Развитие нефтеперерабатывающей промышленности в СССР. 13 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 30Следующая ⇒

топливных фильтров и, следовательно, опасность аварии. Для предотвращения выпадения из топлива льда применяются присадки типа спиртов, гликолей и их метиловых и этиловых эфиров. В частности, для реактивных топлив рекомендуется метилцеллозольв (монометиловый эфир этиленгликоля) с примесью 0,4% глицерина. В качестве антиокислительных присадок применяется ионол, ФДА (Л^,Л/''-ди-бгор-бутил-п-фенилдиамин)

CH₃CH₂CHNH—/ \—МНСНСНпСНз
СНз СНз

и другие производные фенола.

Антикоррозийные присадки или ингибиторы коррозии призваны создавать тонкую защитную пленку на металле, предохраняющую его от воздействия сернистых и других агрессивных компонентов топлива. В качестве такой присадки применяют димер ли-нолевой кислоты (сантолен С).

Некоторые микроорганизмы хорошо развиваются в среде жидкого нефтяного топлива. В настоящее время известны уже сотни видов таких грибков и бактерий. Их жизнедеятельность основана на усваивании углеводородов. Эти микроорганизмы вызывают различные неполадки при эксплуатации реактивных самолетов (забивка датчиков, фильтров, разрушение защитных покрытий, коррозия топливных баков и другие). Это стало серьезной опасностью. Одной из эффективных мер защиты от микроорганизмов является применение биоцидных присадок, которые парализуют активность микроорганизмов. В качестве присадок этого типа применяют химические соединения, обладающие антисептическими, бактерицидными свойствами: например, фенолы, аминофенолы, борные эфи-ры, гликольбораты и различные комбинированные патентованные присадки.

Отдельно надо отметить значение добавки к реактивным и другим нефтяным топливам антистатических присадок.

Вследствие весьма низкой электропроводности нефтяных топлив накопление в них зарядов статического электричества очень опасно. По этой причине неоднократно происходили взрывы и пожарьц Заряды значительной силы возникают при перекачках и тому подобных операциях. Единственной защитой в этих случаях должно быть увеличение проводимости топлива, чтобы электрические заряды переходили на заземленные металлические части резервуаров или аппаратуры. Если электрическое сопротивление топлива удается снизить с 10¹²—-10¹⁴ до 10¹⁰—10^й Ом-см, то практически можно полностью избежать накопления электрических зарядов.

В Советском Союзе применяется антистатическая присадка' «СИГБОЛ», представляющая собой композицию из 60% хромовых солей синтетических жирных кислот Ci₇—С₂о и 40% присадки ПМАМ. Эта композиция одновременно придает топливу и противо-износные свойства.

§ 17. ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

В двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжа
тия, называемых дизелями, четырехтактный рабочий процесс про
текает несколько иначе, чем в двигателях с зажиганием от искры.
В дизельном двигателе в первых двух тактах засасывается и сжи
мается чистый воздух. Температура воздуха в конце хода сжатия
достигает 550—650 °С, а давление возрастает до 4 МПа. В конце
хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в течение
определенного времени под большим давлением порция топлива.
Мельчайшие капельки топлива переходят в парообразное состоя
ние и распределяются в воздухе. Через определенный весьма не
значительный момент времени топливо самовоспламеняется и
полностью сгорает. Время между началом впрыска и воспламене
нием топлива называется периодом задержки самовоспламенения.
В современных быстроходных двигателях этот период не более
0,002 с. В результате сгорания топлива давление газа достигает
6—10 МПа. Весьма важным для обеспечения плавной, нормальной
работы двигателя является скорость нарастания давления газов.
Из практики известно, что эта скорость не должна превышать
0,5 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала. В противном слу
чае двигатель начинает стучать, работа его становится «жесткой»,
а нагрузка на подшипники чрезмерной. Появление стуков и жест
кая работа двигателя тесно связаны с длительностью периода за
держки самовоспламенения. Чем продолжительнее этот период,
тем большее количество топлива успеет поступить в цилиндр дви
гателя. В результате—одновременное воспламенение повышен
ного количества топлива приводит к взрывному характеру сгора
ния, и давление газов будет нарастать скачкообразно. В двух
последующих тактах: рабочий ход и выхлоп — происходит рабочее
расширение газов и освобождение цилиндра двигателя от продук
тов сгорания. ^

В качестве топлива для быстроходных дизелей применяются керосино-газойлевые фракции_.Н£фти. Для тихоходных и стационарных двигатёЛеи этого типа с малым числом оборотов применяется более тяжелое топливо типа мазутов.

Наиболее существенное эксплуатационное свойство дизельных топлив — их способность быстро воспламеняться и плавно сгорать, что обеспечивает нормальное нарастание давления и мягкую •работу двигателя без стуков. Воспламенительные свойства топлив зависят от их химического и фракционного состава. Очевидно, что это, в первую очередь, связано с температурой самовоспламенения компонентов топлива. Известно, например, что ароматические углеводороды имеют очень высокие температуры воспламенения (500—600°С). Ясно, что сильноароматизованные продукты неприемлемы в качестве дизельного топлива. Наоборот, парафиновые углеводороды имеют самые низкие температуры самовоспламенения, и. дизельные топлива из парафинистых нефтей обладают хорошими эксплуатационными свойствами.

Оценка воспламенительных свойств углеводородов и топлив, так же как и детонационной стойкости бензинов, проводится методом сравнения на лабораторных испытательных установках с эталонными топливами.

По аналогии с октановыми числами для оценки моторных свойств дизельных топлив приняты цетановые числа.

Цетановым числом называется содержание, в % (об.), цетана в смеси с а-метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу, при сравнении топлив в стандартных условиях испытания.

Цетановое число самого цетана (гексадекана) Ci_eH₃₄ принято равным 100, а а-метилнафталина — 0. Определение'цетановых чисел проводится на стандартной одноцилиндровой установке с дизельной головкой по так называемому методу совпадения вспышек. Цетановые числа дизельных топлив нормируются в интервале 40—50 ед.

Цетановое число характеризует не только воспламенительные свойства, оно отражает и некоторые другие эксплуатационные качества дизельного топлива: чем выше цетановое число дизельного топлива, тем лучше его пусковые свойства, тем менее длителен период задержки самовоспламенения, больше полнота сгорания-топлива, меньше задымленность выхлопных газов и склонность топлива к отложениям нагаров в камере сгорания и в форсунках.

Самые низкие цетановые числа характерны для ароматических углеводородов, особенно бициклических. Цикланы и бицикланы занимают промежуточное положение. Наибольшими цетановыми ч,цнг.пями о^пяг]яют ялканы нормального строен ия"! Разветвлен и е молекул алканов приводит к значительному снижению цетановых чисел. Введение двойной связи в молекулу углеводорода также вызывает понижение цетамового числа.

К другим важным свойствам дизельных топлив для быстроход-)
ных дизелей относятся их фракционный состав, вязкость, темпера-/
тура застывания, коксуемость, содержание серы, кислотность, со-/
держание воды и механических 'примесей. Все эти показателиХ
подбираются в таких пределах, чтобы обеспечить нормальную бес--_
перебойную подачу топлива в двигатель, полноту сгорания, умень
шение нагарообразования и отсутствие коррозии. L

Особенно большое значение имеет температура застывания,■ варьирующая от —10 °С для летних сортов до —60 °С для арктического сорта, и содержание серы, которое не должно превышать'¹' 0,2—0,5% для разных марок.

§ 18. НЕФТЯНЫЕ МАСЛА. ПРИСАДКИ К МАСЛАМ

Основное назначение'нефтяных масел заключается в снижении трения между твердыми поверхностями движущихся частей самых разнообразных механизмов, станков, двигателей, машин и предотвращении износа материала этих частей. Это достигается тем, что сухое трение металлических поверхностей заменяется при наличии

смазки трением слоев вязкой жидкости между собой. Сила сцепления между молекулами материала трущейся поверхности и молекулами смазки превышат силу взаимного сцепления молекул самого масла. Поэтому на поверхности металла образуется прочный слой смазочного материала, что и исключает возможность сухого трения и намного уменьшает механический износ деталей. С другой стороны, коэффициент жидкостного трения, т. е. трения между слоями вязкой жидкости, в десятки раз меньше коэффициента сухого трения. Следовательно, при наличии хорошей смазки энергетические затраты на преодоление трения резко уменьшаются. Кроме того, смазочные масла играют роль охлаждающего агента. Большинство нефтяных масел выпускается в качестве смазочных материалов, но некоторое количество масел предназначается для специальных технических целей. К этим несмазочным маслам предъявляются специфические требования, связанные с областью их применения.

Основной характеристикой всех нефтяных масел является их вязкость. В зависимости от удельной нагрузки, характера и скорости движения трущихся поверхностей, а также температуры в узле трения требования к вязкости смазочных масел весьма различны. Например, легкие дистиллятные индустриальные масла должны обладать вязкостью 4—8,5 мм²/с при 50 °С, а наиболее вязкие остаточные масла для паровых машин 60—70 мм²/с

Для масел, работающих в широком диапазоне температур (автомобильные, авиационные, масла для ТРД и др.), большое эксплуатационное значение имеет вязкостно-температурная характеристика.

Моторные масла должны обладать максимально возможной пологой кривой зависимости вязкости от температуры. При высоких температурах эти масла не должны сильно разжижаться, а при низких, наоборот, — не терять текучести. Поскольку моторные масла в процессе очистки подвергаются деасфальтизации и депарафинизации, то их вязкостные свойства целиком зависят от строения и молекулярной массы полициклических нафтеновых, ароматических и гибридных парафино-нафтено-ароматических углеводородов. Наиболее крутой вязкостно-температурной кривой обладают полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями, особенно если число колец в молекуле более трех, а сами кольца неконденсированные. Наличие длинных боковых насыщенных цепей в молекулах циклических углеводородов улучшает этот важяый показатель. Разветвление цепей уменьшает положительный эффект. Вообще следует признать, что вязкостно-температурные свойства высокомолекулярных углеводородов нефти не соответствуют высоким требованиям, предъявляемым к современным моторным маслам. Особенно это относится к вязкостным свойствам при температурах ниже нуля. Поэтому начали получать распространение синтетические смазочные масла. Значительное улучшение вязкостных свойств смазочных масел достигается также путем применения присадок, повышающих вязкость дистиллятных масел.

В случаях, когда масло работает при больших нагрузках и малых скоростях, даже высокая вязкость масла не может обеспечить режима жидкостной смазки. В этих условиях не удается получить -стабильного смазывающего слоя определенной толщины, и масло может быть почти полностью выжато из-под трущихся поверхностей. Важнейшей характеристикой в таких условиях становится маслянистость, или смазывающая способность. Этими терминами определяется способность масла создавать на металлической поверхности весьма прочный, но очень тонкий смазочный слой. Толщина этого слоя, по данным разных авторов, всего лишь 0,1 —1,1 мк, т. е. не превышает 50—500 молекулярных слоев. Такой тип смазки получил название граничной смазки. Несмотря на ничтожную толщину такого слоя, износ материалов при граничной смазке уменьшается в тысячи раз по сравнению с сухим трением.

Масла для холодильных машин, приборные, моторные и некоторые другие должны по условиям эксплуатации не терять подвижности при температурах, от —30 до —60 °С. В технических нормах это качество масла контролируется определением его температуры застывания. Значение температуры застывания зависит от присутствия в маслах твердых парафинов и церезинов. При низких температурах они кристаллизуются. Создается кристаллическая сетка, в которой заключены жидкие углеводороды, и вся система теряет подвижность.

«Застывание» масла при низких температурах может произойти и по другой причине. Высокомолекулярные углеводороды с высоким уровнем вязкости при низких температурах склонны к ассоциации молекул, а это, в свою очередь, влечет за собой резкое увеличение вязкости. С целью улучшения низкотемпературных свойств нефтяных и синтетических масел к ним добавляются специальные присадки, понижающие температуру застывания — де-прессаторы.

Важнейший качественный показатель нефтяных масел — их химическая стабильность по отношению к кислороду воздуха. Это относится к моторным, турбинным, компрессорным, трансформаторным и некоторым другим маслам, которые эксплуатируются ■ в условиях циркуляционной смазки, т. е. многократно прокачиваются через узлы трения.

В рабочих условиях масло находится под воздействием рйда факторов, резко ускоряющих процессы окисления: повышенной температуры, каталитического влияния различных металлов, контакта с воздухом, автокаталитического воздействия продуктов окисления. Окисление масла происходит либо во всем его объеме (в толстом слое), либо в тонком слое, когда масло прокачивается через цилиндрово-поршневые узлы трения. В последнем случае масло находится в особо тяжелых условиях температуры и контакта с кислородом воздуха и металлом. При этом говорят о термоокислительной стабильности масел.

Наилучший углеводородный групповой состав масла с точки зрения его химической стабильности отвечает смеси малоциклич-

ных нафтеновых, ароматических и гибридных углеводородов с длинными боковыми насыщенными цепями.

Накопление в масле различных продуктов окисления вызывает вредные последствия.

1. Низкомолекулярные кислоты интенсивно корродируют металлы, и особенно цветные (свинец, кадмий и др.).

2. Высокомолекулярные кислоты в присутствии кислорода и воды реагируют с образующейся в этих условиях гидроокисью железа (II):

Fe(OH)o + 2RCOOH —>■ (RCOO)₂Fe + 2Н₂0

Соли высших кислот плохо растворяются в маслах, выпадают в осадок и в виде шлама накапливаются на смазываемых поверхностях и в циркуляционной масляной системе. Кроме того, эти соли катализируют первичные реакции окисления.

3. Накопление кислот, а также воды в трансформаторном масле крайне отрицательно отражается на его основной эксплуатационной характеристике — пробивном напряжении, так как при этом растет его электропроводность.

4. Высокомолекулярные продукты реакций (смолы, асфальте-ны, карбены) отлагаются в маслоподающеи системе, засоряют ее и являются одной из причин нагарообразования в цилиндрах двигателей и компрессоров. Нагары в двигателях весьма осложняют их нормальную работу, а в компрессорах могут быть даже причиной взрыва. Накопление углистых отложений на стенках цилиндра, поршнях, кольцах, клапанах и т. д., возможно, происходит не только за счет продуктов окисления, но и в результате чисто термических превращений полициклических углеводородов и смолистых веществ.

5. Оксикислоты и продукты их конденсации: лактиды, эстоли-ды и другие — также очень плохо растворяются в углеводородах. Поэтому они либо образуют углистые отложения типа нагара, либо откладываются на различных частях поршневой группы двигателя в виде тонкого и весьма прочного слоя, напоминающего по внешнему виду лаковое покрытие. На менее горячих частях оксикислоты дают липкие отложения. Образование лаковых пленок — результат окисления масел в тонком слое. Отложение лака вызывает пригорание поршневых колец и перегрев деталей, на которых образовались эти отложения. Все это приводит к уменьшению мощности двигателя, быстрейшему его износу и увеличивает расход масла.

Для предварительной оценки склонности масел к окислению и выделению осадков предложены различные методы. В основном они сводятся к ускоренному окислению масел воздухом, или кислородом в бомбах или стеклянных приборах при 120—200 °С. После окисления определяют кислотное число и содержание осадка. Показатели химической стабильности по этим методам служат для оценки турбинных компрессорных, трансформаторных и некоторых других масел. Моторные свойства масла для двигателей

4 Зак. 380

внутреннего сгорания определяются специальными методами, которые в какой-то мере отражают их поведение в двигателях.

Даже лучшие нефтяные масла после тщательной комбинированной очистки не обладают достаточной химической и термической стабильностью в условиях работы поршневых двигателей. Поэтому такое большое значение придается в настоящее время различным присадкам, способным улучшить многие качественные показатели и эксплуатационные свойства масел.

Их значение в современном производстве смазочных и специальных масел очень велико.

Присадки добавляют ко всем типам моторных масел, к турбинным, компрессорным, трансформаторным, трансмиссионным и некоторым индустриальным маслам.

К маслам добавляются следующие типы присадок: 1) антиокислительные; 2) антикоррозионные; 3) депрессаторы; 4) вязкостные; 5) противоизносные; 6) моющие пли антинагарные; 7) антипенные; 8) многофункциональные.

Антиокислительные присадки. Добавка антиокислительных присадок к маслам типа трансформаторного, турбинного и им подобным, подвергающимся окислению в объеме (в толстом слое), значительно увеличивает срок их бессменной работы. Присутствие антиокислителей в композиции присадок, добавляемой к моторным маслам, которые подвергаются окислению в тонком слое, увеличивает термоокислительную стабильность этих масел.

К маслам добавляются уже упоминавшиеся выше (§ 15) ПОДФА, ионол, а также многие другие синтетические вещества. В качестве иримера приводим химическое строение присадок АзНИИ-11 для трансформаторных и турбинных масел и ДФ-11 для дизельных масел:

OR' OR'

/NHCHjCoHjOHR | |

СО^ RO—P=S S=P—OR

\nhch₂c₀h₃ohr I , J

й---- Zn—S

АзНИИ-11 R-изобутил

R' -изооктил ДФ-11 (диалкилдитиофо.'фат цинка)

Антикоррозионные присадки. В моторных маслах могут находиться и накапливаться примеси, корродирующие маслопроводы, насосы, цистерны и т. п. Особенно опасна коррозия вкладышей подшипников из цветных металлов, которая может вызываться продуктами окисления, сернистыми соединениями. Резко усиливается коррозия в присутствии влаги. В целях борьбы с коррозией и добавляют специальные антикоррозионные присадки, которые в основном представляют собой полярные вещества, легко адсорбирующиеся на металлических поверхностях. Механизм их действия заключается в создании на металле защитного мономолекулярного слоя, препятствующего воздействию на металл кислых и других активных агентов.

В качестве антикоррозионных присадок к маслам добавляют: осерненпые масла, осерненные эфиры рициполсвой и олеиновой кислот, сульфиды алкилфенолов, фосфиты (эфиры фосфористой кислоты), а также тнофосфорные присадки, содержащие одновременно серу и фосфор. Все эти вещества легко создают защитную пленку на металле.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 226; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!