный индекс 20 30 40 50 62 70 80 Цетановое число 30 35 40 45 55 60 80 ЦЧ=60—ОЧ/2
Изменение цетанового числа 30 20 10 0 0 1 2 3 Содержание присадки, мас. % пероксид ацетона, изопентилнитрат, этилнитрат 4
Время пуска, с 15 10 5 0 40 42 44 46 Цетановое число 48 50
Время пуска, с 100 52 80 60 50 40 20 40 47, 5 0 200 225 250 275 300 Температура выкипания 50% топлива, о. С
РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА Скорость газовоздушного потока в двигателе, достигает 60 -100 м/с, а скорость распространения пламени в условиях камеры сгорания только 40 м/с. Наибольшая скорость характерна для смеси топлива с воздухом у которых =0, 8 -1, 0.
5 4 6 8 2 1 3 9 7 1 - воздушный канал; 2 - канал для вторичного воздуха; 3 - форсунка с завихрителем; 4 - перфорированная тарелка; 5 - перфорированный конус; 6 - цилиндрический участок жаровой трубы; 7 - жаровая труба; 8 - кожух; 9 - конический участок жаровой трубы.
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Нарушения в процессе подачи топлива возможны с изменением следующих показателей его качества: -увеличением вязкости, -образованием в топливе кристаллов льда и углеводородов, -загрязнением механическими примесями, смолистыми веществами и другими примесями, - испарением части топлива в системе подачи.
Влияние вязкости топлив на их прокачиваемость. Р = Рср + Ртр + Ррег + Рфл + Рфр где Рср - давление среды, в которую подается топливо; Ртр, Ррег, Рфл, Рфр - гидравлические сопротивления трубопроводов, топливо-регулирующей аппаратуры, фильтров и форсунок соответственно.
Вязкость нефтяных жидких топлив при различных температурах Топливо 20°С Вязкость динамическая, м. Па*с -10°С -20°С -30°С -40°С -50°С -60 °С Бензин автомобильный 0, 6 0, 8 0, 9 1, 1 1, 4 1, 8 2, 2 2, 7 авиационный 0, 5 0, 7 0, 8 1, 0 1, 2 1, 4 1, 7 2, 0 1, 5 2, 2 2, 7 3, 6 5, 0 7, 3 11, 5 - 3, 3 5, 8 8, 3 12, 5 20, 6 38, 3 87, 3 - быстроходных зимнее 3 7 12 22 36 55 250 500 быстроходных летнее 4 11 20 50 300 710 1100 3800 средне- и малооборотных Топливо азотурбинное г для судовых и стационарных энергетических установок Мазуты флотский 26 123 1030 - - - 812 88 910 - - - 100 7240 32000 5, 5*106 - - 170 32600 232000 2, 26*188 - - РТ дозвуковых самолетов сверхзвуковых самолетов Топливо для дизелей топочный
Зависимость гидравлического сопротивления трубопровода (длиной 25 м и диаметром 0, 005 м) при перекачке разных топлив от температуры Гидравлическое сопротивление, к. Па 140 120 4 5 100 80 60 1 - бензин; 2 - реактивное топливо ТС-1; 3 - реактивное топливо Т-1; 4 - дизельное топливо арктическое; 5 - дизельное топливо летнее. 3 40 20 2 1 0 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 Температура, о. С 0 10
Образование в топливах кристаллов углеводородов Температуру, при которой из топлива выпадают твердые углеводороды, называют температурой начала кристаллизации, или температурой помутнения. Температуру, при которой топливо теряет подвижность, называют температурой застывания. Температуру, при которой топливо фильтруется через стандартный фильтр более 60 с, называют температурой предельной фильтруемости.
Растворимость воды в топливах и выпадение кристаллов льда Содержание воды, мас. % 0. 024 0. 02 0. 016 0. 012 0. 008 0. 004 0 -40 -30 -20 -10 0 10 Температура, о. С 20 30 Зависимость растворимости воды в топливе ТС-1 от температуры
Зависимость растворимости воды в топливе ТС-1 от температуры Содержание воды, мас. % 0. 01 0. 008 1 0. 006 3 0. 004 2 0. 002 0 0 5 10 15 Длительность насыщения, мин 1 - насыщение из воздуха при =95%; 2 - то же, при =30%; 3 -насыщение из водяной «подушки» . 20
Влияние загрязнении и механических примесей Основные компоненты механических примесей в топливах - оксиды кремния, алюминия, железа и в значительно меньшем количестве соединения кальция, магния, натрия и других элементов. В дорожной пыли, которая часто попадает в топливо, содержится от 50 до 95% кварца, твердость которого больше твердости конструкционных материалов деталей двигателей
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА 160 Вязкость, мм 2/с 120 80 40 0 20 0 -20 Температура , о. С -40 -60
Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив достигают следующими способами. 1. Удаление из состава топлива высокоплавких алканов нормального строения. 2. Перевод алканов нормального строения в изостроение. 3. Добавление в дизельные топлива присадок, названных депрессорными.
Дизельное топливо + 0, 05% присадки Температура, °С помутнения застывания фильтруемости Топливо № 1 - 10 - 14 - 10 То же + присадка - 11 - 37 - 21 Топливо № 2 - 22 - 35 - 30 То же + присадка - 22 - 44 - 40 Топливо № 3 - 6 - 13 - 8 То же + присадка - 6 - 28 - 20
РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА Вязкость, мм 2/с 40 30 3 20 1 10 2 0 -60 -20 20 Температура, о. С 60 Зависимость вязкости реактивных топлив от температуры: 1 - топливо Т-1; 2 - топливо ТС-1; 3 - топливо Т-6.
При фильтровании топлив, как на земле, так и в полете возможны нарушения в прокачиваемости из-за: 1. Выпадения кристаллов льда и углеводородов, 2. Чрезмерного загрязнения топлив механическими примесями, 3. Образования паровых пробок в системе питания самолета.
10 10 2 Температура, о. С 1 -10 3 -30 2 -50 -10 -30 4 -50 5 -70 3 5 -70 0 1 2 3 4 Длительность полета, ч 5 0 1 2 3 4 Длительность полета, ч Изменение температуры топлива в полете самолета «Комета IV» (а) и самолета «Боинг-707» (б): 1, 2, 3 - температуры топлива в трубопроводе, в наружном баке и во внутреннем баке соответственно; 4 - температура воздуха около бака; 5 - температура наружного воздуха. 5
100 Хладотекучесть, V/V 80 60 40 20 0 -45 -50 -55 -60 -65 -70 Температура, о. С Зависимость хладотекучести топлива Т-1 от температуры при разных размерах ячеек сетки о-50 мкм; • -100 мкм.
Распределение н-алканов в реактивном, топливе РТ с разной температурой начала кристаллизации Относительное содержание налканов, % 30 25 20 -60 15 -50 -40 10 5 0 С 8 С 9 С 10 С 11 С 12 С 13 С 14 С 15 С 16 С 17
Образование кристаллов льда В отечественной авиации широко применяют : - этилцеллозольв (жидкость «И» ), - тетрагидрофурфуриловый спирт (ТГФ). Растворимость воды в реактивном топливе (в %) Топливо ТС-1 без присадки ТС-1 +0, 3% жидкости «И» При +20 °С 0, 0068 При -20 °С 0, 0021 0, 0148 0, 0074
Образование паровоздушных пробок Предельно допустимое соотношение объемов паровой и жидкой фаз Vп: Vж не должно превышать двух; при Vп: Vж>2 образуются паровые пробки. Влияние загрязнений и механических примесей Содержание примесей в топливах, находящихся в баках самолетов, может достигать 25 -30 г/т, а размер их частиц до 20 -30 мкм. Содержание загрязнений в реактивном топливе при заправке самолета не должно быть более 0, 0002%. При этом за ресурс работы двигателя с топливом поступает более 30 кг твердых загрязнений.
СТАБИЛЬНОСТЬ ТОПЛИВ И ИХ СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
Стойкость к воздействию плесени и грибков Химическая стабильность Стойкость к воздействию бактерий Склонность к хим. изменениям при повышенных температурах применения Физическая стабильность Склонность к хим. изменениям при обычных температурах транспортировки, хранения Склонность не расслаиваться и не образовывать осадков при смешении Склонность к изменению свойств за счет испарения Стабильность топлив Микробиологическая стойкость
ФИЗИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ Потери автомобильного бензина в средней климатической зоне при хранении в течение одного месяца Тип резервуара Потери, кг/т осенне-зимний весенне-летний период Наземный металлический емкостью 2000 м 3 0, 75 1, 75 Заглубленный металлический емкостью 2000 м 3 0, 36 0, 90 0, 35 0, 80 0, 45 1, 00 0, 22 0, 45 То же, с газовой обвязкой Наземный металлический емкостью 3000 м 3 То же, с плавающей крышей
Потери топлив в средней климатической зоне при хранении в течение одного года в наземном металлическом резервуаре Топливо Автомобильные бензины Авиационные бензины и другие нефтепродукты с tн. к. <=100°С Керосиновые фракции для технических целей и другие нефтепродукты с tн. к. =100 -150°С Потери, кг/т осенне-зимний весенне-летний период 2, 70 3, 05 2, 40 2, 70 0, 52 0, 60 Авиационные керосины и другие нефтепродукты с tн. к. =150 -180°С 0, 22 0, 27 Топлива дизельные и другие нефтепродукты с tн. к. >180°С 0, 12
Для снижения потерь топлив от дыхания резервуаров принимают следующие меры. 1. Уменьшение газового пространства в резервуаре сокращает потери от малых дыханий. - полное заполнение резервуара; - применение плавающих крыш, понтонов, плавающих экранов, слоя пластмассовых микрошариков, пены особого состава и т. д. 2. Сокращение амплитуды колебания температуры газового пространства уменьшает потери от испарения. - затенение лиственными деревьями, - окраска светлыми красками, - устройство различного рода экранов, - охлаждение водой, - заглубление и др. 3. Сооружение специальной системы улавливания паров с помощью газовой обвязки резервуаров, установка на резервуарах специальных конденсаторов-холодильников и т. д.
ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ Общая схема окисления в соответствии с современными взглядами включает следующие элементарные стадии: - зарождение цепи, - развитие цепи, - разветвление цепи, - обрыв цепи. Зарождение цепи начинается с возникновения первичных свободных радикалов: 2 RH 2 R +Н 2
R +О 2 ROO +R'H ROOH+R' ROOH RO + НО 2 RОOH ROO + RO + Н 2 О
R +R R—R R +ROO ROOR 2 ROO Молекулярные соединения
Поглощение кислорода Зависимость скорости окисления углеводородов (поглощение кислорода) от времени Время
БЕНЗИНЫ Химическая стабильность. Для автомобильных бензинов химическая стабильность при хранении имеет важное эксплуатационное значение. Это связано с тем, что, во-первых, бензины приходится иногда хранить длительное время и, вовторых, для их приготовления используют компоненты вторичного происхождения, значительно различающиеся по химической стабильности. Окисление бензина вначале протекает крайне медленно и лишь после определенного промежутка времени скорость его возрастает. Период, в течение которого скорость процесса мала (поглощения кислорода практически не наблюдается), называют индукционным периодом окисления: чем больше индукционный период окисления бензина, тем он стабильнее.
Давление Определение индукционного периода при хранении в атмосферных условиях - процесс длительный, поэтому в лабораторных условиях окисление ускоряют за счет повышения температуры, обычно до 100 °С. Чтобы избежать испарения бензина при столь высокой температуре, процесс ведут под давлением кислорода в специальной металлической бомбе, фиксируя по манометру начало снижения давления в бомбе. Время от начала опыта до начала поглощения кислорода принимают за индукционный период. 0 200 400 600 800 1000 Время, мин
Повышение химической стабильности продуктов переработки нефти, в том числе и бензиновых дистиллятов, достигается в промышленности двумя способами. 1. Очистка нестабильных дистиллятов. Самая перспективная из процессов очистки - гидроочистка позволяет, кроме повышения стабильности, уменьшить содержание сернистых соединений. 2. Эффективным и экономичным способом повышения химической стабильности бензиновых фракций является второе направление - введение специальных антиокислительных присадок.
Эффективность антиокислителей в неэтилированном автомобильном бензине. - Концентрация антиокислителя, % - Древесносмольный 0, 065 580 ФЧ-16 0, 065 615 Ионол 0, 030 705 п Оксидифениламин 0, 010 785 Антиокислитель Индукционный период, мин 285
Склонность к нагарообразованию. Смесь бензина с воздухом полностью в камерах сгорания двигателя не сгорает. Некоторые продукты окислительных превращений углеводородов и гетероорганических примесей способны отлагаться на стенках камер сгорания. Здесь под действием высоких температур они превращаются в твердые, трудно удаляемые отложения, называемые «нагаром» . Нагар имеет очень малую теплопроводность, близкую к теплопроводности асбеста, поэтому охлаждение камер сгорания ухудшается и создаются условия, облегчающие возникновение детонации. Тлеющие частички нагара могут быть источником неуправляемого воспламенения смеси. Образование нагара снижает надежность работы двигателя, сокращает срок службы и экономичность, увеличивает эксплуатационные расходы. Склонность бензина к нагарообразованию зависит в основном от содержания и состава присутствующих в нем ароматических углеводородов и соединений серы. Другие характеристики бензина имеют второстепенное значение.
С увеличением содержания ароматических углеводородов склонность бензина к нагарообразованию возрастает. Но ароматические углеводороды имеют высокую детонационную стойкость, и поэтому их присутствие в бензинах желательно. С увеличением молекулярной массы ароматических углеводородов их склонность к нагарообразованию, как правило, возрастает. Сернистые соединения, присутствующие в бензинах, участвуют в нагарообразовании. Прямые испытания бензинов показали, что чем больше серы в бензине, тем значительнее нагарообразование в двигателе: Содержание серы в бензине, % 0, 046 0, 100 0, 200 0, 367 Масса нагара в двигателе, г 1, 90 2, 93 4, 26 5, 67
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА Дизельные топлива непосредственно перед впрыском в цилиндр двигателя могут подвергаться нагреву до 150 -180 °С, а в некоторых конструкциях дизелей и до более высоких температур. Окисление топлива при столь высоких температурах может сопровождаться образованием твердых осадков в топливе и смолистых отложений на деталях форсунок. Результаты оценки термической стабильности дизельных топлив по массе образовавшегося осадка и изменению кислотности за 5 ч окисления при 150 °С следующие: Номер образца 1 2 3 4 5 6 Масса осадка, мг/100 см 3 23 43 110 63 340 78 Увеличение кислотности, мг 12 16 14 39 41 20 KОН/100 мл
Склонность к нагарообразованию Содержание серы, % в топливе 0, 08 1, 50 в нагаре 1, 0 9, 0 Плотность нагара, г/см 3 0, 03 0, 50 Среди сернистых соединений, присутствующих в дизельных топливах наибольшее влияние на нагарообразование оказывают меркаптаны. Удаление меркаптанов из сернистого дизельного топлива приводит к тому, что в 2 -5 раз уменьшается толщина лаковых пленок на иглах, а температура начала осмоления игл распылителей форсунок повышается на 25 -30 °С.
РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА Изменение содержания гидропероксидов, кислот и адсорбционных смол при хранении топлива РТ Длительность хранения при 60 °С, ч Содержание в топливе без ионола Содержание в топливе с ионолом гидропеадсорбкислот, рокси-дов, 4 ционных роксидов, ционных 10 моль/л 104 моль/л смол, г/л Исходное 0, 88 0, 84 0, 13 292 588 872 1165 10, 80 48, 25 87, 50 142, 00 0, 89 1, 34 1, 60 4, 60 0, 43 0, 64 3, 10 5, 95 1, 30 1, 80 5, 00 6, 25 0, 48 0, 68 0, 75 0, 79 0, 15 0, 20
Термоокислительная стабильность масса осадка, мг/100 мл 14 T 5 12 10 T 1 8 6 TC 1 4 T 2 2 0 100 130 160 Температура, о. С 190 220 Зависимость массы осадка в реактивных топливах от температуры
масса осадка, мг/100 мл 16. 00 1 2 12. 00 3 8. 00 4 5 0. 00 0. 10 0. 20 0. 30 0. 40 0. 50 Соотношение поверхности металла к объему топлива, см 2/см 3 Изменение массы осадка в топливе ТС-1 при окислении (150°С) в присутствии металлов и сплавов: 1 - медь, 2 - бронза; 3 - латунь Л-68; 4 - дюралюминий Д 1, 5 - сталь 12 ХНЗА.
Влияние газовой среды на образование в топливах нерастворимых осадков Масса осадка в топливе, мг/100 мл ТС-1 Температура, °С в воздухе Т-1 Т 2 в азоте в воздухе в азоте 125 3, 2 0, 7 3, 8 0, 6 2, 0 0, 2 150 13, 7 1, 2 14, 0 1, 4 9, 1 0, 2 200 6, 3 0, 8 7, 0 0, 9 3, 4 0, 2 250 4, 3 0, 4 5, 2 0, 6 1, 9 0, 1
Склонность к образованию отложений При сгорании топлива ТС-1 на форсунках образуется нагар, содержащий: 86 -92% углерода, 4 -10% кислорода, 2 - 5% водорода, 0, 7 -1, 8% зольных (несгораемых) элементов. В золе содержится железо, кремний, кальций, алюминий, цинк, натрий, медь, никель и другие элементы. Топливо Масса нагара за 1 ч, г Т-2 2, 5 -3, 0 ТС-1 2, 0 -4, 5 Т 1 3, 0 -7, 0 РТ 2, 5 -4, 5 Т 8 2, 0 -6, 0 Т 6 4, 2 -7, 0
БИОЛОГИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ Для борьбы с микроорганизмами используют: - бактерицидные присадки к топливам, - обработку топлива электромагнитным излучением, - фильтрование топлива через бактерицидные фильтры - другие способы.
КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
- химическая коррозия; - электрохимическая коррозия. М+e- М+ + е 4 М+e- +4 Н 2 О 4 М+∙ 4 Н 2 О + 4 е-
на аноде Fe 0 Fe 2+ + 2 е Fe 2+ + 2 OН- Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + О 2 + 2 H 2 O 4 Fе(ОН)3 на катоде H++e Н 0+ Н 0 Н 2 Н 0+ Н 0 +0, 5 O 2 Н 2 О 2 e+0, 5 O 2+ Н 2 О 2 OН-
Коррозионная активность топлив обусловлена наличием : 1. Водорастворимых кислот и щелочей, 2. Кислородных соединений, 3. Сернистых соединений.
Водорастворимые кислоты и щелочи являются, как правило, случайными примесями в топливе. В соответствии с техническими условиями водная вытяжка из топлив должна иметь нейтральную реакцию. Содержание кислородных соединений в товарных топливах ограничивается нормой на кислотность.
Наиболее активны сероводород, свободная сера и меркаптаны - соединения с «активной» серы. Сероводородная коррозия с образованием сульфидов особенно опасна для цинка, меди, железа, латуни. Сера действует на медь, а при небольшом повышении температуры и на железо. Меркаптаны взаимодействуют почти со всеми металлами, при этом получаются меркаптиды.
С увеличением общего содержания серы в топливе износы деталей двигателей возрастают. В результате износа ухудшаются мощностные и экономические показатели двигателей. Кроме того, с повышением содержания серы увеличиваются кислотность масла, содержание золы и осадка, что приводит к сокращению сроков его службы. В технических условиях на качество топлив предусмотрена оценка коррозионной активности - проба на медную пластинку. Это - довольно чувствительная оценка на содержание в топливах сероводорода и свободной серы. При отрицательной пробе содержание сероводорода не превышает 0, 0003%, а свободной серы— 0, 0015%. В таких концентрациях указанные соединения практически мало влияют на коррозионную активность топлив.
Меркаптаны могут присутствовать в значительном количестве даже в тех топливах, которые дают отрицательную пробу на медную пластинку. Содержание так называемой «меркаптановой» серы в товарных бензинах не должно превышать 0, 01%, . Большинство бензинов, выдерживающих пробу на медную пластинку, удовлетворяют этому требованию. Их применение в обычных климатических условиях, как правило, не сопровождается заметной коррозией тары, топливопроводов, арматуры и т. п.
Общее содержание углеродсодержащих примесей в дизельных топливах в 3 -5 раз больше, чем в автомобильных бензинах.
4 Потеря массы, г/м 2 3 2 1 0 -1 -2 0 6 12 18 24 30 36 Длительность хранения, мес содержание серы, мас. %, 0, 2 0, 9 1, 25 42
Износ, г/м 2 0. 15 0. 1 0. 05 0 0 4 8 12 16 Длительность работы, ч 20 24 малосернистое, сернистое без меркаптанов, сернистое + 0, 025 мас. % меркаптанов.
КОРРОЗИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ ПРОДУКТАМИ СГОРАНИЯ Все сернистые соединения, содержащиеся в топливах, при сгорании образуют оксиды серы SO 2 и SO 3. Эти газообразные продукты при высокой температуре корродируют металлы в газовой фазе, а при низких температурах легко растворяются в капельках воды, конденсирующихся из продуктов сгорания, с образованием сернистой или серной кислот.
Износ за 1000 км пробега, мкм 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0. 4 0. 8 Содержание серы, мас. % 1. 2
Содержание Износ цилиндра в серы в компрессионных верхнем поясе, мкм топливе, % поршневых колец, г Стендовые испытания, 550 ч 0, 12 12 0, 34 0, 35 19 0, 57 0, 66 40 Дорожные испытания, пробег 26 000 км 0, 12 1, 37 76 0, 57 1, 60 147 1, 30 5, 20 343
Износ, г Fe 4 3 2 1 0 0 50 100 Длительность работы, ч 150 Масло нейтральное щелочность 3, 3 мг KOH/г, щелочность 6, 0 мг KOH/г.
Зависимость коррозии в камере сгорания от температуры корродируемой поверхности 2 Коррозия 1 tопт Температура 1 — область низкотемпературной коррозии; 2 — область высокотемпературной коррозии
Действие специальных антикоррозионных присадок, снижающих коррозионную активность нефтепродуктов, может быть различно: - химическое взаимодействие присадки с металлом и образование на его поверхности защитной пленки (ингибиторы хемосорбционного действия); - образование на металле защитной пленки вследствие адсорбции полярных групп поверхностно-активных веществ (ингибиторы адсорбционного действия); - нейтрализация кислотных агрессивных продуктов (ингибиторы нейтрализующего действия). В качестве антикоррозионных присадок находят применение многие соединения: нитрованные масла, зольные и беззольные сульфонаты, эфиры алкенилянтарных кислот, соли нитробензойных кислот, аминопроизводные и другие вещества.
Сульфид никеля дает эвтектический сплав с никелем с температурой плавления 650 °С
Состав отстоя в реактивном топливе в присутствии антиводокристаллизующей (АВК) присадки Содержание в отстое, % об. Образец топлива воды АВК присадки № 1 3, 4 37, 6 59, 0 № 2 1, 2 11, 1 № 3 2, 7 47, 1 Содержание в отстое, % об. Образец топлива воды АВК присадки № 4 4, 2 58, 8 36, 4 87, 7 № 5 1, 3 21, 2 77, 5 50, 2 № 6 1, 1 23, 0 75, 9
ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Коррозионная активность и защитная способность топлив Коррозионная активность (в отсутствие влаги), г/м 2 Защитная способность (в присутствии влаги), г/м 2 Исходное № 1 0, 3 2, 9 То же, после гидроочистки 0, 1 10, 1 Исходное № 2 0, 6 1, 4 То же, после гидроочистки 0, 2 6, 3 Исходное № 3 0, 8 3, 5 То же, после адсорбционной очистки 0, 1 8, 2 Топливо
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА Коррозия в морской воде, г/м 2 Образец топлива Ст. 3 Сталь 45 бронза Коррозия в пресной воде. г/м 2 Ст. 3 Сталь 45 бронза № 1 35, 8 31, 8 3, 2 0, 9 1, 8 0, 8 № 2 4, 1 1, 2 2, 2 0, 9 1, 0 1, 8 № 3 1, 7 0, 6 1, 9 0, 5 0, 4 2, 3 № 4 47, 1 34, 0 8, 8 1, 7 4, 5 1, 1
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Интенсивность износа трущихся деталей при контакте с топливом определяется конструктивными и эксплуатационными особенностями топливных систем и свойствами применяемых топлив. Конструктивные факторы: - металлы и сплавы, из которых изготовлены трущиеся детали, - чистота обработки их поверхностей, - величина и характер нагрузок и др. Эксплуатационные факторы: - температурный режим работы деталей, - степень нагрева топлива и др.
Противоизносные свойства топлив зависят от: - вязкости, - характера изменения вязкости с температурой, - наличия в топливах поверхностно-активных веществ. В качестве противоизносных присадок применяют: - органические жирные кислоты, - амины, - фенолы, - аминофенолы и их производные, - азот-, серо-, фосфор- и хлорсодержащие соединения.
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ Показатель № 1 Содержание серы, % общей меркаптановой Вязкость при 20°С, мм 2 с Кислотность, мг КОН/100 мл Противоизносные свойства диаметр пятна износа, мм критическая нагрузка, Н Образец топлива № 2 № 3 № 4 0, 14 0, 0004 0, 15 0, 0033 0, 88 1, 50 0, 0086 0, 0100 5, 21 1, 4 5, 26 1, 4 5, 33 1, 6 5, 48 1, 6 0, 75 550 1, 05 550 1, 11 550 1, 29 550
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ Оценивают противоизносные свойства реактивных топлив по специальному показателю противоизносных свойств К, который вычисляют по следующей формуле: К=(рикр/рэкр)*(Иэ/Ии)*100 где К — показатель противоизносных свойств, %; рэкр и рикр — критическая нагрузка начала схватывания в эталонном и в испытуемом топливах, Н; Иэ и Ии — износ металла в эталонном и испытуемом топливах, мм.
114. 2 Показатель К, % 120 100 80 60 40 20 0 83. 2 71 63 45. 7 2 3 4 43. 8 5 6 7 0. 45 1 45. 4 0. 47 5 6 0. 6 Износ, мм 0. 5 0. 4 0. 25 0. 3 0. 29 3 4 0. 52 0. 1 0. 05 0 1 2 7 1 - хабаровский; 2 - ангарский; 3 - грозненский; 4 - омский (шаимская нефть); 5 - новополоцкий; 6 - омский (тюменская нефть); 7 - рязанский.
1. 56 1. 55 1. 17 1 E 00 0 01 00 00 -0 5 3 E 7. Концентрация присадки "К" 195 190 145 150 73 199 71 00 50 Концентрация присадки "К" Образец № 1 Образец № 2 00 01 000 E- 00 05 00 7. 3 E -0 5 00 0 износа, % 200 100 0. 95 05 0. 96 0 Износ, мм 1. 6 1. 4 1. 2 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 191
ОХЛАЖДАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ
Для того чтобы топливо могло служить эффективным теплоносителем, к нему предъявляют специфические требования: 1) температура начала кипения должна быть выше температуры возможного нагрева топлива на выходе из теплообменников; 2) высокая термическая стабильность и неспособность окисляться при температурах нагрева в теплообменниках; 3) высокая теплоемкость; 4) высокая теплопроводность, которая обусловливает скорость протекания процесса теплоотдачи.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Токсичность нефтепродуктов. Токсичностью (или ядовитостью) называют способность нефтепродуктов вызывать нарушение жизнедеятельности живых организмов. Под ПДК жилой зоны понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Токсичные вещества делятся на 4 класса: 1 - Чрезвычайно опасные. 2 - Высокоопасные. 3 - Умеренно опасные. 4 - Малоопасные. Углеводородные топлива и добавки применяемые при их производстве как правило относятся к 3 или 4 классу.
Вещество Класс опасности ПДК В воздухе раб. зоны, жил. зоны, мг/м 3 В воде, мг/л Бензин неэтил 4 100 0, 05 0, 1 Керосин 4 300 5, 0 0, 01 Нефть 3 10 - - Метанол 3 5 1, 0 3, 0 Этанол 4 1000 5, 0 - Толуол 3 50 0, 6 0, 5 Ксилол 3 50 0, 2 0, 05
Токсичные компоненты, выделяемые в процессе работы автомобильного двигателя. Компоненты отработавших газов по характеру их воздействия на человека подразделяют на - нетоксичные (азот, диоксид углерода, водяной пар), - ядовитые (окись углерода, соединения свинца), - канцерогенные (бенз( )пирен), - раздражающие (окислы азота, серные соединения, альдегиды) - загрязняющие (сажа).
Состав отработавших газов двигателей Содержание, об. % Компоненты Азот Кислород Водяной пар Двуокись углерода Окислы азота Альдегиды (акролеин) Углеводороды Сернистый газ Сажа Бензпирен Двигатели с искровым зажиганием Дизельные двигатели Нетоксичные: 74– 77 0, 3– 8 3– 5, 5 5– 12 Токсичные: 1– 10 0– 0, 8 0, 02– 0, 5 0, 001– 0, 4 0– 0, 009 0, 2– 3, 0 0, 002– 0, 2 0– 0, 05 г/м 3 до 0, 02 мг/м 3 0, 01– 0, 5 0– 0, 03 0, 01– 1, 5 г/м 3 до 0, 01 мг/м 3 76– 78 2– 18 0, 5– 4 1– 10
Вещество Класс опасности ПДК В воздухе раб. В воздухе жил. зоны, мг/м 3 СО 3 20 3, 0 NO 2 2 5 0, 085 Соединения свинца 1 0, 01 Серная кислота 2 1 0, 3 Бенз( )пирен 1 0, 00015 0, 00001
Окись углерода (монооксид углерода, угарный газ – СО) вызывает кислородное голодание организма, поражение центральной нервной системы. Острые отравления окисью углерода могут вызвать головную боль, паралич, кровоизлияние в сетчатку глаза (частичную слепоту), инфаркт миокарда, потерю сознания и даже привести к смертельному исходу. Окислы азота (в бензиновых двигателях 95% окислов азота находится в виде NO, небольшое количество – в виде NO 2 и N 2 О 5), попадая в организм человека, соединяются с водой, образуя азотистосодержащие кислоты. Максимальное количество окислов азота образуется при коэффициенте избытка воздуха = 1, 05– 1, 10. Симптомы отравления проявляются в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких.
Сернистный и серный ангидриды (SO 2 и SO 3) раздражают слизистые оболочки, при больших концентрациях вызывают хрипоту, одышку и быструю потерю сознания. Отравление наступает при концентрации более 20 мг/м 3. Углеводороды, оказывают вредное воздействие на центральную нервную систему, при острых отравлениях вызывают головокружение, головную боль, тошноту, судороги, расширение зрачков, расстройство дыхания и сердечной деятельности, поражение печени и почек. Продукты неполного сгорания углеводородов – альдегиды (особенно акролеин) вызывают сильное раздражение верхних дыхательных путей и воспаление слизистых оболочек глаз.
Наибольшей токсичностью обладают продукты неполного сгорания ароматических (особенно полициклических) углеводородов. Из них наиболее опасен бенз( )пирен: аккумулируясь организмом до критических концентраций, он приводит к раковым заболеваниям. Количество продуктов неполного сгорания углеводородов в выхлопных газах тем выше, чем меньше коэффициент избытка воздуха (чем богаче смесь) и чем ниже испаряемость топлива. Сажа сама по себе нетоксична, однако на ней хорошо сорбируются продукты неполного сгорания углеводородов (особенно бенз( )пирен), превращая ее в весьма токсичное вещество.
Пожароопасность нефтепродуктов Все нефтепродукты по температуре вспышки паров делят на два класса. 1 класс нефтепродукты с температурой вспышки паров, не превышающей 61 °С в закрытом тигле, или 66 °С в открытом тигле. Сюда включают основные виды топлив для двигателей. Нефтепродукты этого класса называют легковоспламеняющимися. 2 класс нефтепродукты, температура вспышки которых выше 61 °С в закрытом тигле, или выше 66 °С в открытом. Нефтепродукты этого класса называют горючими.
Топливо Бензин автомобильный Температурa вспышки в закрытом тигле, °С -50 Топливо для быстроходных дизелей 40 -61 Топливо для тихоходных дизелей 65 -85 Мазут флотский 80 -90 Мазут топочный 90 -110
Масла Температура вспышки в открытом тигле, °С Индустриальные 120 -240 Для поршневых двигателей 190 -215 Для поршневых двигателей загущенные 165 -180 Цилиндровые тяжелые 300 -310