Обработка дизельного топлива методом кавитации

 

 

Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на работу двигателя

Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу топлива в цилиндры относятся:

• Вязкость топлива;

• Температурные свойства топлива;

• Физическая и химическая стабильность топлива.

Вязкость – это показатель, определяющий прокачиваемость топлива по системе питания. Для ДТ различных марок вязкость бывает от 1,8 до 6,0 мм2/с. сели вязкость будет выше или ниже этих пределов, то работа топливоподающей аппаратуры нарушится, после чего нарушится смесеобразование и сгорание дизельного топлива.

Если вязкость ДТ – низкая, то смесеобразование ухудшается, и становится некачественным из-за неполного использования воздуха.

Если вязкость ДТ – высокая, то смесеобразование также ухудшается из-за медленного испарения крупных капель топлива, которые испаряются медленно и оседают на металле. Процесс горения нарушается. Топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование. КПД – падает.

С ростом температуры индекс вязкости топлива (ИВ) понижается, а при ее уменьшении – возрастает.

Рисунок. Изменение индекса вязкости (ИВ) дизельного топлива в зависимости от температуры.

 

Лучшими свойствами обладает топливо со средней вязкостью от 2,5 до 4,0 мм2/с при 20˚С. Это топливо сохраняет свои свойства при отрицательной температуре, т.к. текучесть его трубопровода не изменяется.

Однако, чем выше вязкость ДТ будет при 20˚С, тем значительнее его изменение будет при понижении температуры. Поэтому, в зависимости от марки топлив применение его будут определять условия. Так для:

• Летних ДТ вязкость должна быть 3,0…6,0 мм2/с;

• Зимних ДТ – 1,8…5,0 мм2/с;

• Арктических ДТ – 1,5…4,0 мм2/с.

Таким образом, вязкость ДТ в значительной степени предопределяет протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя, а следовательно, его эффективность и экономичность.

Низкотемпературные свойства ДТ.

Эти свойства зависят от:

• Группового состава;

• Фракционного состава.

Парафиновые (алканы) и ароматические (арены) – это наихудшие группы.

Цикланы – это лучшая группа.

Все углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру кристаллизации. Особенно это относится к парафиновым углеводородам. В холодную погоду они видны невооруженным глазом в виде кристалликов. Это все сковывает подвижность ДТ и образуется каркас.

Эту потерю подвижности называют застыванием ДТ. Такое топливо становится непригодным к эксплуатации.

Поэтому начало кристаллизации углеводородов характеризуется температурой помутнения, а потеря подвижности ДТ называется температурой застывания.

При температуре помутнения вязкость уменьшается незначительно. Однако, кристаллы, проникая через фильтры, образуют непроницаемую пленку и подача топлива прекращается.

Чаще всего это проявляется при пуске и проверке двигателя.

Но бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива тогда, когда еще она будет ниже на 5…10˚С от окружающего воздуха.

Температура застывания наступает тогда, когда ДТ теряет текучесть.

Установлено, что температура помутнения обычно колеблется от -7 до -13˚С, а температура застывания наступает от -12 до -19˚С.

Разница между температурой помутнения и застывания составляет от 50 до 15˚С в зависимости от химического состава топлива.

Есть показатель, который определяет температуру фильтруемости, которую определяют путем прямой фильтрации топлива при заданной температуре.

Температура предельной фильтруемости для летнего ДТ равна – 5˚С, а для зимнего ДТ – 25˚С.

Присутствие в топливе гигроскопической влаги не сказывается на температуре фильтруемости, которая повышается на 1…15%, при условии, если в ДТ есть эмульсионная вода в количестве до 0,1% от массы.

 

Физическая и химическая стабильность дизельного топлива

Под воздействием внешних факторов в ДТ протекают физические и химические процессы, т.е. происходит испарение, загрязнение механическими примесями и водой, при охлаждении выпадают высокоплавкие компоненты, а также окисление, разложение и конденсация. Кроме этого в топливо попадают пыль из атмосферы, продукты коррозии, нерастворимые вещества, образующиеся в результате окисления.

Химическая стабильность топлива зависит от его состава. Нестабильным считаются те топлива, где есть непредельные соединения (алкены) и смолы. Смолы откладываются на горячих поверхностях и мощность двигателя падает на 15…20%. Количество смол не должно превышать 5мг на 100мл топлива.

Смолы образуются в результате процессов окислительной конденсации углеводородов в зависимости от температуры и катализаторов.

Катализаторами являются металлические поверхности резервуаров, трубопроводов, оксиды и соли на этих поверхностях.

Каталитическую активность проявляют в основном металлы переменной валентности, такие как железо (Fe), хром (Cr), марганец (Mn), Кобальт (Co) и другие.

Химическую стабильность оценивают по индукционному периоду, т.е. по времени до начала окисления.

Индукционный период – это интервал времени, в течение которого топливо, находясь в специальном герметически закрытом сосуде в атмосфере чистого кислорода при 0,7МПа и 100˚С, не вступает с кислородом в химические соединения.

Как только начинается падение давления в сосуде индукционный период заканчивается. Вот поэтому по индукционному периоду судят о химической стабильности ДТ, т.е. чем продолжительнее индукционный период топлива, тем выше его химическая стабильность.

Физической стабильностью обладают стандартные дизельные топлива, в которых не содержится летучих и малорастворимых компонентов и примесей, а давление насыщенных паров при 20˚С не превышает 1кПа. Потери топлива при больших и малых «дыханиях» резервуара не превышают 1,5 кг/м3 от паровоздушного пространства.

При горении ДТ образуется нагар, который ухудшает распыл топлива из форсунок.

Наличие нагарообразования существенно зависит от состава топлива, в том числе и от фракционного, с утяжеление которого нагарообразование возрастает. В наибольшей степени нагар образуется при наличии серосодержащих соединений, алкенов, аренов и смол.

Механические примеси также снижают надежность топливной аппаратуры. Опасными механическими примесями является песок, глинозем или частицы льда, при замерзании воды в топливе.

Вода в ДТ ухудшает его смазывающие свойства. Поэтому содержание воды в нефтепродуктах до 0,025% включительно принято называть следами. Однако даже такое ее количество допустимо в летних видах дизельного топлива.

Таким образом, содержание в ДТ механических примесей, воды, мыл нафтеновых кислот и смолистых продуктов окисления характеризуется показателем, называемым коэффициентом фильтруемости. Он определяет чистоту топлив и позволяет оценить содержание в топливе всех видов загрязнения, ограничить их содержание и обеспечить надежную работу топливной аппаратуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Исследование

 

Было проведено исследование влияния кавитации на фракционный состав дизельного топлива. В частности исследовался состав от С7 до С27.

Кавитация производилась с разной длительностью, а именно  2 часа и 6 часов.

Затем было проведено хроматографическое исследование трех образцов:

1. Исходное топливо;

2. Топливо после кавитации 2 часа;

Затем полученные данные были  проанализированы и на основе анализа составлены графики фракционного состава.

На графиках сравнивается фракционный состав исходного топлива и топлива прошедшего кавитационную обработку. Как видно из графиков фракционный состав смещается в сторону более легких парафинов.

Рассмотрим подробно каждый график. Начнем с 2-х часовой кавитации.

 

 

На графиках синяя линия-исходный состав, красная-состав после кавитации.