ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ § 1.1. Идеальный цикл дизеля 22 страница

3. Увеличение жесткости сгорания, рост ударных на­грузок. В дополнение к явлениям, отмеченным в п.2., при сжига­нии дистиллатных крекинг-топлив, для которых характерно большое содержание ароматических составляющих и обла­дающих в связи с этим плохой воспламеняемостью, рост перио­да индукции вызывает еще и увеличение жесткости сгорания, а также рост интенсивности ударных нагрузок на подшипники.

Рекомендации

1. Оценку самовоспламеняемости топлив рекомендуется осуществлять с использованием следующих показателей:

ЦЧ (цетановое число) - только для дистиллатных топлив: для высокооборотных двигателей - не ниже 55, для среднеоборотных - не ниже 45, для малооборотных - не ниже 35.

CCAI - для тяжелых остаточных топлив, используемых в средне- и малооборотных двигателях:

для среднеоборотных - не выше 870.. .890, для малооборотных - не выше 900. ..910.

Увеличению значений CCAI (см. ранее представленное уравнение) способствует рост плотности топлива d и это понят­но, потому как при этом увеличивается количество тяжелых уг­леводородов (ароматиков и др. тяжелых углеводородов). В то же время, увеличение вязкости снижает CCAI, что объясняется увеличением содержания в топливе парафиновых соединений обладающих хорошей воспламеняемостью и сгоранием. Исходя из этого, можно сказать, что следует избегать использования топлив, обладающих высокой плотностью, и не бояться применения топлив, обладающих высокой вязкостью.

2. Не рекомендуется использовать топлива с показателями самовоспламеняемости, не укладывающимися в рекомендуемые пределы. Если работа на таком топливе неизбежна, и темпера­туры на выхлопе объективно увеличились, необходимо, во из­бежание тепловой перегрузки двигателя, снизить его рабочую нагрузку.

3. Высокооборотные двигатели особо чувствительны к ЦЧ дизельных топлив. Когда ЦЧ < 40, рекомендуется повышать значение этого параметра путем введения присадок, активизи­рующих реакции окисления углеводородов топлива. Обычно применяют: металлоорганические присадки на базе магния - Амероид Марк-2, Амергайз, D II-3 Ethyl Согр и др.

Микробиологическое заражение топлив (microbiological infection of fuels)

Углеводородные топлива в процессе нефтепереработки, подвергаясь нагреву до высоких температур, становятся сте­рильными. Однако, в процессе транспортировки, хранения и во время перекачек они могут подвергнуться заражению микроор­ганизмами и бактериями, попадающими в них из атмосферы.

Возможен и вариант заражения, связанный со смешиванием то­плива с уже зараженными продуктами.

Пока топливо остается «сухим», пока в нем отсутствует вода, бактерии не размножаются и не приносят вреда ни двига­телям, ни их системам. При любом обводнении, в зараженном топливе сразу же начинается интенсивное размножение микро­организмов и бактерий.

Уже упоминалось о том, что на судне вода попадает в топ­ливо в результате ее конденсации на стенках танков, из-за про­течек в змеевиках парового обогрева. Свою лепту в заражение топлива микроорганизмами вносит и вода, остающаяся на дне танков после их временного использования для балластировки судна. Следует знать, что проблемы заражения дизельных топ­лив может практически не существовать, поскольку такие топ­лива легко отделяются от воды, не смешиваясь с ней, и вода своевременно удаляется. Таким образом, при должном кон­троле за наличием воды в топливе и своевременном ее удалении среда, благоприятная для размножения микроорганизмов в них, будет отсутствовать. Диаметрально противоположная ситуация характерна для тяжелых топлив, особенно для крекинг-топлив, содержащих асфальтосмолистые соединения, обладающие вы­сокой поверхностной активностью, что способствует образова­нию стойких водотопливных эмульсий, которые в зоне поверх­ности раздела топлива и воды создают условия, благоприятные для активизации жизнедеятельности микробов. Скорость разви­тия такого заражения может достигать феноменальных масшта­бов. Начав с популяции в несколько сотен, сообщество микро­бов меньше, чем за неделю может увеличиться до миллиарда микроорганизмов в одном миллилитре. Размножение бактерий и микроорганизмов сопровождается деградацией углеводородов топлива. Продукты его разложения, слизистый шлам, выпадают в осадок, забивают фильтры и сужения трубопроводов. Обра­зующиеся при этом кислоты вызывают разъедание и коррозию металлов. В танках, в зонах раздела воды и топлива на внутрен­ней поверхности листов обшивки возникает точечная коррозия, глубина поражения достигает десяти и более миллиметров. На скорость размножения существенное влияние оказывает темпе­ратура среды.

Характерные признаки заражения топлива:

1. Появление неприятного и резкого запаха сероводорода H₂S (запах тухлых яиц);

2. Слизистые отложения на дне танков;

3. Закупорка фильтров;

4. Эмульгирование топлива и необычно большие отложе­ния в барабане пурификатора;

5. Питтинговая коррозия днища танков и стенок в зонах раздела «вода-топливо»;

6. Появление пленок черного цвета на медных поверх­ностях;

7. Закупорка сопловых отверстий.

Пр о б л е м ы

1.Возникновение отложений биологического происхожде­ния. Размножение микроорганизмов в толще топлива стимулиру­ет образование на дне танков слизистых отложений, шлама. По­путно происходит закупорка фильтров, трубопроводов и пр.

2.Возникновение специфического вида коррозии. Под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов происходит разъедание металла, коррозия узкого пояса стенок танков в зонах раздела топлива и воды.

Рекомендации

1. Необходимо всячески избегать значительных обвод­нений топлива, при этом, обращая внимание на состояние змее­виков парового обогревателя (устранять течи). Следует контро­лировать отсутствие остатков воды в танках перед приемом в них топлива (еще лучше - уйти от практики использования топ­ливных танков в качестве балластных цистерн).

2. Не следует допускать сброса зараженного топлива в танки. Сбор шлама сепарации в отдельные емкости поможет избежать заражения танков и последующей их интенсивной коррозии.

3. Чтобы избежать заражения топлива в расходных цистер­нах, рекомендуется не допускать снижения в них температу­ры ниже уровня 65°С.

4. В случае серьезного заражения топливной системы мик­роорганизмами рекомендуется прибегнуть к использованию специальных присадок к топливам.

11.1.1. Стандарты на топлива для судовых дизелей

Государственные Стандарта на топлива (Россия)

Международный стандарт на топлива ISO 8217:2005 Требования к морским дистиллатным топливам

ISO 8217.2005(H)

^D 1 mm²/s = 1 cSt

^c Purchasers should ensure that this pour point is suitable for the equipment on board, especially if the vessel operates in both the northern end southern hemispheres.

^fl This fuel is suitable for use without heating at ambient temperatures down to - 16 *C

^e A sulfur limit of 1,5 % (mfm) will apply in SO, emission control areas designated by the International Maritime Organization, when its relevant protocol enters into force. There may be local variations, for example №e EU requires that sulphur content of certain distillate grades be limited to 0,2 % {m/m) in certain applications See 0 3 and reference [7]

^f If the sample is clear and with no visible sediment or water, the total sediment existent and water tests shall not be required. See 7 4 and 7.5

g A fuel shall be considered to be free of used lubricating oils (ULOs) If one or more of the elements zinc, phosphorus and calcium are below or at the specified limits. All three elements shall exceed the same limits before a fuel shall be deemed to contain ULOs.

©ISO 2005- All rights reserved

оо

Table 2 — Requirements for marine residual fuels У

Ы

<Ji

Ы

§ 11.2. Топливная система

Назначение топливной системы — обеспечивать исполне­ние следующих технологических процедур:

1. прием и хранение топлива на судне;

2. предварительная обработка топлива, включающая его 3. подогрев, отстаивание, сепарирование и фильтрацию;

4. подача топлива к дизелям и котлу.

Принципиальная схема представлена на рис. 11.9.

Прием топлива на судно в процессе бункеровки осуществ­ляется через расположенный на палубе приемный патрубок, снабженный устройством для отбора пробы. Танки запаса обычно располагаются в двойном дне. Число свободных танков должно быть достаточным для того, чтобы избежать смешива­ния бункеруемого топлива с принятым ранее топливом и, тем самым, исключить возможные явления потери стабильности и несовместимости топлив.

Для хранения топлив высокой вязкости и с высокой темпе­ратурой застывания желательно использовать танки, располо­женные в поперечной плоскости судна, имеющие значительно меньшую поверхность соприкосновения с водой и обшивкой корпуса судна и являющиеся менее удаленными от топливопе­рекачивающего насоса. Все танки двойного дна, предназна­ченные для тяжелого топлива, должны быть оборудованы змее­виками парового обогрева, который необходим для поддержа­ния требуемой температуры топлива. Последняя должна быть, по крайней мере, на 10°С выше температуры, обеспечивающей вязкость, достаточную для перекачивания. Следует избегать поддержания в танках более высоких температур, равно как и их бросков, так как это вызывает интенсивное шламообразование, образование на греющих поверхностях углеродных отложений. Кроме того, возможен неоправданный расход энергии. Во избе­жание обводнения топлива следует избегать использования топ­ливных танков под балласт. Необходимо также следить за со­стоянием змеевиков обогрева - отсутствием в них свищей, при­водящих к обводнению находящихся в танках топлив.

Прием топлива на судно осуществляется через клапан 1. Чтобы предотвратить застывание топлива в трубопроводах, по­следние оборудуют паровыми или электрическими спутниками. Топливоперекачивающие насосы 5 - обычно винтового типа. Во избежание повреждения перед ними устанавливают фильтры грубой очистки с размерами ячеи 0,5...0,3 мм.

Клапанная коробка б обеспечивает возможность переклю­чения с одного танка на другой. Насосами 5 топливо подается в отстойную цистерну 2, оборудованную змеевиком парового по­догрева и датчиками верхнего и нижнего уровней. Из отстойной цистерны топливо направляется к насосам 4, подогревателям

К (из) топливным танкам Рис. 11.9. Система тяжелого топлива (рекомендации С1МАС). LA - реле уровня {Н - верхнего, L - нижнего; TS - терморегулятор; 7*1- Термодатчик; Pi- датчик давления; FM- расходомер; VC - вискозиметр.

7 и сепараторам 8. Шлам из сепараторов поступает в цистерну 9, а цистерна 10 служит для сбора отходов топлива или их сжига­ния в инсинераторе. Очищенное топливо поступает в расходную цистерну 3, также оборудованную паровым обогревателем, спуском отстоя и датчиком нижнего уровня.

Во избежание переполнения в цистерне предусмотрена пе­реливная труба, ведущая в отстойную цистерну. Из расходной цистерны топливо поступает к трехходовому крану 11, с помо­щью которого предоставляется возможность переключаться с тяжелого топлива на дизельное и наоборот. Далее топливо на­правляется к подкачивающим насосам 72, служащим для подня­тия давления в системе до 0,4...0,5 МПа. Это необходимо, так как с ростом давления поднимается температура кипения топли­ва, что, в свою очередь, позволяет избежать вскипания топлива в контуре циркуляции при его нагревании перед двигателем до температур 130-150°С. При вскипании, а оно происходит при атмосферном давлении, неизбежно интенсивное паро- и газооб­разование, вызывающее нарушения в работе циркуляционных насосов 14, в частности, их кавитационные повреждения. Одно­временно происходит потеря, вместе с газами, легких фракций. Этим объясняется то, что на судах новой постройки, на которых предусматривается работа двигателей на топливах с вязкостью выше 180 сСт, наличие подкачивающих насосов является обяза­тельным. От насосов 12 топливо направляется в смесительную цистерну 13, в которой, при переходе с одного вида топлива на другой, происходит их смешивание, при котором обеспечивает­ся мягкий переход с легкого холодного топлива на горячее тя­желое и наоборот. Нужно иметь в виду, что, если бы имел место резкий переход, то могло бы произойти заклинивание плунжер­ных пар топливных насосов.

За цистерной установлены циркуляционные насосы 14, по­догреватель с вискозиметром 75 и непосредственно перед дви­гателем 77 фильтры тонкой очистки 16. Возврат топлива от дви­гателя осуществляется в цистерну в смесительную цистерну 13 или расходную цистерну 3. Наличие контура рециркуляции «смесительная цистерна - циркуляционные насосы - подогре­ватель - фильтр - дизель - цистерна» обеспечивает прокачку в нем горячего топлива при кратковременной остановке двигателя во избежание его застывания в трубах. Это необходимо, так как при прекращении подачи топлива к дизелю или существенном сокращении его поступления прекратится и его подогрев, а это уже приведет к росту вязкости топлива и следующим возмож­ным последствиям:

• ухудшению пусковых свойств дизеля,

• повреждению ТНВД и их привода.

Циркуляционные насосы 14 останавливают лишь при дли­тельной стоянке, но тогда система топливоподачи должна быть предварительно освобождена от тяжелого топлива путем пред­варительного (перед остановкой) переключения на дизельное топливо. При этом, однако, надо иметь в виду, что при смеши­вании в циркуляционной цистерне дизельного и тяжелого топ­лива (а этого не избежать в первый период после переключения) возможна утрата стабильности смеси, обусловленная несовмес­тимостью топлив. Это может вызвать лако- и нагарообразование в топливной аппаратуре, задиры прецизионных элементов, пло­хое сгорание топлива и загрязнение выпускного тракта.

При отсутствии смесительной цистерны и системы рецир­куляции переводить дизель с одного сорта топлива на другой следует осторожно, предварительно снизив нагрузку до 75% от полной нагрузки, по возможности снизив температуры топлив.

Эксплуатация топливной системы должна сводиться к выполнению следующих мероприятий:

1.Поддержание требуемых температур топлива в тан­ках запаса и в трубопроводах на всем пути следования топлива к двигателям.

2.Контроль за уровнем топлива в отстойных и расходных цистернах, периодический выпуск из них отстоя.

3.Контроль за чистотой фильтров (путем контроля пе­репада давления на них).

4.Контроль за работой сепараторов, предотвращающий переполнение грязевого пространства и появление воды в очи- гценном топливе. Выходящее из сепаратора топливо рекомен­дуется периодически брать на анализ.

§ 11.3. Топливообработка

Рассмотренные ранее свойства топлив можно разделить на следующие три группы:

1.Свойства, которые оказывают существенное влияние на работу двигателя, но которые невозможно изменить путем обработки топлива на судне (это могут быть: содержание кок­сового остатка, серы и ванадия, самовоспламеняемость топлива).

2. Свойства, существенные для двигателя, но которые можно изменить, произведя эффективную топливообработку (поддержание вязкости на рекомендуемом уровне, изменение содержание в топливе морской воды, механических примесей, в том числе алюмосиликатов).

3.Свойства, несущественные для двигателя, но имеющие большое значение для работы системы топливообработки и топливной системы в целом (вязкость, плотность, стабильность и совместимость, температуры вспышки и застывания).

В задачи системы топливоподготовки должно входить снижение показателей, перечисленных в ги_ 2 до уровней, прием­лемых для эксплуатации двигателя. Основываясь на опыте экс­плуатации, рекомендуется содержание морской воды в топ­ливе перед двигателем поддерживать на уровне, не превы­шающем 0,5%. В этом случае отложения солей Na на лопатках газовой турбины будут не столь существенны.

Для механических примесей неорганического происхож­дения, оказывающих абразивное воздействие, допустимый предел лежит на уровне 25...50 ррт (мг/кг). Если выделить из них алюмосиликаты, то содержание таких примесей легче всего оценить по содержанию А1. Это последнее желательно сохра­нять на уровне 5... 10 ррш. При этом общее содержание катали­тических элементов будет выше указанного уровня. Важно так­же, чтобы размеры частиц не превышали 3 мкм.

Традиционные способы топливообработки состоят в очистке топлив от воды и механических примесей путем ис­пользования:

гравитационных сил (отстаивание);

центробежных сил (центрифугирование в сепараторах);

полупроницаемых материалов (фильтрование).

Отстаивание топлива

На механические частицы и глобулы воды, находящиеся в топливе, действуют гравитационная сила (сила тяжести) и вы­талкивающая (Архимедова) сила, направленная вверх - в сторо­ну, противоположную действию силы тяжести. При превыше­нии силы тяжести частицы выпадают в осадок, происходит от­стаивание, позволяющее в известной степени очистить топливо от загрязняющих его примесей.

Если допустить, что осаждение происходит с постоянной скоростью, то ее величина может быть определена из следую­щего уравнения:

D² (d₄-d_x) g

(Ц.6),

18 ju

Если высота осаждения есть L , то время падения частицы от верхнего уровня до днища танка составит следующую вели­чину:

L 10L/U

/ = -- = (И.7),

vD² (d₄-dw)

где /л - динамическая вязкость, D - диаметр частицы, d - плот­ность, g - ускорение силы тяжести.

Из (7) следует, что отстаивание топлива будет происходить тем быстрее, чем меньше вязкость топлива и чем больше размер частицы (D ²), а также разность плотностей материала частицы и топлива.

Выводы

1. Наиболее эффективно происходит отстаивание мало- и средневязких топлив.

2. Чем больше вязкость и плотность топлива, тем про­цесс отстаивания происходит медленнее и хуже.

3. Для убыстрения процесса отстаивания рекомендуется понижать вязкость и плотность топлива путем повышения температуры в отстойной цистерне, по крайней мере до зна­чений 50...55°С, но не доходя до температуры вспышки на 15°С.