Одержання та переробка нафтопродуктів (стр. 4 из 17)

Вплив конструкційних і експлуатаційних факторів та складу палива на процес горіння

Детонаційна стійкість бензинів залежить від їх вуглеводного складу, а при однаковому вуглеводному складі – від їх молекулярної ваги.

Найбільш висока детонаційна стійкість у ароматичних вуглеводнів та алканів ізобудови. Найгірші антидетонаційні якості у нормальних алканів.

Бензини каталітичного крекінгу, що складаються в основному з ізопарафінових та ароматичних вуглеводнів, мають високі антидетонаційні властивості. З другого боку, автомобільні бензини прямої перегонки з парафінових нафт, у складі яких є нормальні алкани, мають дуже низьку детонаційну стійкість. Крім природи самого палива, на детонацію впливають такі фактори, як ступінь стиску, число обертів двигуна, кут випередження запалювання, склад суміші, ступінь відкриття дросельної заслінки, розміри циліндрів, кількість і розташування запалювальних свічок, нагароутворення.

При збільшенні ступеня стиску підвищується тиск і температура робочої суміші, що прискорює процес нагромадження перекисів, а потім утворюються сприятливі умови для виникнення детонації.

При збільшенні числа обертів колінчастого валу двигуна зменшується час для утворення перекисів, а зростання завихрення робочої суміші збільшує швидкість нормального горіння, що також зменшує нагромадження перекисів. Все це знижує інтенсивність детонації або запобігає її виникненню.

При зменшенні кута випередження запалювання детонація зменшується. Від величини цього кута залежить тиск при згорянні суміші в циліндрі; із зменшенням кута тиск знижується, а звідси послаблюється або зовсім зникає детонація. Від складу суміші залежить швидкість горіння. Збагачуючи суміш, можна збільшити швидкість нормального горіння і зменшити детонацію, але витрата палива при цьому збільшиться.

При перекритті дросельної заслінки зменшується ваговий заряд суміші, що призводить до зменшення тиску у циліндрі, і як наслідок – до послаблення детонації.

Від розмірів циліндра, так само як і від кількості запалювальних свічок та їх розташування, залежить довжина шляху полум'я. Із зменшенням діаметра циліндра та збільшенням кількості запалювальних свічок довжина шляху полум'я до найбільш віддаленої точки зменшується, суміш згоряє швидше і виникнення детонації ускладнюється.

Нагароутворення на днищі поршня та стінках камери згоряння сприяє детонації. При нагарі, внаслідок гіршої тепловіддачі, підвищується температура у циліндрі, а крім того, при значному відкладенні нагару підвищується ступінь стиску. За цих умов інтенсивність утворення перекисів зростає і полегшується виникнення детонації.

Детонація порушує нормальну роботу двигуна й шкідливо впливає на його технічний стан.

Під час детонації двигун працює жорстко, нестійко, спостерігаються металічні стуки. Внаслідок підвищення тепловіддачі газів стінкам циліндра двигун перегрівається. При тривалій роботі з детонацією прогорають поршні, клапани, поршневі кільця, пошкоджуються підшипники та інші деталі. Детонація викликає падіння потужності двигуна та перевитрату палива.

Оцінка детонаційної стійкості бензинів та методи її підвищення

Здатність палива протистояти детонації називається детонаційною стійкістю. Детонаційна стійкість палива оцінюється октановим числом.

Октанове число автомобільних бензинів визначають двома методами: моторним і дослідницьким. Обидва методи стандартизовані. Для визначення октанового числа використовують моторні установки із одноциліндровими двигунами з перемінним ступеням стиснення (e= 4…І0).

Визначення октанового числа за моторним методом ведеться при обертах вала двигуна 900 хв^-1 з підігрівом робочої суміші до 149±1 °С, та при перемінному куті випередження запалювання; визначення октанового числа за дослідницьким методом ведеться при обертах вала двигуна 600 хв^-1, температурі повітря 52±1 °С і постійному куті випередження запалювання – 13 град. В іншому, методики визначення октанового числа за обома методами однакові. У цілому, умови випробування за дослідницьким методом легше ніж за моторним, тому октанове число бензину визначене по дослідницькому методу вище, ніж за моторним на 7…10 одиниць.

Моторний метод визначення октанового числа характеризує детонаційну стійкість бензину у режимі роботи двигуна завантаженого автомобіля, при його русі по маршрутам за містом (висока форсованість та найбільша теплонапруженість двигуна).

Дослідницький метод визначення октанового числа характеризує детонаційну стійкість бензину у режимі роботи двигуна легкового автомобіля при його русі в умовах міста (обмежені потужності, чисельні зупинки, низька теплонапруженість двигуна).

При визначенні октанового числа двигун працює на випробуваному паливі. Під час роботи поступово підвищується ступінь стиснення, доки не виникне детонація, інтенсивність якої фіксується.

Потім закріпляється ця ступінь стиснення та підбирається еталонне паливо, при роботі на якому виникає детонація тієї же сили, що і у випробуваному паливі.

Таким чином, октанове число – це умовна одиниця визначення детонаційної стійкості палива, яка показує відсоток вмісту по об'єму ізооктану у штучно приготовленій суміші, що складається із ізооктану (детонаційна стійкість дорівнює 100) та н-гептану (детонаційна стійкість дорівнює 0), що за своєю детонаційною стійкістю еквівалентна випробуваному паливу. Якщо, наприклад, еталона суміш містить 76% ізооктану і 24% н-гептану, та за своєю детонаційною стійкістю дорівнює випробуваному бензину, тоді октанове число палива дорівнює 76.

Відомі альтернативні методи в оцінці октанового числа (ОЧ), наприклад, по діелектричної проникності бензину, а також по показникам фракційної розгонки (температур кипіння 10% та 90% фракцій) і густини [1]:

.

Експлуатаційні характеристики сучасних автомобільних двигунів поліпшуються, головним чином, за рахунок збільшення ступеня стиску, а також шляхом форсування по швидкості і наповненню. При цьому збільшується літрова потужність двигуна і знижується витрата палива на т-км наробітку, але підвищуються вимоги до октанового числа застосовуваних бензинів. Наприклад, зі збільшенням ступеню стиску двигуна від 6 до 10 необхідне для використання октанове число бензину підвищується від 66…70 до 95…98, а витрата палива при цьому знижується від 6,06 до 4,1 л/100т-к.

Вимоги двигунів до детонаційної стійкості використаного бензину визначаються комплексом його конструктивних особливостей, серед яких найбільше значення має ступінь стиску eі та діаметр циліндру d:

.

Взагалі існує три методи збільшення детонаційної стійкості бензинів:

– метод впливу на фракційний склад;

– метод впливу на хімічний склад;

– введення спеціальних присадок-антидетонаторів.

Перший метод заснований на врахуванні залежності октанового числа від молекулярної ваги вуглеводнів. Детонаційна стійкість того самого гомологічного ряду, як правило, зменшується із зростанням їх молекулярної ваги. Тому, збільшення низькомолекулярних вуглеводнів у складі бензину збільшує їх детонаційну стійкість. Цей метод не дає великого ефекту і знаходить дуже обмежене застосування.

Другий метод заснований на врахуванні хімічної природи вуглецю. Якщо зрівняти між собою вуглеводні з однаковим числом атомів вуглецю у молекулі вуглеводню, то за ознакою підвищення октанового числа гомологічні ряди їх розташуються у такому порядку: н-парафіни – нафтени – ізопарафіни – ароматичні, тобто за рахунок збільшення вмісту у паливі ароматичних вуглеводнів і ізопарафінів можна помітно підвищити детонаційну стійкість бензинів.

Третій метод – введення присадок-антидетонаторів. Практично це вирішується введенням у базові бензини від 20 до 50% високооктанових компонентів: ізооктан, ізопентан, киснемісткі сполуки, наприклад, ефіри і спирти та ін. Октанове число при цьому підвищується приблизно на 15 одиниць.

Однак, вітчизняним нафтопереробним заводам важко забезпечити Україну великою кількістю якісних високооктанових добавок. Також відмова від застосування етилової рідини не можлива без використання присадок (третій метод) на основі заліза, марганцю та ароматичних амінів. Асортимент присадок, які використовують в Україні, наведено у табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Тип присадки	Марка
Антидетонатори на базі свинцю	Р-9, 1-ТС, П-2
Антидетонатори на базі заліза	ФК-4, ФеРо3, ДАФ, АПК,Октан-Максимум,
Антидетонатори на базі марганцю	Hitec-3000, Hitec-3046, Hitec-3062
Суміші металоорганічних добавок та кисень утримуючих або ароматичних компонентів	ДАКС, Феррара, Фетерол марок В, Г

Прокачуваність

Прокачуваність бензину характеризує можливість його проходження по трубопроводам і агрегатам паливної системи двигуна без перешкод. Оцінюється вмістом механічних домішок, води, в‘язкістно-температурними та низькотемпературними характеристиками. Стандартом регламентуються перші два показники.