Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

З А Г Р Я З Н Е Н Н О С Т Ь

Причины и источники загрязнения горючего и смазочных мате­ риалов. Основными причинами загрязнения топлива и масла при хранении, транспортировке и применении в двигателях являются:

— попадание пыли и влаги из окружающего воздуха вследствие недостаточной герметичности резервуаров, цистерн, баков машин

исистем смазки;

—коррозия внутренних поверхностей средств хранения, транс­ портировки и систем подачи горючего и смазки двигателей;

—накопление продуктов окисления при длительном хранении

топлива, масел и продуктов их термоокислительных превращений

всистемах питания и смазки двигателей;

—попадание остатков загрязненных продуктов и воды при пло­ хой зачистке цистерн и емкостей для хранения;

—разрушение уплотнительных материалов и антикоррозион­ ных покрытий;

—производственные и технологические загрязнения во время сборки и ремонта систем подачи, перекачки и смазки.

Вид, характер и степень загрязненности горючего и смазочных материалов зависят от внешних условий и физико-химических

свойств этих продуктов. Поэтому загрязненность горючего изме­ няется в широких пределах и может составлять от 1—3 г/г до 200— 300 г/т и более. Чистота горючего, поступающего с заводов, опре­ деляется главным образом видом очистки и тонкостью фильтра­ ции. Загрязненность легких и средних дистиллятов на нефтепере­ рабатывающих заводах равна примерно 3 г/'т. Частицы загрязне­ ний имеют размеры от 1 до 30 мк. Большую долю загрязнений со­ ставляют соединения кремния, кальция, алюминия и железа. При хранении и транспортировке в цистернах и резервуарах скаплива­ ются смолы, продукты коррозии и минеральные примеси. Частицы загрязнений имеют размеры 40—150 мк и более.

Присутствие смол и воды удерживает частицы во взвешенном состоянии. Осадки, образующиеся при длительном хранении, со­ стоят преимущественно из неорганических соединений. Органиче­ ская часть осадков возрастает с увеличением продолжительности хранения и температуры горючего. В некоторых случаях образует­ ся осадок в виде мылообразной массы светло-коричневого цвета, содержащей довольно большое количество воды. В системах пода­ чи топлива и смазки двигателей загрязнение начинается в баках, а затем возрастает за счет продуктов коррозии и веществ, которые вымываются из покрытий трубопроводов и уплотнительных мате­ риалов. Существенное значение имеют продукты окисления и осад­ ки, образующиеся вследствие нагрева продуктов, особенно если их температура повышается до 100° С и выше. Сильное загрязнение наблюдается в баках автомобилей, достигая 10—40 г/т в обычных условиях эксплуатации и 200—300 г/т в особо пыльных районах. Размеры частиц в основном составляют 10—40 мк.

Основными компонентами, из которых образуются загрязнения,

77

являются плохо растворимые и нерастворимые в горючем и сма­ зочных материалах вещества, вода и минеральные соединения с зольными элементами. Нерастворимые или ограниченно раствори­ мые в углеводородной среде органические вещества представляют собой асфальтены, смолы, парафин, некоторые полимеры, продук­ ты взаимодействия с микроорганизмами, соли карбоновых, нафте­ новых и сульфокислот, сернистых и других соединений. Органиче­ ские вещества, загрязняющие топливо и масло, имеют большую вязкость и липкость. В составе этих веществ преобладают продук­ ты глубокого окисления наименее стабильных углеводородов, сер­ нистых и азотистых соединений. Загрязнения органического проис­ хождения легко деформируются и застревают в порах фильтра, за­ держивая прохождение частиц неорганических загрязнений.

Вода является вторым компонентом, входящим в состав загряз­ нений. Эмульсионная вода находится в продуктах в виде капель са­ мого различного размера, в том числе менее 1 мк. Вследствие вы­ сокой поверхностной активности эмульсионная вода, так же как и смолы, обладает способностью собирать мелкодисперсную фазу в углеводородной среде в крупные агрегаты. На границе раздела фаз вода — углеводородная смесь часто присутствует промежуточ­ ный слой, представляющий собой грязевый коагулят.

Третий компонент загрязнений — соединения с зольными эле­ ментами. К ним относятся продукты коррозии и износа металлов,

скоторыми контактирует топливо или масло, а также соединения

сзольными элементами, остающиеся даже в тщательно отфильтро­ ванных продуктах. Дисперсность частиц этих соединений соизме­ рима с дисперсностью частиц коллоидной системы. В золе обнару­

живаются различные элементы, входящие в состав почвенных за­ грязнений и конструкционных материалов систем и агрегатов.

Механизм образования и накопления загрязнений. Горючее и смазочные материалы можно рассматривать как сложные полифазные системы в виде суспензии, эмульсии и коллоидного раство­ ра. В 1 мл отфильтрованного продукта содержатся десятки тысяч частиц загрязнений размером 1—10 мк. Еще больше частиц имеют размеры менее 1 мк. Формирование частиц загрязнений сопровож­ дается разрушением коллоидной системы и коагуляцией дисперс­ ной фазы, особенно интенсивно протекающей в неполярных угле­ водородных средах. Начальная стадия этого процесса развивается под влиянием межмолекулярных сил, характерных для суспензии и эмульсий. Коагуляция частиц происходит в результате их малой

разрушения коллоидной системы. Поэтому нельзя повысить чисто­ ту топлива или масла в период длительного хранения и отстоя, не прибегая к ультратонким фильтрам. Минеральные примеси в про­ цессе образования загрязнений играют роль начальных центров в процессе коагуляции. Скорости отдельных физико-химических про-

78

Г л а в а 6. ИСПАРЯЕМОСТЬ

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС ИСПАРЕНИЯ

Значение испаряемости. Процессы испарения занимают одно из ведущих мест в комплексе физико-химических превращений горю­ чего и смазочных материалов при хранении, транспортировке и применении в двигателях. Скорость этих процессов определяет ве­ личину потерь от испарения, а для сложных углеводородных сме­ сей и изменение качества вследствие испарения легких компонен­ тов Накопление паров углеводородов в окружающем пространстве, особенно в закрытом помещении, может быть причиной возникно­ вения пожара, взрыва и отравлений личного состава. Велика роль испаряемости для горючего. С испарением топлива связано обра­ зование паровых пробок и явление кавитации в системах перекачки

ипитания двигателей. Существенное значение имеет процесс испа­ рения для образования горючей смеси и обеспечения нормального развития горения во всех типах двигателей. Процесс испарения не только предшествует воспламенению и горению, но в значительной мере определяет скорость этих процессов и, следовательно, эффек­ тивность и надежность работы двигателя.

Виды испарения. Существуют два вида испарения: статическое

идинамическое. Испарение горючего с неподвижной поверхности

всреду покоящегося газа называется статическим. Динамическим называется такой вид испарения, при котором жидкость и газовая

среда движутся относительно друг друга. Статическое испарение в условиях неподвижной среды практически не осуществляется, так как при испарении всегда образуются конвективные гоки за счет разности молекулярной массы пара и окружающей среды, а также за счет наличия температурного градиента в пограничном слое вблизи поверхности испарения. Пары веществ, молекулярная масса которых меньше, чем у паровоздушной среды, движутся вверх, а пары более тяжелые— вниз. Под влиянием разности тем­ ператур в пограничном слое осуществляется перенос веществ с большей молекулярной массой по потоку тепла, а с меньшей — про­ тив этого потока. Этот эффект носит название термодиффузии.

Наиболее сложным процессом является динамическое испаре­ ние распыленных горючего и смазочных масел в турбулентном по­ токе нагретого воздуха. Существенное влияние на развитие про­ цесса испарения в этих условиях оказывают химические реакции взаимодействия углеводородов и кислорода воздуха. В процессе горения распыленного топлива передача тепла излучением и диф­ фузионная теплопередача в результате термодиффузии при совме­ стном протекании процессов тепло- и массообмена делают практи­ чески невозможным аналитический расчет процесса испарения в камерах сгорания двигателей. В большинстве случаев даже для условии статического испарения расчеты выполняются на основе экспериментальных данных.

80