Масленников Ростислав Ростиславович, Ермак Владимир 7 страница

испытуемом бензине не превышает допустимого предела, и, в частно-

сти, в нем содержание элементарной серы не более 0,0015 %, а серо-

водорода – не более 0,0003 %.

К этой группе сернистых соединений относятся: сера элемен-

тарная (S), сероводород (H2S) и меркаптаны – включение серы по свя-

зи С – Н (R – S – H). Активные сернистые соединения и сера элемен-

тарная при нормальных условиях разрушают все на своем пути: топ-

ливный бак, трубопроводы, фильтры, карбюраторы и даже двигатель.

Неактивные сернистые соединения – это сульфиды, соедине-

ния по связи С – С (R – S – R), дисульфиды (R – S2 – R), полисульфи-

ды(R – Sn – R), тиофаны и тиофены, практически не корродируют ме-

таллы при нормальных условиях, и с этой точки зрения нет смысла

требовать их полного отсутствия. Однако при полном сгорании в

двигателе они обязательно образуют сернистый (SO2) и серный (SO3)

газы, которые вызывают коррозию деталей двигателя. Кроме того,

сернистый и серный газы, проникая в картер двигателя и соприкаса-

ясь со сконденсировавшимися парами воды и кислородом воздуха,

образуют сильно корродирующую сернистую (H2SO3) и серную

(H2SO4) кислоты, которые окисляют масло и вызывают износ деталей.

Аналогичный процесс образования кислот протекает и в выхлопной

системе автомобиля, разрушая ее изнутри. Износ деталей возрастает с

увеличением содержания серы в бензине. Массовая доля серы в со-

временных бензинах не превышает 0,05 %. Кроме преждевременного

износа, сера и сернистые соединения снижают детонационную стой-

кость бензина, способствуют его осмолению, нагарообразованию в

двигателе и ускоряют процесс старения масла.

Смолы и химическая стабильность. Изменение первоначаль-

ных свойств бензина может произойти от химических превращений

его компонентов и, в первую очередь, от окисления непредельных уг-

леводородов. Количество смол в бензине непостоянно, оно увеличи-

вается за счет окислительной полимеризации углеводородов. Интен-

сивно процесс окисления протекает при повышенной температуре и

хорошем доступе воздуха. Во время транспортирования и хранения

бензина, кроме смол, образуются и нафтеновые кислоты.

Низкомолекулярные смолы растворяются в бензинах, придавая

ему желтизну, а в дальнейшем цвет может перейти в светло-

коричневый. Высокомолекулярные смолы в бензине растворяются

плохо, поэтому выпадают из него в осадок, кроме того, одновременно

на стенках тары, в которой они хранятся, откладывается слой смоли-

стых веществ. В автомобиле смолы оседают на стенках топливного

бака, топливопроводах, в карбюраторе, во впускном трубопроводе, на

стержнях впускных клапанов и т.д. В камере сгорания они образуют

нагар, способствуют пригоранию колец, зависанию клапанов, прово-

цируют детонацию и калильное зажигание.

Наименование Допустимая концентрация Агидол-1 (ТУ 38.5901237-90) До 0,1 % Агидол-12 (ТУ 38.30216371-88) До 0,3 %

Смолы ухудшают подачу бензина, нарушают работу топливного

насоса, карбюратора. Для восстановления работоспособности двига-

телей из топливной системы приходится периодически удалять обра-

зовавшиеся в ней отложения, что увеличивает затраты на техническое

обслуживание и ремонт двигателя, снижает техническую готовность

и надежность транспортного средства. Кроме смол, образовавшихся

при транспортировании и хранении, существует понятие фактиче-

ские смолы – это те смолы, которые уже имелись в бензине или обра-

зовались во время испытания и отгрузки.

Концентрация фактических смол в бензине строго ограничена и

устанавливается в миллиграммах на 100 мл бензина. При этом, учиты-

вая неизбежность осмоления бензина в процессе хранения, устанавли-

Таблица 3.6

Антиокислители, допущенные к применению

в Российской Федерации

вается предельное со-

держание смол на мес-

те производства и на

месте потребления.

Удалить смолы из сис-

темы питания автомо-

биля можно ацетоном.

Для предотвра-

щения преждевремен-

ного старения бензинов к ним добавляют присадки- антиокислители

(табл. 3.6).

3.9. Показатели, влияющие на сохранение

первоначальных качеств бензина

Сохранение первоначальных качеств бензина на возможно бо-

лее длительный срок в процессе транспортирования, хранения и ис-

пользования зависит от физической и химической стабильности.

Первоначальные качества бензина постепенно ухудшаются вследст-

вие происходящих в нем физико-химических процессов. В эксплуа-

тационных условиях автомобильное топливо подвергается воздейст-

вию внешних факторов, таких как кислород воздуха, нестабильная

температура, частое перемешивание при перекачивании и транспор-

тировании, загрязнение влагой и механическими примесями, что при-

водит к ухудшению его фракционного и химического состава.

Физическая стабильность. Под ней подразумевается способ-

ность топлива сохранять свой фракционный состав и однородность.

Наиболее глубокие изменения свойств бензина могут произойти от

двух физических процессов испарения легких и выпадения кристал-

лов высокоплавких фракций.

Конструкции топливных баков, емкостей хранения исключают воз-

можность свободного сообщения их внутреннего объема с атмосферой.

Однако при транспортировании, хранении, заправке автомоби-

лей и всевозможных складских операциях происходит активное пе-

ремешивание с воздухом и испарение легких фракций. В результате

уменьшается количество бензина и одновременно ухудшаются его

эксплуатационные качества, в первую очередь пусковые свойства.

Физическую стабильность топлива оценивают и контролируют,

периодически проверяя плотность, давление насыщенных паров,

фракционный состав.

Для исключения испарения бензинов топливные баки и емкости

необходимо защищать от прямых солнечных лучей элементами кон-

струкции, специальными экранами, защитными насаждениями.

Кристаллизация углеводородов из стандартных автомобильных

бензинов происходит при очень низких температурах (~–60°С), по-

этому при эксплуатации автомобилей даже в суровых зимних услови-

ях не нарушается работа двигателей и систем питания.

Ароматические углеводороды обладают повышенной гигроско-

пичностью, а некоторые из них способны выкристаллизовываться из

топлива при повышенных температурах. Содержание ароматических

углеводородов в топливе ограничивается не только этими, но и дру-

гими эксплуатационными требованиями.

Химическая стабильность. Под химической стабильностью то-

плива понимают его способность сохранять без изменений свой хи-

мический состав. В условиях длительного хранения сернистые, ки-

слородные, азотистые и металлорганические соединения могут всту-

пать в реакции окисления и полимеризации, вызывая изменение экс-

плуатационных свойств бензина. Химическая стабильность зависит

от состава и строения входящих в бензин углеводородов. Процесс

окисления углеводородов топлива автокаталитический или самоуско-

ряющийся, так как продукты окисления сами являются катализатора-

ми. Объясняется это тем, что наряду с конечными продуктами проис-

ходит образование промежуточных нестойких соединений, разла-

гающихся с выделением энергии, достаточной для продолжения про-

цесса окисления. С увеличением молекулярной массы углеводородов

склонность их к окислению падает, а к полимеризации – возрастает.

Способность бензина сохранять свой состав неизменным оцени-

вают индукционным периодом.

Индукционный период определяют в бомбе, 1/3 объема которой

или 100 мл заполнены испытуемым топливом, а 2/3 кислородом.

Бомбу опускают в кипящую воду – 100°С, через некоторое время бен-

зин в бомбе начинает окисляться, на это расходуется часть кислорода,

и давление насыщенных паров в бомбе начинает падать.

Индукционным периодом называется время в минутах с мо-

мента погружения бомбы в кипящую воду до начала падения давле-

ния. Чем это время больше, тем выше стойкость бензина к окисле-

нию, тем лучшим эксплуатационным качеством он обладает.

Индукционный период на месте производства современных бен-

зинов от 600 до 1300 мин.

3.10. Токсичность бензина и влияние

продуктов сгорания на окружающую среду

В реальных условиях эксплуатации автомобилей трудно исклю-

чить попадание бензина на кожу работников транспортных предпри-

ятий и владельцев автомобилей, еще труднее исключить вдыхание

паров бензина, а во время ремонта двигателя соприкасаться с нага-

ром. Поэтому важно, чтобы бензин, его пары и нагар не представляли

опасности для здоровья человека.

Товарный бензин не представляет сколько-нибудь серьезной

опасности для человека, так как углеводороды сами по себе не опас-

ны, более того, достаточно вспомнить, что первые владельцы автомо-

билей покупали бензин в аптеках и парфюмерных лавках, он приме-

нялся как антисептик и как средство борьбы с насекомыми.

Частый контакт бензина с кожей сушит ее, приводит к шелуше-

нию, вызывает раздражение, экзему и другие заболевания. Кожа че-

ловека достаточно надежно защищает его от внешних воздействий, в

том числе и от воды. В воде кожа только набухает и для нее практи-

чески непроницаема, а легкие углеводороды проникают через нее

достаточно свободно и, всасываясь в кровь, могут вызвать явления

общего отравления. При мытье голыми руками деталей автомобиля в

бензине при ремонте через 5–7 мин в выдыхаемом моющим челове-

ком воздухе появляются пары бензина.

Продолжительное вдыхание паров бензина при концентрации его

в воздухе более 0,3 мг/л вредно влияет на нервную систему, вызывает

головную боль и общее недомогание, а при содержании 35–40 мг/л

вдыхание в течение 5–10 мин уже опасно для жизни. Однако при со-

блюдении обычных мер предосторожности вредное влияние бензина на

здоровье человека практически исключается (ПДК 100 мг/м3).

В связи с непрерывным увеличением парка автомобилей все

большее значение приобретает проблема уменьшения токсичности

отработавших газов автомобилей. Общая мощность автомобильных

двигателей в мире около 25 млрд кВт, для приведения их в движение

ежечасно расходуется топлива примерно 200 г/кВт⋅ч. В воздухе круп-

ных городов мира от 50 до 90 % вредных веществ составляют отрабо-

тавшие газы автомобилей. В среднем один легковой автомобиль в ок-

ружающую среду выбрасывает около 60 м3/ч, а грузовой – 120 м3/ч

отработавших газов. В отработавших газах автомобилей содержится

до 200 веществ, часть из которых токсична. Токсичность отработав-

ших газов обусловлена неполным сгоранием топлива и окислением

азота воздуха. Среди токсичных веществ в выхлопных газах у карбю-

раторного двигателя преобладают окись углерода (СО) 60–75 %,

окись и двуокись азота (NОх) 20–30 %, углеводороды (CnHm) 5–15 %

и сернистый (SO2) и серный (SO3) газы 3–7 %. Только чрезвычайно

ядовитой окиси углерода (СО) одна тысяча автомобилей выбрасывает

более 5000 м3/ч. При сжигании в автомобильном двигателе 1 т бензи-

на образуется 180–300 кг окиси углерода, 20–40 кг углеводородов и

25–45 кг оксидов азота.

Окись углерода – газ без цвета и запаха; образуется в результате

неполного сгорания топлива в двигателе. В отработавших газах дви-

гателей с искровым зажиганием в зависимости от регулировки кар-

бюратора и технического состояния двигателя содержание окиси уг-

лерода (СО) колеблется в пределах 0,1–10 % по объему.

Оксиды азота состоят в основном из окиси (NО) и двуокиси

(NО2) азота. Окись азота – бесцветный газ, двуокись азота – газ крас-

новато-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота образуют-

ся в двигателе при высокой температуре сгорания топлива. С окисью

углерода окислы азота находятся в обратной зависимости: при увели-

чении количества окиси углерода количество окислов азота уменьша-

ется и наоборот.

Серный и сернистый газы; их количество в выхлопных газах

зависит от содержания в топливе серы и сернистых соединений.

Углеводороды подразделяются на предельные, непредельные и

ароматические, в их числе есть и канцерогенные. Среди канцерогенов

наиболее опасным является 3,4-бенз-á-пирен. Появление углеводоро-

Режим проверки по частоте вра- щения коленча- того вала двига- теля Окись углерода, объемная доля в процентах (при регулировке) Углеводороды (объемная доля про- мили) для двигателей с числом ци- линдров до четырех (включительно) более четырех Минимальная 1,5     Повышенная 2,0

дов в отработавших газах связано с разложением и неполным окисле-

нием углеводородов топлива в двигателе.

Содержание углеводородов в отработавших газах во многом зави-

сит от технического состояния и регулировки двигателя. На холостом

ходу их содержание колеблется от 100 до 5000 % и более. Оценка ток-

сичности отработавших газов автомобильных двигателей осуществля-

ется путем проведения специальных испытаний. Испытания проводятся

по специально разработанному ездовому циклу, имитирующему дви-

жение автомобиля в городских условиях. При этом токсичность не

должна превышать норм, установленных Правилами № 15 и 83 ЕЭК

ООН для автомобилей с бензиновыми двигателями. В эксплуатации

токсичность отработавших газов автомобилей с бензиновыми двигате-

лями регламентируется ГОСТ 17.2.2.03–87 (табл. 3.7).

Таблица 3.7

Предельно допустимое содержание токсичных веществ в отработавших газах

Примечание: При контрольных проверках в эксплуатации допускается

содержание окиси углерода на минимальной частоте вращения при холостом

ходе до 3 %.

Проверка проводится при работе двигателя на двух режимах хо-

лостого хода при минимальной частоте вращения и повышенной – в

диапазоне от 2000 об/мин до 0,8 nном, где nном – частота вращения, соот-

ветствующая максимальной мощности.

Автомобили, токсичность отработавших газов которых превы-

шает установленные нормы, считаются неисправными и не подлежат

дальнейшей эксплуатации.

В таблице 3.8 приведены общие технические требования к со-

временным отечественным бензинам.

Наименование Показателя ГОСТ Р 51105-97 ТУ № 38.401-58-171-96       2 3 4 5 6 7 8 9 1. Детонационная стойкость:     Октановое число по исследо- вательскому методу не менее 80,0 91,0 95,0 98,0 80,0 92,0 95,0 98,0 Октановое число по моторно- му методу не менее 76,0 82,5 85,0 88,0 76,0 83,0 85,0 88,0 2. Концентрация свинца, г/дм, не более 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 3. Фракционный состав:     Температура начала перегон- о ки бензина, С, не выше: Летнего вида Зимнего вида 35 35 35 35 не нормируется 35 35 35 35 не нормируется 10 % бензина перегоняется о при температуре, С, не выше: Летнего вида Зимнего вида       ---       --- 50 % бензина перегоняется о при температуре, С, не выше: Летнего вида Зимнего вида       ----       ---- 90 % бензина перегоняется о при температуре, С, не выше:                 Летнего вида Зимнего вида       ----       ---- о Конец кипения бензина, С, не выше: Летнего вида Зимнего вида       ----         Остаток в колбе, % не более 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Остаток и потери, % не более 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4. Давление насыщенных па- ров, кПа, не более:                 Летнего вида 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 Зимнего вида 93,3 93,3 93,3 ---- 93,3 93,3 93,3 ---- 5. Кислотность, мг КОН/ 100 мл бензина, не более: 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 1,0 0,8 0,8 6. Концентрация фактических

Таблица 3. 8

Бензины автомобильные. Общие технические требования

Наименование Показателя ГОСТ Р 51105-97 ТУ № 38.401-58-171-96                 смол, мг/100 мл бензина, не более:                 на месте производства 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 на месте потребления 8,0 8,0 8,0 8,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7. Индукционный период на месте производства, мин, не менее:                 8. Массовая доля серы, %, не более 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 9. Объемная доля бензола, %, не более 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 10. Содержание МТБЭ, % об., не более                 11. Концентрация железа, г/дм, не более 0,037 0,037 0,037 0,037 0,037 0,037 0,037 0,037 12. Испытание на медной пла- стинке выдерживает выдерживает 13. Водорастворимые кислоты и щелочи отсутствие отсутствие 14. Механические примеси и вода отсутствие отсутствие 15. Массовая доля меркапта- новой серы, %, не более 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 о 3 16. Плотность при 20 С, кг/м, не более                 17. Цвет бесцветный или бледно- желтый бесцветный или бледно- желтый

4. Автомобильные дизельные топлива