Дизельное топливо является сложной смесью парафиновых (10-40%), нафтеновых (20-60%) и ароматических (14-30%) углеводородов и их производных средней молекулярной массы 110-230, выкипающих в переделах 170-380 градусов по Цельсию. Температура вспышки составляет 35-80 градусов по Цельсию, застывания — ниже 5 градусов.
Для того чтобы обеспечить надежную, экономичную и долговечную работу дизельного двигателя, топливо для него должно отвечать следующим требованиям:
- хорошо прокачиваться для бесперебойной и надежной работы насоса высокого давления, иметь оптимальную вязкость, необходимые низкотемпературные свойства, не содержать воды и механических примесей;
- обеспечивать тонкий распыл и хорошее смесеобразование, для чего нужны оптимальные вязкость и фракционный состав;
- полностью сгорать, не образуя сажистых частиц, обеспечивать легкий запуск двигателя и "мягкую" работу:
- не вызывать повышенного нагарообразования на клапанах, кольцах и поршнях, закоксовывания форсунки и зависания иглы распылителя;
- не вызывать коррозии резервуаров, топливопроводов, деталей двигателя;
- при сгорании выделять возможно большее количество тепла и быть стабильным.
Топливом для быстроходных дизельных двигателей служат легкие керосино-газойлевые маловязкие фракции нефти, для тихоходных - тяжелые вязкие фракции. В таблице ниже представлены основные параметры дизельных топлив для быстроходных и тихоходных двигателей.
Кроме того, в дизельном топливе для быстроходных двигателей не допускается присутствие сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, воды и механических примесей.
Настоящее Исследование посвящено дизельному топливу для т.н. «быстроходных» - высокооборотных, выпускаемых по ГОСТ 305-82. Топливо для мало- и среднеоборотных дизелей (ГОСТ 1667-68) в отчете рассматриваться не будет. Однако не упомянуть о нем мы не могли.
Главными эксплуатационными свойствами дизельных топлив являются быстрое воспламенение и плавное сгорание. Эти свойства характеризуются т.н. цетановым числом. Наиболее легко воспламеняются парафиновые углеводороды нормального строения и олефины (цетановое число соответствует 56-103 и 40-90), наиболее трудно - ароматические углеводороды (5-30). Оптимальную работу двигателей обеспечивает топливо с цетановым числом. 45-60.
Если цетановое число меньше 45 – резко увеличиваются период задержки воспламенения (время между началом вспрыска и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания двигателя, усиливается износ узлов трения. При цетановом числе более 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастают дымность выпускных газов и нагарообразование в камере сгорания, повышается расход топлива. С увеличением мол. массы углеводородов в гомологическом ряду цетановое число возрастает.
Маркировка дизельного топлива включает содержание (в массовых долях) серы и для летнего сорта температуру вспышки (Л-0,2 - 40), а для зимнего сорта – температуру застывания (З-0,2 минус 35). Д. т. для тихоходных двигателей маркируют как ДМ и ДТ.
Прокачиваемость дизельных топлив определяется их низкотемпературными свойствами (температуры помутнения и застывания), ухудшающимися при повышении содержания н-алканов. Пожароопасность дизельных топлив характеризуется температурой вспышки, зависящей от содержания легких фракций.
Эксплуатационные свойства дизельных топлив значительно улучшаются введением присадок. Присадки делятся на несколько групп:
1) Инициирующие присадки (например, излпропилат) повышают цетановое число на 8-12. Добавляют их в от 0,25 до 2% по массе.
2)Противодымные (например, ацетонитрил, метиланилин, сульфонат бария) – от 0,25 до 0,5% по массе.
3)Антиокислители (например, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, N-фенил-N'-изопропилфенилендиамин) – 0,002-0,1% по массе.
4)Деактиваторы металлов (например, N, N'-десалицилиденэтилендиамин) – 0,003-0,005% по массе.
5)Присадки, предотвращающие образование нерастворимых продуктов окисления (например, нафтенаты и сульфонаты бария и кальция) – 0,025-0,1% по массе.
6)Антикоррозийные присадки антикоррозионные (например, масляный раствор окисленного петролатума и сульфоната кальция) – 0,003-0,005.
7)Депрессорные присадки, понижающие температуру застывания (например, полиметакрилаты, сополимеры этилена с винилацетатом мол. м. 2-6 тыс.) – 0,01-2% по массе.
Требования к качеству дизельных топлив в России и за рубежом
Согласно принятой в России классификации выделяют три сорта топлив – дизельное летнее (на него приходятся подавляющие объемы производства), зимнее – с температурой застывания минус 35˚ C, и минус 45˚, а также арктическое – с температурой застывания не выше минус 55˚ C, предназначенное для условий Крайнего Севера и Арктики (около 1% от совокупного выпуска). Так в таблице ниже представлены характеристики, предъявляемые к указанным видам дизельного топлива.