CC BY
304
УДК 621.436.068:519.24
И. Таманджа, Н. Н. Шуйтасов
ПЕРСПЕКТИВЫ И ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОДИЗЕЛЯ В СУДОВЫ1Х ДИЗЕЛЬНЫ1Х УСТАНОВКАХ
Введение
Экономия энергоносителей органического происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран мирового сообщества искать пути, способствующие уменьшения опасного воздействия тепловых двигателей на окружающую среду. В последнее время весьма широкое распространение получают альтернативные возобновляемые виды энергоносителей из растительного сырья, называемые биотопливом. К ним относится биодизельное топливо, получаемое из растительного масла (рапсового, соевого, подсолнечного, пальмового и т. д.). Интенсивные работы по переводу дизельных двигателей на биотопливо ведутся как в странах с ограниченным энергетическим потенциалом, так и в странах с большими запасами нефтяного топлива, а также в высокоразвитых странах, имеющих возможность приобретать нефтяные энергоносители.
Известно, что примерно 90 % механической энергии, используемой человечеством в своей деятельности, вырабатывается двигателями внутреннего сгорания. Они являются основными потребителями топлив нефтяного происхождения, геологические ресурсы которых весьма ограничены. Именно поэтому актуальны научные исследования и практические действия, направленные на поиски альтернативных видов топлива, способов их получения и эффективного использования.
Не следует забывать, что какими бы огромными не казались нам запасы полезных ископаемых, они все же исчерпаемы. Кроме того, ситуация в мировой экологии требует к себе весьма пристального внимания.
Постепенное внедрение альтернативных топлив позволит снизить зависимость человечества от нефтяных топлив и решить экологические проблемы, связанные с их использованием в судовых энергетических установках (СЭУ). К наиболее перспективным для применения на судах в ближайшем будущем нетрадиционным топливам можно отнести и биодизель (БД) как альтернативу дизельному топливу (ДТ). Внедрение в судовую энергетику новых видов топлива должно сопровождаться представлением детальных рекомендаций относительно особенностей эксплуатации и обслуживания, комплектации оборудованием и выбора схемных решений систем (в первую очередь, топливных) СЭУ, а также информации об экологических показателях. Разработка подобных рекомендаций является достаточно актуальной научной проблемой [1].
Анализ последних исследований и публикаций свидетельствует о значительном интересе к биодизельному топливу как к перспективному топливу для дизельных двигателей. Опыт эксплуатации судов на этом биотопливе в США, Франции, Германии, проект перевода на БД ряда небольших круизных и пассажирских судов, успешно реализованный правительством Канады в 2004 г. в провинции Квебек, свидетельствуют о значительном интересе к этому топливу на государственном уровне в ряде стран мира. На государственном уровне создается необходимая законодательная база, выделяются государственные субсидии и предоставляются льготы производителям БД.
Большая исследовательская работа, касающаяся технических и эксплуатационных особенностей использования биодизельного топлива в дизелях, топливной аппаратуре двигателей, экологических характеристик транспортных средств, проводится в Национальной лаборатории возобновляемой энергетики Департамента энергетики США. Среди опубликованных технических отчетов об испытаниях и исследованиях можно выделить инструкцию по использованию БД на круизных судах в Северной Калифорнии и на побережье Сан-Франциско, где представлена практическая информация для владельцев круизных судов с дизельными двигателями [2].
Исследования экологических характеристик дизелей при работе на БД из разного сырья и его смесях в разных пропорциях с ДТ показали значительное снижение практически всех видов выбросов (за исключением оксидов азота) БД (В 100). Исследование работы дизеля на В100,
ДТ и их смеси в соотношении 20 : 80 (В20) при работе в разных режимах показали небольшое увеличение расхода топлива и снижение мощности при работе на В100, практически не изменились показатели при работе на В20 по сравнению ДТ. Эти и другие исследования подтверждают возможность работы дизелей на БД смесевых топливах без значительного негативного влияния на рабочие характеристики двигателя и снижение эмиссии практически всех основных загрязняющих веществ [3].
Действующие биодизельные программы
В разных странах действуют различные стандарты применения биодизельного топлива:
США (штат Миннесота) - содержание БД в ДТ 2 %;
Франция - 7 % биотоплива к 2010 г. (этанол + БД);
Евросоюз - 5,75 % к 2010 г. (этанол + БД);
Австралия - 350 млн л биотоплива к 2010 г. (этанол + БД);
Бразилия - 5 % БД в ДТ;
Зимбабве - 10 % БД от общего потребления ДТ;
Малайзия - 20 % БД от общего потребления ДТ;
Таиланд - 5 % БД в ДТ к 2011 г., 10 % - к 2012 г.;
Индия - планируется производить ежегодно 60 млн т к 2030 г.;
Китай - планируется производить ежегодно 8 млн т к 2020 г.;
Южная Корея - 0,5 % БД от общего потребления;
Индонезия - 10 % биотоплива к 2010 г.; ДТ топлива с 2006 г., 5 % - с 2008 г.;
Канада - 2 % БД в автомобильном и печном топливе к 2012 г.;
Япония - с марта 2007 г. разрешено 5 % содержание БД в дизельном автомобильном топливе;
Филиппины - 1 % БД в автомобильном топливе с 2007 г., 2 % - с 2008 г.;
Германия - 5 % в автомобильном топливе с 1 января 2007 г.;
Ирландия - 5,75 % биотоплив к 2009 г. (этанол + БД), 10 % биотоплив к 2020 г.;
Дания - 10 % биотоплив к 2020 г.
В России не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива, но создаются региональные программы, например Алтайская краевая целевая программа «Рапс - биодизель». В Липецкой области создана Ассоциация производителей рапсового масла. Планируется строительство заводов по производству БД в Липецкой области, Алтайском крае, Татарстане, Ростовской, Волгоградской и Орловской областях.
Основные преимущества биодизельного топлива
Биодизельное топливо растительного происхождения. Подчеркнем, что оно не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота.
Биодизельное топливо биологически безвредно по сравнению с минеральным маслом, один литр которого способен загрязнить один миллион литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны. Биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, оно подвергается практически полному биологическому распаду (в почве или воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99 % биотоплива), что позволяет говорить о минимизации загрязнения водоемов при переводе водного транспорта на биодизельное топливо.
Сокращение выбросов СО2. При сгорании БД выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Однако следует заметить, что назвать биодизельное топливо экологически абсолютно чистым топливом было бы неверно. Оно дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное ДТ, но все-таки это не нулевой сброс.
Малое содержание серы в биодизельном топливе. Не секрет, что выбросы вредных веществ можно минимизировать при помощи катализатора - оксиката, превращающего углеводороды и окись углерода в воду и углекислый газ. Но следует отметить, что оксикат чувствителен к присутствию серы в горючем, которая «отравляет» катализатор на длительное время и приводит к увеличению выброса остаточных частиц. Поэтому здесь особую роль играет тот фактор, что биодизельное топливо, в сравнении минеральным, почти не содержит серы (< 0,001 %).
Хорошие смазочные характеристики. Минеральное ДТ при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нем кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 млн км на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.
Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на БД одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, срок службы самого двигателя и топливного насоса увеличивается в среднем на 60 %.
Высокая температура воспламенения. Очень важный момент для организаций, занимающихся хранением и транспортировкой горюче-смазочных материалов. Для биодизельного топлива ее значение превышает 150 °С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом.
Биодизельное топливо может быть использовано во всех типах дизельных двигателей, установленных на наземных и водных видах транспорта, а также на стационарных дизельных установках.
Подводя итоги, можно кратко отметить следующие основные преимущества биодизельного топлива:
— использование возобновляемого сырья для получения основного компонента;
— получение ценных сопутствующих продуктов: твердого топлива, жмыха для приготовления кормов, технического мыла, глицерина;
— образование небольшого количества сточных вод;
— отсутствие вредных газообразных выбросов;
— использование для получения биодизельного топлива материало- и ресурсосберегающей технологии.
Ниже представлен анализ основных характеристик БД и рекомендации, касающиеся особенностей его хранения, подготовки и организации рабочего процесса двигателя при его использовании на судне, а также определения влияния данного топлива на показатели СЭУ.
Биодизельное топливо производят из различных растительных масел, животных и рыбных жиров, отработавших растительных масел. В100 представляет собой метиловые или этиловые эфиры жирных кислот. Производство биотоплива состоит из двух главных взаимосвязанных блоков - прессового и переэтерификационного. Кроме БД, образуется еще глицерин - ценное сырье, которое применяют в химической промышленности и медицине.
В настоящее время БД - достаточно распространенное моторное топливо. Применяют его и на судах вместо ДТ или в смеси с ним в разных пропорциях. Перспективным сегментом флота для применения БД являются суда внутреннего и прибрежных районов плавания различного назначения со средне- и высокооборотными дизельными двигателями, например пассажирские и круизные суда, яхты, муниципальный водный транспорт, катера береговой охраны, баржи, небольшие исследовательские суда речного и озерного районов плавания и т. д.
Интерес представляет анализ основных характеристик биодизельного топлива, что даст возможность оценить целесообразность его применения, выделить основные проблемы и представить рекомендации по использованию В100 и его смесей в СЭУ. В табл. 1 представлены требования к характеристикам БД по стандарту Л8ТМ (Международная добровольная организация, разрабатывающая и издающая стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг).
Таблица 1
Требования к характеристикам В100 по стандарту ASTM D6751-03
Характеристика Единица измерения Предел
Температура вспышки °С 130 min
Вода и осадки % объема 0,050 max
Кинематическая вязкость мм2/с 1,9-6,0
Сульфатный остаток % массы 0,020 max
Сера % массы 0,0015 max
Коррозия на медную пластину - № 3 max
Цетановое число - 47 min
Температура помутнения °С Зависит от исходного сырья
Углеродный остаток % массы 0,050 max
Кислотное число Mg КОН^ 0,80 max
Свободный глицерин % массы 0,020 max
Суммарное содержание глицерина % массы 0,240 max
Содержание фосфора % массы 0,001 max
Температура дистилляции 90 % массы топлива °С 360 max
Биодизельное топливо можно использовать в существующих двигателях и топливной системе без значительного негативного влияния на рабочие характеристики, возможно применение стандартной системы хранения и подготовки, такой же, как и для ДТ. Смеси БД с ДТ в малых пропорциях (до 5 %) не влияют на характеристики топливной системы и рабочие показатели двигателя. При визуальном осмотре в БД не должны быть видны нерастворенная вода, осадок, суспензионные и прочие посторонние включения. В100 должен быть чистым, цвет его может быть различным, что не оказывает влияния на его качество [4].
Обычно температура вспышки В100 гораздо выше аналогичного показателя для ДТ. Это указывает, что в процессе производства весь лишний метанол был удален из топлива. Присутствие остаточного метанола даже в малых количествах значительно снижает температуру вспышки, негативно воздействует на топливные насосы, эластомеры и сальниковые уплотнения, ухудшает качество процесса сгорания в дизеле. Из-за высокой температуры вспышки БД относят к пожаробезопасным топливам.
Вода и осадки показывают наличие в топливе несвязанных глобул воды и осадочных частиц. Требования к данной характеристике для В100 такие же, как и для ДТ. Обводнение БД может быть следствием неправильной транспортировки, хранения или неполного осушивания при получении. Топливо может начать окисляться, что приводит к образованию осадка. Этот показатель, вместе с вязкостью и кислотным числом, является критерием проверки количества окисленного топлива в процессе хранения. Биодизельное топливо обладает высокой гигроскопичностью и активно абсорбирует влагу, являясь благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Это может привести к коррозии топливной аппаратуры и возникновению отложений биологического происхождения в топливной системе и, как следствие, к образованию шлама, закупорке фильтров и трубопроводов.
Вязкость В100 несколько выше, чем ДТ, что приводит к уменьшению протечек топлива в топливной аппаратуре. Биодизельное топливо применяют в основном в дизелях, работоспособность которых определяется техническим состоянием топливной аппаратуры. Есть данные, что переход на топливо растительного происхождения с более высокой вязкостью позволяет продлить срок работы двигателей даже в условиях запредельного износа плунжерных пар топливного насоса. В то же время более высокая вязкость БД может приводить к ухудшению процесса сгорания, образованию отложений, разбрызгиванию топлива при подаче в двигатель, попаданию его в масло для смазки двигателя. С высокой плотностью и вязкостью В100 связано также увеличение эмиссии NOx. Увеличение выхода оксидов азота при работе двигателя на смеси В20 наблюдается при работе дизеля на низких скоростях, но с высокой нагрузкой или вращающим моментом. Длительная работа двигателя на БД приводит к образованию лаковых отложений на топливных форсунках, коррозии и заклиниванию внутренних компонентов системы впрыска топлива, сбою в работе подающего насоса из-за попадания воды, образованию шлама и осадка, повышенному износу картера, что вызывает снижение межремонтного ресурса двигателя.
Теплота сгорания В100 несколько ниже, чем у ДТ, поэтому при работе двигателя на БД наблюдается снижение мощности.
Сульфатный остаток показывает количество остаточного щелочного катализатора в БД, наличие которого в топливе может привести к отложениям в инжекторе и поломкам топливной системы. Углеродный остаток является усредненным показателем способности топлива к образованию отложений углерода в двигателе. Для ДТ углеродный остаток определяют при дистилляции 10 % остатка. Для БД трудно определить это значение точно для 10 % остатка, т. к. его температура кипения лежит в широком диапазоне.
Для нормальной работы дизеля топливо должно иметь цетановое число не менее 40. Более высокое значение обеспечивает удовлетворительные рабочие характеристики двигателя при холодном запуске и уменьшение образования белого дыма. Цетановое число В100 соответствует аналогичному показателю для высококачественных дизельных топлив. Биодизельное топливо с высоким содержанием насыщенных жирных кислот может иметь цетановое число 70 и выше. Для вычисления цетанового индекса смеси необходимо знать удельный вес и кривые разгонки топлив, значения которых отличаются для В100 и ДТ.
Температура помутнения для БД выше, чем для ДТ. При низких температурах топливо теряет подвижность, становится гелеобразным, начинает кристаллизоваться, что приводит к забивке фильтров, трубопроводов, затруднению перекачивания насосами. Некоторые производители присадок приводят данные, свидетельствующие о том, что при добавлении присадок в количестве 1 % от массы топлива температура помутнения для В100 снижается на 12 °С. Другие испытания показывают, что при химической обработке топлив с добавкой присадок до 0,1 % температура снижается на 3 °С. Ведутся работы по созданию зимних видов БД путем замещения насыщенных жирных кислот ненасыщенными.
Кислотное число БД является показателем наличия в топливе свободных жирных кислот. Повышенное содержание жирных кислот может быть обусловлено нарушением технологии получения топлива или свидетельствовать о процессе разложения топлива, что вызвано окислением. Использование топлива с высоким кислотным числом может привести к ускоренному образованию отложений в топливной системе и уменьшению срока службы топливных насосов и фильтров.
Неполное преобразование жиров и масел приводит к повышенному уровню суммарного глицерина, недостаточная очистка БД вызывает повышение содержания в нем свободного и суммарного глицерина. Высокое значение этих характеристик приводит к отложениям в двигателе, топливной системе и цистернах, может вызывать забивку фильтров и прочие проблемы.
Содержание фосфора в В100 не должно превышать 0,001 %, хотя в некоторых растительных маслах это значение выше. Необходимо предварительно очищать масла от фосфора, т. к. его наличие может вызвать выход из строя каталитических преобразователей промышленных установок по производству БД.
Показатель температуры дистилляции 90 % топлива показывает, будет ли топливо загрязнять и взаимодействовать с высокотемпературными поверхностями и веществами (например, маслом из смазочной системы). Температура кипения В100 больше, чем на кривой разгона, и составляет 330...375 °С при нормальных условиях.
Стабильность топлива и топливных смесей - очень важный эксплуатационный показатель. Различают два показателя стабильности: при длительном хранении в нормальных условиях и термическую стабильность (при повышенных значениях температуры и (или) давления, когда топливо циркулирует в топливной системе двигателя). Потеря стабильности БД вследствие окисления или при длительном хранении может привести к увеличению кислотного числа, вязкости и образованию смоловидных отложений и осадков, что приводит к забивке фильтров. Если эти значения вышеперечисленных характеристик не соответствуют стандартам, такое топливо применять не рекомендуется, т. к. оно будет быстро разлагаться. В100 с высокой стабильностью к окислению будет дольше сохранять без изменения свои основные эксплуатационные характеристики. Латунь, бронза, медь, свинец, олово и цинк могут ускорять процесс окисления В100, приводить к образованию гелеобразных нерастворимых осадков при контакте с некоторыми компонентами топлива. Данные свидетельствуют о том, что В100 обладает хорошей термической стабильностью, это может быть связано с тем. Это насыщенные растительные масла и жиры могут использоваться относительно долго при высоких значениях температуры.
В100 может растворять отложения (даже многолетние), образовавшиеся в топливной системе и аппаратуре, топливных цистернах. Растворенные отложения вызывают ухудшение фильтрующих свойств материалов, их разбухание и протечки топлива, могут забивать фильтры. Чистящий эффект зависит от количества отложений в системе и концентрации биодизеля при использовании смесевых топлив, он увеличивается при использовании В100 и смесей с содержанием биодизеля свыше 35 %.
Биодизель - химически и коррозионно-активная жидкость. При длительном контакте В100 может размягчать и разлагать натуральную резину, нитрил, синтетический каучук, эластомеры, некоторые клеи и пластики, что приводит к его просачиванию через уплотнительные соединения и шланги. Результатом возможных протечек может быть вспышка топлива при попадании на нагретый двигатель, поломка топливного насоса и засорение фильтра, т. к. несовместимые с БД материалы разлагаются и крошатся. Биодизель также может растворять некоторые типы красок и покрытий при длительном контакте. Соединения с нитрилрезиной, полипропиленом, поливинилом и полиэтиленом в значительной степени подвержены воздействию В100. Соединения из свинца, меди, латуни, бронзы, цинка следует защищать от контакта с БД, поэтому следует заменить оборудование из вышеперечисленных материалов на оборудование и арматуру из нержавеющей и углеродистой стали или алюминия. Смесь В20 совместима практически со всеми материалами.
При работе двигателя на БД снижается видимая дымность, выбросы твердых частиц, высших углеводородов и СО, что связано с присутствием кислорода в топливе, благодаря чему происходит более полное сгорание топлива и уменьшается количество несгоревших топливных частиц. Биодизель нейтрален относительно выбросов СО2, т. к. его выделяется столько при сгорании топлива, сколько поглощает растение в процессе фотосинтеза. Несколько увеличивается выброс формальдегидов и оксидов азота.
Биодизель не токсичен для живых организмов. Испытания показали, что при коротком сроке воздействия топливо не представляет угрозы для людей и животных, был отмечен незначительный негативный эффект воздействия на ткани легких при высоком уровне экспозиционной дозы. Биодизель разлагается на 90 % за 3 недели в случае протечек или разливов, в том числе и при попадании в воду [5].
В результате анализа эксплуатационных показателей БД можно представить некоторые рекомендации по его применению на судах.
Следует регулярно отбирать пробы топлива для проверки его качества и использовать биодизельное топливо с характеристиками, соответствующими или приближенными к мировым стандартам. Производители двигателей должны предоставлять требования к качеству используемого В100, если предусмотрено его применение.
Не рекомендуется длительно хранить БД под прямым воздействием высоких или низких температур, срок хранения топливных смесей с дизельным топливом зависит от концентрации БД.
Топливо необходимо хранить в чистых и сухих емкостях в темном помещении. Следует обязательно удалять воду из цистерн перед заполнением их БД. Для минимизации конденсации влаги при хранении следует держать топливные емкости максимально заполненными, осушать и мыть их до и после хранения БД. Топливные цистерны должны быть герметичными, чтобы предотвратить попадание воды. Рекомендуется регулярно чистить сливные трубы, чтобы предотвратить коррозию при использовании смесей с ДТ при концентрации БД более 20 %. Необходимо регулярно контролировать содержание воды и наличие микроорганизмов в топливе. Для предотвращения размножения микроорганизмов в БД эффективны современные антимикробные присадки.
Следует подогревать топливо для снижения плотности и вязкости. Уменьшение угла опережения впрыска топлива на 1...5° рекомендуют для снижения выбросов оксидов азота с уходящими газами дизельных двигателей. Уровень эмиссии NOS уменьшается при работе двигателя на малых нагрузках и малых значениях вращающих моментов. Рекомендуется регулировать подачу топлива в двигатель при переходе на БД в соответствии с рекомендациями производителей двигателей. При возврате дизеля к работе на 100 % ДТ не рекомендуется менять характеристики двигателя для компенсации потерь энергии.
Перед началом работы на БД рекомендуется регулярно контролировать уровень масла в двигателе, повышение уровня может показывать износ картера и необходимость смены масла. Следует регулярно отбирать пробы масла для определения его состояния в двигателе и рационального срока службы и интервала между заменами.
Не рекомендуется длительно и совместно хранить тканевые материалы, смоченные в БД. Пропитанные ткани начинают разлагаться с выделением теплоты, что может привести к самовозгоранию.
При низких значениях температуры рекомендуется подогревать БД в цистернах, трубопроводах, фильтрах либо использовать в двигателе ДТ или его смеси с низкой концентрацией БД. При использовании топлива при низких температурах необходимы присадки. Следует учитывать, что для БД не всегда подходят стандартные присадки, понижающие температуру застывания топлив нефтяного происхождения. В100 надо хранить при температуре на 3...6 °С выше точки помутнения. Хранить БД можно и при температуре 4,5...7 °С, в зависимости от исходного сырья это значение может быть выше. Цистерны с топливом должны иметь изоляцию или подогреваться.
При работе двигателя на смеси БД и ДТ смесь для получения стабильной и однородной топливной смеси рекомендуется применять метод проточной гомогенизации.
Использование БД в небольших количествах (до 2 %) в качестве присадки к ДТ с низким (0,5 %) и ультранизким (0,05 %) содержанием серы улучшает его смазочные свойства и, как следствие, уменьшается износ топливной аппаратуры.
Данные об использовании В100 в транспортных средствах показывают, что он может храниться 2...4 месяца без потери стабильности. Данные Л8ТМ показывают, что при минимальной стабильности В100 может храниться до 8 месяцев, при максимальной - год или больше. При этом указывается, что неделя хранения топлива при температуре 43 °С эквивалентна месяцу хранения при температуре 21 °С. В среднем рекомендуется хранить В100 до 6 месяцев.
Некоторые рекомендации, которые позволяют определить условия, соответствующие высокому уровню стабильности биодизельных топлив:
— чем выше уровень содержания ненасыщенных соединений, тем ниже стабильность топлива; тепло и солнечный свет могут ускорить это процесс, поэтому нежелательно в теплое время года хранить топливо под прямым воздействием солнечных лучей;
— такие металлы, как медь, латунь, бронза, свинец, олово и цинк также могут приводить к росту скорости процесса разложения и к образованию значительного количества отложений. В100 не следует хранить длительное время в системах, содержащих эти материалы; хелати-рующие присадки, которые связывают тяжелые металлы с органическими соединениями, из которых преимущественно и состоит БД, могут снижать или даже устранять негативное влияние, вызываемое их присутствием;
— некоторые виды исходных составляющих процесса переэтерификации могут вымывать природные антиоксиданты, присутствующие в БД, и, как следствие, снижать стабильность топлива. Осветление, дезодорирование или дистилляция жиров и масел перед или во время процесса получения БД также приводят к удалению природных антиоксидантов;
— связывание кислорода в топливе снижает или устраняет вероятность окисления топлива и увеличивает срок хранения;
— антиоксиданты, природные или в качестве присадок, значительно увеличивают стабильность или срок хранения топлива без изменения его свойств.
При переходе на БД следует предварительно удалить отложения в топливной системе и аппаратуре. При использовании смесей с высоким содержанием БД рекомендуется использовать фильтры с фильтрующими материалами, стойкими к воздействию БД.
При использовании БД отдельно и в смесях с ДТ с высокой концентрацией, цистерны, трубопроводы и другие элементы топливной системы, контактирующие с ним, должны иметь защитное покрытие. Не рекомендуется использовать в топливных системах каучуковые и натуральные резиновые материалы либо необходимо предотвращать контакт топлива с элементами, изготовленными из данных материалов. Хорошо совместимы с В100 тефлон, витон, фторированные пластики и нейлон, которыми следует заменять несовместимые с БД элементы топливной системы.
Особенности эксплуатации двигателя на биодизеле
При эксплуатации дизельных двигателей на БД необходимо обратить внимание на следующее. Перед началом эксплуатации двигателя на БД необходимо промыть фильтр гру-
бой и тонкой очистки топлива. Из-за повышенной агрессивности такого топлива требуется смена топливных шлангов и прокладок на изготовленные из устойчивого к биотопливу материала, а также тщательное удаление БД, попавшего на лакокрасочные покрытия. В некоторых случаях требуется более частая смена моторного масла из-за возможного разжижения попадающим в него БД. Возможно некоторое увеличение уровня шума и дымности при холодном пуске, при пониженных значениях температуры требуется применение депрессорных присадок. Необходимо осуществлять контроль содержания воды в БД (из-за его большой гигроскопичности), чтобы избежать опасности развития микроорганизмов, образования перекисей и коррозионного воздействия воды, в том числе и на элементы топливной аппаратуры. В табл. 2 представлены основные неисправности дизеля, топливной аппаратуры и его систем при работе дизеля на БД.
Таблица 2
Возможные неисправности дизеля, топливной аппаратуры и его систем при работе на биодизельном топливе
Составляющие и характеристики топлива Действие Неисправность
Метиловые эфиры жирных кислот Вызывает высыхание, затвердевание и разрушение резиновых изделий, попадание в моторное масло Течь топлива. Более частая смена моторного масла
Свободный метанол Коррозия алюминия и цинка Коррозия топливной аппаратуры. Низкая температура вспышки в закрытом сосуде
Свободная вода в топливе Преобразование метиловых эфиров растительного масла в жирные кислоты. Коррозия. Увеличение электропроводности топлива, развитие микроорганизмов Засорение фильтра. Коррозия топливной аппаратуры
Свободный глицерин Коррозия цветных металлов. Образование осадка на движущихся частях и лакокрасочном покрытии Засорение фильтров. Засорение сопел топливных форсунок
Моно- и диглицериды Такое же, как и действие глицерина
Свободные жирные кислоты Образование электролита и ускорение коррозии цинка. Образование солей органических кислот. Образование органических соединений Коррозия топливной аппаратуры. Засорение фильтра. Отложение осадка на деталях
Увеличение плотности топлива Увеличение давления впрыска Уменьшение ресурса топливной аппаратуры
Большая вязкость при низкой температуре Более жесткие условия работы топливного насоса высокого давления (ТНВД). Повышенный износ деталей Повышенный износ деталей ТНВД. Ухудшение показателей впрыска топлива. Необходимость применения депрессорных присадок
Твердые частицы Ухудшение смазочных способностей топлива Снижение ресурса топливной аппаратуры
Муравьиная и уксусная кислоты Коррозия всех металлических частей Коррозия топливной аппаратуры
Высокомолекулярные органические кислоты Такое же, как и действие свободных жирных кислот Коррозия топливной аппаратуры. Засорение фильтра. Отложение осадка на деталях
Продукты полимеризации Отложение осадков, особенно в смесевых топливах Засорение фильтра
Фосфор Отравление нейтрализаторов и катализаторов системы выпуска дизеля Выход из строя, снижение уровня экологической безопасности отработавших газов дизеля
Выводы
Предложенные рекомендации по использованию БД могут быть полезны при его применении как на водном, так и на наземных видах транспорта с дизельными двигателями. Анализ основных эксплуатационных качеств свидетельствует о том, что, несмотря на ряд недостатков, биодизельные топлива можно успешно применять в судовых энергетических установках. Рациональное использование преимуществ данного топлива позволит эксплуатировать транспортное средство с высокой эффективностью, не уступающей показателям его работы на дизельном топливе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мановян А. К. Технология моторных топлив из альтернативных источников сырья. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 1998. - 108 с.
2. Langevin A. BioMer Project biodiesel for ships. - Toronto, 2005. - 21 p.
3. Wedel von R. Technical handbook for marine biodiesel in recreational boats. - California: U. S. Department of Energy, 1999. - 25 p. - Subcontract No. ACG-7-16688-01.
4. Справочник по ГСМ в судовой технике / Е. И. Гулин и др. - Л.: Судостроение, 1981. - 318 с.
5. Химия жиров / Б. Н. Тютюнников, З. И. Бухштаб, Ф. Ф. Гладкий и др. - М.: Колос, 1992. - 448 с.
Статья поступила в редакцию 29.12.2009
PROSPECTS AND GROUNDS FOR THE APPLICATION OF A BIODIESEL IN MARINE POWER PLANTS
I. Tamandzha, N. N. Shuytasov
The essence for the application of a biodiesel in marine power plants is considered in the paper. Basic characteristics of a biodiesel are analyzed; recommendations concerning peculiarities of its storage, preparation and organization of a working process of the engine while using the biodiesel are given. The influence of the biodiesel on the parameters of the marine power plant is investigated. Main advantages of biodiesel fuel compared to the traditional diesel fuel are considered. Basic particularities of biodiesel operation are presented.
Key words: biodiesel, advantages, organization of working process.
