Исследование качества арктического дизельного топлива привозимого в Республику Саха (Якутия)

Республика Саха (Якутия) характеризуется труднодоступностью и удаленностью населенных пунктов от центров муниципальных районов. По официальным данным, в настоящее время таких пунктов здесь насчитывается 297. Природно-климатические условия на большей части территории Якутии суровые и даже экстремальные.

Основные жизненно важные товары – продовольствие и нефтепродукты до труднодоступных пунктов доставляют по зимникам так называемым «северным завозом».

Развитие транспортной и энергетической отрасли Республики Саха связано с возрастающим использованием дизельной техники.

Основной проблемой «северного завоза» наземным путем и надежной эксплуатации дизельных электростанций является качество Для цитирования

используемого топлива. Это связано с трудностями запуска дизельных двигателей при низких температурах окружающей среды. Климатические условия республики обусловливают большую потребность в высококачественных низкоза-стывающих дизельных топливах.

Одним из путей решения этой проблемы является мониторинг качества арктических дизельных топлив привозимых в Республику Саха.

Материалы и методы

Образцы арктического дизельного топлива были представлены из различных автозаправочных станций центральной, северной и заречной части. Все образцы разделены на три группы, в каждой группе были взяты по 3 образца арктического дизельного топлива. I центральная группа районов (ЦГР),

II северная группа районов (СГР), III заречная группа районов (ЗР). Дизельные топлива взяты у 3 крупных поставщиков моторных топлив: ОАО «Якутская топливно-энергетическая компания» (топливо № 1 у всех районов), ОАО «Саханефтегазсбыт» (топливо № 2 у всех районов), ОАО «Туймаада-нефть» (топливо № 3 для всех районов). Итого 9 образцов топлива: топливо № 1 ЦГР, топливо № 2 ЦГР, топливо № 3 ЦГР, топливо № 1 СГР, топливо № 2 СГР, топливо № 3 СГР, топливо № 1 ЗР, топливо № 2 ЗР, топливо № 3 ЗР.

Для экспериментального исследования были выбраны следующие основные показатели качества (ГОСТ 305-82): плотность, вязкость, фракционный состав, цетановое число, низкотемпературные характеристики (температура помутнения, застывания, предельная температура фильтруемости).

Программа исследований предполагала изучение методики по определению эксплуатационных свойств арктического дизельного топлива.

Для решения поставленных задач предусматриваются экспериментальные исследования по следующим стандартным направлениям: ГОСТ Р 51096-97 «Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром»; ГОСТ 33-2000 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости»; ГОСТ 2177-99 «Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава нефтепродуктов»; ГОСТ Р 52709-2007 «Топлива дизельные. Определение цетанового числа»; ГОСТ 20287-91 «Нефтепродукты. Методы определения температуры текучести и застывания»; ГОСТ 5066-91 «Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации»; ГОСТ 22254-92 «Топливо дизельное. Метод определения предельной температуры фильтруемости на холодном фильтре».

Результаты и обсуждение

Результаты исследования представлены в виде гистограмм распределения значений показателей качества.

Плотность у представленных образцов дизельного топлива не одинакова. По плотности топлива можно судить о преобладании различных (ароматических, парафиновых и нафтеновых) групп углеводородов. Например, самой меньшей плотностью обладают парафиновые углеводороды, больше, чем парафиновые, обладают ароматические углеводороды. А нафтеновые занимают промежуточное положение. Дизельное топливо при впрыске дозируется насосом по объему. Следовательно, с повышением плотности топлива подача его увеличивается и рабочая смесь обогащается [1]. Плотность дизельных топлив для быстроходных дизелей при 20 °С лежит в пределах 820–840 кг\м3. Исследования показали, что большинство представленных образцов арктического дизельного топлива имеют плотность, близкую к 820 кг\м3. Эти результаты вполне отвечают требованиям ГОСТа. Однако образцы топлива № 1 ЦГР, № 1 СВР и № 3 СВР обладают самой большой плотностью, и лежат в интервале от 830 до 840 кг\м3. Это означает, что топливо содержит в себе много парафиновых углеводородов (рисунок 1.).

Рисунок 1. Распределение плотности при 20 °С

Figure 1. Density distribution at 20 °C

Вязкость – показатель прокачиваемости топлива [1]. При слишком высокой вязкости снижается степень распыления, но и снижение вязкости приводит к увеличению износа топливопровода. У представленных образцов дизельного топлива вязкость лежит в интервале от 1,6 до 2,9 мм²\с (сСт), что отвечает требованиям ГОСТ 305-82 (рисунок 2) .

Рисунок 2. Распределение значений кинематической вязкости при 20 °С мм²/с (сСт)

Figure 2. The distribution of values of kinematic viscosity at 20 °C mm2/s (cSt)

Фракционный состав дизельного топлива оказывает большое влияние на скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыска. Однако облегчение фракционного состава ухудшает воспламенительные свойства дизельного топлива [2].

По ГОСТу оптимальная перегонка 50% объема топлива должна испариться при температуре не выше 255 °С. У образцов арктического дизельного топлива, представленных на исследование, значение отвечает требованиям ГОСТ, однако у образца № 1 СГР слишком облегченный состав. Это свидетельствует о том, что возможно дизельное топливо было смешано с бензиновыми фракциями. (рисунок 3) . Интервал испарения 96% объема топлива лежит от 280 до 330 °С (рисунок 4) , что соответствует ГОСТ.

Рисунок 3. Распределение значений фракционного состава 50% разгонки

Figure 3. Distribution of values of fractional composition of 50% of acceleration

Рисунок 4. Распределений значений фракционного состава 96%

Figure 4. Distributions of values of the fractional composition 96%

ГОСТ 305-82 регламентирует только одну температуру (температуру застывания) из низкотемпературных свойств.

Температура застывания, определенная по стандартной методике, считается весьма приближенным показателем и не соответствует температуре потери подвижности нефтепродукта в условиях практического применения. Однако эта методика является простой и применяется для контроля качества нефтепродуктов. Застывание нефтепродукта связано с наличием в нем твердой фазы (выкристаллизовавшихся при низких температурах твердых углеводородов) [3]. Из исследуемых образцов арктического дизельного топлива наименьшей температурой застывания обладает топливо № 1 СГР, а наибольшей – № 2

ЦГР, № 2 СГР (рисунок 5)

Рисунок 5. Распределение значений температуры застывания , ° С

Figure 5. The distribution of values of the freezing temperature, °C

Температуры помутнения и начала кристаллизации характеризуют содержание в топливе воды и парафина: чем ниже температура помутнения топлива, тем меньше в нем содержится растворенной воды и парафина [4]. Интервал температуры помутнения у исследуемых образцов лежит от -28 (наименьшая у образца № 1 ЦГР) до -32 °С (наибольшая у образцов № 2 ЦГР и № 3 ЦГР) (рисунок 6) .

Рисунок 6. Распределение значений температуры помутнения, °С

Figure 6. The distribution of values of cloud temperature, °C

Предельная температура фильтруемости (ПТФ) – это характеристика топлива, указывающая на максимально низкую температуру, при которой оно еще способно проходить через фильтр или полностью теряет эту способность (или же 20 см3 фильтруются дольше мин) [5]. Максимальная ПТФ по результатам исследования оказалась у образца № 2 СГР (- °С), а минимальная ПТФ у образца № 1СГР (-36 °С).

Заключение

Результаты исследований показали, что:

• •    наибольшей плотностью обладает топливо № 1СГР, а наименьшей – топливо № 3 ЗР;

• •    наибольшей вязкостью обладает топливо № 2 СГР, а наименьшей – № 2 СГР;

• •    наибольшей испаряемостью обладает топливо № 1 СГР;

• •    самая низкая температура застывания у топлив № 2 ЦГР и № 2 СВР, равная -52 °С;

• •    самая низкая температура помутнения у топлив № 2 ЦГР и № 3 ЦГР, равная -32 °С;