Вопросы для самопроверки

1. Каков элементный состав нефти? Назовите основные группы углеводородов, входящих в состав нефти и дайте их краткие характеристики.

2. Назовите основные группы непредельных углеводородов и укажите их свойства?

3. Как влияет химический состав нефти на свойства получаемых нефтепродуктов?

4. Какие дистилляты получаются при прямой перегонке нефти?

5. Расскажите о применяемых в процессе переработки нефти крекинг-процессах? В чем заключается сущность крекинг-процесса?

6. Влияние химического состава нефти на свойства получаемых нефтепродуктов?

7. Цель очистки нефтепродуктов? Способы очистки нефтепродуктов и их сущность?

2.3. Эксплуатационные свойства и применение бензинов

С учетом технологии получения все топлива делятся на дистиллятные и остаточные. Дистиллятные топлива – бензин авиационный и автомобильный, реактивное топливо, дизельное топливо и печное. Остаточные топлива – моторное топливо для средне-и малооборотных дизелей (тепловозы, суда). Одним из главных требований, предъявляемых к бензину, является его детонационная стойкость. Детонационное сгорание характеризуется большими скоростями сгорания рабочей смеси: например, если при нормальном сгорании скорость распространения фронта пламени составляет 25…35 м/с, то при аномальном сгорании она возрастает до 1500…2500 м/с. Процесс горения при этом сгорание может приобретать взрывной характер с образованием ударных волн по несгоревшей части смеси. Волны, многократно отражаясь от стенок камеры сгорания, вызывают появление металлических стуков в двигателе. В результате происходит падение мощности двигателя и его перегрев, который может вызвать прогорание поршней и клапанов.

Детонационная стойкость бензинов оценивается условной единицей, называемой октановым числом (ОЧ), которое определяется двумя методами: моторным и исследовательским. Эти методы отличаются в основном режимами нагрузки двигателя установки для определения октановых чисел.

Октановое число определяют на одноцилиндровой моторной установки с переменной степенью сжатия с путем применения эталонного топлива. Эталонное топливо представляет собой смесь двух углеводородов парафинового ряда: изооктана С₈Н₁₈ (его детонационная стойкость принимается за 100 единиц) и нормального гептана С₇Н₁₆ детонационная стойкость которого принимается за 0 единиц.

Октановое число до 100 ед. равно процентному содержанию по объему изооктана в искусственно приготовленной смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину.

Детонационную стойкость бензина можно определить расчетным способом по следующей эмпирической зависимости:

ОЧ=125,5 – 413/ε + 0,183D,

где – ОЧ октановое число бензина;

ε – степень сжатия двигателя;

D – диаметр цилиндра двигателя.

Испаряемость топлива. Фракционный состав является одним из основных показателей испаряемости топлива (автомобильного бензина). Все нефтяные топлива – сложная смесь углеводородов, которая выкипает в широком диапазоне температур. Фракция – часть топлива, выкипающая в определенном диапазоне температур.

Автомобильные бензины выкипают при температурах от 35 до 195^оС. Испаряемость бензина оценивается по температурным пределам его выкипания и по температурам выкипания его отдельных частей - фракций.

Основные фракции – пусковая, рабочая и концевая. Пусковую фракцию бензина составляют самые легкокипящие углеводороды, которые находятся в 10% объема дистиллята. Рабочую фракцию представляют дистилляты, находящиеся в пределах от 10 до 90% перегоняемого объема. Фракция, выкипающая от 90% объема до конца кипения, называется концевой. В соответствие с ГОСТ фракционный состав нормируется пятью характерными точками: температура начала кипения t_н.к., температура перегонки t_10%, t_50%, t_90% и температурой конца кипения бензина t_к.к.

Пусковые свойства бензинов оцениваются тремя показателями: температурой начала перегонки, температурой перегонки 10% бензина и давлением насыщенных паров.

В соответствие с ГОСТ 2084-77 автомобильные бензины летнего вида должны иметь температуру начала перегонки не ниже 35^оС, 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 70^оС. Для бензинов зимнего вида температура начала перегонки не нормируется, а 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 55^оС. Поэтому бензины летнего вида обеспечивают пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха выше 10^оС, а в жаркий летний период они не образуют паровых пробок. Бензины зимнего вида дают возможность запустить холодный двигатель при температуре воздуха до минус 26…28^оС.

Предельную минимальную температуру, при которой возможен пуск двигателя на бензинах различного фракционного состава, можно определить по формуле:

t_в=0,5 t_10% - 50,5,

где t_10% - температура конца перегонки, ^оС.

Температура перегонки 50% объема бензина характеризует скорость прогрева после пуска и приемистость двигателя, которая определяет динамику автомобиля. Температура перегонки 50% объема бензина для летнего вида должна быть не выше 115^оС, для зимнего вида не выше 100^оС. Бензин с низкой температурой перегонки 50% быстрее испаряется во впускном трубопроводе, улучшается наполнение цилиндров горючей смесью и возрастает мощность двигателя. Повышение температуры перегонки 50% бензина выше требование ГОСТ замедляет процесс испарение топлива, что увеличивает продолжительность прогрева двигателя после пуска и ухудшает динамику автомобиля.

Температура перегонки 90% и конца кипения бензина характеризуют его полноту испарения бензина. Когда в бензине содержится много высококипящих углеводородов, то они не испаряются во впускном трубопроводе двигателя, и попадают в цилиндры в виде жидкости. Часть жидкого бензина, поступающего в камеру сгорания, испаряется и сгорает, а оставшаяся часть стекает по стенкам цилиндра и смывает с них масляную пленку, что вызывает повышенный износ трущихся поверхностей цилиндропоршневой группы. Кроме того, тяжелые фракции бензина, попадая в поддон двигателя, снижают качество моторного.

Относительное изменение износа цилиндропоршневой группы в зависимости от температуры перегонки 90% объема бензина можно рассчитать по формуле:

DИ = 100 + 0,03(t_90% -160)²,

где - t_90% температура перегонки 90% объема бензина, ^оС.

Температура перегонки 90% объема для автомобильных бензинов летнего вида должна быть не выше 180^оС, а зимнего – 160^оС. Конец кипения бензинов летнего вида должен быть не выше 195^оС, а зимнего – 185^оС. (см. таблицу 2.1.).

Таблиц 2.1. Основные показатели бензинов

Показатели	А-76	АИ-91	АИ-93	АИ-95	А-96	АИ-98
Октановое число: моторный метод; исследовательский	76 -	82,5 91	85 93	85 95	88 96	88 98
Фракционный состав: температура начала перегонки бензина, оС, не выше: летнего; зимнего	35 -	35 -	35 -	35 -	35 -	- -
10% бензина перегоняется при температуре, оС, не выше: летнего; зимнего	70 55	70 55	70 55	75 55	75 -	75 -
50% бензина перегоняется при температуре, оС, не выше: летнего; зимнего	115 100	115 100	115 100	120 -	120 -	120 -
90% бензина перегоняется при температуре, оС, не выше: летнего; зимнего	180 160	180 160	180 160	180 160	190 -	190 -
Давление насыщенных паров бензина, кПа: летнего, не более зимнего	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3	79,9 -	79,9 -
Содержание фактических смол, мг/100см3, не более: на месте производства; на месте потребления	5,0 10,0	5,0 10,0	5,0 10,	5,0 10,0	5,0 -	5,0 -

Скорость и полнота испарения бензинов в значительной степени определяется давлением насыщенных паров. Давлением насыщенных паров называют давление, развиваемое парами в условиях равновесного состояния с жидкостью при данной температуре.

По значению давления насыщенных паров можно судить о пусковых свойствах бензина, склонности его к образованию паровых пробок в топливной системе двигателя, возможных потерях при транспортировки и хранении.

Чем больше в бензинах содержится углеводородов с низкой температурой кипения, тем выше его испаряемость и давление насыщенных паров, лучше пусковые свойства двигателя, но возрастает склонность к образованию паровых пробок.

У выпускаемых в настоящее время автомобильных бензинов в соответствии с ГОСТ 2984-77 давление насыщенных паров бензина летнего вида должно быть не более 66 661 Па (500 мм. рт. ст.), а зимнего вида – от 66 661 до 93 325 Па (500-700 мм. рт. ст.). Работа автомобиля в летний период на бензинах зимнего вида запрещена, так как в связи с высоким давлением насыщенных паров бензина в системе питания будут интенсивно образовываться паровые пробки. Работа автомобилей в зимний период на летнем бензине сопровождается затрудненным пуском, снижением динамических качеств и повышенным износом цилиндропоршневой группы.

При изучении эксплуатационных свойств бензина нужно рассмотреть и другие не менее важные показатели качества бензина: стабильность, склонность к нагарообразованию, коррозионные свойства.

Литература: 2, с. 20-53; 3; 4.

Вопросы для самопроверки

1. Требования, предъявляемые к бензинам.

2. Как определяется фракционный состав бензина?

3. Какими характерными температурами оценивается фракционный состав бензина?

4. Что называется пусковой и рабочей фракциями? Как они влияют на работу двигателя?

5. Чем отличаются зимние сорта бензинов от летних?

6. Что такое фактические и потенциальные смолы и как их определяют?

7. Причины нагарообразования в двигателях?

8. Как оценивается стабильность бензинов и причины ее ухудшения?

9. От чего зависят коррозирующее действия топлив?

10. Что такое детонационное сгорание? Влияние химического состава бензина на возникновение детонации.

11. Что называют октановым числом и как оно определяется?

12. Марки выпускаемых бензинов?