Температура кипения, вспышки и воспламенения мазута

К важным физическим свойствам мазута относят температурные показатели, при которых он начинает кипеть, может вспыхнуть или воспламениться. От этих параметров зависят свойства нефтепродукта, особенности его использования, транспортировки и хранения. Показатели во многом связаны между собой, но имеют и различия, которые определяются разницей в использованной нефти, составе фракций и марки мазута.

Как температура вспышки влияет на работу дизельного двигателя

Дизельное топливо состоит из большого числа различных углеводородов, точка кипения которых находится в пределах примерно от 180°С до З60°С. Топливо получается с помощью ступенчатой перегонки неочищенной нефти. В дизельное топливо вводятся различные добавки, которые получаются из тяжелых масел путем крекинга с использованием тепла, давления и каталитических добавок.

Требования, предъявляемые к дизельным топливам, определяются национальными стандартами различных стран. В Германии действует стандарт DIN 51601. Наиболее важными параметрами топлива по этому стандарту являются следующие.

Что такое дизельное топливо: состав, производство, характеристики и применение

К самым востребованным нефтепродуктам относится дизельное топливо (ДТ, дизтопливо). Применяется в качестве горючего во многих сферах. Ввиду экономичного расхода по спросу не уступает, а иногда даже превосходит бензин. В связи с этим предлагаем подробнее изучить, что такое дизельное топливо, из чего и как его производят, а также марки и сферы применения.

При какой температуре замерзает дизельное топливо: что делать при застывании

Дизельное топливо имеет более высокую температуру замерзания, нежели у бензина. При похолодании оно склонно к кристаллообразованию. Образующиеся кристаллы блокируют возможность топлива проходить через фильтры. Этим объясняется выпуск разных марок дизеля, предназначенных для разных сезонов. Они различаются свойствами, среди которых и температура замерзания.

Цетановое число, качество воспламенения

Так как дизельный двигатель работает без внешнего воспламенения, то после впрыска дизельного топлива в горячий сжатый воздух, находящийся в камере сгорания, оно должно самовоспламениться с минимально возможной задержкой (периодом задержки воспламенения).

Качество воспламенения определяется как такое свойство топлива, которое определяет начало его самовоспламенения в дизельном двигателе. Качество воспламенения выражается с помощью так называемого цетанового числа (CN). Чем выше цетановое число, тем легче воспламенить топливо.

Углеводород цетан имеет очень хорошую характеристику воспламеняемости, которая соответствует цетановому числу 100, тогда как углеводород метилнафталин, имеющий очень плохую воспламеняемость, имеет цетановое число, равное 0, Стандарт DIN 51601 для дизельного топлива определяет минимальное цетановое число в 45 единиц.

Однако для оптимальной работы современных дизельных двигателей (тихая работа, уменьшение вредных выбросов) желательно иметь топливо с повышенным цетановым числом около 50. Высококачественное дизельное топливо содержит большое количество парафинов с высокими цетановыми числами. В противоположность этому, различного типа ароматические углеводороды, содержащиеся в крекинговых соединениях, ухудшают качество воспламенения.

Какие марки мазута сегодня используют

В соответствии с п. 3.1 ГОСТ 10585.2013 мазут имеет следующие марки:

• топочный М-40 и М-100;
• флотский Ф5.

М-100 и М-40 производят из остатков нефтепродуктов. Наибольшее распространение получила марка М-100. Ее используют в производстве марки М-40, для чего в состав добавляют дизельное топливо. Топочный мазут используется в отопительных системах, включая крупные и небольшие котельные установки. Флотский применяют в судовых газовых турбинах и двигателях. Марка Ф5 обладает улучшенными характеристиками: меньшей вязкостью, зольностью, содержанием воды и примесей.

Как устанавливают температуру вспышки топлива?

Физически этот параметр определяют следующим образом:

1. В тигель с нагревателем помещают сосуд с исследуемым дизельным топливом.
2. Рядом ставят открытый источник огня, отделенный открываемой заслонкой.
3. Тигель закрывают крышкой с термометром и начинают нагрев.
4. Через каждые 2 ºС заслонку от открытого огня открывают и фиксируют отсутствие или наличие вспышки паров над сосудом.
5. Отмечают минимальную температуру, при которой происходит вспышка смеси паров топлива с воздухом. Ее значение — температура вспышки в закрытом тигле дизельного топлива.

При повторении опыта в открытом тигле значение температуры вспышки увеличится.

Принято считать, что начальная температура возникновения вспышек паров при поднесении открытого огня — это температура вспышки дизельного топлива. ГОСТ 305-82 регламентирует ее в пределах 40-60 ºС для летнего дизтоплива, 35-40 ºС для зимнего, 30-35 ºС для арктического.

Очевидно, что температура вспышки зимнего дизельного топлива должна быть достаточно низкой, чтобы в условиях отрицательных температур дизельные двигатели могли работать стабильно. Температура вспышки летнего дизельного топлива имеет более высокое числовое значение, что объясняется требованиями пожарной безопасности.

Так, в условиях летней жары в машинном отделении тепловоза температура может подниматься до 60 ºС, поэтому использование топлива с низкой температурой вспышки в таких ситуациях недопустимо. Еще больше вопросы пожарной безопасности волнуют владельцев топлива и хозяйственников, отвечающих за его транспортировку и длительное хранение.

Другие температурные характеристики дизтоплива

Следует различать температуру вспышки и температуру воспламенения. Если вспышка топлива возможна при температурах 30-70 ºС, то воспламенение топлива (горение в течение 5 секунд не менее) возможно при температурах:

• для летнего дизтоплива – 69 ºС – 119 ºС;
• для зимнего – 62 ºС – 105 ºС;
• для арктического – 57 ºС – 100 ºС.

Еще выше температура самовоспламенения дизтоплива:

• для топлива Л — 300 ºС;
• для топлива З — 310 ºС;
• для топлива А — 330 ºС.

Температура горения всех марок дизельного топлива — около 1100 ºС.
Кипение дизельного топлива происходит при температурах:

• Л — 280 ºС;
• З — 280 ºС;
• А — 240 ºС.

На что влияет температура вспышки дизельного топлива?

Поскольку этот параметр определяется наименьшей температурой вспышки паров топлива, основное его назначение — установление степени пожаробезопасности. Топливо с низкими показателями температуры вспышки нельзя применять в пожароопасных местах.

Большое количество исследователей, особенно зарубежных, считают, что параметр температуры вспышки не определяет качество топлива и работы двигателя, а служит в основном мерилом пожарной опасности при транспортировке и хранении топлива. Так, импортные сорта дизтоплива допускают достаточно низкие показатели температур вспышки, доходящие до 38 ºС.

Тем не менее при достаточно высоком качестве топлива по другим показателям специалисты отдают всегда предпочтение дизтопливу с высоким значением температуры вспышки.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Поведение дизельного топлива при низких температурах, фильтруемость

При низких температурах осаждение кристаллов парафина может вызвать забивание топливного фильтра и, следовательно, прекращение подачи топлива. Начало осаждения парафина может в самом неблагоприятном случае начаться при температурах около 0°С. Чтобы предотвратить это, нужно при наступлении холодов заранее позаботиться о зимнем дизельном топливе.

Обычно добавки для улучшения текучести добавляются в процессе производства дизельного топлива. Они и не предотвращают осаждение парафина, а значительно ограничивают рост их кристаллов. Образующиеся кристаллы будут настолько малы, что они смогут проходить через поры топливного фильтра. В результате этого фильтруемость топлива может сохраняться вплоть до низких температур. Сопротивляемость к воздействию холода может быть улучшена еще больше с помощью добавок, которые предотвращают осаждение кристаллов парафина. Зимнее дизельное топливо, которое широко распространено в настоящее время, гарантирует сопротивление замерзанию (по российским стандартам до температуры -30°С, а арктическое топливо до -50°С). Дополнительными мерами являются подогрев топливного фильтра или добавление керосина в дизельное топливо. Подмешивание низкооктанового бензина также может воспрепятствовать осаждению парафина, однако в этом случае качество воспламенения ухудшится, и температура вспышки заметно уменьшится (бензин имеет очень низкое цетановое число).

Температура кипения в зависимости от марки

От температуры кипения мазута, а точнее, фракции нефти зависит его вязкость. Чем выше значение, при котором кипит фракция, тем более вязкой структурой обладает мазут. Как тяжелый нефтепродукт он начинает кипеть при температуре от 430 °C. При ней происходит кипение практического любого мазута, он начинает терять бензиновые, газойлевые и керосиновые фракции. Конкретное значение зависит от марки. М-40 и М-100 в сравнении с Ф5 являются более тяжелым топливом. По этой причине температура кипения мазута М-100 и М-40 будет выше, чем Ф5.

Температуры кипения разных продуктов перегонки нефти

Давление насыщенного пара

Давление насыщенных паров дизельного топлива — это равновесное количество пара вещества над жидкостью при установленных объёмах двух фаз и заданной температуре. Измеряется в Па или мм. рт. ст. на специальном устройстве.

Поскольку ДТ состоит из различного набора химических соединений, давление насыщенного пара зависит не только от марки продукта, но и от сорта нефти. Для дизельного топлива его значения составляют от 800 до 1333 Па или от 6 до 10 мм.рт. ст., для бензина — от 48 000 до 93 000Па или от 370 до 720 мм. рт. ст.

От плотности насыщенных паров топлива и состава фракций зависит, в свою очередь, испаряемость материала, то есть способность перехода из жидкого в газообразное состояние, определяющая качество запуска и работы двигателя.

Давление насыщенных паров ДТ тем выше, чем ниже температура кипения фракции. Чем легче фракции, тем проще запуск двигателя.

Класс опасности паров дизельного топлива

По ГОСТ 12.1.044 дизельное топливо — это легковоспламеняющаяся жидкость. В соответствии с ГОСТ 12.1.007 по степени воздействия на организм человека его относят к 4 классу опасности (малоопасная жидкость).

Предельная концентрация паров ДТ в рабочей зоне — 300 мг/м³. Взрывоопасной считается также концентрация его паров в смеси с воздухом в диапазоне от 2 до 12 %. При наличии взрывоопасной концентрации нижним и верхним температурными пределами взрываемости насыщенных паров считаются 70 и 120 ºС соответственно.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Технология производства дизельного топлива

Дизтопливо – это вязкая жидкость цвета, который зависит от количества смол в составе. Оттенок может быть от желтого до светло-коричневого. Горючее получают путем перегонки нефти. Сырье нагревают до нужной температуры, и из него выкипают определенные фракции, не только дизельные.

Газойлевые и керосиновые фракции – то, из чего преимущественно состоит дизельное топливо. Для них характерны высокие температуры кипения – 180-360 °C. Для каждой марки дизтоплива установлены температурные значения выкипания:

• 50% перегоняется при температуре не выше 280 °C для летней, межсезонной и зимней марки, не выше 255 °C – для арктической;
• 95% по объему перегоняется при температуре не выше 360 °C для всех марок дизтоплива.

Указанные температуры характеризуют фракционный состав дизельного топлива, установленный п. 5.2 ГОСТ 305-2013. Фракции определяют в соответствии с ГОСТ ISO 3405-2013. Не допускается, чтобы температуре перегонки была ниже 200 °C и выше 360 °C. Знать фракционный состав важно, поскольку это помогает определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какой будет токсичность отработанных газов и степень дымности.

Установка для производства дизельного топлива

Если говорить о том, как получается дизельное топливо, то можно выделить следующие основные этапы:

• В ректификационных колоннах нефть делят на несколько фракций: бензиновую, керосиновую, дизельную и мазут. Колонны представляют собой аппараты для разделения жидких смесей, компоненты которых кипят при разной температуре.
• Дизельную фракцию подвергают вторичной переработке, чтобы добиться нужного химического состава и структуры углеводородов. С помощью каталитического (высокотемпературного) или гидрокрекинга горючее очищают от избытка серы.
• Прямогонные фракции совмещают с теми, что прошли гидроочистку, что позволяет соблюсти требования ГОСТа. В дизельное топливо высокого класса дополнительно вводят депрессорные и антидымные присадки.

Как работают ректификационные колонны

Здесь нужно сказать, что такое гидродизельное топливо. Оно представляет собой гомогенизированную (однородную) водотопливную эмульсию (ВТЭ), применение которой помогает уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ NO и CO и повысить коэффициент сжигания топлива.

В заключение

Теперь вам известно, при какой температуре застывает дизельное топливо. Это необходимо учитывать, поскольку для нормальной эксплуатации автомобиля важно использовать тот дизель, который не замерзнет в соответствующих условиях. В противном случае есть риск поломок топливной системы двигателя. Чтобы их избежать, можно использовать антигели, которые предотвращают застывание, что актуально, если нет уверенности в качестве заправляемого дизеля. Даже при его замерзании есть способы вернуть текучесть, поместив автомобиль в теплый гараж или использовав тепловую пушку. Главное – приобретать дизельное топливо, соответствующее температурным стандартам.

Когда мазут воспламеняется и самовоспламеняется

Температура воспламенения мазута составляет 91-355 °C. Под этим показателем понимают температуру, при которой в воздухе образуется смесь паров горючего и воздуха, начинающая гореть, если рядом находится источник огня.

Температура самовоспламенения мазута находится в пределах 500-600 °C. При таких значениях нефтепродукт может воспламениться без внешнего источника огня. Взрывоопасной концентрацией смеси паров мазута с воздухом считается 1,4-8%.

Оптимальная температура мазута при транспортировке

При перевозке учитывается еще один показатель – температура застывания. Достигая этой границы, нефтепродукт просто застывает, из-за чего становится невозможно выполнять транспортировку по трубопроводу, наполнение и слив из емкостей хранения.

Чтобы определить указанную температуру, мазут охлаждают до предполагаемого показателя застывания. Им считается значение в градусах, при котором нефтепродукт неподвижен в течение 1 мин. при условии нахождения в пробирке под углом 45°. Для М-100 этот показатель не должен превышать 25 °C, для М-50 – 10 °C, а для Ф5 – значения -5 °C. Для высокопарафинистого мазута М-100 максимальным считается значение 42 °C, а для марки М-40 – уже 25 °C.

Чтобы предотвратить застывание, при транспортировке регулируют вязкость мазута, которая измеряется в единицах условной вязкости (°ВУ). Оптимальным показателем для перевозки считают 2-3 °ВУ. При низкой температуре нефтепродукт становится более вязким, поэтому перед перекачкой по мазутопроводам, заполнением и ли сливом из емкостей продукт предварительно нагревают до нужной температуры. Но у каждого мазута своя оптимальная температура нагрева. С учетом состава она варьируется в пределах 80-140 °C.

Главное при перевозке – не достичь температуры начала кипения мазута, поскольку это приведет к образованию газов, которые вызовут пульсацию в трубопроводах. Также вскипание не допускается по требованиям пожарной безопасности.

Добавки (присадки)

Улучшение качества путем добавления присадок, что является обычной практикой для бензина уже в течение многих лет, стало недавно популярным и для дизельного топлива (дизельное топливо марок Super и Premiom). Используются в основном такие добавки, которые оказывают множественное действие:

• присадки для улучшения воспламенения увеличивают цетановое число и отвечают, в частности, за более «мягкое» сгорание;
• моющие присадки (детергенты) используются для предотвращения закоксовывания форсунок;
• ингибиторы (замедлители) коррозии необходимы для предотвращения коррозии металлических деталей (в случае попадания воды в топливную систему);
• антивспенивающие присадки служат для облегчения заполнения топливного бака.

Общая концентрация присадок обычно не превышает 0,1%, так что такие физические характеристики топлива как плотность, вязкость и кривая кипения не изменяются.

Вывод

Зная, при какой температуре кипит и вспыхивает мазут, можно обеспечить режим, оптимальный для перекачки и слива нефтепродукта. Условия его использования напрямую зависят от температурных показателей. Они определяются составом и физико-химическими свойствами исходного сырья, а также считаются важными параметрами для оценки качества мазута.