Температура самовоспламенения дизельного топлива
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Температура самовоспламенения дизельного топлива

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Температура – самовоспламенение – дизельное топливо

Температура самовоспламенения дизельного топлива зависит от давления в той среде, куда топливо впрыскивается. [1]

Поскольку температура самовоспламенения дизельного топлива составляет для марок: Л – 310 С, 3 – 240 С; ЗС – 240 С, А – 230 С – и температура воспламенения топлива всех марок составляет 62 – 119 С, то в помещениях для хранения дизельного топлива запрещается обращение с открытым огнем, а искусственное освещение должно быть во взрывопожаробезопас-ном исполнении. [2]

При таком давлении температура самовоспламенения дизельного топлива составляет 200 – 210 С. Однако для устойчивого воспламенения с небольшим периодом задержки ( до 60 мс) температура в конце такта сжатия должна быть значительно выше температуры самовоспламенения и в период пуска составлять 300 – 345 С. Достижение этой температуры зависит от температуры окружающего воздуха и частоты вращения коленчатого вала при пуске. [3]

Экспериментально установлена количественная зависимость между температурой самовоспламенения дизельного топлива и периодом задержки воспламенения в двигателе. Это означает, что в некоторых случаях температура самовоспламенения может быть характеристикой воспламеняемости дизельных топлив, особенно при оценке топлив, полученных из нефтей одинакового состава. [4]

В результате экспериментальной работы была установлена зависимость температуры самовоспламенения дизельного топлива от его удельного веса и анилиновой точки; эта зависимость была названа дизельным индексом. [5]

В отличие от бензиновых двигателей в дизельных рабочая смесь воспламеняется не от постороннего источника – искры, а в результате самовоспламенения топлива. Температура самовоспламенения дизельного топлива определяется его групповым углеводородным и фракционным составом и зависит от давления. При атмосферном давлении дизельные топлива самовоспламеняются в пределах температур 275 – 336 С. [6]

Температура самовоспламенения – это минимальная температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом воспламеняются без соприкосновения с открытым огнем. Чем ниже температура самовоспламенения дизельного топлива , тем мягче ( без стуков) будет работать на нем двигатель и тем производительнее, экономичнее и надежнее будет его работа. Легкость самовоспламенения топлива оценивается цетановым числом. [7]

В цилиндры подается газовоздушная смесь, состав и способ образования которой могут быть различными. Эта смесь сжимается до температуры ниже температуры ее самовоспламенения, но выше температуры самовоспламенения дизельного топлива . В конце такта сжатия температура газовоздушной смеси достигает 500 – 550 С. Подача топлива осуществляется за 15 – 20 до ВМТ. Это топливо воспламеняется и поджигает газовоздушную смесь. Надежное воспламенение дает возможность применять газовоздушную смесь такого же состава, как и при дизельном процессе. При этом напряженность деталей сохраняется на уровне напряженности использованного дизеля, а мощность газодизеля не отличается от мощности дизеля. [8]

Современные газовые двигатели относятся в большинстве случаев к группе двигателей с внешним смесеобразованием и имеют принудительное зажигание. Применение газовых двигателей с воспламенением от сжатия затруднено в основном вследствие высокой температуры самовоспламенения газообразных горючих веществ, которая на 200 ч – 300 С выше температуры самовоспламенения дизельного топлива . В качестве топлива в таких двигателях могут применяться естественные, промышленные или генераторные газы. [9]

Цетановым числом дизельного топлива называется условная единица измерения, показывающая предельное содержание ( по объему) цетана в эталонной смеси, составленной из цетана ( цетановое число условно принимается за 100) и альфаметилнафталина ( цетановое число условно принимается за 0), задержка самовоспламенения которой равноценна испытуемому топливу. Определяется цетановое число на специальной установке, представляющей одноцилиндровый дизельный двигатель с переменной степенью сжатия, оборудованной аппаратурой, регистрирующей жесткость работы двигателя. Чем выше цетановое число, тем ниже температура самовоспламенения дизельного топлива и тем мягче будет работать на нем двигатель. [10]

Некоторое запаздывание воспламенения и последующее сгорание увеличенного топливного заряда с чрезмерно большой скоростью может оказаться причиной жесткой работы дизеля, возникновения стуков в двигателе, что при нормальной эксплуатации недопустимо. Объясняются эти явления тем, что топливо не успевает в известных условиях пройти необходимую для двигателя с воспламенением от сжатия подготовку, заключающуюся в предварительном окислении, которое сопровождается накоплением перекисей, инициирующих процессы самовоспламенения. Отсюда следует, что интенсивность окисления, период задержки воспламенения и температура самовоспламенения дизельного топлива зависят от его химического состава. Алканы и алкены нормального строения окисляются с большей скоростью и при более низких, температурах, чем ароматические углеводороды, образуя более устойчивые в растворе углеводородов перекиси и поэтому накапливающиеся в достаточно высокой концентрации. [11]

Дизельное топливо и его характеристики

Дизельное топливо состоит из большого числа различных углеводородов, точка кипения которых находится в пределах примерно от 180°С до З60°С. Топливо получается с помощью ступенчатой перегонки неочищенной нефти. В дизельное топливо вводятся различные добавки, которые получаются из тяжелых масел путем крекинга с использованием тепла, давления и каталитических добавок.

Требования, предъявляемые к дизельным топливам, определяются национальными стандартами различных стран. В Германии действует стандарт DIN 51601. Наиболее важными параметрами топлива по этому стандарту являются следующие.

Цетановое число, качество воспламенения

Так как дизельный двигатель работает без внешнего воспламенения, то после впрыска дизельного топлива в горячий сжатый воздух, находящийся в камере сгорания, оно должно самовоспламениться с минимально возможной задержкой (периодом задержки воспламенения).

Качество воспламенения определяется как такое свойство топлива, которое определяет начало его самовоспламенения в дизельном двигателе. Качество воспламенения выражается с помощью так называемого цетанового числа (CN). Чем выше цетановое число, тем легче воспламенить топливо.

Углеводород цетан имеет очень хорошую характеристику воспламеняемости, которая соответствует цетановому числу 100, тогда как углеводород метилнафталин, имеющий очень плохую воспламеняемость, имеет цетановое число, равное 0, Стандарт DIN 51601 для дизельного топлива определяет минимальное цетановое число в 45 единиц.

Однако для оптимальной работы современных дизельных двигателей (тихая работа, уменьшение вредных выбросов) желательно иметь топливо с повышенным цетановым числом около 50. Высококачественное дизельное топливо содержит большое количество парафинов с высокими цетановыми числами. В противоположность этому, различного типа ароматические углеводороды, содержащиеся в крекинговых соединениях, ухудшают качество воспламенения.

Поведение дизельного топлива при низких температурах, фильтруемость

При низких температурах осаждение кристаллов парафина может вызвать забивание топливного фильтра и, следовательно, прекращение подачи топлива. Начало осаждения парафина может в самом неблагоприятном случае начаться при температурах около 0°С. Чтобы предотвратить это, нужно при наступлении холодов заранее позаботиться о зимнем дизельном топливе.

Обычно добавки для улучшения текучести добавляются в процессе производства дизельного топлива. Они и не предотвращают осаждение парафина, а значительно ограничивают рост их кристаллов. Образующиеся кристаллы будут настолько малы, что они смогут проходить через поры топливного фильтра. В результате этого фильтруемость топлива может сохраняться вплоть до низких температур. Сопротивляемость к воздействию холода может быть улучшена еще больше с помощью добавок, которые предотвращают осаждение кристаллов парафина. Зимнее дизельное топливо, которое широко распространено в настоящее время, гарантирует сопротивление замерзанию (по российским стандартам до температуры -30°С, а арктическое топливо до -50°С). Дополнительными мерами являются подогрев топливного фильтра или добавление керосина в дизельное топливо. Подмешивание низкооктанового бензина также может воспрепятствовать осаждению парафина, однако в этом случае качество воспламенения ухудшится, и температура вспышки заметно уменьшится (бензин имеет очень низкое цетановое число).

Температура вспышки дизельного топлива

Температура вспышки — это температура, при которой воспламеняемая жидкость дает достаточное количество пара в окружающий ее воздух, чтобы смесь воздуха с парами над поверхностью жидкости могла быть воспламенена от источника воспламенения. Из соображений безопасности (транспортировка, хранение) дизельное топливо должно иметь класс безопасности AIII, т.е. оно — должно иметь температуру вспышки выше 55°С. К примеру, содержание бензина в концентрации менее 3% в дизельном топливе может уменьшить температуру вспышки до такого уровня, что воспламенение возможно при комнатной температуре.

Температура вспышки дизельного топлива может быть в диапазоне от 52 °С до 96 °С в зависимости от типа двигателя, для которого оно применяется и условий его работы. Поскольку дизтопливо применяется в двигателях с высокой степенью сжатия, дизельное топливо должно обладать высокой температурой вспышки и низкой температура самовоспламенения.

Область кипения дизельного топлива

Значение области кипения влияет на параметры, которые важны для рабочего -поведения- дизельного топлива. Хотя расширение этой обрасти в сторону низких температур и приведет к тому, что топливо будет применимо для работы при низких температурах, но цетановое число в то же время уменьшится и это ухудшит, в частности, смазывающие свойства. Это ухудшение смазывающих свойств увеличит риск износа деталей системы впрыска. Если, с другой стороны, конечная температура кипения увеличивается, что желательно для достижения полноты использования нефти, то это может привести к увеличению выбросов серы и закоксовыванию форсунок (осаждение результатов сгорания).

Плотность дизельного топлива

Теплотворная способность дизельного топлива зависит в большей степени от его плотности и увеличивается с увеличением плотности. Следовательно, если топливо с сильно различающейся плотностью используется на топливном насосе высокого давления (ТНВД) при той же самой ei и установке, то в этом случае дозировка объема, создаваемого насосом постоянна — в смесеобразовании происходит перемена из-за флуктуаций в величине теплотворной способности, что, в свою очередь, приведет к увеличению выбросов серы для повышенной плотности.

Читать еще:  Переносная зарядка аккумулятора

Дизельное топливо содержит серу в форме химических соединений в зависимости от качества нефти и компонентов, используемых в смеси. В частности, компоненты, участвующие в крекинге, имеют высокое содержание серы, но они могут быть уменьшены с помощью введения водорода в технологическом процессе. Так как сера преобразуется в двуокись серы при сгорании в двигателе (это соединение очень неблагоприятно воздействует на окружающую среду из-за его кислотной реакции), то законодательно ограничено допустимое содержание серы. В последние годы оно постепенно уменьшается и в соответствии со стандартами не должно превышать 0,2% по весу. Не считая этого, сера увеличивает массу частиц в выхлопных газах и ухудшает эффективность работы каталитических преобразователей, когда они используются для уменьшения выбросов серы.

Добавки (присадки)

Улучшение качества путем добавления присадок, что является обычной практикой для бензина уже в течение многих лет, стало недавно популярным и для дизельного топлива (дизельное топливо марок Super и Premiom). Используются в основном такие добавки, которые оказывают множественное действие:

  • присадки для улучшения воспламенения увеличивают цетановое число и отвечают, в частности, за более «мягкое» сгорание;
  • моющие присадки (детергенты) используются для предотвращения закоксовывания форсунок;
  • ингибиторы (замедлители) коррозии необходимы для предотвращения коррозии металлических деталей (в случае попадания воды в топливную систему);
  • антивспенивающие присадки служат для облегчения заполнения топливного бака.

Общая концентрация присадок обычно не превышает 0,1%, так что такие физические характеристики топлива как плотность, вязкость и кривая кипения не изменяются.

Температура самовоспламенения дизельного топлива

ГОСТ Р 55475-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОПЛИВО ДИЗЕЛЬНОЕ ЗИМНЕЕ И АРКТИЧЕСКОЕ ДЕПАРАФИНИРОВАННОЕ

Dewaxed winter and arctic diesel fuel. Specifications

Дата введения 2014-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом “Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти” (ОАО “ВНИИ НП”)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 31 “Нефтяные топлива и смазочные материалы”

4 В настоящем стандарте учтены требования технического регламента Таможенного союза ТР ТС 013/2011 “О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту”, утвержденного решением комиссии Таможенного союза от 18 октября 2011 г. N 826

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ “О стандартизации в Российской Федерации” . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе “Национальные стандарты”, а официальный текст изменений и поправок – в ежемесячном информационном указателе “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на депарафинированное зимнее и арктическое дизельное топливо (далее – дизельное топливо) для быстроходных дизельных двигателей наземной техники. Дизельное топливо получают на основе среднедистиллятных фракций при переработке нефти и газовых конденсатов.

2 Нормативные ссылки

ГОСТ 12.4.103 Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная защитная, средства индивидуальной защиты ног и рук. Классификация

ГОСТ 12.4.121 Система стандартов безопасности труда. Противогазы промышленные фильтрующие. Технические условия

ГОСТ 12.4.252 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты рук. Перчатки. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ 17.2.3.02 Правила установления допустимых выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями

ГОСТ 33 Нефть и нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической и динамической вязкости

ГОСТ 1461 Нефть и нефтепродукты. Метод определения зольности

ГОСТ 1510 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 2177 (ИСО 3405-88) Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава

ГОСТ 2517 Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб

ГОСТ 3122 Топлива дизельные. Метод определения цетанового числа

ГОСТ 5066 (ИСО 3013-74) Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации

ГОСТ 6356 Нефтепродукты. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле

ГОСТ 19433-88 Грузы опасные. Классификация и маркировка

ГОСТ 19932 (ИСО 6615-93) Нефтепродукты. Определение коксуемости методом Конрадсона

ГОСТ 22254 Топливо дизельное. Метод определения предельной температуры фильтруемости на холодном фильтре

ГОСТ 27574 Костюмы женские для защиты от общих производственных загрязнений и механических воздействий. Технические условия

ГОСТ 27575 Костюмы мужские для защиты от общих производственных загрязнений и механических воздействий. Технические условия

ГОСТ 33701 Определение и применение показателей точности методов испытаний нефтепродуктов

ГОСТ Р ЕН ИСО 2719 Нефтепродукты. Методы определения температуры вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса

ГОСТ Р ЕН ИСО 3405 Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава при атмосферном давлении

ГОСТ Р ИСО 3675 Нефть сырая и нефтепродукты жидкие. Лабораторный метод определения плотности с использованием ареометра

ГОСТ Р ИСО 12156-1 Топливо дизельное. Определение смазывающей способности на аппарате HFRR. Часть 1. Метод испытаний

ГОСТ Р ЕН ИСО 12205 Нефтепродукты. Определение окислительной стабильности дистиллятных топлив

ГОСТ Р ЕН 12916 Нефтепродукты. Определение типов ароматических углеводородов в средних дистиллятах. Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с детектированием по коэффициенту рефракции

ГОСТ Р ЕН ИСО 14596 Нефтепродукты. Определение содержания серы методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии с дисперсией по длине волны

ГОСТ Р ЕН 15195 Нефтепродукты жидкие. Средние дистиллятные топлива. Метод определения задержки воспламенения и получаемого цетанового числа (DCN) сжиганием в камере постоянного объема

ГОСТ Р ЕН ИСО 20846 Нефтепродукты. Определение содержания серы методом ультрафиолетовой флуоресценции

ГОСТ Р ЕН ИСО 20847 Нефтепродукты. Определение серы в автомобильных топливах методом рентгенофлуоресцентной энергодисперсионной спектрометрии

ГОСТ Р 51069 Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром

ГОСТ Р 51947 Нефть и нефтепродукты. Определение серы методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии

ГОСТ Р 52660 (ЕН ИСО 20884:2004) Топлива автомобильные. Метод определения содержания серы рентгенофлуоресцентной спектрометрией с дисперсией по длине волны

ГОСТ Р 52709 Топлива дизельные. Определение цетанового числа

ГОСТ Р 53203 Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия

ГОСТ Р 53708 Нефтепродукты. Жидкости прозрачные и непрозрачные. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости

ГОСТ Р 54279 Нефтепродукты. Методы определения температуры вспышки в аппарате Пенски-Мартенса с открытым тиглем

Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Условные обозначения и коды ОКП

3.1 В условном обозначении при заказе и в нормативных документах указывают обозначение марки дизельного топлива и предельную температуру фильтруемости со ссылкой на настоящий стандарт.

Примеры

1 Топливо дизельное зимнее ДТ-З-К3(К4, К5) минус 32 по ГОСТ Р 55475-2013 .

2 Топливо дизельное зимнее ДТ-З-К3(К4, К5) минус 38 по ГОСТ Р 55475-2013 .

3 Топливо дизельное арктическое ДТ-А-К3(К4, К5) минус 44 по ГОСТ Р 55475-2013 .

4 Топливо дизельное арктическое ДТ-А-К3(К4, К5) минус 48 по ГОСТ Р 55475-2013 .

5 Топливо дизельное арктическое ДТ-А-К3(К4, К5) минус 52 по ГОСТ Р 55475-2013 .

3.2 Классификация групп продукции (коды ОКП) приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Коды ОКП

Климатические условия применения, экологический класс топлива

Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

ГБОУ СПО МО КПЭТ

Реферат по теме: Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

Выполнил :Студент 3 курса Проверил преподователь:

Егоров Е.Ю Глушаков А.В.

Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

Самовоспламеняемостыо называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом, и от нее зависит протекание процесса сгорания топлива в цилиндрах двигателя.

Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось в определенный момент и далее энергично сгорало, вызывая интенсивное, но достаточно плавное нарастание давления, не превышающее 0,5 МПа на 1° поворота коленчатого вала. Работа двигателя в этом случае оценивается как мягкая, т.е. его детали работают без перегрузки, развивается максимальная мощность и обеспечивается необходимая топливная экономичность.

Читать еще:  Как называется датчик на воздушном фильтре

Если же топливо самовоспламеняется несвоевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе дизеля его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.

Характерно, что многие из факторов, вызывающих стуки при жесткой работе дизеля, способствуют устранению детонации в карбюраторных двигателях. Это объясняется особенностями протекания рабочего процесса у этих типов двигателей. Так, в дизеле воспламенение горючей смеси происходит в результате предпламенных реакций окисления молекул топлива кислородом воздуха в условиях высокой температуры такта сжатия. При этом впрыснутые в конце такта сжатия первые порции топлива воспламеняются не сразу, а проходит некоторое время, в течение которого продолжается подача топлива, увеличивается давление в цилиндре двигателя и, главное, повышается температура. В таких условиях происходят образование и распад пероксидов, местное повышение в этих зонах температуры и образование очагов пламени, которое завершается воспламенением всего топлива, находящегося в цилиндре двигателя.

Время от впрыска первой порции топлива до его воспламенения называется периодом задержки воспламенения.

На развернутых индикаторных диаграммах четырехтактного дизеля для двух типов его работы видно, что в обоих случаях — мягкой (нормальной) и жесткой — начало впрыска происходит в одно и то же время (точка а), но самовоспламенение (точка б) при мягкой работе (кривая 1) происходит раньше, чем при жесткой (кривая 2), т.е. в первом случае период задержки воспламенения будет меньше, чем во втором.

Рис. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля:1 — мягкая работа двигателя; 2 — жесткая работа двигателя; а — начало подачи топлива; б — момент самовоспламенения топлива; в — конец подачи топлива

При мягкой работе двигателя к началу самовоспламенения в цилиндре находится меньше топлива, чем при жесткой работе, поэтому нарастание давления после воспламенения будет значительно более резким при большей задержке воспламенения, что и вызывает работу двигателя со стуками. Несмотря на более высокое максимальное давление, при жесткой работе двигателя мощность не увеличивается, так как индикаторное давление при этом снижается по сравнению с мягкой (нормальной) работой двигателя в первый период самовоспламенения (в конце такта сжатия) и на большей части такта расширения (рабочего хода).

Таким образом, продолжительность периода задержки воспламенения существенно влияет на работу двигателя. При одинаковых двигателях и одинаковых условиях их работы период задержки воспламенения, а следовательно, и мягкая или жесткая их работа зависят от самовоспламеняемости топлива, количественно оцениваемой цетановым числом.

Цетановое число дизельного топлива определяют методом сравнения работы стандартного одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и на эталонных смесях.

Эталонную смесь составляют из двух углеводородов, один из которых легко воспламеняется, а второй — плохо. В качестве легковоспламеняющегося компонента берут цетан, являющийся представителем парафиновых углеводородов. Его цетановое число принимают за 100. В качестве трудновоспламеняющегося компонента берут а-метилнафталин (С10Н7СН3), являющийся представителем ароматических углеводородов. Цетановое число а-метилнафталина принимают за 0.

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный содержанию цетана (об. %) в такой его смеси с а-метилнафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.

Цетановое число определяют на установке ИТ9-3, оснащенной одноцилиндровым двигателем с переменной степенью сжатия (е = 7. 23) с помощью метода совпадения вспышек.

При работе на испытуемом топливе с углом опережения впрыска 13° подбирается такая степень сжатия, при которой топливо воспламеняется, когда поршень находится в высшей мертвой точке (ВМТ). Это фиксируется вспышкой неоновой лампы. Затем при тех же степени сжатия и угле опережения впрыска подбирают эталонное топливо, которое также воспламеняется при положении поршня в ВМТ.

Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава, структуры и молекулярной массы. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие у нафтеновых и самые низкие у ароматических. Однако парафиновые, особенно высокомолекулярные, углеводороды обладают высокими температурами помутнения и застывания, что ограничивает их содержание в дизельном топливе.

Нафтеновые углеводороды являются хорошим компонентом дизельных топлив; они имеют удовлетворительные цетановые числа и температуры застывания. Изомерные углеводороды имеют более низкое цетановое число, чем соответствующие им углеводороды того же ряда нормальной структуры.

Из-за недостаточного цетанового числа в дизельном топливе допускается лишь небольшое содержание углеводородов ароматического ряда, хотя они и имеют низкую температуру застывания.

С облегчением фракционного состава дизельных топлив прямой перегонки цетановые числа, как правило, снижаются и, следовательно, ухудшается их самовоспламеняемость. Дизельные топлива Прямой перегонки по эксплуатационным качествам уступают топливам каталитического крекинга.

От величины цетанового числа зависят пусковые свойства дизельного топлива. При одинаковом фракционном составе у топлива с более высоким цетановым числом лучшая самовоспламеняемость, и двигатель на нем легче пускается. Для облегчения пуска в зимнее время в воздушный патрубок дизеля вводят пять—восемь капель серного эфира, обладающего высокими самовоспламеняемостью и испаряемостью.

Цетановое число дизельного топлива может быть повышено с помощью высокоцетановых компонентов или специальных присадок. В качестве присадки допускается добавка не более 1 % изопропилнитрата. Однако для современных автомобильных дизелей нецелесообразно применение топлива с цетановыми числами выше 50, так как это экономически не оправданно. Более того, если топливо имеет чрезмерно высокое цетановое число, то первые его порции, попавшие в цилиндр, сразу воспламеняются, т. е. большая его часть впрыскивается не в воздух, а в продукты сгорания и не перемешивается с еще неизрасходованным воздухом. В результате имеют место неполное сгорание, дымный выпуск, снижение мощности и ухудшается экономичность двигателя.

Рис. Зависимость продолжительности пуска дизеля от цетанового числа

К числу других факторов (кроме свойств топлива), влияющих на жесткость работы дизеля, относятся его конструктивные данные и условия работы. Появлению стуков при работе дизеля способствуют увеличение угла опережения впрыска, снижение частоты вращения коленчатого вала, уменьшение степени сжатия, понижение температурного режима двигателя и температуры засасываемого воздуха.

Жесткая работа дизеля так же нежелательна, как и работа карбюраторного двигателя с детонацией.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Склонность к самовоспламенению дизельного топлива

Процессу горения предшествуют распыл топлива в сжатом и нагретом воздухе, его перемешивание с воздухом, испарение. Только после этих физических процессов протекают сложные химические реакции, заканчивающиеся воспламенением топлива: распад углеводородов, образование активных радикалов, первичных продуктов окисления. Общий период задержки воспламенения складывается из времени, затрачиваемого на протекание физических и химических процессов. На рис. 3.2 показана индикаторная диаграмма работы дизеля, на которой отражены периоды начала и конца впрыска топлива.

Рис. 3.2. Развернутая индикаторная диаграмма работы дизеля:

1 — мягкая работа дизеля; 2 — жесткая работа;

А — начало впрыска; В — воспламенение топлива; C — конец впрыска;

D — конец воспламенения и горения топлива

В первый период за время т (от точки А до точки В) в камере сгорания происходят физические и химические процессы, накладывающиеся во времени один на другой, так как подача топлива продолжается. При окислении углеводородов топлива молекулы кислорода воздуха переходят в активную радикальную форму. В горючей смеси накапливаются неустойчивые кислородсодержащие соединения (перекиси, гидроперекиси, альдегиды и др.), распад которых сопровождается выделением 10—15% энергии, заключенной в топливе. Может появиться слабое голубое свечение (при t = 200- 400 °С). В результате предпламенных реакций аккумулируется теплота, температура и скорость химических реакций возрастают, холоднопламенный процесс переходит в горячий, начинается процесс горения (самовоспламеняются промежуточные продукты окисления углеводородов топлива). Температуру, до которой нужно нагреть топливо в смеси с кислородом воздуха, чтобы началось его горение, называют температурой самовоспламенения.

Во второй период в точке В начинается процесс горения, интенсивно повышается давление. Период быстрого горения продолжается от точки В до точки C (10—12° поворота коленчатого вала). В это время выделяется основная часть (55—70%) тепловой энергии. При хорошо организованном процессе горения максимальное нарастание давления соответствует подходу поршня к ВМТ. Поскольку подача топлива еще продолжается, во второй период не может сгореть весь цикловой заряд — сгорает только его основная часть.

Начинается третий период замедленного горения (от точки C до точки D), что составляет 5—7° поворота коленвала. Здесь выделяется около 20—25% энергии, но с меньшей интенсивностью, так как снижается скорость горения. В начале этого периода заканчивается цикловая подача топлива, продукты сгорания расширяются, давят на днище поршня — совершается рабочий ход. Необходимо, чтобы к концу этого периода все топливо сгорело. C повышением вязкости, утяжелением фракционного состава и увеличением количества смолисто-асфальтовых веществ процесс догорания топлива будет дольше. Если на протекание первых трех периодов главное влияние оказывает химический состав топлива, то на четвертый период — его физические свойства. На период задержки воспламенения оказывают влияние помимо физических и химических процессов конструкционные особенности дизеля, давление, температура цикла, коэффициент избытка воздуха.

Читать еще:  Увеличить мощность двигателя ваз

Если предпламенные реакции протекают интенсивно, период задержки небольшой, топливо воспламеняется быстро и давление нарастает плавно (от точки В до точки C на кривой /). В этом случае при повороте коленчатого вала на 1 ° давление увеличивается примерно на 0,3—0,4 МПа — двигатель работает мягко. Продолжающее поступать топливо воспламеняется за счет имеющихся очагов, и к концу второго периода сгорает основная масса циклового заряда. Когда предпламенные реакции идут медленно, период задержки воспламенения увеличивается, очаги самовоспламенения образуются со значительным опозданием. В цилиндр двигателя продолжает поступать топливо, его накапливается больше, но воспламенения не происходит. Наконец, воспламеняется сразу большая часть циклового заряда, выделяется основное количество тепловой энергии. Резко возрастает давление (отрезок индикаторной диаграммы между точками В и C на кривой 2). При повороте коленчатого вала на Г давление возрастает на 0,7—0,8 МПа и более — двигатель работает жестко. Слышны характерные стуки (ударные нагрузки на днище поршня), падает мощность.

О жесткости работы принято судить по величине нарастания давления на Г поворота коленвала. В зависимости от конструкции двигателя жесткая работа может возникать при разной интенсивности горения. Обычно считают, что при нарастании давления на 0,4—0,5 МПа дизель работает мягко, при 0,6—0,8 МПа — жестко, а при скачке давления более 0,9 МПа на Г поворота вала — очень жестко (дизель быстро выходит из строя). По внешним признакам и последствиям жесткая работа дизеля напоминает детонацию в карбюраторном двигателе, но причины их возникновения диаметрально противоположны. Если в дизельном топливе много нестойких быстро окисляющихся углеводородов, то они легко воспламеняются — двигатель работает мягко. Такого же строения углеводороды в бензине вызывают детонацию двигателя.

О склонности дизельного топлива к самовоспламенению и возникновению жесткой работы судят по цетановому числу (ЦЧ). Устанавливают ЦЧ топлива для быстроходных дизелей на установке ИТ9-3 сравнительным сжиганием испытуемого топлива с искусственно приготовленной эталонной смесью по методу совпадения вспышек (ГОСТ 3122-67). В качестве эталонов приняты два углеводорода, один из которых — цетан C16H34 — нормальный углеводород парафинового ряда (//-гексадекан). Цетан имеет очень небольшой период задержки воспламенения и обеспечивает мягкую работу дизеля, его цетановое число принято за 100%. Вторым углеводородом эталонной пары является а-метилнафталин состава C10H7-CH3 — цикл ароматического ряда, очень трудно окисляемый и воспламеняющийся и, следовательно, имеющий большой период задержки воспламенения. Углеводород такого строения вызывает жесткую работу дизеля, и его ЦЧ условно принято за 0%.

Цетановое число дизельного топлива равно содержанию (в % по объему) цетана в смеси с а-метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости в стандартных условиях испытуемому топливу. Это один из основных показателей, характеризующих моторные свойства дизельных топлив. Приближенно ЦЧ можно оценить по вязкости и плотности по уравнению:

где V20 — кинематическая вязкость при 20 °С (мм 2 /с); р70 — плотность топлива при 20 °С (кг/м 3 ).

Оценить цетановое число можно приближенно и по групповому химическому составу:

где Алк — алканы, Цкалк — циклоалканы, Арен — арены.

В зависимости от соотношения углеводородов, входящих в состав дизельного топлива, даже топливо одной марки может сгорать в дизеле по-разному. Поэтому для каждой партии топлива необходима установка оптимального угла опережения впрыска: его подбирают так, чтобы максимальное нарастание давления в камере было около ВМТ.

При снижении цетанового числа используемого топлива в значительной степени ухудшаются динамические показатели цикла, а следовательно, и дизеля в целом, что заметно повышает износ деталей двигателя, особенно верхнего пояса цилиндров и компрессионных колец. Цетановое число определяет не только характер протекания процесса сгорания при установившейся работе, но и пусковые качества топлива. Если ЦЧ ниже 20%, то запустить холодный двигатель не только в холодное зимнее, но и теплое время года трудно. Нормальный пуск и мягкая работа дизеля в летнее время обеспечивается топливом с ЦЧ около 45%, а в зимнее — 50%. Более высокие значения цетановых чисел дизельных топлив для двигателей существующих конструкций не нужны, так как это повышение уже не оказывает заметного влияния на процессы воспламенения и горения и, следовательно, происходит увеличение удельного расхода топлива.

Топливо для быстроходных дизелей с требуемым ЦЧ получают главным образом подбором сырья и технологией его переработки (одновременно увеличивают концентрацию нормальных алканов и снижают содержание аренов). Однако в некоторых случаях для повышения эксплуатационных свойств добавляют специальные вещества (присадки): перекисные соединения, алкилнитраты. Наиболее распространен при получении зимних марок дизельных топлив изо-иро- пилнитрат (CH3)2CH-O-NO2. При введении 1,0% по массе этой присадки ЦЧ топлива повышается на 12—17%. При добавлении присадок кроме того улучшаются пусковые свойства при отрицательных температурах, а также уменьшается нагарообразование в двигателе.

Взрывоопасные и пожароопасные свойства нефтепродуктов

Взрывоопасные и пожароопасные свойства нефтепродуктов

Согласно ГОСТ 12.1.004-85 «Пожарная безопасность. Общие требования», жидкости, способные гореть, делят на:

  • легко воспламеняющиеся (ЛВЖ);
  • горючие (ГЖ).

ЛВЖ — жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °С в закрытом тигле или 65 °С в открытом тигле.

ГЖ — жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле.

В соответствии с международными рекомендациями ЛВЖ делят на три разряда:

  • разряд — особо опасные, с температурой вспышки минус 18 °С в закры­том тигле, или минус 13 °С и ниже в открытом тигле;
  • разряд — постоянно опасные, с температурой вспышки от минус 18 °С до плюс 23 °С в закрытом тигле, или выше минус 13 до плюс 27 °С в открытом тигле;
  • разряд — опасные при повышенной температуре, с температурой вспышки выше 23 °С до 66 °С в открытом тигле.

По этой классификации автомобильные бензины относят к I разряду осо­бо опасных легко воспламеняющихся жидкостей; дизельные топлива — к го­рючим жидкостям, способным самостоятельно гореть после удаления источ­ника зажигания; смазочные масла также относят к разряду горючих жидко­стей; пластичные смазки относят к группе горючих веществ (ГВ), которые способны гореть после удаления источника зажигания.

Характеристики взрыво- и пожароопасности горючих:

  • температура вспышки;
  • температура воспламенения; .
  • температура самовоспламенения;
  • область воспламенения (температурные (ТПВ) и концентрационные пре­делы взрываемости (КПВ)).

Температура вспышки — самая низкая температура вещества (в стандарт­ных условиях испытания), при которой над поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть в воздухе от источника зажигания, однако скорость образования паров или газов недостаточна для длительного горе­ния. В зависимости от способа определения различают температуру вспышки в закрытом тигле и температуру вспышки в открытом тигле.

Температура вспышки позволяет судить о температурных условиях, при которых вещество становится огнеопасным. Она имеет принципиальное зна­чение для классификации нефтепродуктов и других горючих веществ по по­жарной опасности. Температура воспламенения — температура, при которой жидкость (го­рючее вещество — ГВ), нагреваемая в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Эта температура на несколько градусов превышает температуру вспышки.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура, при кото­рой вещество в стандартных условиях может воспламеняться без открытого пламени. Воспламенение происходит в результате увеличения скорости экзо­термических реакций окисления паров ГВ в воздухе (или другого окислите­ля), заканчивающихся возникновением пламени.

Температуру самовоспламенения учитывают при:

  • классификации газов и паров горючих жидкостей по группам взрывоо­пасности;
  • выборе типа электрооборудования;
  • определении температурных границ безопасного применения вещества при нагреве его до высоких температур;
  • при расследовании причин пожаров.

Жидкости с низкой температурой вспышки имеют более высокие темпе­ратуры самовоспламенения, чем жидкости с высокой температурой вспыш­ки. Это объясняется разным механизмом процесса распространения пламени.

При наличии источника зажигания (пламени) в закрытом тигле фронт пламени заранее сформирован и для его распространения требуется лишь минимальная концентрация паров горючего вещества, способная гореть в воздухе, которая более быстро образуется у легко летучих жидкостей (бензи­ны).

В случае воспламенения жидкости от горячей поверхности критические условия воспламенения и распространения пламени более быстро создаются у тяжелых углеводородов, термически менее стойких к процессам распада и автокаталитического окисления. По этой причине более тяжелые углеводо­роды дизельного топлива самовоспламеняются при более низкой температу­ре, чем легкие термически стойкие углеводороды бензина. Область воспламенения газов (паров) в воздухе характеризуется граница­ми, в пределах которых смесь газа (паров) с воздухом способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламе­ни.

Границы области воспламенения чаще всего выражаются концентрация­ми горючего вещества в смеси с воздухом в объемных процентах — концент­рационные пределы воспламенения, либо температурой — температурные пределы воспламенения (взрываемости). Концентрационные пределы взрываемости выражаются концентрацией горючего вещества в смеси с воздухом ниже и выше которых при заданных условиях пламя по смеси не распространяется.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector