CC BY
130
УДК 629.3:621.4:66.61/7 (98)
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ АВТОМОБИЛЕЙ
© А.М. Ишков1, Е.Л. Иовлева2
Институт региональной экономики Севера,
677891, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Петровского, 2 2Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, 677000, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Красильникова, 13. 2Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, 2677000, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Белинского, 58.
Отрицательные температуры окружающего воздуха оказывают влияние на физико -химический состав топлива, что ведет к повышению числа отказов топливной аппаратуры и снижению в целом надежности дизельного двигателя. В статье рассмотрены вопросы применения дизельного топлива из нефти Талаканского месторождения Республики Саха (Якутия). Для улучшения низкотемпературных свойств полученного топлива проведен анализ применения депрессорных присадок. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: дизельные двигатели; топливная аппаратура; работоспособность; дизельное топливо; де-прессорные присадки; низкотемпературные свойства.
DIESEL FUEL QUALITY EFFECT ON VEHICLE PERFORMANCE A.M. Ishkov, E.L. Iovleva
Institute of Regional Economy of the North,
2 Petrovskii St., Yakutsk, 677891, Republic of Sakha (Yakutia), Russia. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RAS, 13 Krasilnikov, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677000, Russia. North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov, 58 Belisnskii St., Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), Russia, 2677000.
Low ambient temperatures affect the physico-chemical composition of the fuel that results in the increased number of fuel equipment failures and reduced overall reliability of diesel engines. The article discusses the problems of using the diesel fuel from the oil of the Talakansky field of Sakha (Yakutia). It analyzes the application of PPD additives in order to improve the low temperature properties of the resulting fuel. 6 figures. 1 table. 6 sources.
Key words: diesel engines; fuel injection equipment; performance capability; diesel fuel; pour point depressant (PPD) additives; low temperature properties.
Транспорт
Суровые природно-климатические условия районов холодного климата (к ним относится Республика Саха (Якутия)) предъявляют повышенные требования к автотранспорту, эксплуатируемому в этих регионах. Недоучет специфики условий Севера приносит народному хозяйств огромный ущерб. Большая доля потерь в условиях Севера вызвана несоответствием используемой техники и эксплуатационных материалов требованиям эксплуатации.
Под эксплуатационными свойствами автомобиля понимают группу свойств, определяющих возможность его эффективного использования, степень его приспособленности к эксплуатации в качестве транспортного
средства. Эффективность работы автомобиля определяется влиянием всей совокупности эксплуатационных свойств, основными в которой являются: динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, плавность хода, проходимость и надежность.
Важным эксплуатационным свойством автомобиля является топливная экономичность - расход автомобилем топлива в различных условиях, связанных с перевозкой грузов или пассажиров. Эксплуатация автомобилей в условиях холодного климата неизбежно связано с увеличением расхода топлива [6]. На Севере расход топлива увеличивается не только из-за низ-
1-
Ишков Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор, академик АН РС(Я), зав. отделом ритмологии и эргономики северной техники, тел.: (4112) 390506, e-mail: a.m.ishkov@prez.ysn.ru
Ishkov Alexander, Doctor of technical sciences, Professor, Academician of the Academy of Sciences of Republic of Sakha (Yakutia), Head of the Department of Rythmology and Ergonomics of Northern Engineering, tel.: (4112) 390506, e-mail: a.m.ishkov@prez.ysn.ru
2Иовлева Елизавета Лонгиновна, аспирант ИФТПС СО РАН, старший преподаватель кафедры машиноведения СВФУ им. М.К. Аммосова, тел.: (4112) 473645, e-mail: elizaveta-iovleva@yandex.ru
Iovleva Elizaveta, Postgraduate of Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RAS, Senior Lecturer of the Department of Machine Science of the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov, tel.: (4112) 473645, e-mail: elizaveta-iovleva@yandex.ru
Транспорт
ких температур воздуха, но и из-за ухудшения структуры теплового баланса двигателя и баланса расхода энергии автомобилем. Дело в том, что:
во-первых, часть энергии работающего двигателя расходуется на привод вспомогательных агрегатов специализированного автомобиля;
во-вторых, неполнота сгорания топлива связана с ухудшением его испарения и распыливания;
в третьих, дальние рейсы и невозможность дозаправки по дороге вынуждают возить с собой значительные запасы топлива;
в-четвертых, несовершенство систем обеспечения запуска двигателя при низких температурах приводит к тому, что при кратковременных и даже длительных стоянках двигатели не глушатся, а работают, расходуя горючее.
Для автомобилей, работающих на Севере, нормативом предусмотрено увеличение нормы расхода топлива на 20-30%, но в ряде случаев, как показывает практика, и такого увеличения оказывается недостаточно. При эксплуатации в условиях низких температур происходит существенное изменение свойств применяемых горюче-смазочных материалов, теплового режима работы двигателя, агрегатов и систем автомобиля. В результате работоспособность транспортных машин снижается в 1,3-2,5 раза, выработка на 20-30%, суммарные простои увеличиваются на 3050% и, как следствие, возрастает себестоимость перевозок. Согласно проведенным ранее исследованиям, установлено, что значительное число отказов в условиях эксплуатации приходится на двигатель автомобиля. В общем количестве отказов двигателя значительное число приходится на топливную систему. Таким образом, наиболее ответственным и, вместе с тем, наименее надежным агрегатом грузовых машин является двигатель [1].
В свою очередь топливная аппаратура представляет собой наиболее сложную и дорогую часть дизельного двигателя. Выходные параметры топливной аппаратуры непосредственно определяют характер рабочего процесса дизеля, его мощность, экономичность и надежность в эксплуатации. Для обеспечения надежной и экономичной работы дизельного двигателя дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям: иметь хорошее смесеобразование и воспламеняемость; обладать соответствующей вязкостью; иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающего воздуха; содержать как можно меньше сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды. Для применения дизельного топлива при эксплуатации техники в условиях низких температур оно должно обладать низкотемпературными свойствами.
Наиболее эффективным и достаточно дешевым методом улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив является легирование их депрессор-ными присадками [2]. Полимеры достаточно широко применяют в качестве депрессорных присадок к топ-ливам и маслам [4]. Наибольшее распространение у нас в стране и за рубежом в последние годы нашли
такие присадки, как сополимеры этилена с винилаце-татом, получаемые при высоком давлении [3; 5].
Авторами исследована эффективность действия на низкотемпературные свойства дизельного топлива, полученного из нефти Талаканского месторождения Республики Саха (Якутия), широко применяемых депрессорных присадок немецкой фирмы BASF (Keroflux ES 6100, деспергатор парафинов Keroflux 3614) и де-прессорно-деспергирующих присадок фирмы Difron (Difron 3312, Difron 315, Difron 3319).
На установке прямой перегонки нефти АРНСЭ-9 была отобрана прямогонная дизельная фракция с широким пределом выкипания (180-280°С).
Чтобы определить химический состав топлива, был проведен ядерно-магнитный резонанс на ЯМР-спектрометре высокого разрешения AVANCEIII 400 МГц, в результате были получены данные по протонному спектру. Из графика, представленного на рис. 1, видно, что дизельная фракция - это смесь алканов слаборазветвленного строения. Пики ароматических углеводородов приходятся на: алкилбензол - 6,9476,86, алкилнафталин - 7,548-7,213, ксилол - 2,7342,245, а также на ненасыщенные углеводороды группы СН3 - 0,879, и СН2 - 1,704-1,267. Фракция не содержит воды и различных кислот, благодаря своему Н-алкановому составу и низкому содержанию ароматических углеводородов она обладает высоким цета-новым числом.
С целью изучения возможности использования топлива, полученного из нефти Талаканского месторождения, в качестве базового топлива для дизельной техники по отобранной фракции были определены его физико-химические свойства (таблица).
Из данных, представленных в таблице, видно, что полученная нами дизельная фракция с умеренной плотностью и вязкостью относится к летнему сорту топлива по ГОСТу 305-82. Температура ее застывания - -28°С, предельная температура фильтруемости (ПТФ) - -17°С.
Учитывая природно-климатические условия эксплуатации техники на Севере, основными показателями для низкотемпературного дизельного топлива из нефти Талаканского нефтегазоконденсатного месторождения (Якутия) были выбраны предельная ПТФ и температура застывания.
Для улучшения показателей дизельного топлива были использованы депрессорные присадки Difron 315, Keroflux 6100, деспергатор парафинов Keroflux 3614 и депрессорно-деспергирующие присадки Difron 3312. По рекомендациям производителя присадка вводилось в топливо, разогретое до 40°С.
Температуру застывания определяли по ГОСТу 20287-91 «Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания», метод Б. Сущность метода заключается в предварительном нагревании образца испытуемого нефтепродукта с последующим охлаждением его с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным (образец был термостатирован на жидкостном криотер-мостате LOIP серии FT-011-80).
lamnl
Транспорт
sample X 1H 16 всап
■ i • ■ ■ • i ■ ■ • ■ i ■ ■ • • i ■ ■ ■ • i ■ ■ ■ ■ i ■ ■ • ■ i ■ • ■ • i ■ ■ ■ ■ i • ■ • ■ i • • • ■ i ■ • ■ ■ i ---,-■--,■-■-,---,-■-■,■■-,--8.0 7.5 7.0 6.5 б.О 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 ppm
1 12Г ' ' lsi tehsflshsr^lll^
Рис. 1. Протонный спектр дизельной фракции, выделенной из нефти Талаканского месторождения
Физико-химические свойства дизельного топлива, полученного из нефти _Талаканского месторождения__
Показатель Значение
Цетановое число 50
Фракционный состав:
50% перегоняется при температуре, °С не выше 240
96% перегоняется при температуре (конец перегонки), °С не выше 340
Кинематическая вязкость, мм2/с (сСт) 2,798
Массовая доля серы в топливе вида I, % не более 0,2
Испытание на медной пластинке выдерживает
Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствие
Концентрация фактических смол, мг на 100 см2 топлива не более 24,7
Коксуемость, 10%-ного остатка, % не более 0,7
Содержание механических примесей отсутствует
Содержание воды отсутствует
Плотность, кг/м2 не более 816
Температура помутнения, °С -17
Температура застывания, °С -28
Предельная температура фильтруемости, °С -17
Кислотность, мг КОН на 100 см 3 1,94
Йодное число, г йода на 100 г топлива 1,12
Предельную температуру фильтруемости определяли на автоматическом аппарате ПТФ-ЛАБ-11 (заводской № 138) по ГОСТу 22254-92 «Топливо дизельное. Метод определения предельной температуры фильтруемости на холодном фильтре». Сущность метода заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива с интервалом в 1°С и стекании его через проволочную фильтрационную сетку при вакууме 1961 Па (200 мм вод. ст.). Аппарат выполнен в настольном исполнении. Конструкция и геометрические размеры всех блоков аппарата соответствует
требованиям ГОСТа 22254-92 (рис. 2).
Результаты исследований низкотемпературных свойств (температуры застывания и ПТФ) 20 образцов дизельной фракции из нефти Талаканского месторождения, содержащих различные концентрации присадок (от 0,02 до 0,7 мас. %), представлены на рис. 3-6.
Для присадки КегоАих 6100 максимальное снижение температуры застывания (от -28 до -39°С) и ПТФ (от -17 до -25°С) достигается при концентрации присадки в 0,2 мас. %.
Рис. 2. Внешний вид аппарата ПТФ ЛАБ-11:1 - выключатель питания; 2 - индикатор вакуума; 3 - сенсорный дисплей; 4 - рабочий стол аппарата; 5 - испытательный модуль
Концентрация присадки, мас. %
О
о CÖ
л
&
л <и С S <и Н
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45
0,1 0,2 0,5
-36 -39 -35
-20 -25 -24
■Температура застывания
Предельная температура фильтруемости
Рис. 3. График зависимости температуры застывания и ПТФ от концентрации депрессорной присадки
Keroflux 6100
Концентрация присадки, мас. %
Рис. 4. График зависимости температуры застывания и ПТФ от концентрации депрессорной присадки Keroflux 6100 и деспергатора парафинов Keroflux 3614
В концентрации присадки Keroflux 6100 в 0,2 мас. % только с диспергатором парафинов Keroflux 3614 в 0,6 мас. % также была достигнута максимальная депрессия застывания - от -28 до -47°С, и ПТФ - от -17 до -26°С. Диспергатор парафинов показывает хорошую депрессию температуры застывания (на 19°С), практически не влияет на предельную температуру
фильтруемости (см. рис. 3, 4).
При введении в топливо депрессорно-диспергируещей присадки Difron 3319 в концентрации 1 мас. % максимальная депрессия температуры застывания составила от -28 до -3°С, предельной температуры фильтруемости - от -17 до -31°С (см. рис. 4).
Концентрация присадки, мас. %
Рис. 5. График зависимости температуры застывания и ПТФ от концентрации депрессорно-деспергирующей
присадки Difron 3319
Концентрация присадки % (масс.) 0
U
о «
а
«
а
ш
к
я
ш
н
-10 -20 -30 -40 -50 -60
■Температура застывания
Предельная температура фильтруемости
0,1 0,2 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,7
-45 -46 -47 -48 -51 -53 -50 -39
-33 -33 -34 -35 -38 -39 -31 -34
Рис. 6. График зависимости температуры застывания и ПТФ от концентрации депрессорной присадки Difron 315
Максимальное снижение температуры застывания для дизельной фракции (от -28 до -53°С) и предельной температуры фильтруемости (от -17 до -39°С) исследуемых образцов дизельной фракции достигается при введении в фракцию 0,55 мас. % присадки Difron 315 (см. рис. 6).
Проведенный анализ показал, что наиболее эффективна депрессорная присадка Difron 315: депрессор обеспечивает понижение предельной температуры фильтруемости и температуры застывания, повышает стабильность (седиментационную устойчивость) при низких температурах и изменяет форму и размеры кристаллов парафинов, формирующихся при понижении температуры.
В результате ядерно-магнитного резонанса ди-
зельного топлива с депрессорными присадками было установлено, что депрессорные присадки в качестве добавок к дизельному топливу не влияют на химические свойства топлива.
Таким образом, использование депрессорных присадок к дизельной фракции, выделенной из нефти Талаканского месторождения, перспективно для применения в составе топлива в условиях Севера. Наиболее эффективно применение депрессорной присадки Difron 315 в концентрации 0,55 мас. %, поскольку в указанной доле она улучшает низкотемпературные свойства топлива: температура застывания --53°С, предельная температура фильтруемости --39°С.
Статья поступила 23.09.2014 г.
Библиографический список
1. Ишков А.М., Кузьминов М.А., Зудов Г.Ю. Теория и практика надежности техники в условиях Севера. Якутск: Изд-во СО РАН, Якутский филиал, 2004. 312 с.
2. Кондрашева Н.К., Фоломеева А.Г., Кондрашев Д.О. Восприимчивость нефтяных фракций к сополимерам этилена с винилацетатом // Нефтепереработка и нефтехимия - 2003: тез. докл. IV Конгресса нефтегазопромышленников России. Уфа: Изд-во ИПНХП, 2003. С. 121-122.
3. Кондрашева Н.К. Разработка и внедрение новых технологий производства унифицированных видов судовых топлив и осевых масел: дис. ... д-ра техн. наук. Уфа, 1996. 436 с.
4. Кондрашев Д.О., Фоломеева А.Г., Кондрашева Н.К. Исследование влияния депрессорных присадок на низкотемпературные свойства дизельных топлив // Башкирский химический журнал. 2002. Т. 9. № 4. С. 42-44.
5. Митусова Т.Н., Сафонова Е.Е., Брагина Г.А., Бармина Л.В. Дизельные топлива и присадки, допущенные к применению в 2001-2004 гг. // Нефтепереработка и нефтехимия. 2006. № 1. С. 12-14.
6. Сафонов А.С., Ушаков А.И., Чечкенев И.В. Автомобильные топлива: химмотология. Эксплуатационные свойства. СПб.: НПИКЦ, 2002. 243 с.
