Температура вспышкиопределяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Для топлив, используемых в судовых энергетических установках, нормируется температура вспышки в закрытом тигле (>75—80 °С), для котельных топлив — в открытом тигле (90—100 °С); эти нормы обеспечивают безопасную работу судовых энергетических и котельных установок. Разница между температурами вспышки в открытом и закрытом тиглях составляет примерно 30 °С: [3]
Температура вспышки, °С: Мазут марки 40 Мазут марки 100
в открытом тигле 92 120
в закрытом тигле 61 93
Содержание воды, механических примесей и зольность. Эти компоненты являются нежелательными составляющими котельных топлив, так как присутствие их ухудшает экономические показатели работы котельного агрегата, увеличивает коррозию хвостовых поверхностей его нагрева. При использовании обводненного котельного топлива в судовых энергетических установках в результате попадания глобул воды на поверхности трения деталей, прецизионных пар и нарушение таким образом условий смазывающей способности топлива возможно зависание плунжеров или форсуночных игл. Как правило, вода образует с котельным топливом очень стойкие эмульсии. Большая стойкость эмульсий обусловлена высокой вязкостью мазута и наличием в нем поверхностно-активных асфальтено-смолистых стабилизаторов. С повышением температуры эмульсии разрушаются вследствие уменьшения поверхностного натяжения и вязкости.
В то же время наличие воды, равномерно распределенной по всему объему, оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства топлив. Испарение мелкодисперсных частиц воды происходит мгновенно в виде «микровзрыва», процесс сгорания протекает плавно и с достаточной полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и дымности отработавших газов. Равномерное распределение и образование воды в виде мелкодисперсных частиц обеспечивается с помощью специальных устройств: кавитаторов, смесителей.
Механические примеси засоряют фильтры и форсунки, нарушая процесс распыливания топлива. Установлены требования к содержанию механических примесей: для мазута марки 40 — не более 0,5 %, марки 100 — не более 1,0 %. Фактически топочные мазуты вырабатывают с более низким содержанием механических примесей — до 0,2 % и лишь на отдельных нефтеперерабатывающих предприятиях эти значения приближаются к установленным по ГОСТ 10585-75.
Таблица 13 — Состав золы остаточных топлив. [3]
| Топливо | Содержание в топливе, % | Содержание в золе, % | ||||||||
| S | V | зола | Na | Са | Fe | М | Мg | AI | Si | |
| Мазут марки 40 | 2,72 | 0,008 | 0,096 | 14 | 3,5 | 3,8 | 8,5 | 1,0 | 1,2 | 3,0 |
| Мазут марки 100 | 2,80 | 0,012 | 0,14 | 15 | 6,2 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 0,45 | 0,63 |
| Мазут марки Ф-5 | 2,0 | 0,0073 | 0,05 | 16 | 2,5 | 10 | 5 | 0,7 | 1,8 | 1,0 |
| Топливо ДТ | 1,5 | 0,0002 | 0,03 | 16 | 6,8 | 1,9 | 1,5 | 1,8 | 1,5 | 4,3 |
Зола, определяемая показателем зольность, характеризует наличие в топливе солей металлов. Она отлагается при сжигании топлив на поверхностях нагрева котлов и проточной части газовых турбин. Это ухудшает теплоотдачу, повышает температуру отходящих газов, снижает КПД котлов и газовых турбин.
Зольность топлив зависит, прежде всего, от содержания солей в нефти. Улучшение обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях в последние годы позволило получить обессоленные нефти с содержанием солей не более 3—5 мг/л и вырабатывать котельные топлива с лучшими показателями зольности.
С углублением переработки нефти изменяется компонентный состав мазута вследствие более полного отбора из него дизельных фракций на установках вторичной переработки нефти. В результате, в топочном мазуте увеличивается содержание асфальто-смолистых веществ. Это приводит к снижению эффективности горения и ухудшению стабильности при хранении, образованию осадков и увеличению выбросов сажи в окружающую среду. Для таких топлив целесообразно использование полифункциональной присадки, например, ВНИИНП-200. Механизм ее действия основан на разрушении структуры асфальто-смолистых веществ мазута, благодаря чему улучшается его гомогенность и физическая стабильность, улучшается качество распыливания.
2. Эксплуатационные свойства судового маловязкого и тяжелых моторных топлив
Настоящий раздел содержит краткую характеристику лабораторных методов, разработанных в ЦНИИ морского флота (г. Санкт-Петербург) и позволяющих проводить сравнительную оценку опытных и эталонных образцов судовых топлив. В нашем случае последними служили топочные мазуты марки 40 и 100, мазут экспортный М-2,0 и мазут импортный ИФО-180. [4]
2.1 Склонность к образованию отложений
Этот весьма важный эксплуатационный показатель принято оценивать по содержанию смолистых веществ, асфальтено-смолистых веществ, зольностью, термостабильностью и нагарообразованием.
Методика определения трех первых факторов известна и стандартизована, поэтому остановимся подробнее на характеристике последних свойств, которые обусловливают склонность к отложению топлив в процессе хранения и эксплуатации.
Термоокислительная стабильность разрабатываемых топлив определялась на приборе ДК-НАМИ по методике С.Г.Ткачевой [4]; после выдержки навески топлива при 100°С в течение 30 ч по известным гостированным методикам (см. раздел 1.2.1) определяются содержание нерастворимого в н-гептане осадка, асфальтенов, механических примесей и кислотное число. Далее рассчитывается изменение перечисленных выше показателей относительно контрольной пробы и проводится сопоставление с аналогичными показателями эталонных образцов.
Исследование нагароотложения опытных образцов топлив проводилось на специальном стенде по методике М.В.Селиверстова [4], состоявшей в измерении массы нагарных отложений на трубках лабораторной установки при сжигании навески топлив в течение 10 мин.
Параллельно исследование нагарообразующих свойств разрабатываемых топлив и их компонентов проводились методом дифференциального термического анализа на дериватографе ОД-102 системы Паулик-Эрдей (фирма MOM) в воздушной среде при линейной скорости нагрева 10 град/мин, в интервале температур от 20 до 1000°С.
Обработка результатов испытаний показала удовлетворительное, с учетом погрешности измерений, совпадение данных применявшихся методов.
2.2 Совместимость топлив
Данный показатель характеризует устойчивость топлива к коагуляции и расслоению при смешении с другими марками топлив в процессе хранения и эксплуатации.
Необходимые данные для определения критерия совместимости по дисперсному состоянию различных смесей топлив были получены по методике В.М.Пашуковой на оптико-электронной установке «MICROVIДЕОМАТ», подробно описанной в разделе 2.3. [4]
2.3 Коррозионная активность топлив
Надежная работа двигательной установки во многом определяется совместимостью топлива и конструкционных материалов, которую принято оценивать в случае остаточных топлив коррозионной активностью, определяемой, в свою очередь, содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, а также коррозионно-активных металлов.
Содержание серы в разрабатываемых топливах определялось по ГОСТ 1437-75, водорастворимых кислот и щелочей - ГОСТ 6307-75, металлов - ГОСТ 10364-63. [4]
Уточнение данных по ванадию и никелю проводилось методом атомно-абсорбционного анализа на спектрометре фирмы Перкин-Эльмер, модели 503.
2.4 Защитные свойства топлив
Антикоррозионные свойства оцениваются эффектом воздействия обычной и морской воды на металлы в присутствии топлива. Контроль этих свойств весьма важен, поскольку специфика хранения и эксплуатации разрабатываемых топлив, их высокая вязкость и низкие деэмульгирующие свойства создают благоприятные условия для электрохимической коррозии.
Суть квалификационных методов оценки защитных свойств состоит в оценке изменения массы металлических тел, подвергающихся воздействию пресной или морской воды.
В нашем случае использовалась методика С.Г.Ткачевой, где в качестве металлических образцов были выбраны шарики для подшипников в силу подобия их материала и точности обработки поверхности с конструкционными элементами топливной аппаратуры. Шарики последовательно выдерживались в течение часа в исследуемом топливе и 15 суток в морской воде, продукты коррозии затем удалялись 10%-ным раствором лимонной кислоты . [4]
2.5 Стабильность топлив
Для компаундированных систем, какими являются разрабатываемые нами топлива, данное качество принято оценивать временем расслаивания и выпадения второй фазы, которые определяются по выпадению осадка из топлива при центрифугировании.
Исследуемый образец при температуре 20°С помещался в поле центробежных сил (фактор разделения 2700) в бинарном растворителе изооктан-толуол, кратность разбавления продукта - 4. В качестве критерия стабильности использовался фактор устойчивости, определяемый отношением концентраций асфальтенов в слоях, отстоящих на определенном расстоянии друг от друга в направлении градиента центробежного поля.