Воспламеняемость – методы оценки качества горюче-смазочных материалов

Источник материала: Кузнецов А.И., Тимофеев Ф.В., Кузнецов А.А., Кормилицына В.Е. Учебно-справочное пособие. Нефтепродукты. в 2 ч. Часть 2. Основные характеристики. Методы оценки качества. Изд. Ульяновский государственный университет, Ульяновск, 2018 г. 250 с. :

Воспламеняемость – эксплуатационное свойство, характеризующее скорость, полноту и устойчивость процессов горения топлив в двигателях, взрыво- и пожароопасность нефтепродуктов.

Под воспламеняемостью понимают процесс возникновения очага пламени в результате протекания предпламенных реакций (окисления топливно-воздушной среды). К факторам, оказывающим влияние на процесс воспламенения, относятся: температура, давление, состав горючей смеси, способ осуществления воспламенения. Необходимыми условиями воспламенения являются: парообразное состояние горючего и окислителя, определенное соотношение горючего и окислителя в паровой или газовой фазе, самоускорение предпламенных реакций за счет накопления теплоты и активных продуктов окисления. Основными способами воспламенения являются: воспламенение от электрической искры, факелом пламени, нагретой поверхностью, а также самовоспламенение.

Как и другие эксплуатационные свойства, воспламеняемость напрямую зависит от ряда физико-химических свойств нефтепродуктов, которые представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Физико-химические свойства, характеризующие воспламеняемость ГСМ

1. Пожароопасность горюче-смазочных материалов

Под пожароопасностью понимается совокупность физико-химических свойств нефтепродукта, характеризующих его способность к возникновению и распространению горения.

Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания может быть пожар (диффузионное горение). Пожароопасность горюче-смазочных материалов при различных температурных условиях эксплуатации определяется по показателям, представленным на рисунке 2.

Рис. 2. Показатели качества, характеризующие уровень пожароопасности ГСМ

1.1 Определение температуры вспышки

Показатель качества «температура вспышки» (Твсп) – критерий, определяющий наименьшую температуру нефтепродукта, при которой над его поверхностью образуются пары, способные к воспламенению от постороннего источника, но недостаточные по уровню концентрации для последующего горения.

Температура вспышки для нефтепродуктов оценивается в зависимости от типа продукта в открытом или закрытом тигле.

Для определения температуры вспышки в открытом тигле применяются методы испытаний по ГОСТ 4333-87 «Нефтепродукты. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле».

Данный стандарт устанавливает два метода испытаний:

• метод Кливленда (метод А);
• метод Бренкена (метод Б).

При возникновении разногласий в оценке качества нефтепродукта определение проводят по методу Кливленда.

Сущность методов испытаний заключается в нагревании пробы нефтепродукта в открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет вспышка паров нефтепродукта над его поверхностью от зажигательного устройства.

Различие в методах испытаний А и Б, обусловлено порядком проведения испытаний и используемой лабораторной аппаратурой.

Для проведения испытаний по методу А, могут использоваться аппараты типа ТВО или полуавтоматические и автоматические приборы типа АТВО.

Аппараты типа ТВО (А, рис. 3) предназначены для определения температуры вспышки нефтепродуктов, нагреваемых с установленной скоростью в открытом тигле, в момент вспышки паров нефтепродукта над его поверхностью от зажигательного устройства. Состоят из электронагревателя, осуществляющего разогрев нефтепродукта, помещенного в тигель Кливленда. В нефтепродукт помещают термометр, регистрирующий его температуру. Поджигание паров осуществляется лучиной или с использованием специального искрового устройства.

 

Рис. 3. Аппараты для определения температуры вспышки в открытом тигле

Аппараты типа АТВО (Б, рис. 3) обеспечивают автоматическое выполнение следующих функций: программное повышение температуры продукта с заданной скоростью; испытание продукта с помощью искрового поджига; автоматическая фиксация и запоминание температуры вспышки; остановка процесса испытания по окончании анализа со звуковой сигнализацией; тушение горящего продукта по окончания анализа с помощью закрытия тигля крышкой; отображение информации о ходе и результатах испытания на жидкокристаллическом дисплее; запоминание, возможность просмотра и печати результатов испытаний.

Для проведения испытаний по методу Б могут быть использованы аппараты типа ЛТВО.

За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над частью или над всей поверхностью испытуемого нефтепродукта. В случае появления неясной вспышки она должна быть подтверждена последующей вспышкой через 2 ⁰С.

При наблюдении, во время проведения испытания, барометрического давления ниже, чем 95,3 кПа (715 мм рт. ст.), к полученным значениям температуры вспышки необходимо ввести поправки (табл. 1).

Таблица 1

Барометрическое давление, кПа (мм рт. ст.)	Поправка, 0С
1	2
от 95,3 до 88,7 (от 715 до 665)	+2
от 88,6 до 81,3 (от 664 до 610)	+4
от 81,2 до 73,3 (от 609 до 550)	+6

 

Для определения температуры вспышки в закрытом тигле используется ГОСТ 6356-75 «Нефтепродукты. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле».

Сущность метода заключается в определении самой низкой температуры горючего вещества, при которой в условиях испытания над его поверхностью образуется смесь паров и газов с воздухом, способная вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения. Для этого испытуемый продукт нагревается в закрытом тигле с постоянной скоростью при непрерывном перемешивании и испытывается на вспышку через определенные интервалы температур.

При определении температуры вспышки в закрытом тигле применяются аппарат для определения температуры вспышки нефтепродуктов в закрытом тигле типа ТВЗ (А, рис. 4), а также автоматический прибор типа АТВЗ (Б, рис. 4).

Рис. 4. Аппараты для определения температуры вспышки в закрытом тигле 

Температуру вспышки нефтепродукта вычисляют путем алгебраического сложения значения температуры вспышки полученного при испытаниях, со значением поправки на барометрическое давление. Поправка на барометрическое давление, к стандартному давлению: 101,325 кПа, 1,013 бар, 760 мм рт. ст. вычисляется по формулам (29-31):

(29)

(30)

(31)

где Р – фактическое барометрическое давление в: (29) – кПа, (30) – барах, (31) – мм рт. ст.

Также, при проведении расчетов, могут быть использованы поправки, вычисленные с погрешностью не более 1 ⁰С по формуле (31) и приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Барометрическое давление			Поправка, 0С
кПа	бары	мм рт. ст.
1	2	3	4
84.8 – 88.4	0.848 – 884	636 – 663	+4
88.5 – 92.1	0.885 – 921	664 – 691	+3
92.2 – 95.7	0.922 – 957	692 – 718	+2
95.8 – 99.4	0.958 – 994	719 – 746	+1
103.2 – 106.8	1.032 – 068	774 – 801	-1

1.2 Определение температуры воспламенения

Температура воспламенения – показатель качества нефтепродуктов, характеризующий уровень их пожароопасности, через минимальную температуру, при которой продукт, нагреваемый в установленных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее
5 секунд.

Для определения температуры воспламенения нефтепродуктов применяется ГОСТ 4333-87.

Сущность методов испытаний заключается в нагревании пробы нефтепродукта в открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет загорание испытуемого продукта с продолжительностью горения не менее 5 секунд.

Аппаратура и условия проведения испытаний аналогичны определению показателя температура вспышки в открытом тигле установленных тем же стандартом.

При определении температуры воспламенения, используется поправка на барометрическое давление, в условиях аналогичных введению поправки при определении показателя температура вспышки в открытом тигле. Величина поправки на определенный уровень давления приведена в таблице 1.

1.3 Определение температуры самовоспламенения

Под показателем температура самовоспламенения понимается наименьшее значение температуры продукта, при которой в результате протекающих самоускоряющихся экзотермических реакций окисления происходит возникновение пламени.

Значение температуры самовоспламенения применяется:

• при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ Р 51330.5-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Метод определения температуры самовоспламенения»;
• для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования;
• при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования» и ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ «Взрывобезопасность. Общие требования»;
• при включении в стандарты или технические условия на продукцию.

Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении определенной массы испытуемого продукта в нагретый объем и оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при которой наблюдается самовоспламенение образца.

Для определения температуры самовоспламенения используется специальный аппарат, представленный на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема устройства для определения температур самовоспламенения нефтепродуктов: 1 – основной нагреватель; 2 – кольцо крышки; 3 – обогреватель горловины; 4 – крышка из огнеупорного материала; 5 – колба вместимостью 200 см; 6 – керамическая опора; 7 – поддерживающий цилиндр; 8 – электрический тигель печи; 9 – основной нагреватель; 10 – термопары

Равномерность нагрева реакционного сосуда, в который помещается испытуемый продукт, и соответствие условиям испытания проверяется по данным температур самовоспламенения эталонов (чистота не менее 99,9%), приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Эталонное вещество	Температура самовоспламенения, 0С
1	2
н – Гептан	220
Этилен	435
Бензол	560

 

Испытания проводятся при различных температурах и с различными объемами пробы до получения минимального значения температуры самовоспламенения. После каждого испытания колба продувается чистым сухим воздухом. После продувки должно пройти время, достаточное для того, чтобы температура колбы восстановилась до требуемой испытательной температуры перед введением очередной пробы.

Наблюдения при проведении испытаний осуществляются по данным температуры самовоспламенения и времени испытания, до появления пламени. Таймер должен быть включен, как только проба будет полностью введена в испытательную колбу, и остановлен сразу при появлении пламени. Регистрируются температура и период индукции самовоспламенения. Если появление пламени не наблюдалось, таймер должен быть остановлен через
5 мин, а испытание закончено.

Испытания проводят в четыре этапа: первоначальные; испытания по определению количества наиболее легкосамовоспламеняющегося вещества; заключительные и подтверждающие.

Первоначальные испытания проводят с целью предварительного определения температуры самовоспламенения. На нескольких пробах первичного объема, изменяя температуру опыта ступенями через 25, 10, 5 °С, находят минимальную температуру, при которой происходит самовоспламенение, а также температуру, на 5 °С ниже которой самовоспламенение не наблюдается.

Для определения количества наиболее легкосамовоспламеняющегося вещества, выбирают шесть – восемь проб испытуемого нефтепродукта, отличающихся на 0,05-0,2 см , и для каждой из них, изменяя температуру опыта вблизи температуры самовоспламенения, полученной при первоначальных испытаниях, ступенями через 25, 10, 5 °С находят минимальную температуру, при которой происходит самовоспламенение, а также температуру, на 5 °С ниже которой самовоспламенение не наблюдается. По полученным данным строят график зависимости температуры самовоспламенения от объема пробы. Объем пробы, соответствующий минимуму полученной кривой, принимают за наиболее легкосамовоспламеняющееся количество исследуемого вещества (рис. 6).

Рис. 6. График зависимости температуры самовоспламенения
от массы пробы

Заключительные испытания проводят с наиболее легкосамовос-пламеняющимся количеством вещества с шагом по температуре 2 °С, до тех пор, пока не будет получена наименьшая температура, при которой происходит самовоспламенение.

Для подтверждения полученного результата проводят пять испытаний при температуре на 2 °С ниже наименьшей температуры, полученной в процессе заключительных испытаний, при этом самовоспламенение не должно наблюдаться ни в одном из испытаний.

2. Взрывоопасность горюче-смазочных материалов

Взрывоопасность – физико-химические свойства продукта, характеризующие его способность в определенных условиях к взрывному распространению пламени (дефлаграционное горение предварительно перемешенной смеси горючего с окислителем).

Показатели, характеризующие взрывоопасность нефтепродуктов (рис. 7), устанавливают предельные значения физико-химических свойств при превышении которых, происходят процессы, приводящие к взрывному распространению пламени.

Рис. 7. Показатели качества, характеризующие уровень взрывоопасности паров горюче-смазочных материалов

2.1 Определение концентрационных пределов воспламенения

Под концентрационными пределами воспламенения (распространения пламени) понимаются нижний (минимальный) и верхний (максимальный) пределы содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Значения концентрационных пределов воспламенения применяются:

• при определении категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования;
• при расчете взрывобезопасных концентраций газов и паров внутри технологического оборудования и трубопроводов;
• при проектировании вентиляционных систем;
• при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов и паров в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010-76;
• при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объектов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91.

Определение концентрационных пределов воспламенения может проводиться в соответствии с методом, регламентированным ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». Метод применим для определения концентрационных пределов воспламенения при атмосферном давлении и температуре от 15 до 150 ⁰С.

Сущность метода заключается в зажигании газоили паровоздушной смеси заданной концентрации исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и установления факта наличия или отсутствия распространения пламени.

Устанавливая концентрацию горючего в смеси, устанавливают ее минимальное или максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

За предел распространения пламени принимают среднее арифметическое шести ближайших значений концентрации исследуемого вещества в смеси, в трех из которых наблюдается положительный результат испытания (распространение пламени), в трех других отрицательный.

Для определения концентрационных пределов воспламенения используется специальное лабораторное оборудование, на рис. 8.

1 – термошкаф; 2 – реакционный сосуд; 3 – смотровое окно; 4 – продувочный патрубок; 5 – термоэлектропреобразователь блока регулирования температуры; 6 – задвижка; 7 – вентиляционный патрубок; 8 – испаритель; 9 – вентиль; 10 – ртутный  анометр; 11 – пневмопульт; 12 – газовый термометр; 13 – датчик термометра; 14 – электроды источника зажигания

Рис. 8. Принципиальная схема установки для определения концентрационных пределов воспламенения нефтепродуктов

2.2 Определение температурных пределов воспламенения

Под температурными пределами воспламенения (распространения пламени) понимаются такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов воспламенения применяют:

• при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывоопасности объектов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91, ГОСТ 12.1.010-76;
• при расчете пожаровзрывобезопасных режимов работы технологического оборудования;
• при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей;
• для расчета концентрационных пределов воспламенения;
• при включении в стандарты и технические условия на горючие жидкости.

Для определения температурных пределов воспламенения может быть использован метод по ГОСТ 12.1.044-89.

Сущность метода заключается в термостатировании исследуемой жидкости при заданной температуре в закрытом реакционном сосуде, содержащем воздух, испытании на зажигание паровоздушной смеси и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя температуру испытания, находят такие ее значения (минимальное и максимальное), при которых насыщенный пар образует с воздухом смесь, способную воспламеняться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда.

Принципиальная схема установки для определения температурных пределов воспламенения представлена на рис. 9.

В ходе проведения испытаний экспериментально устанавливают два таких значения температуры, с разницей не более 2 ⁰С, при одном из которых происходит воспламенение, а при другом отказ. При этом для нижнего предела температура положительного испытания должна быть выше температуры отрицательного, а для верхнего – ниже.

Рис. 9. Принципиальная схема устройства для определения температурных пределов распространения пламени нефтепродуктов:1 – реакционный сосуд; 2 – зажигающее устройство; 3 – сбросной клапан; 4 – термоэлектрический преобразователь

За температурный предел воспламенения принимают среднее арифметическое не менее трех пар определений на воспламенение и отказ, полученных на трех образцах исследуемого продукта.

3. Электризуемость горюче-смазочных материалов

Электризуемость нефтепродуктов как физико-химическое свойство в основном определяет уровень их пожаробезопасности.

Возникновение пожаров может быть связано с разрядами статического электричества, которое накапливается в нефтепродуктах обладающих диэлектрическими свойствами. Показателем качества, характеризующим электризуемость, является удельная электрическая проводимость, которая в свою очередь зависит от температуры и увеличивается с ее ростом. Для топлив, обладающих свойствами диэлектрика (реактивные топлива), т.е. склонных к накоплению заряда статического электричества, устанавливаются предельные значения данного показателя.

Оценка электризуемости авиакеросинов осуществляется по ГОСТ 25950-83 «Топливо для реактивных двигателей с антистатической присадкой. Метод определения удельной электрической проводимости» (стандарт соответствует методу А ИСО 6297-83).

Сущность метода заключается в регистрации прибором переносного типа, с пределами показаний от 0 до 1000 пСмЭм, с приведенной погрешностью 2% в диапазоне измерений от 10 до 1000 пСмЭм, удельной электрической проводимости, в слое топлива, с последующим пересчетом полученных значений на шкале прибора в зависимости от температуры испытания.

Пересчет удельной электрической проводимости в зависимости от температуры ведут по графику, представленному на рис. 10.

Для этого на графике находят точку, соответствующую измеренной удельной электрической проводимости и температуре топлива. Через эту точку проводят прямую, параллельную установленной зависимости до пересечения с ординатой требуемой температуры, и по точке пересечения находят значения удельной электрической проводимости.

При определении удельной электрической проводимости используется прибор типа ЭЛ1В, принципиальная схема которого представлена на рис. 11.

Удельная электрическая проводимость топлива, пСм/м

Температура топлива, ⁰С

Рис. 10. Номограмма определения удельной электрической проводимости реактивных топлив в зависимости от температуры

Рис. 11. Принципиальная схема прибора для определения удельной электрической проводимости авиационных керосинов:
1 – погружной чувствительный элемент; 2 – показывающий стрелочный прибор; 3 – батарея электропитания; 4 – кабель; 5 – внешний электрод; 6 – внутренний электрод; 7 – отверстия 

4. Цетановое число

Цетановое число характеризует эффективность сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия.

Под понятием «цетановое число» (ЦЧ) подразумевается условная единица измерения самовоспламеняемости топлив в дизельных двигателях.

Численное значение ЦЧ дизельного топлива соответствует процентному (по объему) содержанию цетана (С₁₆Н₃₄) в смеси с -метилнафталином (эталонная смесь), при котором характер воспламенения испытуемого топлива соответствует характеру воспламенения эталонной смеси. По уровню цетанового числа топлив можно судить о периоде задержки воспламенения (ПЗВ), на изменение которого оказывают влияние такие факторы, как: свойства топлива, качество распыления топлива, угол его подачи и угол опережения впрыска, степень сжатия, частота вращения коленчатого вала. При низких значениях ЦЧ (менее 35), период задержки воспламенения возрастает. Увеличивается давление, значительная часть топлива сгорает в первой стадии горения. В этих условиях наблюдается жесткая работа двигателя.

Уровень цетановых чисел современных дизельных топлив находится в пределах 47-55, при значениях показателя более 55, возможно снижение полноты сгорания и, как следствие, повышение расхода топлива. Нижние пределы значения показателя для дизельных топлив, выпускаемых в оборот на территории Российской Федерации регламентированы Техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Топлива для холодного и арктического климата должны соответствовать требованию (цетановое число не менее — 47), остальные топлива (цетановое число не менее — 51).

Для определения ЦЧ дизельных топлив и их компонентов применяется ГОСТ 3122-67 «Топлива дизельные. Метод определения цетанового числа».

Сущность метода заключается в сравнении самовоспламеняемости испытуемого топлива в двигателе при различных степенях сжатия с самовоспламеняемостью эталонных топлив с известными цетановыми числами в условиях испытания.

В качестве эталонных топлив используются цетан, уровень самовоспламеняемости которого принят за 100 ед. цетанового числа и -метилнафталин (уровень самовоспламеняемости (цетановое число – 0)).

При определении цетанового числа используют одноцилиндровые установки ИДТ-69 и ИДТ-90 или другие с переменной степенью сжатия, обеспечивающие аналогичные результаты. Необходимые условия проведения испытания приведены в приложении 6.

Испытание состоит в сравнении испытуемого топлива с эталонными топливами.

Определение самовоспламеняемости испытуемого топлива проводят в следующей последовательности:

• производят запуск и устанавливают рабочий режим двигателя;
• устанавливают расход топлива;
• устанавливают угол опережения впрыска топлива;
• устанавливают критическую степень сжатия (при работе с электромеханическим датчиком);
• устанавливают степень сжатия, которая обеспечивает самовоспламенение топлива в верхней мертвой точке;
• сравнивают испытуемое топливо со смесями эталонных топлив.

Сравнение испытуемого топлива со смесями эталонных топлив, заключается в подборе двух смесей эталонных топлив, одна из которых дает совпадение вспышек неоновых ламп при большей степени сжатия, а другая при меньшей, чем степень сжатия совпадения вспышек, найденная для испытуемого топлива. Эталонные смеси при этом должны различаться не более чем на четыре цетановые единицы.

Величину цетанового числа испытуемого топлива вычисляют по формуле:

(32)

где V₁ – объемная доля цетана в смеси цетана и -метилнафталина, самовоспламеняющейся в верхней мертвой точке при большей степени сжатия, чем испытуемое топливо, %;

V₂ – объемная доля цетана в смеси того же состава, самовоспламеняющейся в верхней мертвой точке при меньшей степени сжатия, чем испытуемое топливо, %;

а, a₁, a₂ – средние арифметические значения показаний микрометра, определяющего степень сжатия при самовоспламенении в верхней мертвой точке, соответственно испытуемого топлива, смеси эталонных топлив соответствующей V₁ и смеси эталонных топлив, соответствующей V₂, %.

С 01 июля 2007 года основным стандартом, регламентирующим определение цетановых чисел дизельных топлив в Российской Федерации является ГОСТ Р 52709-2007 «Топлива дизельные. Определение цетанового числа».

Сущность метода заключается в сравнении характеристик сгорания испытуемого топлива в двигателе с характеристиками сгорания смесей эталонных топлив с известными цетановыми числами в стандартных рабочих условиях испытания. Сравнение проводится по отсчетам, полученным на маховичке, для образца испытуемого топлива и двух используемых эталонных топлив с цетановыми числами большим и меньшим, чем у испытуемого образца (процедура «взятия в вилку»), путем изменения степени сжатия для получения требуемого угла задержки воспламенения, что позволяет провести интерполяцию цетанового числа в единицах отсчета по маховичку устройства изменения степени сжатия.

В качестве двигателей при проведении испытаний используются двигатели зарубежного производства моделей CFR F-5 и отечественного производства ИДТ-90, ИДТ-69. Эталонными топливами при проведении испытаний приняты: цетан (н-гексадекан) чистотой не менее 99,0 % (ЦЧ=100); гептаметилнонан (2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонан) чистотой не менее 98 % (ЦЧ=15) и альфаметилнафталин (АМН) чистотой не менее 98 % (ЦЧ=0).

Расчет цетанового числа проводят по результатам отсчетов по микрометру маховичка механизма изменения по формуле:

(33)

где CN_S – цетановое число образца;

CN_LRF – цетановое число низкоцетанового эталонного топлива;

CN_HRF – цетановое число высокоцетанового эталонного топлива;

HW_S – показание на маховичке для образца;

HW_LRF – показание на маховичке для низкоцетанового эталонного топлива;

HW_HRF – показание на маховичке для высокоцетанового эталонного топлива.

Для характеристики дистиллятных фракций дизельных топлив и топлив, не содержащих присадок повышающих цетановое число, полученных на установках каталитического крекинга и их смесей, в случаях, когда нет возможности проведения испытаний на двигателе, разработан расчетный метод определения цетанового индекса (ЦИ) по ГОСТ 27768-88 «Топливо дизельное. Определение цетанового индекса расчетным методом».

Под понятием «ЦИ» подразумевается информационное значение ЦЧ, рассчитанное по плотности и средней температуре выкипания 50% фракции испытуемого топлива.

Сущность метода заключается в определении плотности при
15 ⁰С по ГОСТ 3900-85 и средней температуры кипения 50% (по объему) фракции испытуемого продукта по ГОСТ 2177-99. На основе полученных данных рассчитывают по формуле или определяют по номограмме цетановый индекс испытуемого топлива.

Цетановый индекс (ЦИ) рассчитывают по уравнению:

(34)

где ρ – плотность при 15 ⁰С;

t – температура кипения 50% (по объему) фракции с учетом поправки на нормальное барометрическое давление 101,3 кПа.

Цетановый индекс дистиллятных дизельных топлив может быть определен по номограмме (рис. 12).

Рис. 12. Номограмма для определения цетанового индекса дистиллятных дизельных топлив

5. Дизельный индекс

Дизельный индекс – показатель воспламеняемости, который применяется для оценки уровня качества зарубежных и отечественных экспортных топлив.

Дизельный индекс (ДИ), связывает анилиновую точку и плотность топлива. Расчет ДИ осуществляется по формуле:

(35)

где t_ан – анилиновая точка;

ρ – плотность.

Из литературных источников известна зависимость, существующая между ЦЧ и ДИ:

ДИ ……. 20 30 40 50 62 70 80

ЦЧ ……. 30 35 40 45 55 60 80

На процессы воспламенения и как следствие на эффективность рабочего процесса двигателя, большое влияние оказывает испаряемость топлив. С испаряемостью связаны легкость и продолжительность пуска холодного двигателя, скорость и теплота сгорания топлива в камере сгорания. Известно, что легкие фракции имеют наибольший ПЗВ, кроме того, при их интенсивном испарении снижается температура, что в свою очередь приводит к снижению скорости предпламенных реакций. Для топлив тяжелого фракционного состава, характерны затруднения запуска холодного двигателя при низких температурах, вследствие недостаточной интенсивности образования рабочей смеси в камере сгорания.

Воспламеняемость неразрывно связана с таким эксплуатационным свойством нефтепродуктов, как горючесть.

Анилиновая точка – показатель, косвенно характеризующий содержание в топливах ароматических углеводородов.

Определение анилиновой точки (А.т.) проводят по ГОСТ 12329-77 «Нефтепродукты и углеводородные растворители. Метод определения анилиновой точки и ароматических углеводородов» в специальном приборе в стеклянной пробирке, снабженной ртутным термометром и мешалкой.

Сущность метода заключается в определении температуры, при которой в результате охлаждения предварительно нагретой смеси испытуемого топлива и анилина образуется мутное пятно.

Испытание проводят следующим образом:

в пробирку вносят 3 мл испытуемого образца топлива, затем 3 мл свежеперегнанного анилина и нагревают пробирку в водяной бане в условиях перемешивания смеси до полного растворения топлива в анилине;

нагревание прекращают и фиксируют температуру, при которой в охлаждающейся смеси образуется ярко выраженное мутное пятно, не исчезающее при перемешивании смеси.

Для реактивных топлив существует зависимость между содержанием ароматических углеводородов, значением анилиновой точки и плотностью топлива:

(36)

где А – содержание ароматических углеводородов, % об.;

А_t – анилиновая точка, °С;

ρ – плотность топлива при 15,6 °С, кг/м³ .