II . Товарные нефтепродукты – топлива

Тяжелые моторные топлива

Тяжелые моторные и судовые топлива используют в судовых энергетических установках. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585 — 75, к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ — по ГОСТ 1667-68. К судовым топливам относят дистиллятное топливо ТМС по ТУ 38.101567— 87 и остаточные топлива СВТ, СВЛ, СВС по ТУ 38.1011314-90.

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность (табл.1).

Вязкость. Эта техническая характеристика является важнейшей для котельных и тяжелых моторных топлив. Она определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки топлива, гидравлическое сопротивление при транспортировке по трубопроводам, эффективность работы форсунок. От вязкости в значительной степени зависит скорость осаждения механических примесей при хранении, а так же способность топлива отстаиваться от воды. При температуре 50…80 ^оС условную вязкость топлива определяют по ГОСТ 6258-85 на вискозиметре ВУМ, либо используют вязкостно-температурные диаграммы.

Так как котельные и тяжелые моторные топлива – структурированные системы, для сливно-наливных операций необходимо учитывать реологические свойства топлив.

Таблица 1. Основные характеристики остаточных топлив

Вязкость при низких температурах определяют по ГОСТ 1929-87 с помощью ротационного вискозиметра «Реотест». Принцип действия прибора «Реотест» основан на измерении сопротивления, которое оказывает испытуемый продукт вращающемуся внутреннему цилиндру. Это сопротивление зависит только от внутреннего трения жидкости и прямо пропорционально абсолютной вязкости.

Содержание серы. В остаточных топливах содержание серы зависит от типа перерабатываемой нефти (сернистой или высокосернистой) и технологии получения топлива. Сера в остаточных топливах находится в связанном состоянии (меркаптановая сера, сероводород). Наиболее коррозионно-агрессивных соединений — меркаптановой серы — в остаточных топливах меньше, чем в среднедистиллятных фракциях. Поэтому коррозионная агрессивность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.

При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды — SO2 и SO3 Наличие в дымовых газах SO3 повышает температуру начала конденсации влаги — точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономайзеров) близка к точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла. На рис. 1 показана зависимость точки росы от содержания серы.

Рис. 1 . Зависимость точки росы t_р от массовой доли серы m_s

Содержание серы в мазутах оказывает значительное влияние на экологическое состояние воздушного бассейна. В ряде ведущих капиталистических стран в последние годы приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5—1,0 %.

Теплота сгорания. Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход, особенно для топлив, применяемых в судовых энергетических установках, так как при заправке топливом с более высокой теплотой сгорания увеличивается дальность плавания. Теплота сгорания зависит от отношения Н/С, а также элементного состава топлива и его зольности. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают, что часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива, расходуется на конденсацию паров воды, образовавшейся при сгорании водорода в топливе. При определении низшей теплоты сгорания тепло, затрачиваемое на образование воды, не учитывается.

Температура застывания. Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива, зависит от качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. На температуру застывания влияют условия и продолжительность хранения топлива, диаметр сосуда, в котором определяется эта температура, скорость охлаждения топлива и пр. Учитывая нестабильность температуры застывания, стандарты на остаточные топлива гарантируют, что по истечении трех месяцев хранения, температура застывания топлив не будет превышать установленную стандартом величину.

Полагают, что повышение температуры застывания топлива при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием кристаллической структуры. Эта способность остаточных топлив затрудняет их применение и не позволяет гарантировать соответствующее качество после хранения и транспортировки.

Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки – сополимеры этилена с винилацетатом. Они препятствуют образованию прочных кристаллических структур парафиновых углеводородов. Но, чем больше парафиновых углеводородов в топливе и чем выше температура их плавления, тем менее эффективно действие депрессорных присадок.

Температура вспышки определяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Для топлив, используемых в судовых энергетических установках, нормируется температура вспышки в закрытом тигле (>75-80 0С), для котельных топлив – в открытом тигле (90-100 0С). Разница между температурами вспышки в открытом и закрытом тиглях составляет приблизительно 30 0С.

Температура вспышки, °С: Мазут марки 40 Мазут марки 100

в открытом тигле 92 120

в закрытом тигле 61 93

Содержание воды, механических примесей и зольность. Эти компоненты являются нежелательными составляющими котельных топлив, так как присутствие их ухудшает экономические показатели работы котельного агрегата, увеличивает коррозию хвостовых поверхностей его нагрева.

Вода образует в топливе стойкие эмульсии, изменяя и снижая смазывающую способность топлива, а также ухудшает процесс сгорания. Однако если вода равномерно распределена в топливе в виде мелкодисперсных вкраплений, она оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства остаточных топлив. Испарение мелкодисперсных частиц воды происходит мгновенно в виде «микровзрыва», при этом процесс горения протекает плавно, с достаточной полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и дымности отходящих газов.

Механические примеси, как и вода, засоряют форсунки, фильтры, нарушая процесс распыления.

Зола характеризует наличие в топливе солей металлов. При сжигании топлива они отлагаются на нагретых поверхностях топливной аппаратуры, ухудшая теплопередачу, повышая температуру отходящих газов, снижая кпд двигателей и котлов.

Зольность топлив зависит от солесодержания нефти и качества ее обессоливания при переработке. Улучшение обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях в последние годы позволило получать нефти с содержанием солей не более 3…5 мг/л и вырабатывать котельные топлива с улучшенными показателями зольности.

С углублением переработки нефти изменяется компонентный состав мазута, вследствие более полного отбора дизельных фракций на установках вторичной переработки нефти. В результате этого, в топочном мазуте увеличивается содержание асфальто-смолистых веществ. Это приводит к снижению эффективности горения топлива и увеличению выбросов сажи в окружающую среду, а также ухудшению стабильности топлива при хранении и образованию осадков. Для таких топлив рекомендуется применение полифункциональной присадки (ВНИИНП-200). Механизм ее действия основан на разрушении структуры асфальто-смолистых веществ, благодаря чему улучшается гомогенность и физическая стабильность мазутов, повышается качество их распыления.

Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12, предназначенные для сжигания в судовых энергетических установках и средне- и малооборотных дизелях , обладают улучшенными характеристиками по сравнению с топочными мазутами марок «40» и «100»: меньшей вязкостью, содержанием механических примесей, воды и зольностью, более низкой температурой застывания.

Флотский мазут Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: 60…70 % прямогонного мазута и 30–40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использование также в его составе до 22 % керосиногазойлевых фракций вторичных процессов (каталитического и термического крекинга).

Флотский мазут Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установке прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (Ф-12 – менее 0,8 %, Ф-5 – менее 2 %) и менее жесткие требования по величине вязкости при 50 0С (Ф-12 – менее 12 0ВУ, Ф-5 – менее 5 0ВУ).

Кроме флотских и топочных мазутов отечественная промышленность выпускает согласно ТУ 38.001361-87 технологическое экспортное топливо четырех марок: Э-2, Э-3, Э-4, Э-5 (табл. 2). Это топливо получают только из продуктов прямой перегонки нефти.

Таблица 2. Характеристики технологического экспортного топлива (ТУ 38.001361-87)

Согласно данным табл. 2, технологическое экспортное топливо превосходит все остальные виды остаточных топлив по величине низшей теплоты сгорания (40402 кДж/кг), однако характеризуется повышенной температурой застывания (+15 оС) и более высоким содержанием серы.