Основные
характеристики качества мазута
Стремление к сокращению
затрат на приобретение топлива заставляет судовладельцев и изготовителей
судовых энергетических установок -
- использовать наиболее дешевые высоковязкие сорта углеводородных видов
топлива
- осуществлять поиск технических решений по снижению его расхода.
Мазут относится к группе остаточных фракций углеводородов, получаемых
в процессе переработки нефти. Свойства мазута зависят от исходных свойств
сырой нефти и глубины ее переработки на нефтеперерабатывающих заводах.
В мазуте, как конечном продукте нефтепереработки, сосредоточивается
балласт - негорючая часть, состоящая из минеральной массы, воды. В процессах
нефтекрекинга легкие углеводородные фракции, бензин, керосин, дизельное
топливо насыщаются содержащимся в нефти водородом в большей степени,
поэтому в мазуте содержание водорода по сравнению с сырой нефтью уменьшается,
что приводит к снижению его теплотворной способности.
Снижение теплотворной способности мазута обусловливается повышенным
содержанием в его составе серы, азота, кислорода, смол, асфальтенов,
золы, механических примесей.
В минеральной массе
мазута присутствует значительное количество различных металлов, в том
числе и ванадия. Ванадий сосредоточивается в нефтяных смолах, асфальтенах,
являющихся и основными серосодержащими компонентами. Окислы ванадия
вызывают как низкотемпературную так и высокотемпературную, при 600-700oС,
коррозию металлов, приводящую к разрушению поверхностей нагрева, уплотняющих
поверхностей выпускных клапанов и лопаток газовых турбин.
Согласно международным стандартам качества минеральная масса, содержащаяся
в мазуте, не должна превышать 0,1-0,3%, но, несмотря на малое ее содержание,
образующаяся при сжигании мазута зола, отлагаясь на поверхностях нагрева
котлоагрегатов, значительно уменьшает передачу тепла от продуктов сгорания.
Отложения золы на поверхностях деталей поршневой группы дизелей вызывают
ускоренный износ трущихся поверхностей, затрудняют отвод тепла к охлаждающим
средам.
При транспортировке и хранении в емкостях качество мазута изменяется.
В результате постоянного окисления, полимеризации, химических реакций,
углеводороды мазута превращаются в твердые продукты, выпадающие в осадок.
В холодную погоду во время разогрева железнодорожных цистерн острым
паром, содержание воды в мазуте может достигать 10-15%. Во время дальнейшего
хранения мазут дополнительно обводняется атмосферной влагой. Анализы
качества мазута, хранящегося в емкостях на одной из нефтебаз, показали,
что содержание воды в пробах, отобранных на уровне 4-5 м от днища, достигает
5%, а в придонных слоях -12%.
Бункерные
компании производят подогрев мазута в емкостях до температуры, при которой
обеспечивается перекачивание, смешивание мазута. При недостаточном подогреве
отстаивание воды в высоковязком мазуте, обладающем высокой плотностью,
становится практически невозможным и с большой вероятностью можно полагать,
что к потребителям поступает чрезмерно обводненный мазут. Качество мазута
может ухудшиться и при смешивании его в емкостях нефтебаз с мазутом,
в котором вследствие длительного хранения качественные характеристики
не отвечают стандартным требованиям. Бункерующие компании приобретают
партии топлива от различных поставщиков и смешивают их, выдерживая только
стандарты качества по вязкости, и почти не учитывают другие показатели.
Действуя таким образом, они основываются на международных стандартах
качества, которые не включают в себя проверку на степень очистки от
посторонних включений и на стабильность топлива, не определяют расчетный
углеродный ароматический индекс /CCAI/, оказывающий существенное влияние
на способность топлива к воспламенению. При индексе CCAI более 850-890
способность топлива к воспламенению резко ухудшается.
Это приводит к аварийному загрязнению продуктами сгорания цилиндро-поршневой
группы, выпускных клапанов, газотурбонагнетателей. Несгоревшее топливо
может накапливаться в газовыпускном тракте, что приводит к повышению
давления сгорания, стукам в цилиндрах, взрывам, пожару в выпускном тракте.
Повышенное содержание ароматических фракций наиболее возможно у топлива
с пониженной вязкостью от 180 сСт до 220 сСт, полученных при смешивании
дистиллятных топлив с высоковязким мазутом.
Смешивание же углеводородов различного природного происхождения,
имеющих несовместимое структурное строение молекул, может привести к
быстрой потере стабильности топлива. Использование нестабильного
топлива в энергетических установках вызывает быстрое отложение нефтешлама
в трубопроводах, непроходимость фильтров, приводит к аварийному загрязнению
продуктами сгорания деталей цилиндро-поршневой группы и узлов газовыпускного
тракта дизелей.
Бункерующие компании принимают меры по предотвращению поставки некачественного
топлива, но их возможности в повышении качества хранящегося мазута ограничены,
и они вынуждены производить его поставку потребителю в состоянии "как
есть". Поэтому каждая операция по смешиванию топлива несет в себе
неопределенность по качеству конечного продукта.
Для предотвращения негативных последствий судовая система топливоподготовки
должна быть снабжена эффективными техническими средствами, позволяющими
до сжигания мазута в энергетических установках улучшать его качественные
характеристики.
Улучшение физико-химических свойств мазута на судах достигается в результате
применения различных гомогенизирующих устройств. Гидродинамическое оборудование,
успешно применяется в топливных системах судовых энергетических установок
для гомогенизации топлива с 1985 г.
Применение гидродинамических устройств в судовой системе топливоподготовки
На судах дизельное
топливо и мазут хранятся в судовых танках раздельно. Если на судне установлено
эффективное смесительное оборудование, имеется система для подогрева
мазута в танках основного запаса и подогреватели, обеспечивающие подогрев
мазута до необходимой температуры, то смешивание топлива для корректировки
вязкости мазута целесообразно производить на судне. В этом случае
исключается риск получения от бункерующих компаний большого объема нестабильного
топлива, предотвращаются последствия его негативного воздействия на
состояние энергетических установок и их систем, и появляется возможность
использования более дешевых сортов мазута.
Смешивание топлива на судне с одновременным улучшением качественных
характеристик производится по мере уменьшения его объема в отстойных
расходных емкостях, из которых обеспечивается подача топлива к судовым
энергетическим установкам.
Сокращение времени
между гидродинамической обработкой топлива в смесительных устройствах
и его сжиганием в энергетических установках не позволяет активным углеводородным
радикалам, из-за недостатка времени на осуществление обратных химических
реакций, возвратиться в исходное состояние, что и является одним из
факторов повышения эффективности использования топлива.
Исследования, проведенные после процесса гомогенизации, подтвердили
глубокие структурные изменения в молекулярном составе углеводородов,
повышение степени дисперсности асфальтенов, карбенов, карбоидов до размерного
ряда частиц 2-3 мкм. Длинные молекулярные цепи преобразовывались в легкие
углеводородные радикалы газовых, дистиллятных топливных фракций. При
этом вязкость мазута может быть уменьшена до 20%, плотность на 2,5%.
Приобретенные после гомогенизации качественные характеристики
сохранялись длительное время. Измельчение остаточных фракций способствовало
сокращению потери горючей части топлива на 85%, ранее удаляемой в процессе
сепарирования топлива в виде нефтешлама.
Применение гидродинамических устройств в топливной системе дизелей
обусловливается необходимостью повышения дисперсности, преобразования
углеводородных молекул остаточных фракций мазута в более активные радикалы,
ускоряющих в цилиндрах дизеля процесс сгорания.
Гомогенизация топлива непосредственно перед процессом сгорания,
перевод рабочего процесса судовых дизелей на высокодисперсную эмульсию
в настоящее время интенсивно применяется практически всеми ведущими
дизелестроительными концернами для повышения эффективности использования
топлива и предотвращения загрязнения окружающей среды вредными
примесями уходящих газов. |
