2.7. Топливо и его свойства

На всех судах (кроме атомоходов) для получения пара и горячей воды используют жидкое топливо органического происхождения, состоящее в основном из углеродистых и углеводородистых соединений. Химический анализ топлива показывает, что оно состоит из семи компонентов и его элементарный состав можно выразить формулой (если доли компонентов выразить в процентах)

С+H+S+N+O+A+W = 100 %, (4)

где С – углерод – 82÷86 % всего состава;

Н – водород – 10,5÷11,5 %;

S – сера – 0,5÷3,5%;

N – азот – 0,2÷0,3%;

О – кислород – 0,3÷0,5%;

W – влага (вода) – 1÷3% ;

А – зола – 0,1÷0,3 %.

Наиболее ценными составляющими жидкого топлива являются углерод и водород, так как вместе с частью серы они являются горючими элементами. Кислород служит окислителем, находится в соединении с горючими элементами топлива и поэтому уменьшает его теплоту сгорания (см. ниже). Азот топлива является его инертной составляющей, поэтому его включают в балласт.

Сера может быть разделена на горючую и негорючую, относится к вредным составляющим топлива по следующей причине. При горении топлива с серой получается двуокись серы SO₂, часть которой окисляется, образуя высший окисел SO₃. При этом в продуктах сгорания всегда имеются пары воды, которые образуют с парами SO₃ пары серной кислоты H₂ SO₄. В случае, если температура стенки труб будет равна или меньше температуры конденсации этой смеси, эта смесь конденсируется на стенке и начнется коррозия стенки.

Зола топлива состоит из элементов, образующих негорючие минеральные соединения и золой принято считать остаток, получающийся от прокаливания топлива при 800°С.

Влага топлива является нежелательной примесью, так как не только уменьшается содержание горючих элементов, но и на ее парообразование (которое обязательно происходит) тратится часть теплоты сгорания топлива. От влаги топливо освобождается при сушке с температурой, немного превышающей 100°С.

Кроме элементарного состава к важнейшим характеристикам топлива относится теплота сгорания (высшая и низшая) и вязкость.

Высшая теплота сгорания топлива Q_в^p – количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 кг топлива при условии конденсации образующихся при сгорании паров воды. В реальных условиях, например при сгорании топлива в котле, стараются не допускать конденсации паров воды во избежание образования агрессивной серной кислоты. Поэтому на практике пользуются понятием низшей теплоты сгорания топлива Q_н^p – это количество теплоты, выделенной при полном сгорании топлива за вычетом теплоты конденсации паров воды, содержащейся в топливе.

К менее важным характеристикам, имеющим большое значение для топливоподготовки, перекачки и сжигания, относятся вязкость, температуры застывания, вспышки и воспламенения топлива.

Вязкость топлива оказывает существенное влияние на перекачку его по трубопроводам и качество распыливания через форсунки.

Вязкостью называется способность жидкости сопротивляться сдвигающим усилиям, т.е. чем больше вязкость жидкости, тем она менее текуча.

Вязкость чаще измеряется в градусах вязкости условной ВУ – это отношение времени вытекания 200 мл испытываемой жидкости через калиброванное отверстие диаметром 2,8 мм ко времени вытекания через то же отверстие такого же количества воды при температуре 20°С. С повышением температуры вязкость топлива снижается и качество распыливания подогретого топлива увеличивается. Поэтому топливо подогревается перед подачей в форсунки до температуры 70÷110°С (в зависимости от его марки), а для измерения вязкости топливо подогревают до температуры 50°С или 80°С. Например: мазут марки 40 имеет вязкость 40°ВУ при t=50°С, а моторное топливо подогревают до такой температуры, при которой его вязкость составляет 1,8÷2,5°ВУ. Для перекачки жидкого топлива его обычно подогревают до 40÷50°С.

Температура застывания – температура, при которой топливо перестает течь. Для судовых топлив диапазон температур застывания составляет –11°С÷ +36° С, что объясняется различным содержанием парафинов.

Температура вспышки – это минимальная температура при которой пары жидкого топлива вспыхивают при поднесении открытого пламени, но само топливо не воспламеняется.

Температурой воспламенения называется температура, при которой после вспышки топливо загорается с поверхности, и горение продолжается не менее 5 сек. Обычно температура воспламенения превышает температуру вспышки на 15÷25°С и более. Очевидно, что эти температуры (вспышки и воспламенения) характеризуют степень огнеопасности топлива и поэтому с точки зрения пожарной безопасности предпочтительны нефтепродукты с высокой температурой вспышки. К примеру, топочные мазуты имеют температуру вспышки 80÷90°С.

Различные сорта жидкого топлива и масло получаются при переработке сырой нефти, и топливо делится на тяжелое (темное) и легкое (светлое). К тяжелому топливу относится моторное топливо и мазут. К легкому – бензин, керосин и дизельное топливо.

Дизельное топливо (как впрочем, и бензин и керосин) получают как дистиллят при фракционной перегонке нефти.

Моторное топливо получают смешиванием дистиллятного топлива с остаточными продуктами переработки нефти – мазутами.