ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ § 1.1. Идеальный цикл дизеля 20 страница

в содержание компонентов: серы (S)> ванадия (V), на­трия (Na)_y кокса по Конрадсону, асфальтосмолистых ве­ществ, воды, механических примесей, золы;

а теплота сгорания Q_H^P.

Новые международные требования на морские топлива (CIMAC, BS1\ ISO - 2005г.) дополнены требованиями по сле­дующим показателям:

стабильность и совместимость;

содержание алюминия и силикатов (кремния).

Плотность

Плотность (density) - d определяется как масса единицы объема нефтепродукта, в международной системе единиц СИ она имеет размерность кг/м³.

Удельная плотность (relative or specific gravity) - - представляет собой отношение плотности нефтепродукта при 2(fC (dio) к плотности воды при 4°С и нормальном атмо­сферном давлении (d₄). За рубежом в практике продажи и по­ставки топлив используют относительную плотность d^lS\$> за­даваемую при одинаковых температурах топлива и воды, рав­ных 15°С (60°F). Разница в численных значениях удельной плотности и относительной плотности столь невелика, что на практике ею можно пренебречь и считать эти понятия си­нонимами.

Сведения о плотности топлива обычно используют при пе­ресчетах объема в массу и наоборот. При этом не следует забы­вать о том, что плотность топлива зависима от температуры. Это обстоятельство особенно важно учитывать при проведении бун­керовки. Высоковязкие топлива обычно подогревают и поэтому они нередко поступают на судно, имея сравнительно малую плотность по отношению к стандартной. Для приведения фак­тического значения плотности топлива, имеющего температу­ру t, к стандартному полагается пользоваться следующим выра­жением:

di5^{15 =} d_t + k (t -15) кг/м³, (11.1)

где: d( — плотность нефтепродукта при данной температуре, к - ко­эффициент, значения которого приведены в табл. 3 раздела 5.3.

Важным свойством плотности является ее связь с природой или групповым составом топлива. Увеличение плотности топ­лива свидетельствует о повышении содержания в нем тяжелых углеводородов, асфальтосмолистых составляющих, ароматиков,

о которых можно судить по содержанию микро-углеродного остатка (шсг - micro-carbone residue).

При заказе топлива нужно учитывать, что центробежные сепараторы в большинстве своем гарантируют эффективную очистку топлива, если его плотность не превышает 991 кг/м³. В общем случае, эффективность сепарации топлив тем выше, чем ниже их плотность.

Плотность в сочетании с вязкостью существенно влияют на самовоспламеняемость топлива, последняя будет лучше у топ­лив с меньшей плотностью и более высокой вязкостью.

Высококачественные парафинистые прямогонные дис­тилляты типа Gas Oil (дизельное топливо марки JI) имеют плотность около 830...860 кг/м³, плотность ароматических дистиллатных топлив составляет 880...910 кг/м . Крекинг- дистиллаты имеют еще более высокую плотность и, если они получены из ароматических нефтей, то она может достигать значения 1000 кг/м³.

Плотность тяжелых остаточных топлив лежит в преде­лах 870...930 кг/м³, если в них преобладают парафинистые со­ставляющие. С увеличением асфальтосмолистых составляющих плотность увеличивается до 930...970 кг/м³; крекинг-остатки могут иметь плотность 970...1030 кг/м³. Как правило, если плотность топлива выше 975 кг/м³, то это топливо либо частич­но, либо полностью состоит из крекинг-продуктов.

Пр о б л ем ы

При выходе значения плотности за рекомендуемые преде­лы возможно возникновение следующих проблем:

1.Недобор гарантированной заводом номинальной мощности двигателя. Топливовпрыскивающая аппаратура ди­зелей настроена на отмеривание объемов подаваемого в цилин­дры топлива, поэтому при переходе на более легкие топлива массовая цикловая подача топлива, при наличии ограничителя подачи и связанной с этим невозможности ее компенсации, уменьшается. Соответственно уменьшается количество тепло­вой энергии, выделяемой при сгорании топлива, что влечет за собой падение вырабатываемой в цилиндре мощности.

2.Недостаточно эффективная сепарация тяжелых оста­точных топлив. Этот эффект возникает ввиду малой разности между плотностями сепарируемого топлива и извлекаемых из него частиц воды и механических примесей.

3.Повышение износа прецизионных элементов топлив­ной аппаратуры. Оно отмечается при работе двигателя на топ­ливах с плотностью ниже 830 кг/м³. Вязкость таких топлив ока­зывается ниже 2-4 сСт, что определенно недостаточно для обес­печения эффективной смазки поверхностей трения прецизион­ных пар. Существенную роль также играет присутствие в топ­ливе воды.

4.Снижение экономичности двигателя и повышение температуры выпускных газов. Эти изменения наблюдаются при использовании топлив высокой плотности, для которых ха­рактерно повышенное содержание ароматических углеводоро­дов, асфальтенов, обладающих плохой самовоспламеняемостью и малыми скоростями сгорания.

5.Повышенное нагарообразование и износ деталей ци­линдропоршневой группы (ЦПГ). Эти процессы обычно яв­ляются следствием неполного сгорания тяжелых остаточных топлив, для которых, как уже упоминалось, характерна высокая плотность.

Рекомендация

Изменение плотности топлива (ее коррекция) реализуемо лишь единственным способом - смешиванием используемого топлива с топливом иной плотности и, соответственно, ины­ми характеристиками.

Вязкость

Вязкость (viscosity) - свойство жидкостей и газов, ха­рактеризующее их сопротивляемость «послойному» сдвигу или скольжению, в частном случае, - течению.

Коэффициент кинематической (кинетической) вязкости

vвыражается в м²/с или численно совпадающих единицах: мм²/с и сСт. Метод определения величины коэффициента у (мм~/с) основан на измерении времени истечения контрольного объема жидкости через калиброванное отверстие при строго опреде­ленной температуре. Последнее условие особенно важно, так как вязкость нефтепродуктов в большой степени зависит от температуры. Для нефтяных топлив класса дистиллатных вяз­кость определяют при 20°С (отечественный стандарт) и 40°С (зарубежный стандарт ISO), для тяжелых топлив - при 50° и 100°С, соответственно.

Вязкость топлив является классификационным пара­метром, на ее основе нефтяные топлива подразделяют на сле­дующие классы: дистиллятные (distillate fuels - 2,5-14 мм²/с) и

л

тяжелые (heavy fuels - 30-700 мм /с). Показатель вязкости обычно кладут в основу при заказе топлива и формировании его цены. Он же определяет условия приемки топлива на судно, ус­ловия его хранения, последующей топливоподготовки и подачи в двигатель. Каждое топливо имеет свою характерную для него вязкостно-температурную зависимость (см. рис. 11.2).

Как видно из графика тяжелые топлива при температурах окружающей среды имеют высокие значения вязкости, затруд­няющие или, даже препятствующие, их применению на судах. Для обеспечения текучести топлив при перекачивании прихо­дится прибегать к их подогреву в танках запаса с исполь­зованием паровых змеевиков. Подогрев топлива в танке должен обеспечить вязкость у приемного патрубка не превышающий 600-800 мм² /с. Проблемы с перекачкой топлива возникают, ко­гда приходится забирать топливо из далеко расположенных но­совых танков. В этом случае приходится осуществлять подогрев топлива в этих танках до более высоких температур. Небольшие и старые суда, как правило, имеют ограниченную возможность подогрева топлива в танках запаса и поэтому приходится огра­ничиваться заказом топлив с пониженной вязкостью.

Если полученное топливо будет иметь вязкость, заметно превышающую заказанную, неизбежны проблемы с перекачкой

топлива из танков запаса в отстойные цистерны при плавании в условиях низких температур забортной воды. Ч* W* I» 9 К & * 4Ф it «I » It I) W W 1» М !» ЯР 9D wnttftQ М X» Ш W ЙЙ»Л Л» JW 5» ПРИМЕР: ТОПЛИВО С ВЯЗКОСТЬЮ 1000 СЕК REDWOOD 1 ПРИ 10* ГРАД F ДОЛЖНО БЫТЬ ПОДОГРЕТО ПЕРЕД ТНВД ИАПООВбРОТНЫХ ДВИГАТЕЛЕМ ДО 1<Ю*110 гт С средне * и высокооборотных двигателей ДО 197 Рис. 11.2. Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры

Подогрев в целях снижения вязкости необходим также в отстойных и расходных цистернах (до температур на 10°С ниже температуры вспышки), перед сепарацией (до 95°С - в против-

ном случае возможно вскипание находящейся в топливе воды и образование в барабане сепаратора паровых мешков).

Для качественного распыливания топлива температура его подогрева должна обеспечить вязкость непосредственно перед ТНВД дизелей до значений 12-15 мм²/с.

Пр о б л е м ы

1. Затруднения при перекачке топлива из танков запаса (или же из танка в танк), вызванные высокой вязкостью топ­лива при низких температурах. Известно, что текучесть топлива может быть обеспечена при вязкости менее ЮООсСт и в ряде публикаций рекомендуется нагревать топлива до этой вязкости. При длинных трубопроводах и низких температурах окружаю­щей среды топливо по пути теряет свою температуру и может потерять текучесть. Опыт показывает, что практический предел вязкости после подогрева не должен превышать 600-800 мм /с.

2. Малоэффективность процессов отстаивания и сепари­рования топлив. Нередко низкая эффективность процессов тако­го рода объясняется высокой вязкостью топлива.

3. Повышенные температуры выпускных газов, неполное сгорание топлива из-за его плохого распыливания. То и другое имеют место, вследствие большой вязкости топлива перед ТНВД.

4. Повышенный износ кулачков и роликов привода топлив­ных насосов высокого давления, появление трещин в корпусах насосов. Износ и появление трещин такого вида есть следствие роста механических нагрузок в перечисленных выше деталях, возникающих в связи с повышением давления впрыска, в свою очередь, вызванного высокой вязкостью, поступающего в насо­сы топлива.

5. Повышенный износ прецизионных элементов топливной аппаратуры. Он обусловлен низкой смазывающей способно­стью топлив, имеющих вязкость ниже 2 сСт.

Рекомендации

1. При заказе топлива требуемая вязкость должна назна­чаться с учетом рекомендаций двигателестроителя и исходя из технических возможностей системы топливоподготовки. Прак­тика показывает, что, если вязкость полученного топлива пре­вышает заказанную величину в пределах 20%, то существенных

проблем в работе установки не должно возникнуть, большее отклонение нежелательно.

2. Уровень вязкости топлив в процессе его использования должен поддерживаться в пределах рекомендуемых величин. Изменение величины вязкости может быть достигнуто: а) путем изменения температуры и б) смешиванием. Для сни­жения вязкости топливо подогревают. Для этих целей в танках запаса, в отстойных и расходных цистернах вмонтированы па­ровые змеевики. Выбор температуры подогрева зависит от вели­чины стандартной вязкости используемого топлива и может быть осуществлен по графику рис. 11.2. Уровень требуемой вязкости перед двигателем устанавливает фирма-двигателестроитель. Обычно этот показатель лежит в пределах 10-15 сСт (не выше). При невозможности достичь требуемых температур и вязкостей, а также в тех случаях, когда есть необходимость скорректировать другие показатели топлива, прибегают к смешиванию топлив. При смешивании необходимо проявлять осторожность - пред­варительно следует проверить компоненты смеси на совмес­тимость (это свойство и соответствующая процедура описа­ны ниже).

Температура вспышки

Температура вспышки (flash point) - t _всп - низшая тем­пература, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспы­хивают при поднесении к ним открытого пламени.

Она зависит от температуры кипения, испаряемости и уп­ругости паров топлива и определяется фракционным составом последнего. Какого-то влияния на самовоспламенение и сгора­ние топлива в дизеле этот показатель не оказывает. Но он, ха­рактеризует пожароопасность топлива. Международный Стандарт (ISO 8217) и Правила Классификационных Обществ требуют, чтобы температура вспышки принимаемого на борт судна топлива не была ниже 60°С. Тяжелые топлива имеют более высокие температуры вспышки (75...85°С) и, поскольку их приходится подогревать, температура подогрева в открытых емкостях в целях пожаробезопасности должна быть на 10—15°С ниже температуры вспышки t_ecn .

Рекомендации

В целях предотвращения опасности воспламенения паров топлива рекомендуется:

1. Температурный режим во всех открытых (сообщающих­ся с атмосферой) элементах топливной системы должен поддер­живаться на уровне, не превышающем разности: t_ecn — (10—15°С).

2. Вентиляционные трубы танков всегда должны быть чис­тыми. Это условие обеспечит хорошую вентиляцию верхнего незаполненного пространства. Пламегасящие ловушки и сетки должны быть исправными, источники возможного воспламене­ния любого вида не должны размещаться в непосредственной близости от вентиляционных труб.

3. Во избежание местного перегрева топлива, поступающе­го при бункеровке, и создания в связи с этим пожароопасной атмосферы в танке, паровые змеевики подогрева при бункеровке должны быть отключены. Паровые змеевики также должны от­ключаться при падении уровня топлива в танках до низких значений.

Температура застывания

Все дизельные топлива содержат в определенных количе­ствах соединения парафина, обычно, при нормальных темпера­турах окружающей среды, - находящиеся в виде раствора. По мере падения температуры топлива до определенных пределов в нем начинает развиваться процесс кристаллизации парафиновых соединений, сопровождающийся образованием длинных игло­видных кристаллов. Топливо при этом заметно мутнеет. Темпе­ратура начала кристаллизации называется температурой по­мутнения (cloud point). Этот показатель применяется исключи­тельно для прозрачных топлив (дистиллатных). Последующее снижение температуры (на 5-7°) ведет к интенсификации роста кристаллов и потере подвижности топлива. Температура, соот­ветствующая потере подвижности топлива, называется темпе­ратурой застывания (pour point). Температура застывания отечественных топлив обычно лежит в пределах (-5)-(+ 10)°С и у крекинг-топлив, при большом содержании парафина, достига­ет значения +30°С и даже +45°.

Пр о б л е м ы

1.Застывание топлива в танках двойного дна. Вероят­ность возникновения такого явления особенно высока, если кон- структивно не предусмотрена установка паровых змеевиков подогрева, размещаемых по всему объему танка, шш хотя бы в районе нахождения приемного патрубка.

2.Забивание фильтров, образование «пробок» в топливных трубках. В двигателях, работающих на открытом воздухе при низких температурах, застывающее топливо забивает фильт­ры. В топливных трубках образуются пробки, препятствующие продвижению топлива, следствием чего бывают остановки двигателя и невозможность его последующего запуска.

Рекомендации

1. Во избежание застывания топлива в системе, его темпе­ратура с помощью подогревателей должна поддерживаться на уровне, по крайней мере, на 10°С превышающем температуру застывания.

2. При отсутствии подогревателей или при недостаточной их мощности следует прибегать к смешиванию имеющегося то­плива с другим топливом, имеющим более низкую температуру застывания (например, смешивать его с керосином).

Допустимо использование присадок (wax crystal modifiers), способствующих улучшению текучести топлива за счет некото­рого уменьшения размеров кристаллов парафина. Подготовлен­ное таким образом топливо не забивает фильтры и беспрепятст­венно поступает к топливным насосам высокого давления. Сле­дует заметить, что введение присадки не изменяет величину температуры застывания, - меняется лишь структура и размер кристаллов.

Содержание серы

На мировом рынке морских топлив сегодня просматрива­ется явная тенденция к увеличению содержания серы и ее со­единений в морских топливах. В современных тяжелых топли­вах содержание серы (sulphur content) в среднем находится на уровне 3%. допустимый предел стандартом ISO увеличен с 3,5% до 5%. Типично, что чем выше плотность топлива, тем больший процент серы оно содержит.

Мировая общественность ведет активную борьбу за чисто­ту окружающей среды и поэтому, в стремлении не загрязнять атмосферу содержащимися в выхлопных газах агрессивными соединениями серы.

Ужесточение требований к содержанию серы в топливах, используемых на судах, в последние годы распространилось не только на акватории портов, но и на ряд морских бассейнов и прибрежных зон. Так в двигателях морских судов, работающих в Балтийском бассейне, в прибрежных водах или в портах США, Швеции и ряда других стран, запрещено сжигать топлива с со­держанием серы, превышающем 1,5%. С августа и ноября 2007 г. эти требования распространены на Северное море и Английский канал.

В топливах помимо элементарной серы в определенных количествах содержатся: сероводород, высоко- и низкомолеку­лярные соединения - меркаптаны, сульфиды и дисульфиды. В жидкой фазе особенно агрессивны меркаптаны, вызывающие в присутствии морской воды интенсивную коррозию прецизи­онных пар топливной аппаратуры, трубопроводов и емкостей. Малая молекулярная масса и низкая температура кипения мер­каптанов определяют их преимущественное присутствие в легких фракциях и почти полное отсутствие а тяжелых. Этим объясняется появление меркаптановой коррозии при об­воднении дизельных топлив и почти полное отсутствие этих явлений при работе на тяжелых топлива.

Наибольший материальный ущерб возникает при раз­витии сернистой коррозии ЦПГ дизелей.

Механизм протекания этого процесса заключается в следующем:

а) При сгорании сернистого топлива сера окисляется до сернистого ангидрида SOi. В конце хода расширения и в начале процесса выпуска, когда температура и давление в цилиндре снижаются, часть SOi окисляется до БОз . Из всего количества серы в топливе в состояние SO3 переходят от 1 до 15% ее массы.

Пары воды, образующиеся в процессе сгорания при окис­лении водорода топлива, вступая в экзотермическую реакцию с S0₃, образуют серную кислоту:

S0₃ + Н₂0 = H2SO4 + 87990 Дж. (11.2)

в) Пары серной кислоты, соприкасаясь с относительно хо­лодными стенками цилиндра, конденсируются на них, вслед за чем, при дальнейшем падении температуры, происходит кон­денсация на них и паров воды, которая в смеси с серной кисло­той образует на поверхностях цилиндра слабый раствор элек­тролита.

Температура конденсации H₂S0₄ увеличивается с ростом содержания серы в топливе и при S = 3% достигает 170—180°С, в то время как при 1-1,5% S она составляет 120-130°.

г) Конденсация серной кислоты и воды вызывает коррози­онный износ рабочих поверхностей цилиндров и поршневых колец, который при прочих неблагоприятных условиях может возрастать до десятикратных размеров.

В общем случае износ цилиндров дизелей определяется рядом факторов, среди которых основная роль отводится комбинации абразивного изнашивания и износа трением в сочетании с коррозионным износом. При сжигании в двигате­лях сернистых топлив главенствующую роль занимает имен­но коррозионный износ.

Интенсивность коррозии определяется:

а) концентрацией паров серного ангидрида SO3, в боль­шой степени зависящей от процентного содержания серы в топливе;

б) локальными значениями температур на поверхности ци­линдра со стороны газов, опускающимися ниже температуры точки росы (температуры, при которой происходит конденсация паров на поверхностях втулки цилиндра;

в) количествами серной кислоты и воды, скапливающими­ся на зеркале цилиндра;

г) толщиной масляной пленки, защищающей зеркало ци­линдра, и нейтрализующей способностью масла (его щелочным числом).

Проблемы

Судовые средства обработки, к сожалению, не обеспечи­вают очистку топлив от серы и поэтому при сжигании серни­стых топлив возникают следующие отрицательные явления:

1.Коррозия и интенсивное изнамивание цилиндропорш­невой группы дизелей. Масштаб коррозионно-абразивного из­нашивания составляет 0,5-0,7 мм за 1 ООО часов, что более чем в 10 раз превышает нормальные износы. Наиболее интенсивная коррозия развивается при работе на пониженных нагрузках, для которых характерны низкие температуры рабочего цикла.

2.Отложения нагара. Окислы серы, реагируя с продук­тами неполного сгорания топлива, способствуют образованию очень твердых отложений нагара в зоне расположения поршне­вых колец, на головке и тронке поршня, в выпускных окнах и каналах выпускных клапанов

3.Истощение масляной пленки. Масляная пленка, покры­вающая зеркало цилиндра и защищающая его от электрохими­ческой коррозии, подвергаясь атаке со стороны окислов серы, при недостаточном запасе щелочности масла и малой его по­даче быстро истощается (щелочность масла падает). Металл остается без защиты, и это приводит к интенсификации про­цессов коррозии и износа.

4. Отложения на выхлопных клапанах, соплах и лопат­ках турбин. Окислы серы и несгоревшая сера наряду с натрий- ванадиевыми соединениями входят в состав отложений, обра­зующихся на выхлопных кла­панах, вызывая их прогорание и потерю плотности. Не исклю­чена также опасность появле­ния отложений на соплах и лопатках турбин газотурбо- компрессоров (ГТК), сущест­венно уменьшающих их кпд.

5.Коррозионный износ цапф крейцкопфов, шеек колен­чатого вала и подшипников. Конденсирующаяся в цилиндре серная кислота вместе с отработанным маслом стекает в под- поршневые полости, откуда она (через плохо работающие саль­ники поршневых штоков) попадает в картер двигателя. Здесь ее агрессивному действию подвергается, прежде всего, циркуляци­онное масло. Рост его кислотности в связи с накапливанием в нем сильных органических кислот вызывает коррозию рабочих поверхностей цапф крейцкопфов, шеек коленчатого вала и под­шипников.

Подобные явления возникают и в тронковых двигателях. В них особенно при изношенном состоянии ЦПГ, с прорываю­щимися через кольцевое уплотнение газами в картер попадают агрессивные соединения серы, конденсирующиеся в масле и об­разующие в нем сильные минеральные кислоты. Присутствие в масле этих кислот приводит к его ускоренному старению и кор­розии подшипниковых сплавов и шеек вала.

6.Ускоренное образование в топливе асфальто­смолистых соединений и продуктов отложений в танках. Не­которые органосернистые соединения в процессе длительного хранения топлива ускоряют процессы его окисления с образова­нием асфальто-смолистых соединений и продуктов отложения (шлама). Сера также понижает теплоту сгорания топлива.

7.Сернистая коррозия выхлопного трубопровода и котлов. Содержащиеся в выхлопных газах пары S0₃ достигая в выхлопных трубах и утилизационных котлах температур ниже точки росы, вызывают их коррозию. Аналогичной коррозии подвержены элементы вспомогательных и главных котлов, ра­ботающих на сернистых мазутах на режимах, когда температу­ры хвостовых поверхностей (экономайзеров) ниже точки росы (140-150°).

Рекомендации

1. По-возможности стремиться к использованию в двигате­лях топлив с содержанием серы не выше 1,5%. В противном случае принимать все необходимые меры по снижению корро­зионных процессов.

2. Коль скоро известно, что коррозионный износ особенно велик, когда температура металла рабочих поверхностей цилин­дров падает ниже температуры точки росы водяных паров (100— 120°С при давлении в цилиндре 4 МПа и выше), то для сниже­ния коррозионных процессов важно температуру стенок цилин­дров удерживать на этом или более высоких уровнях. Это, в ча­стности, достигается повышением температурного режима в системе охлаждения до максимально допустимого уровня при минимальном перепаде температур между выходом и входом в двигатель. Последнее обеспечивается увеличением подачи воды, идущей на охлаждение. Увеличение подачи и, соответственно, давлений в системе необходимы также для предотвращения об­разования воздушных пробок, нарушающих теплопередачу и приводящих к местным перегревам.

В двигателях старых конструкций рекомендовалось под­держивать температуры в системах охлаждения на входе 40-50 и на выходе 50-60°С. В более поздних конструкциях двигате­лей, учитывая ухудшение качества топлив и увеличения в них содержания серы, двигателестроительные фирмы пошли на уве­личение температурных диапазонов: на входе 70-85 и на выхо­де 85-95°С.

В двигателях нового поколения охлаждается только верх­няя часть втулок цилиндров, более того, для поддержания высо­кого температурного уровня зеркала цилиндра прибегают к час- тйчной изоляции теплопередающих поверхностей.

3. Существенное снижение коррозии достигается придани­ем цилиндровым маслам крейцкопфных двигателей и циркуля­ционным маслам тронковых двигателей защитных нейтрали­зующих свойств. С этой целью в масла вводят в виде присадок соединения щелочных металлов, которые вступая в реакцию с выпадающей на стенках цилиндров серной кислотой, нейтрали­зуют ее, тем самым почти устраняя или, по крайней мере, сни­жая до минимума ее коррозионное действие.

Нейтрализующая способность масел оценивается ее щелочным числом (ОЩЧ), выражаемым в мгКОН/г масла.

Чем выше ОЩЧ, тем выше нейтрализующая способность. За рубежом щелочность масел оценивается аналогичным пока­зателем (TBN) - Total Base Number или Base Number (BN).

При выборе масла нужно исходить из его щелочного числа, которое, в свою очередь, должно подбираться по содержанию серы в топливе, основываясь на рекомендациях фирмы - двига- телестроителя (см. рис. 11.4) или, в первом приближении, удов­летворять следующей зависимости:

ОЩЧ = S%x (10-20). (11.3)

В случае, когда имеющееся на судне масло по своей ще­лочности ниже требуемой для используемого в настоящий
момент топлива, рекомендуется увеличить подачу масла на цилиндры.

Содержание ванадия и натрия

Одной из серьезных проблем, осложняющих эксплуатацию современных 4-тактных и 2-тактных двигателей с прямоточно­клапанной продувкой, является относительно невысокий рабо­чий ресурс выпускных клапанов. Последнее в основном связано с потерей ими плотности по причине прогорания посадочных поверхностей. Особую остроту эта проблема приобрела в по­следние годы в связи с дальнейшей форсировкой рабочего про­цесса, сопровождаемой ростом температур цикла и деталей ка­меры сгорания. Известную роль здесь играет буквально драма­тическое ухудшение качества морских топлив. В них, особенно в тяжелых остаточных топливах, содержание ванадия, пред­ставляющего вместе с натрием наибольшую угрозу для клапа­нов, может достигать 300-350 ррт (частей на миллион). Миро­вая практика показывает, что в большинстве случаев содержа­ние ванадия находится на уровне 100-150 ррт, но в остаточных топливах из Венесуэльской нефти оно доходит до

500.. .600 ррт. Соединения ванадия во всех дистиллатных топливах должны отсутствовать.

Содержание органических соединений натрия редко пре­вышает 30 ррт, но при попадании в топливо морской воды на каждый процент увеличения ее содержания присутствие соеди­нений натрия увеличивается на 100 ррт. При сгорании топлива, как известно, образуются С0_2у Н₂0, S0₂ и SO3 . Несгорающие элементы, такие как V, Na, Fe и Ni, при сгорании углеводородов легко образуют окислы или соли. Притом, окислы ванадия и же­леза выступают в роли очень активных катализаторов реакций окисления S0₂.

v₂o₄+so₂ о v₂o₄so₃ V₂0₄S0₃+S0₂ о v₂o₅+so₃

2Fe₂0_} + 6S0₂ о VFe₂(S0₄)₃ 2Fe₂(S0₄)₃2 <z> VFe₂0₃ + 6 S0₃

В обоих случаях каталитический эффект достигается с об­разованием в ходе реакции промежуточных соединений. В чис­ле попадающих в топливо с водой соединений натрия основную
роль играет хлорид натрия NaCl, он, вступая в реакцию с серной кислотой, образует сульфат натрия Na₂S04 и соляную кислоту НС1 в ее паровой фазе.

Уместно отметить, что возникающие при сгорании тяжелых топлив окислы ванадия, натрия и серы, будучи чрезвычайно

агрессивными, вызывают высоко­температурную межкристалличес- кую коррозию металла тарелок выхлопных клапанов, выражаю­щуюся в образовании пораженных участков, внешне напоминающих бу­лыжную мостовую. Плотность посадки клапана на седло на этих участках теряется, прорыв газов способствует местному перегреву и, как итог - прогоранию тарелки.

Рис. 11.5. Прогорание тарелок клапанов

Важной причиной и специфическим обстоятельством, со­провождающим возникновение высокотемпературной коррозии, является наличие в продуктах сгорания агрессивных соедине­ний, температура плавления которых лежит ниже рабочей тем­пературы клапанов. Окислы ванадия V₂C>4 и V₂0$ имеют темпе­ратуры плавления, соответственно, 1970°С и 675...690°С. Это означает, что они, находясь в твердом состоянии, покидают ци­линдр вместе с выхлопными газами, температура которых