Сорта топлив, их использование

Зарубежные топлива

Сорта топлив, их использование

Вопросы.

Тема 3 Топлива применяемые в судовых дизелях.

Лекция № 3

Конспект лекций по дисциплине

Химмотология

Литература:

С.В. Камкин, И.В. Возницкий, В.П. Шмелев «Эксплуатация Судовых дизелей», 1990 г., с. 244-250.

Краткое содержание лекционного материала.

Общие сведения. Применяемые на судах нефтяные топлива в зависимости от метода их получения подразделяют на два вида - дистиллятные и тяжелые. Дистиллятные топлива состоят из легких фракций, получаемых дистилляцией в установках по переработке нефти, характеризуются малой вязкостью v = 3 ~ 6 мм²/с, поэтому не нуждаются в подогреве перед подачей к двигателям или котлам. Тяжелые топлива представляют собой смеси, состоящие из остаточных продуктов переработки нефти и дистиллятов.

В зависимости от соотношения легких и тяжелых компонентов вязкость тяжелых топлив, как и другие их показатели, варьируется в широких пределах. В СССР качество топлив регламентируется государственными стандартами и техническими условиями (табл. 1.3). За рубежом качество топлив определялось спецификациями фирм-поставщиков Британской (ВS 2869 : 1967) и Американской (АSТМ-Д975 и Д396-67). Начавшийся в 70-х годах и все более распространяемый процесс вовлечения в производство топлив продуктов вторичной переработки нефти потребовал пересмотра действующих стандартов и спецификаций, расширения предельных значений показателей качества и привлечения дополнительных показателей (таких, как содержание алюминия, стабильность и совместимость топлив и др.).

Дистиллятные топлива. В силу ограниченности ресурсов и высокой стоимости дистиллятов цена относящихся к классу дистиллятов дизельных топлив ориентировочно в 1,7 раза превышает стоимость тяжелых топлив (рис. 1.6). Потребление дизельного топлива на судах морского флота составляет всего 6 - 12 % общего количества сжигаемого топлива. Его в основном используют во вспомогательных средне- и высокооборотных дизелях, которые либо по своей конструкции, либо из-за неприспособленности системы топливоподготовки (отсутствие подогрева) не могут быть переведены на более тяжелые сорта. В главных двигателях морских судов дизельное топливо применяют исключительно во время маневров и для промывки топливной системы, перед остановкой. Отечественная промышленность выпускает дизельные топлива в соответствии с ГОСТ 305 - 82 путем смешивания фракций прямой перегонки сернистых нефтей, прошедших гидроочистку и депарафинизацию, с каталитическим газойлем. Присутствие каталитического газойля снижает эксплуатационные свойства топлива в частности усиливается его склонность к отложениям. Топлива выпускают четырех марок: Л, 3, ЗС, А, которые по содержанию серы делят на две подгруппы: с S < 0,2 %, с S = 0,21 ~- 0,5 %. Содержание меркаптановой серы в сере обеих подгрупп ограничи­вается 0,01 %.

Рис. 1.6 Соотношение стоимости и объема продаж для морских судов.

В качестве заменителя дизельного топлива на судах морского и речного флота широко используют азотурбинное топливо 10433 -75). Топливо получают в качестве побочного продукта в процессах замедленного коксования при выработке нефтяного кокса, необходимого металлургической промышленности. Газотурбинные топлива ТГ и ТГВК отличаются более высокой плотностью и вязкостью, но не настолько высокой, чтобы их нужно было подогревать перед использованием. Для этих топлив характерно более высокое содержание серы (1 и 2,5 % соответственно) и, на что должно быть обращено внимание особо, в них содержится до 2,5% смолистых веществ. Это обусловливает их низкую стабильность, проявляющуюся при нагревании и смешиваний с другими топливами.

Начиная с 1988 г. нефтяная промышленность начала поставлять флот судовое маловязкое топливо, лредназначенное для замены дизельного и газотурбинного топлив. Это топливо вырабатывают путем смешивания дистиллятов вторичных процессов (коксова-термического и каталитического крекинга) с дизельными фракциями с повышенным концом кипения, взятыми из атмосферной и вакуумной колонн. По сравнению с дизельным топливом к нему предъявляют менее жесткие требования (допускается вдвое большая вязкость - 11 мм²/с, содержание серы до 1,5%, более низкое ЦЧ - не менее 40).

Тяжелые топлива. Тяжелые топлива представляют собой смеси прямогонных, а в последние годы - крекинг-остатков с дистиллятами. По вязкости топлива подразделяют на два вида - средневязкие (v₅₀ до 35 мм²/с) и высоковязкие (v₅₀ > 35 мм²/с). Из отечественных топлив к средневязким принято относить моторное топливо ДТ (ГОСТ 1667-68) и флотский мазут Ф-5 (ГОСТ 10585-75), хотя верхний предел их вязкости и выходит за 35 мм²/с. Топливо

ДТ представляет собой смесь мазута с дистиллятами вторичных процессов - каталитическим газойлем, крекинг-керосином, количество которых достигает 50-60 %. Флотский мазут Ф-5 обычно состоит из маловязкого мазута прямой перегонки (60-70 %), черного солярового масла (16-20 %) и крекинг-мазута (20-30 %). От топлива ДТ он отличается меньшим содержанием дистиллятных фракций и большим - серы и золы.

Средневязкие топлива можно применять не только в главных мало- и среднеоборотных двигателях, но и в двигателях вспомогательных дизель-генераторов. При этом необходимы подогрев топлива в танках запаса (местный подогрев у приемного патрубка), в отстойных и расходных цистернах и перед двигателем и котлом, а также эффективная очистка.

Высоковязкие топлива: топочный мазут марки 40 или 40В (ГОСТ 10585-75) представляет собой компаундированное прямогонное топливо вязкости до 170 мм²/с при 50 °С. Он обладает высокой температурой застывания (до 25 °С) и высокой зольностью (до 0,12 %). Мазут марки 40 является основным видом топлива для малооборотных дизелей при условии, что их система топливопод-готовки оснащена эффективными средствами очистки и подогрева. Заменителем топочного мазута служит моторное топливо ДМ вяз­костью не более 150 мм²/с, содержание серы не более 1,5 %, но зольность может достигать 0,15 %.

Технологическое экспортное топливо марок Э-4 и Э-5 является смесью прямогонных остатков с дистиллятами. Вязкость его достигает 100-150 мм^а/с при 50 °С, содержание серы не превышает 2-2,5%, зольность 0,1 %, температура застывания не выше 15 °С.

Предусматривается поставка новых судовых средне- и высоко­вязких топлив: легкого v₅₀ < 36 мм²/с и р = 950 кг/м³), тяжелого (v ₅₀ < 260 мм²/с; р = 995 кг/м³) и супертяжелого v₅₀ < 700мм²/с; р = 1015 кг/м³).

Для высоковязких топлив характерны повышенное содержание ароматиков, смол, асфальтенов, а также серы, золы и механических примесей (см. табл. 1.3). Худшие показатели высоковязких топлив предопределяют необходимость их качественной очистки и более высокого подогрева по пути от танков запаса до двигателя.

3.2 Зарубежные топлива.

Зарубежными спецификациями предусматривается значительно более широкий ассортимент поставляемых на суда топлив. По современной классификации (Shell Marine Fuel Specifications, 1986) тяжелые топлива условно подразделяют на две группы: остаточные высоковязкие топлива вязкостью 420- 700 мм²/с при 50 °С (Marine Fuel Oil или Residuel Fuel и топлива, представляющие собой смеси, вязкость которых лежит в диапазоне 420- 30 мм²/с (Thin Fuel Oil или Intermediate Fuel Oil).

Нефтяной кризис 1973-1974 гг. вызвал резкое увеличение стоимости нефти и нефтепродуктов. К 1980 г. цена на нефтепро дукты на мировом рынке возросла в 10 раз и более, затем произошел некоторый спад, но, несмотря на это, стоимость топлив продолжает оставаться высокой, и, учитывая ограниченность мировых ресур­сов нефти, нет оснований ожидать падения цен в будущем. Общая тенденция сводится к увеличению цен, так как технология извлечения нефти из недр становится все более дорогостоящей. Особенно это относится к морским месторождениям, доля которых будет все увеличиваться.

В Росссс цены на нефтяные топлива более стабильны, однако разрыв в ценах на тяжелые и дистиллятные топлива, как и за рубежом, увеличился. Так, если до 1973 г. по ценам Западного рынка он был минимален, то в настоящее время стоимость мазута 1РО-240 (v = 240 мм²/с) составляет 78 % стоимости топлива Маппе О1езе! ОП (МОО). Стоимость мазута марки 40 составляет 58 % стоимости дизельного топлива марки Л. Столь значительную разницу в ценах нельзя не учитывать при выборе сорта топлива для судов. Если исходить из экономических соображений, то предпочтение следует отдавать более дешевым сортам топлив, которые, однако, обладают худшими эксплуатационными свойствами. Поэтому при выборе сорта топлива соображения технического характера являются не менее важными, а иногда и решающими. Надежность работы двигателя, его ресурс находятся в прямой зависимости от того, насколько конструкция двигателя и отдельных его элементов, топливная аппаратура и система подачи топлива приспособ­лены к работе на тяжелых топливах.

Использование топлив. При использовании тяжелых низкосортных топлив особенно важно обеспечить их эффективную очистку и подогрев. Выпускные клапаны должны иметь жаростойкую наплавку и интенсивное охлаждение. Охлаждение необходимо также для распылителей форсунок, в противном случае не исключено интенсивное закоксовывание сопловых отверстий. С переводом дизеля на работу на тяжелом топливе рекомендуется заменить распылители на распылители с большим диаметром сопловых отверстий и большим зазором между иглой и направляющей. Желательно также во избежание заклиниваний перейти на плунжерные пары с большим зазором. Качество и стоимость топлива находятся в прямой зависимости, и перевод двигателя на работу на более дешевом топливе не может не отразиться на ухудшении его состояния и вызванном этим увеличении расходов на техническое обслуживание, запасные части, ремонт и пр. Поэтому при подсчете суммарного экономического эффекта следует исходить из разности между выигрышем в стоимости израсходованного за определенный промежуток времени топлива и потерями в эксплуатационных расходах. Экономический эффект равен экономии в стоимости топлива минус потери на техническое обслуживание, ремонт и пр. Рост эксплуатационных расходов при переводе двигателей на более тяжелые топлива складывается в результате: увеличения

удельного расхода топлива в связи со снижением его теплоты сгорания и возможного ухудшения качества сгорания (снижения КПД рабочего цикла); увеличения потерь топлива в сепараторах, фильтрах, отстойных цистернах; сокращения ресурса двигателя (котла) между вскрытиями и плановопредупредительными ремонтами (ППР) и обусловленных этим ростом трудозатрат по техническому обслуживанию; увеличения расходов на запасные части в связи с увеличением скорости их изнашивания; увеличения затрат энергии на подогрев топлива в танках запаса и в системе топливоподготовки; увеличения затрат на смазочные масла в связи с тем, что с ухудшением качества топ-лив, как правило, требуются более дорогие (качественные) масла и в больших количествах, так как их приходится чаще менять. Иллюстрацией служат данные, приведенные на рис. 1.7. Здесь за ориентир принято тяжелое топливо вязкостью 350 мм²/с. Как видно, изменение вязкости приводит к изменению расходов по экс­плуатации двигателя в диапазоне 10-15 %. Для другого двигателя этот диапазон может быть иным, так как изменение эксплуатацион­ных расходов находится в зависимости от того, в какой степени двигатель и система топливоподготовки приспособлены к работе на тяжелых низкокачественных топливах. Судовые двигатели выпуска 60-70-х гг. допускали использование тяжелых топлив, вязкость которых не превышала 350 мм²/с. При этом предел вязкости для среднеоборотных двигателей был еще ниже, в четырехтактных мощных двигателях не рекомендовалось выходить за пределы вязкости 180 мм²/с. В конструкцию двигателей 1980-х гг. были внесены усовершенствования, позволяющие использовать топлива вязкостью до 400-500 мм²/с.