ожно. Можно лишь немного скорректировать его отдельные показатели, а затем быстро избавиться от такого топлива.
Дизельное топливо, как и бензины, должно выпускаться зимних и летних марок, отличающихся друг от друга фракционным составом. Раньше так и было, но в последние годы деление дизтоплива на летние и зимние сохранилось в нашем государстве только в старых справочниках. Вместе с тем холодное и теплое время года исправно сменяют друг друга, а автомобилисты все также мучаются с двигателями, упорно не желающими нормально работать на ненормальном топливе. Особенно тяжело приходится зимой, когда в топливе происходит выпадение парафинов, закупоривающих топливные фильтры и топливопроводы.
Для того чтобы четко представлять, какие методы и средства следует избрать для борьбы с этим злом, нужно иметь в виду, что само по себе присутствие парафинов в дизельном топливе очень желательно, так как именно они повышают воспламеняемость дизтоплива, то есть цетановое число.
Вместе с тем даже малого (0,5–2 %) количества воскообразных парафинов достаточно, чтобы топливо застыло в холодную погоду.
Для многих владельцев дизельных двигателей цетановое число – понятие абстрактное и гораздо менее известное, чем октановое число для бензинов. Между тем этот показатель для дизельного двигателя имеет весьма важное значение, поскольку именно цетановое число влияет на КПД двигателя, а также на токсичность выбросов.
Поэтому нефтехимикам все время приходится балансировать между цетановым числом и содержанием парафинов в топливе. При этом в международной практике контролируются три состояния топлива: точка помутнения, точка застывания и точка холодной закупорки фильтра.
Во избежание неприятностей зимой в Германии, например, норма для зимнего дизельного топлива установлена при температуре холодной закупорки фильтра —22 °C. У нас же различными способами пытаются из летнего топлива получить зимнее: добавляют в дизтопливо низкооктановый бензин или керосин, в результате чего снижается не только цетановое число, но и вязкость смеси, что приводит к повышенному износу прецизионных пар топливной аппаратуры, более жесткой работе двигателя и понижению класса пожароопасности топлива.
В лучшем случае в топливо добавляют химические вещества-депрессоры, при помощи которых частично решается проблема улучшения низкотемпературных свойств топлива. Даже не анализируя все аспекты топливной проблемы, можно с полной уверенностью утверждать, что невозможно добиться эффективной работы двигателя, воздействуя лишь на топливо или лишь на двигатель. На самом деле двигатель, топливо и смазывающие материалы представляют собой единый динамичный конгломерат, от сбалансированности которого зависит нормальная работа машины.
4.2. Качество автомобильного топлива
Совокупность всех свойств топлив, характеризующих их качество, можно разделить на физико-химические свойства и эксплуатационные. К физико-химическим относятся свойства, определяющие состояние топлива и их состав. Это – плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность, поверхностное натяжение, электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, элементный, фракционный и химический составы и др.
В группе эксплуатационных свойств сосредоточены те свойства, которые обеспечивают надежность и экономичность эксплуатации двигателей, машин и механизмов. Сюда же включают свойства, которые проявляются в процессах хранения и транспортирования, а также свойства, обусловливающие экологические особенности применения нефтепродуктов.
Рассмотрим более подробно понятие «уровень качества топлива», которое имеет особое значение. Многие требования к качеству топлива и смазочных материалов тесно связаны между собой. Поэтому количественное выражение этих требований имеет определенный оптимум. Под уровнем качества топлива и смазочных материалов следует понимать количественную оценку степени удовлетворения требований потребителя. Под оптимальным уровнем качества продукции следует иметь в виду такой уровень, при котором максимально удовлетворяются требования потребителя при минимальных затратах на их производство и потребление.
Оптимальный уровень находят не только для совокупности всех свойств, входящих в понятие «качество топлива», но и для каждого свойства в отдельности. При этом уровень качества продукта будет зависеть от уровня каждого свойства и значимости последнего в общем понятии качества.
Необходимо отметить, что не все свойства равноценны при оценке уровня качества нефтепродукта. Наиболее важный показатель часто используют при маркировке. Например, основное эксплуатационное свойство бензинов – детонационная стойкость, и оно нашло отражение в марках бензинов в виде цифр, характеризующих октановое число. Для дизельного же топлива более важны низкотемпературные свойства, поэтому в зависимости от температуры застывания его называют летним, зимним или арктическим. Уровень основных свойств топлив является сложной функцией и формируется с учетом следующих четырех факторов:
1) требований потребителей;
2) технических возможностей и затрат в нефтеперерабатывающей промышленности;
3) экономического эффекта от использования топлива;
4) взаимного влияния отдельных свойств, входящих в понятие качество топлива.
Первые два фактора просты в оценке, их давно используют в практике. Во многих случаях они определяют качество топлива, вырабатываемых в настоящее время. Наибольшего внимания и развития в ближайшее время требуют исследования и расчеты по третьему и четвертому факторам.
Для повышения уровня качества топлива, как правило, необходимо затратить какие-то средства. Эти средства вкладываются в новую технологию, в разработку и введение в эксплуатацию новых присадок, или в другие мероприятия. Но, естественно, что все эти затраты должны окупиться в дальнейшем при эксплуатации техники, использующей топливо или смазочные материалы с более высоким уровнем качества, т. е. должны увеличиваться сроки службы техники до капитального ремонта, либо уменьшаться расход запасных частей или расход новых видов топлива и смазочных материалов, либо улучшаться другие показатели. Народное хозяйство в целом должно иметь экономический эффект от перехода на производство и применение нефтепродуктов с более высоким уровнем качества.
Правильное и своевременное определение оптимального уровня качества продуктов нефтепереработки на фоне непрерывного роста их потребления приобретает важное экономическое значение. Использование нефтепродуктов с большим запасом качества, чем это требуется для данного двигателя, приводит к нерациональным их расходам. В то же время, применение топлива и смазочных материалов, не отвечающих требованиям эксплуатации, снижает надежность техники. Даже незначительные неточности в определении оптимальных значений показателей качества могут повлечь за собой огромные убытки.
Каждое свойство топлива и смазочных материалов можно охарактеризовать количественно каким-либо абсолютным либо относительным показателем. Многие физические параметры определяются в абсолютных показателях. При относительной оценке сопоставляют значение данного показателя качества нефтепродукта с показателем эталона. Так, октановое число бензина – это относительная оценка его детонационной стойкости, а за эталоны приняты изооктан и гептан.
Для оценки качества продукции стандартом определены три группы количественных показателей: единичные, комплексные и интегральные. По единичному показателю оценивают одно свойство изделия, а комплексные характеризуют изделие с разных, но взаимосвязанных сторон и включают несколько единичных показателей. Интегральный показатель качества отражает соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление. Интегральный показатель по существу характеризует оптимальный уровень качества нефтепродукта.
4.3. Традиционные и альтернативные виды топлива
Топливо для тепловых двигателей должно отвечать следующим основным требованиям:
а) полностью испаряться и сгорать с максимальным выделением тепла и минимальным образованием токсичных и коррозионно-активных продуктов и отложений;
б) не вызывать затруднений при транспортировании, хранении и подаче по системе питания в любых климатических условиях;
в) быть обеспеченным сырьевыми ресурсами, быть недорогим и нетоксичным.
Перечисленным требованиям в наибольшей мере удовлетворяют жидкое нефтяное топливо. Его широко применяют в связи с высокой теплотой сгорания, относительно низкой стоимостью и удобством использования. Жидкое нефтяное топливо после сгорания не оставляет золы, хорошо транспортируется по трубопроводам и имеет ряд других преимуществ. Все это привело к тому, что жидкое нефтяное топливо во всем мире являлось и пока остается главным источником энергии для различного рода двигателей.
Жидкое нефтяное топливо по основному назначению можно разделить на несколько групп.
В первую группу входит топливо для поршневых двигателей с принудительным воспламенением. В таких двигателях испарение топлива и образование топливовоздушной смеси происходит вне цилиндров двигателя при относительно невысоких температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателей необходимы легкоиспаряющиеся низкокипящие фракции углеводородов. В эту группу входят автомобильные и авиационные бензины, которые состоят преимущественно из углеводородов, выкипающих в диапазоне температур от 40 до 200 °C.
Ко второй группе относят топливо для поршневых двигателей с воспламенением от сжатия (дизелей). В этих двигателях испарение топлива осуществляется после его впрыска и распыливания в сильно нагретом (до 700 °C) воздухе. При таких температурах успевают испариться и образовать горючую смесь надлежащего состава более тяжелые фракции углеводородов. В быстроходных дизелях с высоким числом оборотов коленчатого вала применяют топливо, содержащее в основном фракции углеводородов с диапазоном выкипания от 180 до 360 °C, а в средне– и малооборотных двигателях успешно используют еще более тяжелое топливо, так как время, отводимое на их испарение в тихоходных двигателях, больше.