ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Методические указания для самостоятельной работы
и задания для выполнения контрольной работы
для бакалавров очной и заочной формы обучения по направлению 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
Курган 2013
Кафедра: «Автомобильный транспорт и автосервис»
Дисциплина: «Эксплуатационные материалы»
(направление 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»)
Составил: канд. техн. наук., доцент С.П.Жаров
Утверждены на заседании кафедры 26 октября 2013г.
Рекомендованы, редакционно-издательским советом университета для бакалавров направлений 190600.62, в рамках проекта «Инженерные кадры Зауралья»
«8» ноября 2013 г.
ВВЕДЕНИЕ
При изучении курса «Эксплуатационные материалы» студенты должны освоить следующие темы:
1 Общие сведения о методах производства эксплуатационных материалов.
2 Эксплуатационно-технические свойства и область применения автомобильных топлив.
3 Автомобильные бензины, основные показатели качества, ассортимент и особенности применения.
4 Дизельные топлива, основные показатели качества, ассортимент и особенности применения.
5 Газообразные топлива: состав, показатели качества, особенности применения.
6 Альтернативные виды топлив.
7 Основные сведения о триботехнике.
8 Моторные масла.
9 Масла для агрегатов трансмиссий.
10 Синтетические масла.
11 Пластичные смазки и твердые смазочные материалы.
12 Жидкости для гидравлических систем автомобилей.
13 Охлаждающие жидкости и спиртовые жидкости для систем автомобиля.
14 Химмотологическая карта автомобиля.
15 Рациональная организация топливно-смазочного хозяйства в предприятиях автомобильного транспорта.
16 Взаимозаменяемость эксплуатационных материалов.
17 Средства защиты автомобилей от коррозии, лакокрасочные материалы и материалы по уходу за автомобилем. Клеи и герметики.
1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Настоящие методические указания предназначены для оказания помощи студентам при выполнении контрольной работы.
Контрольная работа выполняется студентами очной формы обучения в 4 семестре, а студентами заочной формы обучения в 6 семестре. Работа должна быть выполнена и сдана на проверку в сроки установленные рабочей программой дисциплины, студенты не выполнившие контрольной работы к зачету по дисциплине не допускаются. Контрольную работу можно выполнять в ученической тетради или на листах формата А4. При использовании бумаги в клетку писать через строчку.
Целью контрольной работы является закрепление студентами знаний по основным вопросам применения и рационального использования современных автомобильных эксплуатационных материалов. Контрольная работа содержит три теоретических вопроса и две практические задачи.
Теоретические вопросы контрольной работы разделены на три группы. В первой группе - вопросы, направленные на закрепление знаний по теоретическим основам переработки нефти и производства нефтепродуктов, которые являются базовыми в изучении теоретических разделов курса.
Во второй группе - вопросы, направленные на закрепление знаний по темам, касающимся применения на автомобильном транспорте различных видов топлива, основных параметров качества, классификации, нормативных документов.
В третьей группе - вопросы, направленные на закрепление знаний по триботехнике, применению на автомобильном транспорте смазочных материалов и технических жидкостей по изучению их основных свойств и параметров качества, классификации, особенности применения отечественных и зарубежных смазочных материалов.
Из каждой группы студент выбирает по одному вопросу в соответствии с шифром. Из первой группs берутся вопросы, номер которых совпадает с последней цифрой шифра, из второй группы берутся вопросы, номер которых совпадает с суммой двух последних цифр шифра. Из третьей группы берутся вопросы, номер которых совпадает с суммой трех последних цифр шифра.
Пример: 985679.
Берутся вопросы: девятый (9) из первой группы, шестнадцатый (9+7=16) из второй группы и двадцать второй (9+7+6=22) из третьей группы.
В контрольной работе вопросы пишутся полностью без изменений и сокращений.
Первая задача посвящена изучению вопросов изменения физико-химических свойств топлива влияющих на их сохранность при транспортировке и хранении и (или) вопросам нормирования топлива для автомобилей.
Вторая задача посвящена изучению вопросов особенностей использования эксплуатационных материалов на различных автомобилях, в различных условиях эксплуатации, составление карты смазки.
Условия задач выбираются также в соответствии с шифром, номер первой задачи равен последней цифре шифра, а номер второй задачи сумме двух последних цифр шифра.
Пример: 985679, номер первой задачи девятый (9), номер второй задачи шестнадцатый (9+7=16).
Для студентов очной формы обучения, контрольная работа может быть выполнена по индивидуальному заданию, выданному преподавателем. Например, в случае если студент выступает на студенческой научно-технической конференции с докладов по дисциплине «Эксплуатационные материалы».
Студенты очной формы обучения, обучающиеся с использованием бально-рейтинговой системы, могут получить при выполнении контрольной работы до 30 баллов. При этом до 15 баллов оценивается выполнение контрольной и до 15 баллов оценивается выступление с контрольной перед группой или на студенческой научно-тезнической конференции. Для получения максимального количества баллов контрольная должна быть выполнена не позднее 13 недели.
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Методы получения топлив из нефти. Природная нефть представляет собой раствор углеводородов различного состава и строения. На вид это маслянистая и вязкая горючая жидкость, от светло- до темно-коричневого цвета. Плотность нефти колеблется от 820 до 900 кг/м3, хотя на отдельных месторождениях добывают более легкие или тяжелые нефти. Теплота сгорания – 43000-45500 кДж/кг.
По элементарному составу основную часть нефти и нефтепродуктов составляет углерод (83-87%) и водород (12-14%). Гетероатомные соединения содержат серу, кислород и азот. Сера содержится в нефти в очень широких пределах: от тысячных долей до 6-8%, а иногда и до 14%. Содержание кислорода и азота значительно меньше, чем серы: кислорода – 0,05-0,36%, а азота – 0,02-1,7%. Кроме того, в нефти (в незначительном количестве) содержится более 30 элементов–металлов и около 20 элементов–неметаллов.
По углеводородному составу основную массу нефти составляют углеводороды трех главных групп: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены), которые как по составу, так и по своим свойствам, значительно различаются для. нефти разного происхождения и места добычи.
Парафиновые углеводороды имеют общую эмпирическую формулу CnH 2n+2. Они характеризуются предельным насыщением водорода в связи с чем известны также под названием предельных углеводородов. Плотность и температура кипения парафинов повышаются с ростом молярной массы. Поэтому парафиновые углеводороды с числом атомов 16 и выше представляют собой твердые вещества и находятся в нефти в растворенном состоянии. Содержание парафинов в нефти равно 30-35%, однако в некоторых случаях может доходить до 50%. Эти углеводороды, из всех классов углеводородов, имеют наиболее высокую теплоту сгорания. Их присутствие в нефтепродуктах не вызывает вредного влияния на резиновые изделия. Однако парафиновые углеводороды, имеющие высокие температуры застывания, нежелательны в зимних сортах топлив и смазочных материалах.
Нафтеновые углеводороды представляют собой циклические углеводороды с общей формулой СnН2n. В среднем в нефти содержится от 25 до 75% нафтеновых углеводородов. Низкие температуры плавления этих углеводородов обуславливают хорошие низкотемпературные свойства нефтепродуктов.
Нафтеновые углеводороды, обладающие меньшей теплотой сгорания по сравнению с парафиновыми углеводородами, но более высокой детонационной стойкостью, являются желательными компонентами в топ-ливах для карбюраторных двигателей и зимних сортах дизельных топлив. В маслах эти углеводороды улучшают маслянистость и вязкостно-температурные свойства.
Ароматические углеводороды находятся в нефти в меньшем количестве, чем предыдущие группы, представляют собой циклические углеводороды с двойными связями и общей формулой СnН2n-6. Их общее содержание в различных видах нефти составляет в среднем 5-20%. Ароматические углеводороды, по сравнению со всеми другими группами углеводородов, являются более агрессивными по отношению к резиновым изделиям и имеют самую низкую теплоту сгорания. Однако из-за высокой термической устойчивости они являются желательными составляющими в бензинах, т.к. обладают высоким октановым числом.
По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (<0,5%), среднесернистые (до 1,0%), сернистые (до 3,0%) и высокосернистые (>3% серы). Минеральный состав нефти характеризуется содержанием в ней воды (часто в виде стойких эмульсий) и зольных веществ (золы).
Содержащиеся в нефти углеводороды имеют различные молярную массу и температуру кипения. При нагревании нефти из нее вначале испаряются низкомолекулярные углеводороды. По мере повышения температуры нефти происходит испарение углеводородов с большей молекулярной массой. При этом в неиспарившейся части нефти концентрируются высокомолекулярные углеводороды и смолисто-асфальтеновые вещества.
Для получения из нефти различных топлив, масел и других продуктов применяют методы первичной и вторичной переработки.
Первичным и обязательным процессом переработки нефти является прямая перегонка, которая относится к физическим способам переработки нефти. При перегонке нефть нагревается до температуры 330-350°С в трубчатой печи и затем подается в среднюю часть ректификационной колонны, где происходит процесс испарения. В результате получают дистиллят и остаток которые по составу отличаются от исходной смеси. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате и снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность вести перегонку при более низких температурах. Однако при однократном испарении достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, нельзя. Поэтому после однократного испарения нагретая нефть подвергается ректификации паровой и жидкой фаз на отдельные фракции за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости.
На установках первичной перегонки нефти процессы испарения и ректификации, как правило, совмещаются. Нефтеперерабатывающие установки, наряду с одно- и двухступенчатыми трубчатыми устройствами и ректификационными колоннами, включают в свою конструкцию большое количество теплообменников, конденсаторов и пр. Рабочий процесс современной атмосферно-вакуумной установки для перегонки нефти следующий.
Нефть под давлением около 1,5 МПа прокачивается через ряд теплообменников, в которых нагревается до 170-175°С за счет тепла охлаждаемых дистиллятов, и поступает в трубчатую печь, где нагревается до 300-350°С. Затем нагретая нефть в парожидкостном состоянии поступает в испарительную часть атмосферной ректификационной колонны, где вследствие снижения давления происходит испарение низкокипящих фракций и разделение на паровую и жидкую фазы. Жидкая фаза стекает вниз, а пары фракций поднимаются вверх и конденсируются по пути в виде дистиллятов на горизонтальных ректификационных тарелках. Эти тарелки установлены на различной высоте колонны. На первых тарелках конденсируются более высококипящие углеводороды. Пары среднекипящих углеводородов поднимаются вверх по колонне и конденсируются на тарелках, расположенных выше ввода нефти в колонну. Низкокипящие углеводороды в смеси с газами проходят всю колонну в виде паров. Для облегчения испарения высоко- и среднекипящих углеводородов они обогащаются низкокипящими углеводородами, которыми орошается верхняя часть колонны. Из верхней части колонны выводятся пары бензина, которые охлаждаются и конденсируются в теплообменниках. Часть жидкого бензина подают на орошение колонны. В нижней части колонны собирается мазут, который подвергают дальнейшей перегонке для получения из него смазочных масел во второй ректификационной колонне, работающей под вакуумом.
Продуктами прямой перегонки нефти являются дистилляты: бензиновый 35-200°С, лигроиновый 110-230°С, керосиновый 140-300°С, газойлевый 230-330°С и соляровый 280-380°С. Средний выход бензиновых фракций при разгонке может колебаться в зависимости от свойств нефти от 15 до 25%, на долю остальных топлив приходится 20-30%. Прямогонные нефтепродукты обладают высокой химической стабильностью, т.к. в них отсутствуют непредельные углеводороды. Однако, как правило, эти нефтепродукты не являются конечными и подвергаются дальнейшей вторичной переработке с целью увеличения выхода получаемых из нефти топливных фракций.
Вторичная переработка основана на расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие под действием высоких температур без катализатора (термический крекинг, коксование), в присутствии катализатора (каталитический крекинг) или в присутствии катализатора под давлением водорода (гидрокрекинг). Разновидностью крекинга называется риформинг, для него используют тяжелый бензин и лигроин прямой перегонки нефти,
Термический крекинг — расщепление крупных молекул на мелкие под действием высокой температуры (470-540°С) и давления (2,0-7,0 МПа).
При этом сырьем для получения автомобильного бензина служат тяжелые фракции от лигроина до мазута. Выход легких фракций крекинг-бензина – 35-45%, крекинг-газа – 10-15%, крекинг-остатка –50-55%. В крекинг-бензине содержится большое количество непредельных углеводородов, что вызывает его низкую химическую стабильность. Кроме того, этот бензин характеризуется невысоким октановым числом 66-68 единиц (по моторному методу). Поэтому на современных нефтеперерабатывающих предприятиях вместо установок термического крекинга используются установки каталитического крекинга.
Каталитический крекинг нефтепродуктов (соляровых и керосиновых фракций) проводят в присутствии катализаторов с получением повышенного выхода бензина высокого качества. В качестве катализаторов используют алюмосиликаты (10-30% А12Оз, 70-90% SiO2, небольшое количество других окислов, например FеОз и СаО) с высокоразвитой адсорбирующей поверхностью. Каталитический крекинг протекает в более мягких условиях (температура 425-520°С, давление 0,035-0,35 МПа), при этом скорость процесса выше, чем у термического крекинга.
Параллельно с расщеплением крупных углеводородных молекул идут процессы полимеризации – соединения мелких молекул в новые структуры, перераспределения водорода с образованием ароматических углеводородов, изопарафинов и др.
Таким образом, каталитический крекинг позволяет не только увеличить выход бензина, но и повысить его стабильность (за счет значительного количества ароматических и изопарафиновых углеводородов). Октановое число такого бензина – 78-85 единиц (по моторному методу).
Каталитический риформинг позволяет из прямогонного бензина получить риформинг-бензин путем превращения нафтеновых углеводородов в ароматические. Это позволяет повысить октановое число до 85 единиц (по моторному методу). Каталитический риформинг протекает в среде водорода при температуре 500-540°С, давлении 1,5-4 МПа и в присутствии катализатора. В качестве катализатора промышленное применение получила платина на окиси алюминия, отчего такой процесс получил название платформинга. Платформинг, как более удобный и безопасный процесс, в значительной степени вытеснил гидроформинг.
Процесс переработки нефтепродуктов, сочетающий крекирование и гидрирование (присоединение водорода), получил название гидрокре 
кинга. Гидрокрекинг проводится в среде водорода под давлением 5-15 МПа при температуре 360-440°С, обеспечивая превращение полициклических ароматических углеводородов в стабильные. При этом соединения серы, как и при гидроочистке, удаляются. Октановые числа бензиновых фракций гидрокрекинга – 85-88 единиц (по исследовательскому методу).
Процесс очистки нефтяных топлив как прямогонных, так и вторичного происхождения, называют гидроочисткой, которая проводится при температуре 380-420°С и давлении водорода 2,5-4,0 МПа в присутствии алюмокобальтмолибденовых или алюмоникельмолибденовых катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, в воду и сероводород. Таким методом удается снизить содержание серы в топливе на 90-92%.
Для удаления углеводородов со сравнительно высокой температурой застывания используется депарафинизация. При производстве дизельных топлив зимних сортов распространение получила так называемая карбамидная депарафинизация. Этот метод основан на свойстве карбамида (мочевины) образовывать комплексные соединения с парафинами, которые достаточно просто отделяются от остальных углеводородов.
При производстве прямогонных дизельных топлив, получаемых из малосернистой нефти, для удаления кислородосодержащих соединений кислого характера используется щелочная очистка. Этот процесс заключается в добавлении щелочи в очищаемый нефтепродукт с последующим удалением водных растворов образующихся веществ совместно с остатками щелочи.
Товарные сорта топлив получают смешением различных очищенных топливных дистиллятов с добавлением в них присадок, улучшающих одно или несколько эксплуатационных свойств топлива. Так, для повышения антидетонационных свойств бензинов в них добавляют алкилбензин, алкилбензол и др., которые получают путем синтезирования в присутствии катализаторов.
Алкилбензин получают из газов крекинга и риформинга. При ал-
килировании к молекулам углеводородов присоединяются алкильные
радикалы. При изомеризации происходит перегруппировка атомов в молекуле в результате чего образуются молекулы с изоструктурой, обеспечивающей требуемые свойства топлив.
Сырьем при изомеризации служат легкие прямогонные бензиновые фракции.
Мазут в виде остатка атмосферной перегонки с температурой кипения 350° С частично поступает на крекинг, а частично в ректификационную колонну, работающую в условиях вакуума (вакуумная перегонка). Такая перегонка применяется для целей предотвращения расщепления углеводородов под действием высоких температур. В колонне поддерживается остаточное давление 5,3-8,0 кПа. Стекающая вниз по колонне испарившаяся жидкость продувается перегретым (острым) водяным паром для облегчения условий испарения легких компонентов и для снижения температуры в нижней части колонны. В результате получают несколько фракций – масляных дистиллятов разной вязкости, которые в дальнейшем используются для производства различных видов масел.
Неиспарившаяся часть мазута (гудрон или полугудрон), отводится из нижней части колонны для дальнейшего использования в процессах термического крекинга, коксования и получения битума и высоковязких масел.
В процессе вакуумной перегонки выход дистиллятных масел достигает до 50%. Масла с повышенной вязкостью получают из полугудрона, который является остатком с неглубоким отбором масляных фракций, и называются остаточными.
Как дистиллятные, так и остаточные масла в дальнейшем подвергают очистке от органических кислот, сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ и других нежелательных примесей. При этом используют селективную или контактную очистки, деасфальтизацию и депарафинизацию. На выбор способа очистки влияют качество исходного сырья и назначение вырабатываемого масла.
Сущность селективной очистки заключается в способности растворителей по-разному реагировать с углеводородами и нежелательными примесями. Существуют две разновидности селективной очистки: в первом случае углеводородный состав масел остается без изменения, а растворяются примеси; во втором случае извлекается основная часть масла, а примеси остаются.
При селективной очистке удаляются смолистые вещества и ароматические углеводороды полициклического строения, основной применяемый растворитель – фенол. При селективной очистке нежелательные примеси удаляются почти полностью при сравнительно небольшом расходе растворителя, что делает данный способ наиболее применимым.
Контактная (адсорбционная) доочистка проводится с целью удаления остатков растворителей и продуктов разложения, а также повышения стабильности масел. При этом нежелательные соединения адсорбируются на пористой поверхности отбеливающих земель.
Деасфальтизация – процесс удаления из гудрона асфальто-смолистых соединений и полициклических углеводородов с целью подготовки сырья к последующей селективной очистке. В качестве растворителя используют жидкий пропан. Нежелательные соединения переходят в экстракт, остаточное масло - в рафинат.
Депарафинизация – удаление наиболее высокоплавких (в основном парафиновых) углеводородов с целью снижения температуры застывания масел. Сущность процесса заключается в следующем: масло с растворителем охлаждают до определенной температуры. В результате жидкие углеводороды растворяются, а твердые выпадают в виде кристаллов, отделяемых при фильтрации.
Необходимого уровня вязкости базового масла добиваются путем смешения очищенных дистиллятных и остаточных масел, которые получили название компаундированных масел.
Синтетические масла получают способом синтезирования определенных групп углеводородов с введением ряда соединений. Наиболее широкое распространение получили полисилоксановые масла или силикон. Они представляют собой полимерные кремнийорганические соединения. По внешнему виду силиконы – бесцветные прозрачные маслянистые жидкости, которые хорошо растворяются в углеводородах и плохо – в спиртах. Наряду с преимуществами (низкая температура застывания, высокие антикоррозионные свойства, незначительное изменение вязкости при колебаниях температуры), эти масла, по сравнению с нефтяными, имеют худшую смазывающую способность.
Получение пластичных смазок заключается в нагреве (варке) и перемешивании двух основных компонентов: жидкой основы и загустителя, который придает смазке пластичность. В качестве основы обычно используют минеральное масло. Важной технологической особенностью приготовления смазок является соблюдение строго определенных условий нагрева и охлаждения, оказывающих существенное влияние на свойства получаемых смазок.
1.2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВАХ
В настоящее время на рынке реализуется большое количество автомобильных бензинов, что нередко ставит в затруднительное положение владельцев автомобилей. Основная часть бензинов выпускается в соответствии с ГОСТ Р51105-97, ГОСТ Р 51313-99, ГОСТ Р 51866-2002, а также техническим условиям отдельных производителей.
27 февраля 2008 года в нашей стране Постановлением правительства №118 был принят технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Который действует в настоящее время, с изменениями, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 30 декабря 2008 г. N 1076, и от 7 сентября 2011 г. № 748. Согласно закону о техническом регулировании, именно технический регламент является основным документом, регулирующим вопросы производства и реализации топлив. Поэтому все стандарты и технические условия в соответствии с которыми выпускается автомобильный бензин должны соответствовать данному техническому регламенту.
Принятие данного технического регламента напрямую связано с принятием правительством РФ в октябре 2005 года технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ». В соответствии с которым с 1 января 2008 года запрещены производство и ввоз в Россию автомобилей с двигателями нормой ниже «Евро-3. С 1 января 2010 года – Евро-4, а с 1 января 2014 года – на Евро-5.
Основными показателями физико-химических свойств бензина, определяющих его качество и марку, является фракционный состав, детонационная стойкость, содержание в топливе кислот, щелочей, непредельных углеводородов, воды и механических примесей.
Фракционный состав бензина – является одним из важнейших характеристик испаряемости топлива, которая оказывает решающее влияние на безотказность работы двигателя в различных условиях эксплуатации, а также на развиваемую мощность и топливную экономичность двигателя при различных режимах его работы.
Фракционный состав выражает зависимость между температурой и количеством бензина, перегоняемого при этой температуре. Кривая фракционного состава показывает, при какой температуре испаряется определенное заданное количество топлива по объему при нагревании в стандартных условиях по ГОСТ 2177-82. Фракционный состав оценивается температурами перегонки 10%, 50%, 90% бензинов, а также температурами начала и конца перегонки, потерями при перегонке, характеризующими физическую стабильность бензина. Указанные температуры перегонки, позволяют оценивать эксплуатационные качества бензина: возможность запуска двигателя в зависимости от температуры окружавшего воздуха, устойчивость работы на холостом ходу, приемистость, мощность двигателя и расход топлива, влияние фракционного состава на разжижение масла и износы двигателя.
Одним из наиболее важных показателей качества бензина, характеризующих детонационную стойкость и определяющих его марку является октановое число. В лабораторных условиях октановое число бензина определяется по моторному или исследовательскому методу, которые основаны на проведении сравнительных испытаний бензина и эталонного топлива, в соответствии с ГОСТами.
В качестве эталонного топлива применяется смесь, состоящая из изооктана (С8 Н 10) и нормального гептана (С7Н16), при этом октановое число изооктана принято за 100 ед., а нормального гептана за 0. Дня определения октановых чисел бензинов путем проведения сравнительных испытаний необходимо специальное оборудование, в том числе дорогостоящие одноцилиндровые моторные установки.
Измерение плотности автомобильного бензина и дизельного топлива имеет важное практическое значение. Так как расход топлива нормируется и учитывается в объемных единицах (литрах), однако объем нефтепродукта не является постоянной величиной, он в значительной степени зависит от температуры. Масса же нефтепродукта является величиной постоянной. Поскольку под плотностью топлива понимают его массу в единице объема, то для перерасчета количества топлива необходимо знать его плотность. На автозаправочных станциях плотность бензина измеряется ежедневно. Величина плотности топлива может замеряться при любой температуре, но за стандартную плотность принята плотности при температуре t = 20°С. Поэтому результаты измерения плотности (rt) при любой температуре необходимо приводить к плотности при стандартной температуре. Для этой цели можно использовать специальные номограммы или производят пересчет плотности по следующей формуле:
, (1)
где g – температурная поправка, которая берется из таблицы 1 в зависимости от интервальных значений плотности нефтепродукта;
rt – плотность при известной температуре, г/см3.
Плотность бензина замеряется нефтеденсиметром, представляющим собой ареометр. Ареометр состоит из пустотелого поплавка, с расположенным внизу балластом, а вверху тонкой трубочкой. Внутри этой трубочки помещена шкала плотностей.
Коррозионная агрессивность бензина зависит, главным образом, от содержания в нем серы и сернистых соединений. При этом различают неактивную серу, активную элементарную серу и её соединения.
Таблица 1– Среднее значение температурных поправок при определении плотности нефтепродуктов
| Плотность, г/см3 | Температурная поправка на 1° С | Плотность, г/см3 | Температурная поправка на 1° С |
| 0.6900-0,6999 | 0,000910 | 0,8500-0,8599 | 0,000699 |
| 0,7000-0,7099 | 0,000897 | 0,8600-0,8699 | 0,000686 |
| 0,7100-0,7199 | 0,000884 | 0,8700-0,8799 | 0,000678 |
| 0,7200-0,7299 | 0,000870 | 0,8800-0,8899 | 0,000660 |
| 0,7300-0,7399 | 0,000857 | 0,8900-0,8999 | 0,000647 |
| 0,7400-0,7499 | 0,000844 | 0,9000-0,9099 | 0,000633 |
| 0,7500-0,7599 | 0,000831 | 0,9100-0,9199 | 0,000620 |
| 0,7600-0,7699 | 0,000818 | 0,9200-0,9299 | 0,000607 |
| 0,7700-0,7799 | 0,000805 | 0,9300-0,9399 | 0,000594 |
| 0,7800-0,7899 | 0,000792 | 0,9400-0,9499 | 0,000581 |
| 0,7900-0,7999 | 0,000778 | 0,9500-0,9599 | 0,000567 |
| 0,8000-0,8099 | 0,000765 | 0,9600-0,9699 | 0,000554 |
| 0,8100-0,8199 | 0,000752 | 0,9700-0,9799 | 0,000541 |
| 0,8200-0,8299 | 0,000733 | 0,9800-0,9899 | 0,000528 |
| 0,8300-0,8399 | 0,000725 | 0,9900-1,0000 | 0,000515 |
| 0,8400-0,8499 | 0,000712 |
Неактивная сера не вызывает коррозию металлов непосредственно, а образует различные сернистые соединения при хранении или сгорании в двигателе, которые и оказывают коррозионное воздействие как на черные, так и на цветные металлы. В стандартах (ГОСТ 2084-77, ТУ-38.101165-87, ГОСТ Р51105-97) содержание элементарной неактивной серы регламентируется в массовых долях от 0,01% до 0,12%.
Наличие активной элементарной серы и её соединений (сероводорода, меркаптанов и т.п.) выявляется достаточно простым качественным анализом, нормируемым в ГОСТ как испытание на медной пластинке. Приняты два метода испытания топлива на медной пластинке: стандартный и ускоренный. По стандартному методу испытания длятся 3 часа при температуре топлива 50°С, при ускоренном – 18 минут при температуре 100°С. Если после выдержки в испытуемом топливе хорошо отполированной медной пластинки размером 40´10´2 мм, её внешний вид не изменяется (не появляются пятна, серый налет и т.п.), то считается, что топливо выдерживает испытания на медной пластинке. В этом случае содержание сероводорода в топливе не превышает 0,0003%; а свободной активной серы – не более 0,0015% (масс.).
Содержание в бензине минеральных (водорастворимых) кислот и щелочей, а также органических кислот, непредельных углеводородов оказывает непосредственное влияние на коррозию цветных и черных металлов, на химическую и физическую стабильность топлива, которые определяют длительность хранения бензина при эксплуатации.
Наличие неорганических (водорастворимых) кислот и щелочей в бензине не допускается ГОСТом 2084-77, иx содержание в бензине определяется простейший качественным анализом. При таком анализе (ГОСТ 6307-75) определенный объем испытуемого бензина взбалтывают с таким же объемом дистиллированной воды и полученную смесь, после отстаивает, водную вытяжку испытывают индикаторами: водным раствором метилоранжа и спиртовым раствором фенолфталеина. При отсутствии кислот и щелочей водная вытяжка окрасит раствор метилоранжа в желто-оранжевый цвет, а раствор фенолфталеина – в бесцветный или слегка белый. В присутствии кислот или щелочей индикаторы соответственно окрасят цвет водной вытяжки в оранжево-красный (метилоранж) или фиолетово-розовый (фенолфталеин). Органические кислоты, в основном нафтеновые, содержатся в бензинах в незначительных количествах. Однако в процессе хранения из-за окисления непредельных углеводородов (олефинов) кислотность автомобильных топлив постоянно увеличивается. По действующим ГОСТам (ГОСТ 2084-77, ТУ-38.101165-87, ГОСТ Р51105-97) кислотное число бензинов допускается не более 3 мг КОН на 100 мл топлива. Определение кислотного числа бензина производится по ГОСТ 11362-76, которое требует проведение большого объема анализов, непредусмотренных программой курса. Поэтому в данных методических указаниях они не описаны. А в лабораторных работах студенты ограничивается проведением простейших, в большинстве случаев, качественных анализов. Одним из таких качественных анализов, являются анализы на определение наличия в топливе непредельных углеводородов (олефинов), определения фактических смол, определение содержания в топливе воды и механических примесей.
Значительное количество олефинов содержится в бензинах термического и одноступенчатого каталитического крекинга. Непредельные углеводороды во время транспортировки и хранения бензина вследствие окислительно-полимеризационных процессов превращаются в смолы, чрезмерная концентрация которых значительно ухудшает основные показатели работы двигателя.
Количество фактических смол определяют по величине пятна от сгоревшего на сферическом стекле 1 мл бензина.
Стандартами предусмотрено определение всех показателей автомобильных топлив и их количественная оценка. Вместе с тем, в практике часто пользуются простейшими способами оценки бензина по его внешним признакам: запах, цвет, испаряемость, содержание в нем воды и механических примесей.
В отличие от дизельного топлива бензины обладают специфическим запахом, при этом резко и неприятно пахнут бензины термического крекинга, в то время как бензины двухступенчатого каталитического крекинга обладают слабым запахом, т.к. содержат значительное количество ароматических углеводородов.
По испаряемости капли бензина на фильтровальной бумаге можно определить сортность бензина. Летние сорта бензинов испаряются медленнее, чем зимние. Поэтому капля зимнего автомобильного бензина испаряется полностью, при комнатной температуре, в течение одной минуты, не оставляя никакого следа на фильтровальной бумаге. Летние бензины по истечении одной минуты оставляют на бумаге не полностью высохшее пятно.
Качественное обнаружение содержания в бензине воды и механических примесей основано на визуальной оценке при просмотре бензина в проходящем свете, находящегося в прозрачном цилиндре после интенсивного встряхивания. Небольшое избыточное количество воды в бензине вызывает потерю прозрачности топлива. Значительное количество воды после отстоя собирается на дне цилиндра отдельным слоем.
Наиболее важными показателями качества дизельного топлива, оказывающими наибольшее влияние на безотказность работы двигателя, а также на его мощность, экономичность, долговечность и др., являются вязкость и самовоспламеняемость дизельного топлива, самовоспламеняемость характеризуется цетановым числом.
Цетановое число дизельного топлива определяет характер протекания процесса самовоспламенения и сгорания в цилиндрах и определяет жесткость работы двигателя.
Определение цетанового числа дизельного топлива, как и определение октанового числа бензинов, производится сравнительными стендовыми испытаниям