книги / Применение присадок в топливах.-1

рация присадок в топливе настолько мала, что выбросы оксидов хрома не превышают установленных значений ПДК. Сами присадки по степе­ ни опасности отнесены к IV классу малоопасных и малотоксичных ве­ ществ.

П о ж а р о о п а с н о с т ь . В качестве растворителей антистатических присадок используются ЛВЖ. По принятой технологии с присадкой АСП-1 используется бензин-растворитель БР-1, а с присадками АСП-2 и Сигбол — технический ксилол.

13. ПРОТИВОТУРБУЛБИТНЫЕ ПРИСАДКИ

Назначение — обеспечить ламинарный режим движения топлива при перекачке по трубопроводу. При определенных значениях плотности жидкости, скорости движения потока и характеристиктрубопровода спо­ койное ламинарное движение переходит в турбулентное, обусловленное пульсациями давления в пристеночной области. Это создает дополни­ тельное сопротивление, доля которого в случае маловязких жидкостей доходит до 80% общего гидравлического сопротивления. Соответствен­ но возрастают затраты энергии на перекачку.

Характеристикой потока жидкости в трубопроводе служит критерий Рейнольдса Ре, который рассчитывается по формуле, учитывающей плот­ ность жидкости <3, ее вязкость V , скорость движения потока V и диаметр трубопровода И : Ре = (З-У-Б/у. Чем больше значение Ре, тем движение ближе к турбулентному. Переход от ламинарного движения к турбулент­ ному происходит при Ре, близком к 2500.

Впервые противотурбулентные присадки были использованы в 1979 г. при перекачке нефти по трансаляскинскому нефтепроводу. Присадка вводилась в поток жидкости на насосных станциях и при дозировке око­ ло 0,001% вдвое снижала потери давления на участке 48 км [172].

Принцип действия. Противотурбулентные присадки представляют собой линейные полимеры с высокой молекулярной массой — сотни тысяч и миллионы а.е.м. Длинные нитевидные молекулы располагают­ ся вдоль движения жидкости и сглаживают пульсации давления. В об-

щем случае чем выше молекулярная масса полимера, тем эффективнее присадка.

Эффективные концентрации присадок строго ограничены в преде­ лах 0,001—0,01%. Это объясняется влиянием концентрации на состоя­ ние молекул полимера в растворе. При слишком малых концентрациях молекулы находятся в растворе в виде изолированных глобул; при слиш­ ком больших — происходят межмолекулярные взаимодействия, мешаю­ щие работе присадки.

Ассортимент. В России к применению допущ ены присадки НЕСАБ1М47 и ^СА БО -547 (ЫЕЗТЕ СЬеппсак, Финляндия), которые разрешено вводить в топливо в концентрации соответственно до 0,0025 и 0,008%. В апреле 1998 г. на участке магистрального нефтепродуктопровода в Беларуси (г. Сенно) была проведена экспериментальная перекач­ ка дизельного топлива Л-0,2-62 с присадкой ИЕСАОО-547. Было уста­ новлено, что введение присадки в количестве 38,5 г/т топлива увеличи­ вает пропускную способность трубопровода на 21,5%. Действие присадки сохранялось на расстоянии 311 км, после чего требовалось добавление ее. При увеличении расхода присадки до 63,2 г/т расчетная пропускная способность увеличивалась на 38,4%.

Характеристики присадки 1ЧЕСАОО-447 приведены ниже:

В 1980-е гг. в России в качестве опытных образцов исследовались по­ либутадиен и полиизопрен [173]. Было установлено, что на эффективность присадок влияют молекулярная масса полимера, его структура и скорость течения нефтепродукта. На рис. 83 представлено влияние характеристик полибутадиена и критерия Рейнольдса на эффективность присадки.

Приемистостыоплт к присадкам зависит от их растворяющей спо­ собности: чем она выше, тем меньше эффективные концентрации.

Ограничения и недостатки. Противотурбулентные присадки иссле­ дованы недостаточно хорошо. Поэтому их недостатки не выявлены. От­ мечено, что присадки на основе полибутадиена и полиизопрена в рабо­ чих концентрациях не влияют на коэффициент фильтруемости, кинема­ тическую вязкость и фактические смолы топлив [173]. Неудобством практического применения является то, что высокомолекулярные полиме-

Красители, которыми маркировались этилированные автомобильные бензины, мы не рассматриваем, так как считается, что этилированных автобензинов в России нет. Они упомянуты в предыдущем издании спра­ вочника [1].

В 1999 г. в России к применению в бензинах и дизельных топливах до­ пущена маркирующая присадка ОША-2510(ЗЬеугоп СИегп.). Она представ­ ляет собой 1%-й раствор красителя в ароматизированном углеводородном растворителе. Ее физико-химические характеристики представлены ниже:

Недостатки и ограничения. Маркирующие присадки вводятся в топ­ ливо в столь малой концентрации, что не могут отрицательно повлиять на его эксплуатационные характеристики. Тем не менее следует иметь в виду, что они могут проявлять себя как фотохимические сенсибилизато­ ры окисления углеводородов. Поэтому желательно проверять окислитель­ ную стабильность содержащих их топлив.

15. ДОБАВКИ К БЕНЗИНАМ ДЛЯ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Назначение. Двухтактные бензиновые двигатели не имеют специаль­ ной системы смазки. Кривошипно-шатунный механизм и цилиндропорш­ невая группа смазываются маслом, добавляемым в бензин. Концент­ рация масла в бензине в общем случае составляет 1—5%. В период обкатки двигателя она увеличивается вдвое. Обычно (по крайней мере в России) масло добавляют в топливный бак непосредственно перед применени­ ем. Точность дозировки зависит не только от точности дозирующих средств («колпачок на бачок»), но и от добросовестности оператора. В некоторых случаях (например, на гоночных мотоциклах) существуют системы раздельной подачи, подающие в бензин масло в зависимости от частоты вращения вала двигателя. Это позволяет снизить расход масла и уменьшить его концентрацию в топливе. При дифференцированной по­ даче концентрация масла в бензине колеблется от 0,5 до 5%.

ние. Однако испарение и горение углеводородов более вязких масел про­ текают плохо. В частности, это приводит к более интенсивному нагарообразованию на поршне. Установлено, что при вязкости более 20 мм2/с (при 100 °С) подвижность поршневых колец резко ухудшается. По сумме параметров установлено, что оптимальное значение вязкости находится между 10 и 15 мм2/с.

Классификация. Отечественной классификации масел для двухтакт­ ных бензиновых двигателей нет. Учитывая сложившуюся практику, мож­ но полагать, что при необходимости Россия использует зарубежную клас­ сификацию, разработанную АЗТМ и Европейским координационным советом:

Класс Назначение Особенности масла

АНебольшие маломощные моторы Содержит малозольную металлсодержа­

ВВысокоскоростные нагруженные Тоже двигатели

Полезно знать и классификацию АР1, включающую два класса ма­ сел: ТА — для двухтактных двигателей с рабочим объемом цилиндра до 50 см3, устанавливаемых на мопеды, малые электрогенераторы, газоно­ косилки и другие механизированные инструменты; ТС — для мощных двигателей с рабочим объемом цилиндра до 500 см3, кроме лодочных мо­ торов с водяным охлаждением.

Ассортимент. В большинстве случаев при работе на отечественной технике в бензин добавляют обычные моторные масла. Это подтвержда­ ется и официальными рекомендациями. Например, в качестве топлива для бензопил рекомендуется смесь автомобильного бензина и мотор­ ного универсального масла М-8В1(ГОСТ 10541-78) или масла АС-9,5 (ТУ 38.101511-74) в соотношении 15:1 до обкатки и 20:1 после обкатки [175]. Однако эти рекомендации вряд ли могут быть реализованы, так как моторные масла не учитывают специфики двухтактных двигателей. Например, зольность масла М-8В, составляет около 0,95%, что превы­ шает допустимый уровень. Кроме того, при указанной выше дозировке содержание моторных масел в бензине составляет около 5%, что отрица­ тельно влияет на его эксплуатационные характеристики. Главной осо­ бенностью специальных масел является то, что их концентрация в бен­ зине в 2—3 раза меньше. При этом благодаря специальным беззольным и малозольным присадкам их моющая и смазывающая способности остаются на высоком уровне.

АСп9,5 — первое отечественное масло, разработанное для двухтактных двига­ телей [176]. Оно представляло собой масло АС-9,5, содержащее композицию при­ садок: 1,5% АСК, 1,5% этилового эфира жирных кислот, 0,5%триэтаноламинового эфира СЖК С10—С,6 и 0,001% ПМС-200А. До разработки этого масла отечест­ венные производители двухтактных двигателей рекомендовали маловязкие и средневязкие масла существовавшего ассортимента типа АС-6, МС-20 и др. В настоящее время масло АСп9,5 вытеснено другими, более эффективными про­ дуктами.

Технические требования к маслу АС 9,5 были определены МРТУ 38- 1-237-66 (177]:

М12-ТП — масло для двухтактных двигателей, устанавливаемых на малых транспортных средствах, мотокультиваторах, бензопилах и дру­ гой малогабаритной технике.

МГД-14М — масло, предназначенное для смазывания двигателя и компрессорной части газомотокомпрессоров при работе на природном газе. Может использоваться в циркуляционной смазочной илубрикаторной системах. Вследствие малой зольности и хороших трибологических характеристик оно достаточно широко используется в двухтактных бен­ зиновых двигателях.

Дополнительные свойства. Масла для двухтактных бензиновых двигате­ лей используются и в роторно-поршневых двигателях, у которых смазка ро­ торов, располагающихся в камере сгорания, возможнатолько черезтопливо.

Недостатки и ограничения. Главный недостаток заключается в самой природе масла, фактически представляющего собой тяжелые углеводо­ роды, в немалом количестве добавляемые в бензин. Это приводит к сни­ жению октанового числа бензина, закоксовыванию свечей зажигания, образованию нагара на поршне и в камере сгорания, снижению подвиж­ ности поршневых колец, снижению теплотворной способности топлива и, следовательно, ухудшению мощностных характеристик двигателя. Выход заключается в уменьшении концентрации масла за счет примене­ ния специальных масел с высокими противоизносными и моющими свойствами. Так, например, отмечено (Е. М. Мещерин), что при добав-

Примечание. В летний период (с 1 апреля по 1 сентября) разрешается вы­ рабатывать и сдавать для текущего потребления масло М-12ТП с Тз = —10 °С.

лении в бензин Б-70 4% масла МС-20 его октановое число (моторный метод) снижалось с 71,4 до 70,0, а при добавлении 2% специального мас­ ла М-12ТП с аналогичной эффективностью — до 71,1.

Экономические показатели применения масел для двухтактных дви­ гателей изучены плохо, так как в России, да и в остальных странах этим двигателям уделялось мало внимания. Вероятно, в нашей стране рассчи­ тывать их надо в сравнении с массовыми моторными маслами, широ­ ко используемыми на отечественной технике. Стоимость масел типа М-12ТП в 2—3 раза превосходит стоимость таких масел, как М-8В,, но расход вдвое меньше. Таким образом, использование специальных ма­ сел кажется невыгодным, и при низкой технической культуре ими пре­ небрегают. Однако следует учитывать, что применение специальных ма­ сел позволяет продлить ресурс двигателя, а за счет улучшения его мощностных параметров — уменьшить расход бензина. В отдельных сообщениях отмечается экономия бензина до 4,5% [174].

Экология и токсикология. Токсичность масел невысока и находится на уровне любых смазочных масел. Более внимательного рассмотрения за­ служивают вопросы экологии. В экологическом отношении двухтактный двигатель гораздо менее благополучен, чем соответствующий по мощно­ сти четырехтактный. Это объясняется особенностями организации рабо­

чего процесса, но также и присутствием масла в бензине. С этой точки зрения специальные масла, используемые в меньших концентрациях, чем обычные, имеют перед последними преимущество. К сожалению, эколо­ гических исследований в этой области проводилось немного, но в качест­ ве примера можно привести результаты замеров содержания углеводоро­ дов и оксида углерода (мг/м3) в зоне дыхания при работе бензопил на бен­ зине с маслами М-8А (в числителе) и М-12ТП (в знаменателе) (174]:

16. ВВЕДЕНИЕ ПРИСАДОК ВТОПЛИВО

Присадки вводятся в топлива различными способами, выбор кото­ рых зависит от объемов работы с присадкой, ее физико-химических ха­ рактеристик и назначения, а также особенностей применения, если та­ ковые имеются. Во всех случаях требуется обеспечить эффективное сме­ шение присадки с топливом при наименьших энергетических итрудовых затратах. Проблемы возникают при обработке больших количеств топ­ лив, составляющих несколько тонн.

На НПЗ при производстве топлив присадка закачивается насосом-до­ затором в топливную линию, точнее в одну из фракций, направляемых на компаундирование. Например, антиоксидант подается в поток неста­ бильного компонента бензина. Для введения присадки таким способом требуется узел ввода, который в общем случае состоит из участка выгруз­ ки поступившей присадки, емкостей для приготовления и хранения кон­ центрата и дозирующего устройства. На завод присадка может поступать в мешках (Агидол-1), цистернах (Агидол-12, ФЧ-16), бочках или кон­ тейнерах (депрессоры). Приготовление концентрата необходимо для сближения физико-химических характеристик топлива и присадки, га­ рантирующего их хорошее перемешивание. Кроме того, при использо­ вании дозирующих насосов высокой производительности, установлен­

ных на большинстве предприятий, дозировка концентрата происходит с большей точностью, чем дозировка присадки.

Выгрузку присадки из мелкой тары и приготовление концентрата часто объединяют в один процесс. Концентрат может приготавливаться

вреакторах, снабженных нагревателем и перемешивающим устройством.

Вкачестве последнего используются обычные мешалки или циркуляцион­ ный контур. Раствор с промежуточной концентрацией может быть приго­ товлен и в динамических условиях. Для этого поток топлива разделяют на два потока, движущихся с разными скоростями. В медленный поток добав­ ляют присадку, а затем потоки смешивают в определенной пропорции [178].

Для выгрузки из бочек депрессорных присадок, представляющих собой вязкие жидкости или гели, разработаны специальные устройства. Они вы­ полнены ввиде насадки издвух коаксиальныхтруб, ввинчивающейся в стан­ дартную (60 мм) горловину бочки. По одной из труб подается горячая (70— 80°С) дизельная фракция с установки, размывающая присадку и уносящая ее с собой по второй трубе в емкость. Процесс вымывания длится несколько минут, после чего бочку продувают азотом из технологической линии при избыточномдавлении 0,03—0,05 МПа, освобождая отостатков присадки [141].

Применяя дозирующие насосы небольшой производительности, можно избежать стадии приготовления концентрата. Такая схема исполь­ зуется на АООТ «Ярославнефтеоргсинтез» [26]. В этом случае (рис. 84) присадка разогревается в специальной емкости и дозирующим насосом подается в один из компонентов топлива.

При перекачке по трубопроводам присадки могут закачиваться в по­ ток нефтепродукта. Это относится к антиржавейным присадкам и при­ садкам, улучшающим реологические свойства нефтепродуктов.

На терминале при отгрузке топлива присадка в расчетном количестве может заливаться в пустую или частично заполненную цистерну. При даль­ нейшей закачке топлива происходит достаточно эффективное смешение, которое продолжается и при транспортировке. Однако надо учитывать, что присадки, как правило, тяжелее топлива и опускаются на дно цистер­ ны. С этой точки зрения желательно, чтобы разница между плотностью топлива и присадки была сведена к минимуму. Потребитель может исполь­ зовать и другой процесс, когда присадка заливается в цистерну, заполнен­ ную топливом, и перемешивается с ним при сливе топлива из цистерны.

Запатентован [179] способ приготовления топлив в автоцистернах, согласно которому в одном из отсеков цистерны приготавливается кон­ центрированный раствор присадки в топливе, который затем подается

впоток топлива, циркулирующего через второй отсек. Топливо с при­ садкой из второго отсека анализируется, и по результатам анализа регу­ лируется подача присадки в топливо.

Вавтохозяйствах с централизованной заправкой автомобилей вве­ дение присадки в топливо также может быть централизованным. Для это­ го оборудуется отдельная емкость, снабженная контуром циркуляции (рис. 85). Иногда требуется, чтобы такая емкость обогревалась. Напри-