Классификация топлив по вязкости

При общих оценках вязкости топлива классифицируются на три группы:

- маловязкие, с вязкостью ν < 1,5°Е при 50°С. Их плотность до 860 кг/м³ при 20°С, содержание серы до 1 %. К ним относятся дизельные топлива, область применения которых в настоящее время ограничивается высокооборотными ДВС.

- средневязкие, 1,5°Е ≤ ν < 5°Е при 50°С. Плотность от 860 до 935 кг/м³ при 20°С. К ним относятся газотурбинные топлива, моторные топлива ДТ высшей категории, ДТ и некоторые мазуты. Применяются в газотурбинных установках и в среднеоборотных ДВС.

- высоковязкие, ν ≥ 5°Е при 50°С. Плотность от 935 до 1015 кг/м³ при 20°С. В эту группу входят некоторые моторные топлива, флотские и топочные мазуты. Применяются в среднеоборотных и малооборотных ДВС.

   ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НА СУДНЕ

При подготовке топлива к сжиганию в судовых условиях оно проходит следующие этапы.

1. Отстаивание. При этом определённая часть воды и механических примесей оседает на дно отстойных цистерн и периодически сбрасывается оттуда через самозапорные клапаны в сточную цистерну.

2. Фильтрация. На всём пути прохождения топлива от цистерн основного запаса до потребителя топливо подвергается многократной фильтрации в фильтрах грубой и тонкой очистки.

3. Сепарация и (возможно) гомогенизация. Сепараторы могут быть настроены для работы в одном из двух режимов: пурификация, когда происходит отделение воды и частично механических примесей, и кларификация, то есть окончательное отделение механических примесей. В случае последовательного включения сепараторов первым является пурификатор. Работа сепаратора считается качественной, если содержание топлива в отделяемых массах не превышает 1%. Аппараты, называемые гомогенизаторами, предназначены для создания максимально однородной топливной массы путём дробления различных крупных частиц и перемешивания всей массы топлива.

4. Подогрев до температуры, при которой достигается необходимая вязкость. Эта процедура обычно автоматизирована, причём могут использоваться регуляторы температуры либо вязкости. Практика показывет, что применение регуляторов вязкости может обеспечить экономию топлива в 3…4% по сравнению с применением регуляторов температуры. Это связано с различием в свойствах топлив даже одинаковых марок в различных местах бункеровки, а также изменением свойств топлив в процессе их хранения на борту судна (расслаивание), что при использовании регуляторов температуры в конечном счёте не позволяет обеспечить оптимальную вязкость.

Упрощённые схемы судовых систем топливоподготовки

В настоящее время имеются два следующих варианта таких схем.

1. Схема с необходимостью при изменении условий работы (обычно при переходе к маневрам) перевода двигателя с работы на тяжёлом топливе на работу на лёгком. Один из её вариантов показан на рис. 5.

2. Схема, обеспечивающая работу двигателя только на тяжёлом топливе независимо от условий работы (рис.6).

На рис. 5 с бóльшей полнотой показана система тяжёлого топлива. Система дизельного топлива имеет от цистерны основного запаса до насоса 9 элементы, аналогичные тем, что указаны под номерами 1 – 7 (иногда за исключением элемента 5). Отстой из цистерн 4, 7 и 11 периодически сбрасывается в сточную цистерну.

Топливные системы такой конфигурации до настоящего времени широко распространены на флоте и обеспечивают работу двигателя на постоянном режиме на тяжёлом топливе. При остановке двигателя вследствие изменения параметров тяжёлого топлива в магистрали от регулятора вязкости к форсунке появляется опасность загустения топлива и прекращения работы элементов топливной аппаратуры и соответственно опасность отказа пуска двигателя. Поэтому для повышения надёжности пуска двигателя при маневрах требуется переход на лёгкое топливо.

Указанный переход должен начинаться заблаговременно и происходить медленно с целью недопущения заклинки прецизионных пар топливной аппаратуры в случае быстрых изменений температур их деталей. Температура топлива в смесительной цистерне регулируется автоматическим программным устройством путём изменения соотношения поступающих в неё тяжёлого и лёгкого компонентов трёхходовым клапаном. Скорость изменения температуры в смесительной цистерне не должна превышать 2 градусов в минуту.

 

 

               Рис. 5. Схема системы подготовки топлива с переходом с тяжёлого на лёгкое и наоборот. 1 – цистерна основного запаса. 2 – фильтр грубой очистки. 3 – топливоперекачивающий насос. 4 – отстойная цистерна тяжёлого топлива. 5 – подогреватель топлива. 6 – сепаратор. 7 – расходная цистерна тяжёлого топлива. 8 – топливоподкачивающий насос тяжёлого топлива. 9 – топливоподкачивающий насос дизельного топлива. 10 – трёхходовой автоматический клапан. 11 – смесительная цистерна. 12 – подкачивающий насос. 13 – регулятор вязкости или температуры. 14 – фильтр тонкой очистки. 15 – потребитель – ДВС. 16 – сточная цистерна. 17 – самозапорные клапаны.

 

С переходом на использование тяжёлых топлив с плотностями, близкими к плотности воды, отстаивание топлива становится малоэффективным. Имеется мнение о том, что от отстойных цистерн в этом случае имеет смысл отказаться. При этом роль топливоперекачивающего насоса переходит к приёмному насосу сепаратора, который может быть конструктивно отделён от последнего и должен располагаться возможно ближе к цистерне основного запаса с целью уменьшения разрежения на всасывании и снижения вероятности срыва всасывания вследствие испарения топлива, уже подогретого в цистерне основного запаса. Конструкции современных фильтров позволяют очищать топлива как от механических примесей, так и от воды.

 

   Применение контура циркуляции в системе тяжёлого топлива

 

Конструкция многих из современных ТНВД и форсунок предусматривает циркуляцию тяжёлого топлива через них при остановленном двигателе. Соответствующая часть топливной системы упрощённо показана на рис. 6.

Все указанные трубопроводы снабжены подогревающими спутниками и теплоизолированы. Давление после ТПН составляет 0,4 МПа, после ЦН – 0,8 МПа. Подача ЦН в 3 – 4 раза больше подачи ТПН.

 

    

 

              Рис. 6. Схема рециркуляции тяжёлого топлива.

 

РЦ – расходная цистерна; ТПН – топливоподкачивающий насос; РМ – расходомер; ЦН – циркуляционный насос; ППТ – предварительный подогреватель топлива; РВ – регулятор вязкости; ЦОГ – цистерна отделения газов, иногда не вполне правильно именуемая деаэрационной цистерной; АКУГ – автоматический клапан удаления газов (паров топлива и воздуха).

 

Основные функции, выполняемые системой:

- автоматическое поддержание рабочей вязкости топлива перед двигателем как в работе, так и после остановки;

- обеспечение возможности работы двигателя на переменных режимах (в том числе и после продолжительной стоянки) только на тяжёлом топливе.

- предотвращение выделения паров топлива на магистралях к топливной аппаратуре двигателя (температура в контуре рециркуляции высока);

- предотвращение кавитационных явлений на входе в топливный насос высокого давления.

При остановке двигателя на продолжительное время ТПН останавливают.

 После остановки двигателя фирма МАН-Бурмейстер и Вайн гарантирует нормальный пуск спустя не менее 5 суток.

Система дизельного топлива при этом нужна только на случаи, связанные с опорожнением топливной системы (судно в доке, промывка системы и т. д.).

 

СТАБИЛЬНОСТЬ ТОПЛИВ

Упомянутое ранее ухудшение качества судовых тяжёлых топлив связано с ростом использования остаточных продуктов крекинг-процессов. При этом значительно увеличивается доля асфальто-смолистых продуктов в тяжёлых топливах, что вызывает ряд эксплуатационных проблем при топливоподготовке и при хранении топлива. Осложнения проявляются в образовании отложений в топливных цистернах, фильтрах, подогревателях топлива, сепараторах, а также приводят к отказам в работе топливной аппаратуры.

Тяжёлое остаточное топливо является сложной дисперсной системой. Коллоидные частицы состоят из высокомолекулярных соединений типа асфальтенов и твёрдых парафинов и окружены поверхностными слоями (сольватными оболочками) низкомолекулярных соединений. Асфальтены являются твёрдыми веществами, хорошо растворимыми в ароматических углеводородах и плохо растворимыми в других компонентах нефти, и составляют наиболее тяжёлую часть топлива. В зависимости от фракционного состава топлива асфальтены либо образуют истинные растворы, либо находятся в коллоидно-диспергированном состоянии (во взвешенном виде), либо выпадают в виде твёрдой фазы (осадка).

Увеличение молекулярной массы, снижение температуры и ароматичности (содержания ароматических углеводородов) приводит к укрупнению отдельных частиц и образованию неустойчивой системы, то есть к выпадению осадка.

Топливо называется стабильным, если в течение месяца его хранения выпадение осадка не замечено.

В процессе бункеровочных операций, а также при целенаправленном смешивании топлив для достижения необходимой вязкости в судовых условиях смесь топлив может оказаться склонной к выделению осадка. Два топлива несовместимы, если их смесь нестабильна. Совершенно очевидно, что нестабильные смеси использовать не следует. Для повышения стабильности тяжёлых топлив рекомендуются специальные присадки, например, присадка "Бункерсол Д" фирмы Амероид, присадка 10804Х фирмы Эксон и другие.