Качество дизтоплива
Дизельное топливо
Применяется в двигателях с воспламенением топливной смеси от сжатия.
Производится перегонкой керосино-газойлевых фракций нефти.
Дизтопливо — это сложная смесь разных групп углеводородов и химических соединений.
Качество дизельного топлива на АЗС Route20 соответствует требованиям:
— европейского стандарта EN 590:2017,
— экологического класса Евро5 Евросоюза,
— ДСТУ 7688:2015 «Паливо дизельне Євро».
Производители дизтоплива класса Евро5 поставляемого компанией Route20:
Беларусь: Мозырский НПЗ и НПЗ «Нафтан»
Литва: ORLEN Lietuva, НПЗ Мажейкяй нафта
Румыния: Rompetrol, её НПЗ: Petromidia и Vega
Греция: Hellenic Petroleum, НПЗ в г. Элефсис
Россия: Антипинский НПЗ, Тюмень; Башнефть, Уфа
Экологические классы Евросоюза.
В зависимости от концентрации разных веществ топливо делится на экологические классы от Евро1 до Евро5.
Сера. Концентрация серы измеряется в миллионных долях PPM (англ.), читается «пи-пи-эм»; или в миллиграммах на 1 кг топлива (мг/кг), или в %:
|
экологический класс |
Год принятия |
Содержание серы, не более |
||
|
ppm |
мг/кг |
% | ||
|
Евро1 |
1993 |
2000 |
2000 |
0,2000 % |
|
Евро2 |
1996 |
500 |
500 |
0,0500 % |
|
Евро3 |
2001 |
350 |
350 |
0,0350 % |
|
Евро4 |
2006 |
50 |
50 |
0,0050 % |
|
Евро5 |
2009 |
10 |
10 |
0,0010 % |
В международной маркировке современное дизтопливо называется:
«Дизель с ультранизким содержанием серы» Ultra-low-sulfur diesel (ULSD)
Чем меньше содержание серы, тем меньше дымность выбросов, меньше коррозия двигателя и бензобака.
Цетановое число. Характеристика воспламеняемости дизельного топлива. Показывает, как быстро начнёт гореть топливо после впрыска в цилиндр. Чем выше цетановое число, тем быстрее загорается топливная смесь. Определяет эффективность работы двигателя, мощность и экономичность.
У качественного дизеля цетановое число устанавливается не менее 51 единиц для летнего и 49 единиц для зимнего. Но при размере цетанового числа более 60-ти снижается полнота сгорания дизтоплива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается его расход.
Цетановый индекс (в отличие от цетанового числа) — это расчётная величина устанавливается для качественного топлива на уровне не менее 46 единиц.
Полициклические ароматические углеводороды. Продукты сгорания этих углеводородов являются канцерогенными веществами, загрязняют двигатель и воздух. Если в топливе их много, то увеличивается нагарообразование и токсичность выбросов, копоть.
Для класса Евро5 установлено их предельное содержание не более 8%. Для сравнения: Евро3 и 4 — до 11%
Плотность дизтоплива при 15°С класса Евро5 устанавливается в рамках 820-845 кг/м.куб. Плотность зимнего топлива меньше плотности летнего.
Фракционный состав дизтоплива сильно влияет на его эксплуатационные характеристики — на уровень токсичности отработанных газов, дымность и полноту сгорания топлива. Чем меньше интервал температур, в котором выкипает топливо, тем лучше процесс его сгорания в двигателе. Для класса Евро5 установлено:
— при 250°Сдолжно перегоняться не более 65% топлива
(значение в паспорте должно быть меньше 65)
— при 350°Сдолжно перегоняться не менее 85% топлива
(значение в паспорте должно быть больше 85)
— а так же, 95% топлива должно перегоняться при температуре не выше 360°С
(значение в паспорте должно быть меньше 360)
Большое количество лёгких фракций (завышенный показатель при 250°С) повышает давление сгорания, что может привести к стукам в цилиндрах и жёсткой работе двигателя.
Температура вспышки. Это минимальная температура топливно-воздушной смеси, при которой возможно её воспламенение. Характеризует способность дизтоплива к воспламенению. Для класса Евро5 установлено значение не менее 55°С.Для сравнения: Евро3 — от 40°С. Топливо с низкой температурой вспышки может быть пожароопасным. От этого показателя зависит безопасность эксплуатации двигателя и хранения топлива.
Содержание воды для дизтоплива класса Евро5 — не более 200 мг/кг (0,0200%)
Коксуемость. Это образование отложений при нагреве без доступа воздуха. Продукты коксования (кокс) состоят в основном из углерода. Они откладываются в виде твердого нароста главным образом на горячих деталях, не контактирующих непосредственно с зоной горения (внутри форсунок, на юбках поршней в области поршневых колец и др.
Зольность. После полного сгорания топлива в воздухе образуется минеральный остаток — зола, вызванный присутствием в топливе различных неорганических примесей. Из-за абразивных свойств золы она не только увеличивает нагар, но и ведет к повышенным износам в двигателе. Поэтому допустимое содержание золы в дизельных топливах класса Евро5 ограничивается
Предельная температура фильтруемости топлива.
По климатическим условиям использования топливо делится на:
Л – летнее, используется при температуре не ниже 5°С;
З – зимнее, используется при температуре от 5°С до -20°С;
Арк – арктическое, используется при температуре ниже -20°С.
|
Предельная температура фильтруемости топлива класса Евро5 |
Л |
З |
Арк |
|
° С |
-5 |
-20 |
-30 |
Температура помутнения. Температура, при которой начинает кристаллизоваться парафин.
В дизельном топливе парафин кристаллизуется только с наступлением морозов. Обычно при температуре ниже 0ºС топливо начинает мутнеть. Это и есть признак начала кристаллизации парафина, температура помутнения отмечается в паспорте на топливо.
Пока кристаллы малы, они проходят сквозь сетку топливного фильтра, и двигатель продолжает работать. При дальнейшем снижении температуры кристаллы парафина начинают слипаться, и наступает точка
Летнее и зимнее дизтопливо в стандарте EN 590 делится по предельной температуре фильтруемости на шесть классов:
|
Класс А |
Класс B |
Класс C |
Класс D |
Класс E |
Класс F |
|
5°С |
0°С |
-5°С |
-10°С |
-15°С |
-20°С |
Арктическое дизтопливо в стандарте EN 590 также делится по предельной температуре фильтруемости на пять классов:
|
|
Класс 0 |
Класс 1 |
Класс 2 |
Класс 3 |
Класс 4 |
|
Предельная температура фильтруемости |
-20С |
-26°С |
-32°С |
-38°С |
-44°С |
|
Температура помутнения |
-10°С |
-16°С |
-22°С |
-28°С |
-34°С |
Дизельное топливо | Плотность, температура плавления, теплопроводность
О дизельном топливе
В общем, дизельное топливо – это любое жидкое топливо, специально предназначенное для использования в дизельных двигателях, воспламенение топлива которых происходит без искры в результате сжатия впускного воздуха смесь, а затем впрыск топлива.
В настоящее время основным источником топлива для автотранспорта является нефть. Нефть представляет собой встречающуюся в природе ископаемую жидкость, состоящую из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы вместе с различными другими органическими соединениями. Эти компоненты разделяют фракционной перегонкой на нефтеперерабатывающем заводе с целью получения бензина, дизельного топлива, керосина и других продуктов.
Сводка
| Имя | Дизельное топливо |
| Фаза на STP | жидкость |
| Плотность | 850 кг/м3 |
| Предел прочности при растяжении | Н/Д |
| Предел текучести | Н/Д |
| Модуль упругости Юнга | Н/Д |
| Твердость по Бринеллю | Н/Д |
| Точка плавления | Н/Д |
| Теплопроводность | 0,13 Вт/мК |
| Теплоемкость | 2100 Дж/г К |
| Цена | 1,1 $/кг |
Плотность дизельного топлива
Типичные плотности различных веществ даны при атмосферном давлении.
Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, деленная на объем: общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет килограммов на кубический метр ( кг/м 3 ). Стандартная английская единица измерения – 90 016 фунтов массы на кубический фут 9.0017 ( фунтов/фут 3 ).
Плотность дизельного топлива 850 кг/м 3 .
Пример: Плотность
Рассчитайте высоту куба из дизельного топлива, который весит одну метрическую тонну.
Решение:
Плотность определяется как масса на единицу объема . Математически он определяется как масса, деленная на объем: ρ = m/V
Так как объем куба равен третьей степени его сторон (V = a 3 ), высоту этого куба можно рассчитать:
Тогда высота этого куба равна a = 1,056 м .
Плотность материалов
Тепловые свойства дизельного топлива
Дизельное топливо – температура плавления
Температура плавления дизельного топлива – .
Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением. В общем, плавление является фазовым переходом вещества из твердой фазы в жидкую. точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии. Для различных химических соединений и сплавов трудно определить температуру плавления, так как они обычно представляют собой смесь различных химических элементов.
Дизельное топливо – теплопроводность
Теплопроводность дизельного топлива равна 0,13 Вт/(м·К) .
Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·K .
Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.
Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:
Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.
Дизельное топливо – Удельная теплоемкость
Удельная теплоемкость дизельного топлива 2100 Дж/г К .
Удельная теплоемкость или удельная теплоемкость – это свойство, связанное с внутренней энергией , которое очень важно в термодинамике.
Интенсивные свойства c v и c p определяются для чистых простых сжимаемых веществ как частные производные внутренней энергии u(T , v) и энтальпия h(T, p) , соответственно:
, где индексы v и p обозначают переменные, удерживаемые фиксированными при дифференцировании. Свойства c v и c p называются удельной теплоемкостью (или теплоемкостью ), поскольку при определенных особых условиях они связывают изменение температуры системы с количеством энергии, добавленной теплопередача. Их единицы СИ Дж/кг K или Дж/моль K .
Пример: расчет теплопередачи
Теплопроводность определяется как количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадратный участок материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур.
Чем ниже теплопроводность материала, тем выше его способность сопротивляться теплопередаче.
Рассчитайте скорость теплового потока через стену площадью 3 м x 10 м (A = 30 м 2 ). Стена имеет толщину 15 см (L 1 ) и изготовлена из дизельного топлива с теплопроводностью k 1 = 0,13 Вт/м.К (плохой теплоизолятор). Предположим, что внутренняя и наружная температуры составляют 22°C и -8°C, а коэффициенты конвекционной теплопередачи на внутренней и внешней сторонах равны h 1 = 10 Вт/м 2 K и h 2 = 30 Вт/м 2 К соответственно. Обратите внимание, что эти коэффициенты конвекции сильно зависят, в частности, от окружающих и внутренних условий (ветер, влажность и т. д.).
Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту стену.
Решение:
Как уже было сказано, многие процессы теплопередачи включают составные системы и даже включают комбинацию проводимости и конвекции .
С этими композитными системами часто бывает удобно работать с общим коэффициентом теплопередачи , , известным как U-фактор . U-фактор определяется выражением, аналогичным Закон охлаждения Ньютона :
Общий коэффициент теплопередачи связан с полным тепловым сопротивлением и зависит от геометрии задачи.
, предполагая одномерную теплопередачу через плоскую стенку и игнорируя излучение, Общий коэффициент теплопередачи может быть рассчитана как:
Общий коэффициент теплопередачи -u = 1 / (1 10004 . /10 + 0,15/0,13 + 1/30) = 0,78 Вт/м 2 K
Тепловой поток можно рассчитать следующим образом: q = 0,78 [Вт/м 2 K] x 30 [K] = 23,31 Вт/м 2
Общие потери тепла через эту стену будет: q потери = q . A = 23,31 [Вт/м 2 ] x 30 [м 2 ] = 699,2 Вт
Температура плавления материалов
Теплопроводность материалов 900 09
Теплоемкость материалов
Сопротивление материалов
Упругость материалов
Твердость материалов
Топливо – Сеть двигателей внутреннего сгорания
Состав и свойства топлив, перечисленных в базе данных ECN, приведены в таблицах ниже.
В таблице 2.5.1 показаны три вида кислородсодержащего топлива (T70, GE80 и BM88) и пять видов углеводородного топлива (NHPT, CET, HMN, CN80 и D2). Первоначально T70 использовался в качестве топлива с низким уровнем образования сажи с такой же задержкой воспламенения, как и у эталонного дизельного топлива с цетановым числом 42,5, для облегчения оптической диагностики в оптическом двигателе Sandia/Cummins (19 декабря).97). Точно так же кислородсодержащие топлива GE80 и BM88 имели такую же задержку воспламенения, как и CN80 (цетановое число 80) (Mueller, 2003). Задержки воспламенения были согласованы только после добавления значительной части усилителя воспламенения, EHN, к BM88.
Температура топлива ( T f ) и плотность (ρ f ) на отверстии топливной форсунки включены в Таблицу 2.5.1. Отметим, что эксперименты проводились при двух температурах топлива для D2 и CN80. Это связано с тем, что охладитель топливной форсунки был добавлен после завершения первоначальных испытаний D2.
Таблица 2.5.1 показывает, что плотность топлива имеет тенденцию к уменьшению с повышением температуры и что плотность топлива CN80 при 373 K фактически ближе к плотности топлива D2 при 436 K. Плотность топлива может иметь важное значение, поскольку топливные струи с подобным топливом плотность и перепад давления на отверстии будут иметь одинаковый импульс струи, что в конечном итоге влияет на перемешивание топливной струи. Однако разница температур топлива мало влияла на уровень и местонахождение сажи или на длину отрыва и задержку воспламенения (Pickett, 2003).
Таблица 2.5.1
| Свойства топлива | T70 | GE80 | BM88 | NHPT | CET | HMN | CN80 | D2 9 0014 | ||
| Состав (по объему) | 70% ТЭОП а 30% ГМН б | 80% ТПГМЭ в 20% ГМН б | 88% DBM d 7% nC16 e 5% EHN f | 100% н-гептан | 100% nC16 9011 8 e или цетан | 100 % HMN b | 76,5 % nC16 e 23,5 % HMN b | 33,8 % ароматические соединения 65 % парафины 1,2 % олефины | ||
| ρ f г [кг/м 3 ] | 808 | 858 | 907 | 9 0013 613673 | 689 | 724 | 682 | 767 | 712 | |
| T f [K] | 373 | 373 | 373 | 373 | 436 | 436 | 373 | 436 | 373 | 436 |
O 2 h [мас. %] | 21,5 | 25,8 | 26,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| Ом f i [%] | 7,8 | 10,0 | 10,9 | 0 | 0 | 0 9 0014 | 0 | 0 | ||
| Цетановое число | – | – | – | 56 | 100 | 15 | 80 | 46 | ||
| Атомное отношение H/(C-O) | 2,84 | 3,15 | 2,49 | 2,29 | 2,13 | 2,13 | 2,13 | 1,8 | ||
| LHV j [МДж/кг] | 32,6 | 30,5 | 28,7 | 44,6 | 4 3,9 | 43,9 | 43,9 | 42,8 | ||
| (A/F) ст к | 11,1 | 10,2 | 9,5 | 900 13 15,415,2 | 15,2 | 15,2 | 14,7 | |||
b 2,2,4,4,6,8,8 гептаметил-нонан (C 16 H 34 ) c трипропиленгликоль -метиловый эфир (C 10 H 22 O 4 )
d дибутилмалеат (C 12 H 20 O 4 )
e гексадекан нормальный (C 16 H 34 )
f 2-этилгексилнитрат (C 8 H 17 NO 3 )
г Плотность при температуре топлива, T f , и атмосферном давлении.
Погрешность составляет ±2 кг/м 3 . h Весовой процент кислорода
i Кислородный коэффициент топлива. См. SAE 2003-01-1791.
j Нижняя теплотворная способность
k Стехиометрическое соотношение воздух-топливо по массе данного топлива при смешивании с имитацией окружающей среды при 21% O 2 , 6,1% CO 2 , 3,6% H 2 О , 69,3% N 2 .
Таблица 2.5.2
| Свойства топлива | D2 | JC | JW | JS | JP | SRx23 | nC12 |
| #2 Diesel | JP-8 Chevron | Jet-A World Average | JP-8 Syntroleum GTL | JP-8 Penn St CTL | JP-8 surrogate | додекан нормальный | |
| T10 [°C] | 211 | 170 | 180 | 167 | 192 | — 900 14 | — |
| T90 [°C] | 315 | 240 | 251 | 254 | 243 | — 900 14 | — |
| T100 [°C] | 350 | 266 | 274 | 276 | 270 | 216 | 216 |
| Цетановый индекс | 47 | 39 | ? | ? | ? | — | — |
| Цетановое число | 46 | 38 | 46 | 62 | 34 | — | 87 |
Низкий. Нагревать. Значение [МДж/кг] | 42,975 | 43,228 | 43,2 | 44,138 | 42,801 | 43,33 90 014 | 44.17 |
| Плотность при 15°C [кг/м3] | 843 | 812 | 806 | 755,9 | 870,2 | 775,3 | 752,1 90 014 |
| Ароматика Том. % | 27 | 11 | 19 | 0,4 | 1,9 | 23 | 0 |
| h3 масс.% | 13,28 | 13,9 | ? | 15,4 | 13,2 | — | 15,3 |
| Сера [ч/млн] | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Кин. Виск. (-20°C) [мм2/с] | — | 4,465 | 5,2 | 4,6 | 7,5 | — | 4,7 |
| Кин. Виск. (40°C) [мм2/с] | 2,35 | ~ 1,4 (оценка) | — | — | — | — | 1,5 900 14 |
| Точка замерзания [°C] | — | -57 | -48 | -51 | -65 | — | -10 |
| Температура вспышки [°C] | 73 | 47 | 51 | 45 | 61 | — | 900 13 83
5.2.Таблица 2.5.3
| Свойства топлива | G15 | G33 | G50 | G50A | МД |
| MW [г/моль] | 223 | 219 | 216 | 169 | 186 |
| Плотность [г/см 3 ] | 800 | 835 | 869 | 859 | 871 |
| Температура кипения a [ o C] | 287 | 287 | 287 | 287 | 224 |
| LHV [МДж/кг] | 41,5 | 38,5 | 35,8 | 35,5 | 37,5 |
| DCN (FIT) | 108 | 110 | 112 | 88 | 48 |
| O 2 отношение (Ом) [%] | 1,9 | 4,3 | 6,5 | 5,0 | 6,1 9 0014 |
| (C/H) эфф | 0,46 | 0,45 | 0,44 | 0,53 | 0,47 |
См. Manin, 2014, «Влияние оксигенированных топлив на процессы горения и образования/окисления сажи» для получения более подробного описания топлив в таблице 2.5.3.
Таблица 2.5.4
| Свойства топлива | Соевый метиловый эфир (SME) |
| Плотность при 288 К (кг.м -3 ) | 877 |
| Ожидаемая плотность при 373 K (кг.м -3 ) | 823 |
| Кинематическая вязкость при 313 К (мм 2 .с -1 ) | 3,98 |
| Низшая теплотворная способность (МДж.кг -1 ) | 37,4 |
| Ароматические соединения (объемные %) | 0 |
| Массовые отношения C/H и C/O | 6,48/7,05 |
| Цетановое число | 51 |
| Z стоич (15% O>sub>2) | 0,054 |
| Z сажа а | 0,105 |
Определяется как ф = 2,0 для обычного дизеля и ф Ом = 2,0 для биодизеля (ф Ом ≡ коэффициент кислородного эквивалента). Пожалуйста, обратитесь к Nerva, 2012 для более подробного описания топлива в Таблице 2.5.4.
Таблица 2.5.5
| Название компонента | Аббревиатура компонента | Химическая формула | 900 13 % |
| Метилпальмитат | C16:0 | C 17 H 34 O 2 | 11 |
| Метилстеарат | C18:0 | C 19 H 38 O 2 | 4,0 |
| Метилолеат | C18:1 | C 19 H 36 O 2 | 25 |
| Метиллинолеат | C18:2 | C 19 H 34 O 2 | 53 |
| Метиллиноленат | C18:3 | C 19 H 32 O 2 | 7 |
Более подробное описание топлива в таблице 2.5.5 см. в Nerva, 2012.
Таблица 2.5.6
| Свойства топлива | Оксиметиленовые эфиры (OME) |
| Плотность (кг/м 3 (T = 15 °C)) | 1057,10 |
| Вязкость (мм 2 /с (T = 40 °C)) | 1,08 |
| Цетановое число | 68,6 |
| Смазывающая способность (мкм) | 320 |
| Температура вспышки (°C) | 65 |
| Низшая теплотворная способность (МДж/кг) | 19,26 |
| Начальная температура кипения (°C) | 144,40 |
| Конечная температура кипения (°C) | 242,4 |
| Общее количество загрязнений (мг/кг) | |
| Содержание углерода (% [м/м]) | 43 |
| Содержание водорода (% [м/м]) | 8,53 |
| Содержание кислорода (% [м/м]) | 46,4 |
| (A/F) St с 21% O 2 | 5,89:1 |
| (A/F) St с 15% O 2 | 8,18:1 |
Таблицу 2.5.7 ниже). Свойства партии OME, проанализированные Analytik Service Gesellschaft. См. Wiesmann, 2022 для более подробного описания топлива OME в таблице 2.5.6.
Таблица 2.5.7
| Молекула | Содержание [мас.%] |
| ОМЕ 1 | 0,01 |
| ОМЕ 2 | |
| ОМЕ 3 | 57,90 |
| ОМЕ 4 | 28,87 |
| ОМЕ 5 | 10.07 |
| ОМЕ 6 | 1,91 |
См. Wiesmann, 2022 для более подробного описания топлива OME в таблице 2.5.7.
Топливо Spray G:
Бензиновое топливо, используемое с Spray G — Композиты
| Композитное топливо: | Состав по объему: | Октановое число по исследовательскому методу [RON]: | Содержание этанола [об. %]: | Перегонка, 10% [°C]: | Перегонка, 90% [°C]: | Содержание ароматических соединений [об. %]: | Содержание олефинов [об. %]: | Плотность при 15,56 °C [кг/л]: | Полезная теплота сгорания [МДж/кг]: | Отношение H/C [моль/моль]: | Отношение O/C [моль/моль ]: |
| E00 | 36 % н-пентан, 46 % изооктан, 18 % н-ундекан | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| E20 | 80% E00, 20% этанол | — | — | — | — | 9001 3 —— | — | — | — | — | |
| E85 | 15% E00, 85% этанол | — | — | — | — | 9001 3 —— | — | — | — | — | |
| РД-587 | — | 92,0 | 9,88 | 57,8 | 157,9 | 19,6 | 5,0 | 0,748 | 41,61 | 2,086 | 0,033 |
| HF2021 | — | 91,2 | 9,9 | 53,2 | 158,9 9001 4 | 23,3 | — (5,0 Вес. %) | 0,7461 | 41,884 | 1,974 | — |
Бензиновое топливо, используемое со спреем G — Pure
| Чистое топливо: | Химическая формула: | Плотность [кг/м 3 ]: | Нормальная температура кипения [°C]: | Энтальпия испарения [ кДж/кг]: | Октановое число [ РОН]: |
| изооктан | C 8 H 18 | 690,3 | 99,2 | 9 0013 308,4100 | |
| н-пентан | C 5 H 12 | 621,7 | 36,1 | 365,1 900 14 | 61,7 |
| н-ундекан | C 11 H 24 | 737,6 | 195,9 | 364,2 | — |
| этанол | C 2 H 6 O | 789. |