ХИМИЯ НЕФТИ

Влияние параметров на эксплуатацию жидких топлив

Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей. По фракционному составу оно может быть несколько тяжелее дизельного топлива, в нем не нормируются цетановое и йодное числа, температура помутнения. Печное бытовое топливо может содержать до 1,1 % серы.

В северных районах страны при работе на печном топливе в зимний период наблюдается потеря текучести на линии подачи топлива в отопительные установки, а также забивка парафинами фильтров грубой очистки.

В период с 1 апреля по 1 сентября допускается производство топлива с температурой застывания не выше -5 °С.

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных, судовых, газотурбинных и печных топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как содержание воды, механических примесей, зольность, содержание серы, вязкость, температуры застывания и вспышки, теплота сгорания.

Механические примеси засоряют фильтры и форсунки, препятствуя процессу распыления топлива. Установлены требования к массовому содержанию механических примесей: для М-40 - не более 0,5%, М-100 - не более 1,0%. Фактически топочные мазуты вырабатывают с более низким содержанием механических примесей - до 0,2%.

Минеральные примеси в мазутах представляют собой в основном соли щелочных металлов (растворенные в воде, извлеченной из пластов вместе с нефтью), а также продукты коррозии резервуаров и трубопроводов. При сжигании мазута минеральные примеси трансформируются в оксиды, образующие большую или меньшую часть золы мазута. Другая ее часть образуется при сгорании металлорганических соединений, входящих непосредственно в состав горючей массы мазута. В состав этих соединений входят атомы металлов: ванадия, никеля, железа и др. Их содёржание увеличивается в тяжелых фракциях нефти, особенно в мазуте.

Зольность топочных мазутов весьма незначительна и обычно не превышает 0,1 % (масс.).

Содержание воды в мазутах колеблется в пределах от 0,5 до 3 - 5% (масс.), а в отдельных случаях и выше (обводненные мазуты).

Влага в мазуте усложняет эксплуатацию мазутного хозяйства и может привести к расстройству режима горения мазута из-за возможного образования водных пробок, прерывающих равномерную подачу топлива к форсункам.

Повышенное содержание воды в сернистых мазутах помимо всего прочего увеличивает коррозионное разрушение мазутопроводов и аппаратуры вследствие растворения в воде некоторых агрессивных сернистых соединений, например сероводорода, с образованием сернистой кислоты.

Сера входит в состав мазута главным образом в виде сероорганических соединений и в меньшей степени она присутствует в виде сероводорода и меркаптановой серы, поэтому коррозионная агрессивность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.

Вязкость относится к числу важнейших показателей качества для котельных и тяжелых моторных топлив, в связи с чем она положена в основу маркировки мазута. Ею определяются способы и продолжительность сливных и наливных операций, условия транспортировки топлива и эффективность работы форсунок. Вязкость влияет на скорость осаждения механических примесей при хранении, транспортировке и подогреве мазута, а также на полноту отстаивания его от воды.

При положительных температурах (50 и 80°С) условную вязкость топлив определяют по ГОСТ 6258-85 с помощью вискозиметра ВУМ. С повышением температуры различие в вязкости маловязких и высоковязких мазутов уменьшается. Следовательно, для обеспечения необходимой вязкости температура подогрева высоковязких сернистых мазутов существенно не отличается от температуры подогрева маловязких мазутов. Вязкость не является аддитивным свойством топлива. При смешении различных котельных топлив вязкость смеси следует определять экспериментально.

Котельные и тяжелые моторные топлива являются структурированными системами. Для их характеристики, особенно при выполнении сливно-наливных операций, помимо ньютоновской вязкости необходимо учитывать реологические свойства топлив. Вязкость при низких температурах определяют по ГОСТ 1929-87 с помощью ротационного вискозиметра «Реотест».

Температура вспышки, как и температура воспламенения, позволяет судить о составе и качестве жидкого топлива и определяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Использование жидких топлив с низкой температурой вспышки сопряжено с рядом трудностей:

• возрастает пожарная опасность;
• ухудшаются условия труда вследствие выделения вредных паров;
• возникают перебои при всасывании мазутов насосами;
• возможно вспенивание мазутов при подогреве, особенно, если мазуты обводнены.

Поэтому не следует нагревать мазуты до температуры, близкой к температуре вспышки. Для топлив, используемых в судовых энергетических установках, нормируется температура вспышки в закрытом тигле (>75-80°С), для котельных топлив - в открытом тигле (> 90- 100°С). Температура воспламенения жидкого топлива обычно ненамного превышает температуру вспышки. Для одного и того же нефтепродукта разность этих температур составляет не более 60-70°С. Температура самовоспламенения мазутов находится в пределах 500-600°С. В присутствии катализаторов и при обогащении воздуха кислородом температура самовоспламенения заметно снижается.

Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива. Этот показатель зависит от качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Для топочных мазутов М-40 и М-100 температура застывания находится в пределах 22-25°С и практически постоянна при хранении топлива. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно нестабильны, их температура застывания при хранении котельного топлива может повышаться на 4-15°С (Ф-5, ДТ, ДМ), что очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать качество. Изготовитель предусматривает гарантии: по истечении трех месяцев хранения температура застывания не должна превышать установленного стандартом значения -5 °С для флотского мазута и моторного топлива. Высокой температурой застывания характеризуются мазуты прямой перегонки и крекинг-остатки (от 25 до 34°С). Температура застывания повышается с увеличением содержания асфальтенов в топливе. Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом.

Теплота сгорания является важной характеристикой топлива. От нее зависит расход топлива, особенно топлив, применяемых в судовых энергетических установках, так как при заправке топливом с более высокой теплотой сгорания увеличивается дальность плавания. Теплота сгорания горючей массы мазута зависит от соотношения главных горючих элементов С и Н, а также от содержания S, О и N, являющихся своего рода внутренним балластом мазута. Стандарты на котельные топлива регламентируют низшую теплоту сгорания. Для котельных топлив она находится в пределах 39906-41454 кДж/кг при плотности 940- 970 кг/м³. Теплота сгорания высокосернистых топлив всегда ниже, чем сернистых или малосернистых. Присутствие в составе мазута нефтяных смол и асфальтенов, характеризующихся пониженным отношением Н/С и высоким содержанием серы и кислорода, снижает теплоту сгорания топлива.