Характеристики и свойства морских сортов топлива, особенности их использования

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА МОРСКИХ СОРТОВ ТОПЛИВА, ОСОБЕННОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. СПЕЦИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ

Историческая справка об Международных Стандартов на морские сорта топлива и современная ситуация в стандартизации качественных характеристик топлива

В конце 60-х и начале 70-х годов качество морских топлив было довольно предсказуемо и не возникало особых проблем при их использовании в судовых и стационарных энергетических установках.

При освещении этого вопроса, необходимо рассмотреть существовавшие в тот период времени требования (спрос) к его качеству. Остаточные топлива использовались, в основном, в котлах и малооборотных дизелях как судовых, так и береговых энергетических установках и газогенераторах, а, также там, где это было целесообразно как альтернатива твёрдым сортам топлива и газу.

Остаточные топлива, в то время, имели много наименований или аббревиатур такие, как:

-котельное топливо (Burner Fuel);

-тяжёлый мазут (Heavy Oil);

-котельный мазут (Boiler Oil);

-бункер С (Bunker C);

-класс G (Class G);

Потребители морских сортов топлив были больше знакомы с термином “Bunker C” который может быть отнесен к топливу "Class G", внесенное в перечень топлив Британского Стандарта ВS 2869: 1970.

В первой половине 70-х годов, оригиналу Британского Стандарта 1957года с последующими редакциями (уточнениями) произведенными в 1970, 1972 и 1974 годах, придавали большое значение. В последнюю его редакцию было внесено разделение сортов топлива: для использования в топочных устройствах и двигателях (дизелях). Однако, основными для судовых дизелей были лёгкие сорта - газойли и дизельные топлива и мало внимания уделялось растущим потребностям в остаточных топливах, которые начали широко применяться в мощных дизельных установках. В связи с отсутствием стандартов на остаточные топлива, у их производителей и потребителей возникло ряд проблем.

С целью их решения, под эгидой Британского Стандарта, была создана рабочая группа и, после продолжительных консультаций с заинтересованными сторонами, был разработан проект Стандарта на морские сорта топлив.

В тоже время, была проявлена заинтересованность, в решении этой важной проблемы, Международной Организации по Стандартизации (ISO) и Международным Советом по двигателям внутреннего сгорания (CIMAC), которые постоянно информировались о ходе этих работ.

Вcем заинтересованным сторонам было ясно, что разработка Международных Стандартов на морские топлива окажет положительное влияние на развитие Международной морской индустрии.

Проект Британского стандарта был передан, созданной в ISO, рабочей группе (180/ТС 28/SС 4/WG 6), в целях дальнейшего его развития и трансформации в Международный Стандарт.

Любое Международное Соглашение является комплексным и продолжительным процессом, поэтому, участники рабочей группы понимали, что пройдет несколько лет, прежде чем ISO опубликует (утвердит) Стандарт. В связи с этим обстоятельством, Британский Комитет Стандартов опубликовал в 1981 году свой проект Спецификации на топлива. Впоследствии был издан Британский Стандарт ВSМА 100:1982, который и стал первым официальным Стандартом на морские топлива.

В течении 80-х годов Стандарт ВSМА 100:1982 был основным документом как для потребителей так и производителей (продавцов) топлива. На его основе, были внесены новые условия во многие чартерные соглашения, относительно качественных характеристик используемых на судах топлив. Технические отделы судоходных компаний стали более осведомлёнными о влиянии качественных характеристик топлива на работу двигателей и сопутствующих проблемах. Они стали влиять на поставщиков топлива за счёт выбора (селекции) топлив, ориентируясь на их качественные характеристики. Постепенно участники морской индустрии начали понимать что практика заказов топлива основанная только на одной вязкости была недостаточной, если претензии и связанные с ними разбирательства, являются следствием использования топлив низкого качества.

В конце 70-х и начале 80-х годов рабочие группы Британского Стандарта (ВS) и ISO работали над стандартами на топлива, в этом направлении также активизировал свою деятельность и СIМАС. СIМАС сохранил постоянный комитет, который, ещё до 1978 года, разработал спецификацию на тяжёлые топлива для использования в судовых и береговых силовых энергетических установках. Окончательная версия рекомендаций СIМАС, относительно требований к остаточным топливам (класса RF) для дизелей, были официально изданы в 1986 году. Однако, эти требования публиковались и ранее, в виде технических отчётов, статьях и др.

Следует обратить внимание, что рекомендации СIМАС, в основном, относились к «уже поставленным на борт судна остаточным топливам». Иными словами, как осуществить подготовку и обработку топлива перед его использованием.

Главное отличие между ISO, ВS и CIМАС заключается в том, что деятельность ISO и ВS была направлена не только на разработку требований, определяющих стандарты качества для различных сортов топлива, они учитывали и то, что топлива должны обладать доступностью на рынке для потребителей.

СIМАС, представляя интересы машиностроителей и эксплуатационников, при разработке требований для топлив, обращал основное внимание на то, чтобы они могли использоваться в старых и новых модификациях двигателей. Учитывалось также и то, что суда более ранней постройки не были оборудованы соответствующими установками по обработке и подготовки топлив и не могли использовать низкосортные топлива.

В 1987 году рабочая группа ISO завершила все стадии подготовки, включая апробацию первого Международного Стандарта морских топлив, который был опубликован в том же году и имел название:

«Международный Стандарт ISO 8217 нефтепродуктов - топлива (класса F)- Спецификация для морских топлив»

В то же время производители и потребители топлив находились в условиях некоторой неопределённости, так как одновременно существовали действующие стандарты на топлива: ВSМА 100:1982, ISO 8217 и СIМАС.

Кроме того, не был отменён Стандарт классификации морских топлив: ISO 8216/1; он представлял обозначения сортов топлив и градацию их по категориям, а также описание показателей (характеристик), обозначенных в Стандарте ISO 8217.

В итоге Британский Стандарт ВSМА 100:1982 был отменён. Его заменил, идентичный Стандарту ISO 8217, Стандарт ВSМА 100:1989, устранивший существующие несоответствия.

В 1990 году СIМАС опубликовал 3-ю редакцию рекомендаций, относительно требований к топливам для дизельных двигателей.

В 1994 году рабочая группа на правах комитета ISO подготовила первый проект поправок и уточнений к стандарту ISO 8217 (ISO СD 8217 1994). Поправки заключались в уточнении включённых в Стандарт предельного значения содержания в топливе «Общего осадка» (То1а1 Sediment) и катализатора - «Алюминия и Силикона» (Aluminum + Silicon). Это стало возможным, в результате одобрения ISO соответствующих методов проверки (испытаний). Позднее, в том же году, проект стандарта подготовленный комитетом был представлен заинтересованным государствам - членам ISO для рассмотрения и утверждения как проект Международного Стандарта (ISO/DIS 8217). В окончательном виде, первая редакция стандарта ISO 8217 была опубликована в марте 1996 года. Следует отметить, что Британский Стандарт ВSМА 100:1989 идентичен Стандарту ISO 8217 1987.

В настоящее время основное количество потребителей топлива заказывают его в соответствии со Стандартом ISO 8217 1996. Стандарт ISO 8217 1996, используется в программах проверки качественных характеристик топлива, при этом учитываются рекомендации СIМАС 1990.

Спецификации топлив, разрабатываемые нефтеперерабатывающими компаниями

Некоторые основные нефтяные компании разработали собственные спецификации производимых ими топлив. Компания «SHELL», наиболее полно обеспечивает своих клиентов детализацией показателей качественных характеристик на производимые компанией дистиллатные и остаточные сорта топлив. Эту информацию потребители получают при заказах (заявках) на топлива перед бункеровками.

В дополнении к общим характеристикам на топлива, фирма «SHELL» также указывает на существование различия показателях в зависимости от региона поставок.

Подробная информация может быть получена из их буклета «Known Your Fuels» («Знакомство с Вашим топливом»).

Другие поставщики топлив также разрабатывают спецификации на топлива целях внутреннего контроля качества и для информации своих клиентов.

Потребители могут обращаться к поставщикам (производителям) топлив за информацией о специальных характеристиках топлива, не учитываемые в Стандартах, как обязательные. Однако они всегда должны согласовываться находиться в соответствии с условиями поставщика топлива.

Некоторые рекомендации, которые должны учитываться при выборе сорта используемого на судне топлива

Тяжёлые остаточные сорта топлив

Нельзя заказывать морские сорта топлива, основываясь только на значениях вязкости. Это может привести к дорогостоящим и длительным разбирательствам возникающих претензий. Перед определением сорта используемого топлива, необходимо произвести тщательный анализ возможностей и требовании судна и соотнести с действующим Международным Стандартом.

Первоначально должно быть выполнено подробное исследование и определены возможности судна в выработке требуемого количества тепла необходимого для подогрева топлива в цистернах хранения, системах перекачки, подготовки и подачи топлива.

В результате, должны быть установлены предельные значения вязкости и температуры застывания топлива.

Предельные значения плотности должны устанавливаться с учетом двух основных факторов:

во первых - возможностях сепарирования топлива;

во вторых- ограничений дизелестроителей относительно предельных значений CCAI

(Calculated Carbon Aromaticity Index).

Значения ССАI могут корректироваться исходя из соотношений плотности и вязкости (высокая плотность и/или низкая вязкость)

Иногда дизелестроители устанавливают ограничения относительно других качественных характеристик топлива, в целях обеспечения оптимальных процессов его воспламенения и сгорания.

Следует учитывать, что в каждом конкретном случае, судовладельцы устанавливают строго определённые предельные значения для следующих показателей: вода, сера, углерод (остаточный) и ванадий. Иногда дизелестроители могут рекомендовать судовладельцам интервал значений содержания в топливе: Na и Va ( Sodium and Vanadium) или их отношения (процентного cсодержания ).

Очень часто топливо со значением вязкости 180 cSt не является предпочтительней топлива с вязкостью 380 cSt при 50єC, хотя последнее обстоятельство обуславливает их более низкую цену.

При выборе максимальных значений вязкости определяющим фактором является возможность подогрева топлива до требуемых температур во всех элементах топливной системы при его хранении и перемещениях (перекачках).

Следует помнить, что чем выше вязкость топлива, тем меньше в нём содержится остатков катализаторов и они обладают более высокой стабильностью по сравнению с топливами имеющими низкую вязкость.

Кроме того, при использовании низковязких сортов топлив, могут возникнуть проблемы с качеством самовоспламенения, стабильностью и температурой застывания.

В результате тщательного анализа всех факторов судовладелец или компания осуществляющая техническое и коммерческое управление судном, должны определить значения спецификационных характеристик топлива для каждого конкретного судна и указывать их при заключении чартерных соглашений и в заявках поставщикам топлива. Основная проблема заключается в том что, несмотря на достаточно большой перечень требований к спецификацион-ным характеристикам который может быть представлен при заказе топлива, поставщик вероятнее всего, будет гарантировать соответствие своего топлива Британскому Стандарту (В8МА) или Стандарту 180.

Однако некоторые поставщики не будут гарантировать и этого.

Следует учитывать что, поставщики, вероятнее всего, не будут иметь значений всех характеристик поставляемого топлива.

В этих случаях потребитель топлива будет являться источником информации относительно качества топлива, если он пользуется услугами служб осуществляющих анализ топлива (лабораторий специализирующихся на анализе топлив), в соответствии с требованиями действующих Стандартов.

Приведение описания очень подробной и детальной спецификации топлива в чартерных соглашениях не желательно, поскольку это может отрицательно повлиять на потенциальных фрахтователей при выборе судна и предпочтение будет отдано тем судам, у которых менее жёсткие требования к характеристикам топлива.

Жёсткие требования, в отношении соблюдения спецификационных показателей используемых топлив, оговариваемые в чартерных соглашениях, являются обязательными и часто являются предметом дебатов и спорных разбирательств.

С учётом вышесказанного, при заказах топлива и в чартерных соглашениях, в качестве классификатора качественных характеристик топлива, рекомендуется основываться на Международный Стандарт и морские сорта топлива ISO 8217 1987 и последующую его редакцию 1996 года.

В связи с этим, Британский Стандарт ВSМА 100 1982, в настоящее время, не должен использоваться, так как он был заменён последней версией Британского Стандарта ВSМА 100 1989, который, как указывалось ранее, фактически идентичен Стандарту ISO 8217 1996.

Произведя анализ всех факторов влияния качественных характеристик топлива на надёжность работы двигателя и функционирование систем перекачки, подготовки и подачи топлива, судовладелец должен, согласуясь со Стандартом ISO, выбрать сорт топлива, который бы по своим параметрам в наибольшей мере соответствовал требованиям конкретного судна.

Например, судовладелец решил, что топливо по классификации ISO RME-25 наиболее подходит конкретному судну, но желает, чтобы были соблюдены требования в отношении предельного значения ССАI, который не указан в Стандарте. В этом случае в чартерном соглашении уместной была бы следующая запись:

«Fuel for main engine should meet the requirement of International Standard ISO 8217 1996 RME 25. In additional, CCAI should not exceed 860» .

«Топливо для главного двигателя марки RМЕ25 должно удовлетворять Международному Стандарту ISO 8217 1996 года. В дополнение, значение ССAI недолжно превышать 860».

Топлива для использования во вспомогательных двигателях

На некоторых судах вспомогательные двигатели приспособлены к использованию остаточных топлив, на которых работают главные двигатели.

В каждом случае судовладелец должен быть уверен, что покупая топливо он

приобретает требуемый сорт топлива в полном соответствии с требованиями Стандарта ISO 8217, как это было указано выше.

Не смотря на то, что некоторые вспомогательные двигатели приспособлены для работы на остаточных сортах топлива, должны быть предприняты определенные меры предосторожности исключающие длительную работу вспомогательных двигателей на режимах сниженных нагрузок. Это может привести к возникновению проблем связанных с воспламенением и сгоранием топлива, что приводит к значительным загрязнениям двигателей и последующим ростом затрат на техническое обслуживание.

Топливные системы некоторых вспомогательных двигателей оборудуются смесителями (блендерами), которые позволяют обслуживающему персоналу производить смешивание остаточных и дистиллатных топлив на борту судна.

Так как качественные характеристики смешиваемых остаточных и дистиллатных топлив изменяются при каждой бункеровке, оптимальное соотношение смешиваемых компонентов должны, в каждом конкретном случае, рассчитываться и уточняться.

Однако, как показывает опыт технической эксплуатации, в последнее время иностранные судовладельцы начали отказываться от практики применения, для вспомогательных двигателей, как дистиллатных топлив так и топлив полученных в результате смешивания MGO и IFO в смесителях (блендерах). В результате этого, в настоящее время, для современных вспомогательных двигателей используются марки того же топлива, что и для главных двигателей. Использование тяжелых сортов топлива для вспомогательных двигателей обусловлено экономическими соображениями. Необходимо также отметить, что современные вспомогательные ДГ приспособлены для работы на мазутах. Однако, топливная система судна устроена так, что в случае надобности можно перевести работу ГД, ДГ и ВК на дистиллатные топлива (MGO).

Дистиллатные топлива.

Морские сорта дизельных топлив используются, в основном, во вспомогательных дизелях. Хотя дистиллатные топлива имеют более высокую цену, чем остаточные. Они не нуждаются в подогреве и требуют меньше затрат на их обработку и подготовку к использованию. Однако, некоторые их сорта могут содержать не большие количества, до 10% остаточных компонентов.

Стандарт ISO 1996 года, рекомендует четыре сорта дистиллатных топлив: DMX, DMA, DMB и DMC

DMX - является частым дистиллатным топливом, однако вследствие низкой температуры вспышки оно должно храниться и использоваться вне пределов машинного отделения. Это топливо используется в аварийных установках. Например: аварийных дизель-генераторах, двигателях спасательных шлюпок и приводных двигателях аварийных пожарных насосов.

DМА - также является чистым дистиллатным топливом и, по виду, должно быть светлым и прозрачным. Это топливо может иногда встретится под названием «Газойль» (Marine Gasoil).

DМВ - по своим характеристикам, подобен DМА, однако, может содержать, небольшие количества (следы) остаточных компонентов, которое придаёт ему тёмный цвет.

DМС - включает в себя большее количество остаточных компонентов чем DМВ, что отражается в высоком уровне содержания в нём тяжёлых углеводородов (асфальтенов), кроме того в нём допускается присутствие определённых количеств механических примесей: алюминия и кремния, а также ванадия.

В соответствии с существующими требованиями и правилами использования топлив на судах, топливо DМХ рекомендовано к применению только в аварийных установках: аварийные дизель-генераторы, двигатели спасательных шлюпок и приводные двигатели аварийных пожарных насосов.

Если судовладелец желает чтобы во вспомогательных дизелях использовался морской газойль (Marine Gasoil), он должен заказывать топливо DМА.

Выбор между DМВ и DМС должен быть произведён на основе анализа рекомендаций дизелестроителей.

Некоторые потребители топлива не используют классификацию сортов топлив в соответствии со Стандартом ISO 8217 1996 и просто указывают, что они хотят приобрести морское дизельное топливо (Marine Diesel oil). В этих случаях поставщики, вероятнее всего, предположат, что это должно быть топливо DМС по классификации Стандарта ISO 8217 1996.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВ

Плотность («Density»)

Плотность представляет собой отношение массы вещества к занимаемому им объёму при определённой температуре.

Значения плотности зависит от температуры, которая определяется коэффициентом расширения вещества. В связи с этим значения плотности должны сопровождаться указаниями единиц измерений и температур, при которых они были установлены или к которой были пересчитаны (приведены) в системе оценок ISO.

Обычно, в системе оценок ISO, плотность нефтепродуктов имеет размерность кг/мі, однако могут использоваться и другие единицы, такие, как: кg/liter, g/ml или g/liter.

Стандартная температура, к которой приводят (пересчитывают) плотность нефтепродуктов при проведении торговых операций, является 15°С.

Удельный вес («Specific Gravity», SG) вещества определяется как отношение массы содержащейся в заданном объёме, при некоторой температуре, к массе эквивалентного объёма воды при той же температуре.

Следовательно, характеристика удельного веса вещества, должна сопровождаться ссылкой на стандартную температуру SG при 60/60є или SG при 15/15°С.

Таким образом, значение величины SG при 20/4°С, является некорректным по своей сущности. Правильнее применить более подходящий термин, в этом случае, это был бы «Относительная плотность» («Relative Density», RD), которая определяется как отношение массы вещества содержащейся в заданном объёме, при температуре Т1, к массе чистой воды (дистиллята) содержащейся в том же объеме при температуре Т2.

Вследствие того, что SG и RD являются отношением, они не имеют размерности. Однако их значения должны сопровождаться ссылками на соответствующие значения температуры. Рекомендуется стандартная температура при этом составляет 60°F. Так как 1 ml дистиллата при 4°С весит 1g, то плотность вещества при T1 °С эквивалента относительной плотности при Т2/4°С.

Термины «Плотность в вакууме» («Density in Vacuum») или «Плотность в воздухе» («Density in Air»), которые иногда используются в доставочных квитанциях на бункер, вносят неточности (разночтения) и требуют пояснений.

В связи с тем, что рассмотренные выше показатели плотности являются отношением массы вещества к занимаемому объёму (а не веса к занимаемому объёму), то в соответствии с этой формальной характеристикой, значение плотности должно определяться в вакууме. Не смотря на то что термин «плотность в воздухе» используется довольно часто, он является некорректным, и должен трактоваться как: «Фактор Веса» («Weight Factor»). Это объясняется тем, что вещество взвешенное в воздушной среде находиться под воздействием сил со стороны атмосферного воздуха, оказывающих незначительный поддерживающий или выталкивающим эффект (эффект плавучести). Таким образом: вес жидкости измеренный в воздухе, оказывается немного меньшим, чем её вес в вакууме.

В большинстве стран вес нефтепродуктов, включая бункерное топливо, рассчитывается в воздухе, хотя известны некоторые исключения, когда вес исчисляется в вакууме. Стандартные измерители плотности (ареометры), такие как АSТМ.IР и ВS использующиеся при определениях плотности и удельного веса и откалиброваны таким образом, что позволяют считывать показания плотности или удельного веса в вакууме. Полученные значения плотности или удельного веса используются для определения: «Объёмного поправочного коэффициента» («Volume Correction Coefficients») по соответствующим таблицам, которые затем применяются для вычисления объёмов при стандартных температурах (т.е. стандартных объёмов). Когда объём исчисляются в литрах или кубических метрах, то объём приводится (пересчитывается) к стандартной температуре в 15°С. А если объём определяется в баррелях, то он приводится к стандартной температуре в 60°F. Определив стандартный объём (объём при стандартной температуре) вычисляют вес в вакууме путём перемножения значений объёма и плотности при стандартной температуре.

Для определения веса в воздухе, значение плотности должно быть приведено в соответствие с «Весовым фактором» («Weight Factor») прежде чем перемножить его на стандартный объём. Не совсем просто установить чёткие взаимозависимости между значением плотности и соответствующим «Весовым фактором» (который имеет неправильный термин «Плотность в воздухе»). Однако, для бункерных топлив, имеющих предельное значение плотности от 800 до 1000кг/мі (0,800-1,00 g/т1), результаты пересчёта имеют приближённое осреднённое значение в 1.1кг/мі (0,0011g/тl). При пересчёте (приведении) значения плотности при 15°С к '«весовому фактору» при 15°С, необходимо вычесть из значения плотности рассчитанного в вакууме 1,1 кг/мі (0,0011 g/т1).

Совершенно очевидно, что знание правильных значений необходимо при определении истинных количеств нефтепродуктов на борту судна.

В терминологии, относящейся к показателям качества морских сортов топлив плотность является очень важной характеристикой.

Судовому механику необходима информация о плотности используемою топлива для того, чтобы правильно настроить и выбрать режим работы сепаратора. Для обычных сепараторов плотность ограничена максимальным значением к 991 кг/мі, однако в настоящее время достаточно большое количество современных судов оснащены сепараторами, позволяющими производить очистку топлива с более высокими значениями плотности. Системы топливоподготовки этих судов позволяют использовать топлива при значениях плотности до 1010 кг/мі.

Значение плотности топлив также характеризует процессы переработки нефти при производстве топлив.

Поскольку плотность зависит от содержания водорода в топливе: то плотность является одним из основных показателей характеризующих энергосодержание (теплотворной способности) топлива.

Кроме того, по значениям вязкости и плотности топлива можно оценить качество его самовоспламенения (ССАI)

Вязкость (Viscosity).

Вязкость нефтепродуктов представляет собой меру сопротивления их течению (перемещению).

Упрощённо, это свойство можно представить следующей характеристикой: если нефтепродукт нагреть, то его вязкость уменьшится и улучшится его «мобильность» (перемещаемость). В течении длительного времени использовались различные единицы измерений вязкости: Engler Degrees, Redwood №1 Seconds, Saybolt Universal Seconds, Saybolt Furol Seconds.

В настоящее время в международной практике, при торговле нефтепродуктами, принята единица измерений вязкости в Сантистоксах (1 сантистокс = 1мм/с). Когда приводится значение вязкости, то должна указываться и температура, при которой она была определена. Принято определять вязкость морских топлив при 40єC для дистиллатных топлив и при 100єС для остаточных тяжёлых топлив.

Если остаточное топливо содержит значительное количество воды, то становится невозможным определить его вязкость при 100°С. В этих случаях, лабораторный анализ выполняется при меньших значениях температур, обычно 80єC или 90°С, а полученное, при этом, значение вязкости пересчитывается (приводится) к 100°С.

В следствии того, что остаточные топлива имеют различную основу (парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды), а количественное содержание компонентов формирующие состав топлива, может изменяться в широких пределах, то значение вязкости полученное при одной температуре нельзя упрощённо аппроксимировать на другие значения температур, без каких-либо поправок или уточнений.

В торговых сделках принято оценивать вязкость остаточных топлив при 50°С, что вносит определённые неудобства и осложнения, так как два основных стандарта - ISO и СIМАС, установили нормативные значения вязкости топлив при 100°С. Покупатель может заказать топливо вязкостью 180 сSt при 50°С и, в соответствии со стандартом ISO 8217 это должно быть топливо RМЕ-25.

Если анализ топлива был проведён при 100°С и, при этом, была получена вязкость 25 сSt, то по результатам пересчёта, его вязкость при 50°С должна составлять 225 сSt. Очевидно, что это топливо, в целом, отвечает требованиям ISO в отношении значения вязкости при 100°С, однако фактически оно на 45 сSt превысит заказанное - 180 сSt при 50°С.

Это несоответствие может быть легко устранено, если при проведении торговых операций, сорт топлива определялся по значению вязкости полученной при 100°С. Однако требуется определённое время, для того чтобы произошли реальные согласованные изменения в отношении вышеуказанного соответствия температура- вязкость при классификации (определении сорта) топлива.

Информация о фактических значениях вязкости необходима, в первую очередь, для того чтобы поддерживать требуемый температурный режим хранения топлива в цистернах запаса, с целью обеспечения постоянной готовности топлива к перемещению (перекачке). Суда небольшого водоизмещения, как правило, ограничены в возможностях подогрева топлива в цистернах запаса, поэтому они используют низковязкие остаточные топлива. В тех случаях, когда эти суда бункеруются топливом со значениями вязкости значительно превышающими указанные при заказе (в заявке) бункера, то возникают проблемы при перекачках топлива из цистерны основного запаса в отстойные и расходные цистерны. Ситуация усугубляется, если стенки цистерн хранения топлива находятся в контакте с забортной водой и когда судно работает в зимних условиях.

Максимальное значение вязкости топлива в цистернах хранения запаса, при которой обеспечивается эффективная перекачка топлива, составляет 600 сSt.

Однако вязкость должна поддерживаться на более низком уровне, если всасывающие трубопроводы, имеют большую длину.

После хранения и подготовки (обработки), остаточные тяжёлые топлива требуют дополнительного подогрева для достижения оптимального предела значений вязкости при его подаче в цилиндры дизеля. Эти значения вязкости указываются дизелестроителями в инструкциях (руководствах) по эксплуатации. Как правило, они находятся в пределах от 10 до 17сSt. Обычно процесс подогрева топлива автоматизирован.

Однако если вязкость полученного при бункеровке топлива значительно превышает рекомендуемую к использованию, требуемые для впрыска значения вязкости могут быть не достигнуты из-за конструктивных ограничений в системах подогрева топлива.

Следует помнить, что повышение температуры топлива всего на несколько градусов способен обеспечить достижение требуемых для впрыска значений вязкости и не торопиться с подачей претензий поставщикам топлива на несоответствие в значениях вязкости между фактическими и рекомендуемыми для судна.

Так например, топливо, имеющее спецификационную вязкость 180сSt при 50°С должно быть нагрето до температуры между 116 и 126°С для того чтобы были достигнуты значения вязкости, соответственно, от 11 до 14 сSt, для его подачи в цилиндры дизеля. Если поставленное топливо имеет вязкость 250 сSt при 50єC диапазон температур, при его подогреве, должен быть от 123°С до 133°С для достижения тех же значений вязкости.

То есть, фактически, нет необходимости расширять установленный предел температур подогрева вновь полученного топлива. Оптимальные значения вязкости обеспечиваются при существовавших для предыдущего топлива (180 сSt при 50°С), не смотря на то что значение вязкости топлива новой бункеровки на 40% превышает указанное в заявке значение.

Следует помнить, что отклонения на ±20%, в сторону увеличения или уменьшения, в значениях вязкости (при 50°С) поставляемых топлив не создаёт особых проблем при эксплуатации двигателей современных судов.

Температура вспышки («Flash point»).

В соответствии с требованиями Стандарта ISO: минимальное значение температуры вспышки составляет 60єC для всех сортов дистиллатных и остаточных топлив, за исключением топлива марки DMX .

Топливо DМХ разрешено к использованию вне пределов помещений машинного отделения. Кроме того допускается использование сырой нефти в качества топлива на судах специально приспособленных для этого.

Правилами Классификационных Обществ установлены требования относительно допустимых температур топлив при их хранении. Однако всегда должно соблюдаться основное правило, если не установлены другие специальные требования или исключения:

-при хранении топлива, его температура вспышки должна быть ниже, более чем на 10єC, температуры вспышки.

Аналогичные требования установлены Конвенцией SOLAS-74 (Приложение 1, Глава II-2, Правило 15), которую ратифицировало большинство стран.

Лица и компании ответственные за эксплуатацию судов, должны руководствоваться вышеуказанными требованиями Конвенции и Классификационных Обществ.

Температура вспышки является индикатором пожароопасности при хранении морских сортов топлив на судах. Даже если топлива хранятся в надлежащих условиях (при обусловленных значениях температур ниже температуры вспышки) в верхних свободных пространствах цистерн над топливом могут скапливаться взрывоопасные пары способные самовоспламеняться.

В отношении этого вопроса было принято два важных документа. «Тhе Flammability Hazards Associated the Handing, Storage and Carriage of Residual Fuel Oil», изданный в декабре 1989 года Международным морским форумом нефтяных компаний (ОСIМF); «International Guide for Oil tanker and Terminals», изданный Международной Палатой судоходства. Некоторые основные положения (предостережения) этих документов приведены ниже:

-температура топлива в системах должны соответствовать установленным значениям соответствующих правил и требований;

-пламеотражательные экраны (пламегасительные сетки) вентиляционных трубопроводов цистерн должны содержаться в надлежащем техническом состоянии и около них не должно быть никаких источников открытого огня или чего бы то ни было, что может вызвать воспламенение;

-при низких уровнях топлива в цистернах, подогрев в них топлива должен быть отключён;

-все электрические соединения внутри цистерн должны быть выполнены с учётом пожарной и взрывоопасных условий и отвечать соответствующим стандартам безопасности;

-газовые детекторы, контролирующие способность паров в свободном пространстве над топливом к воспламенению, должны быть исправны и надлежащим образом настроены (откалиброваны);

-пары в свободном пространстве над топливом считаются опасными и способными к воспламенению когда на 50% превышен нижний предел воспламеняемости «Lower Flammable Limit» (LFL). Продувка, свободного пространства над топливом, воздухом низкого давления уменьшает опасность самовоспламенения паров. Возможности возникновения электрических искр должны быть также устранены при использовании металлических футштоков или устройств для отбора проб топлива. Эти приспособления должны быть надёжно заземлены или иметь заземляю-щие перемычки с конструктивными узлами цистерн.

Рекомендуется, что все лица, которые принимают непосредственное участие в процессах хранения и обработки морских топлив были знакомы с вышеупомянутыми документами и имели их копии.

В лабораториях температуру определяют в закрытом тигле по методу «Pensky Martens».

Если проба топлива содержит значительное количество воды то это оказывает влияние на результаты исследований. При выполнении полного цикла исследований проб топлив, лаборатории сталкиваются с проблемой, которая связана с ограниченным количеством пробы, содержащейся в контейнере. Перед тем как произвести полное исследование, необходимо добиться полной одно-родности образца. Гомогенизация достигается продолжительным перемешиванием (встряхиванием) образца, при его нагреве. Однако, в процессе гомогенизации и сопутствующей ей подогревом пробы, из неё удаляется часть парообразных компонентов топлива, что оказывает влияние на результаты исследований по определению температуры вспышки. Таким образом, с целью получения достоверных результатов, по определению температуры вспышки, все пробы топлива должны направляться в лаборатории в отдельных контейнерах, с соблюдением процедур отбора, пломбирования, хранения и транспортировки проб топлива.

При выполнении исследований проб топлива в рамках обычных проверок качественных характеристик, встречались образцы у которых были получены значения температур вспышки от 55 до 59°С или немного ниже минимального предельного значения. В этих случаях было организо-вано повторное взятие проб топлива непосредственно из цистерн хранения топлива, так как при наличии этих топлив на борту судна нарушались Международные Соглашения и Правила Классификационных обществ.

Во многих случаях, повторные исследования показали, что температура вспышки превы-шает 60єС. Это увеличение значений температуры вспышки объясняется тем что при нагреве топлива, в процессе его хранения, происходит испарение и удаление лёгких фракций из топлива. Исследования показывают, что основное количество проб морских сортов топлив имеют температуру вспышки выше 70°С. Если установлено, что пробы топлива имеет температуру вспышки близкую к 60єС, то они должны тщательно проверяться.

Температура застывания («Pour Point»)

Температура застывания является наинизшей (критической) температурой при которой топливо ещё обладает подвижностью (способностью течь) при его охлаждении.

Проверка производится в условиях определённых Стандартом. По фактическому значению температуры застывания судовые механики определяют предельную низшую температуру, при которой может храниться топливо. Если температура топлива становится ниже значения температуры застывания, то процесс образования кристаллов парафинов ускоряется. Кристаллы парафинов блокируют (закупоривают) топливные фильтры и теплообменники.

Значительные проблемы вызывает выпадение парафинов в виде осадка на дне цистерны хранения запасов топлива и на их греющих элементах (змеевиках), что приводит к ухудшению процесса теплообмена и ограничивает подогрев топлива в цистернах.

Последствия отложений парафинов устраняются увеличением, на некоторое время температуры греющего пара. Последствия отложений парафинов устраняются очисткой танков и их греющих элементов ручным способом. Если это возможно, то увеличивают, на некоторое время, температуру греющего пара или его расход через греющие элементы.

В соответствии с установленной Стандартом процедурой проведения исследований, температура застывания на 3°С должна превышать то её значение, при котором у топлива исчезает свойство текучести (перестаёт течь).

Если в процессе эксплуатации энергетических установок, приходится использовать тяжёлые сорта морских топлив, то с целью предотвращения образования парафинов и обеспечения хорошей «прокачиваемости» («перекачиваемости») топлива, необходимо поддерживать требуемый режим его подогрева.

Эффективная прокачиваемость топлива обеспечивается при вязкости не превышающей

600 сSt. Если длина трубопроводов линии всасывания от цистерн запаса до насоса очень большая, то вязкость топлива в цистерне запаса должна быть снижена.

Высоковязкие топлива необходимо подогревать до значений температур превышающих температуру застывания и обеспечивающих желаемую (требуемую) вязкость при перекачивании топлив.

Однако с целью предотвращения образования парафинов эти топливо должны содержаться в цистернах хранения при температурах, примерно на 10єC выше температуры застывания.

Некоторые остаточные топлива, обладающие высоким содержанием парафинов, имеют температуру застывания между 40єС и 45°С.

Дистиллатные топлива также могут иметь достаточно высокую температуру застывания - выше 30°С.

На судах, где отсутствует подогрев топлива в цистернах хранения дистиллатных сортов топлива или возможности систем обогрева в цистернах ограничены, такие топлива являются источником серьёзных проблем связанных с потерей текучести. Появление этих проблем характерно и для судов небольшого водоизмещения когда они работают в условиях холодного климата или зимой.

Температура помутнения («Cloud Point»)и температура блокировки (закупорки) «холодных фильтров» («Cold Filter Plugging Point»- CFPP).

Температура помутнения является визуальным тестом для светлых жидкостей.

В соответствии со Стандартом ISO, температура помутнения определяется для дистиллатов топлива DМХ, которое используется для аварийных дизель- генераторов и двига-телей спасательных шлюпок.

Температура помутнения является температурой, при которой прозрачная жидкость, в процессе её охлаждения становится мутной или непрозрачной в следствии образования кристаллов парафинов.

Проверка выполняется в условиях, определённых Стандартом. Если дистиллатные топливо имеет высокое значение температуры помутнения и двигатель работает в зимних условиях, то формирование кристаллов парафинов, ведёт к ограничению подачи топлива к двигателю и его остановке.

Температура закупорки "холодных фильтров" (СFРР) является альтернативной характерис-тикой прогнозирования блокировки фильтров кристаллами парафина при использовании дистил-латных топлив в условиях низких температур. Этот тест не получил применение для морских сортов топлив, однако он успешно используется при анализах топлив для двигателей применяю-щихся на железнодорожном и автомобильном транспорте.

Специалисты считают, что СFРР может быть применим, как один из показателей качества, для менее «прозрачных» морских сортов дистиллатных топлив - DМВ и DМС.

Доказано, что хорошая фильтруемость (способность к фильтрации) является более важным свойством для дистиллатных топлив чем температура помутнения, так как температура помутнения может быть снижена за счёт применения присадок к топливу, однако они не улучшают фильтруемость топлив.

Проверка на СFРР для топлив не была включена в первую редакцию Стандарта ISO 8217. Однако в ближайшее время, она может быть одобрена и включена в последующие редакции Стандарта.

Зола(«Аsh»).

Зола представляет собой несгораемые механические примеси неорганического происхождения присутствующие в топливе. Общее количество золы образуется из разных источников.

Одна часть формируется из элементов содержащихся в сырой нефти, другая попадает в топливо при процессах перегонки нефти, при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов.

В сырой нефти содержатся некоторые количества элементов, формирующие состав золы: ванадий, натрий, кальций, магний, цинк, свинец, железо, никель.

Дистиллатные топлива должны иметь незначительные количества компонентов которые входят в состав золы. Если они, в заметном количестве присутствуют в дистиллатных топливах то, вероятнее всего, они попали в топливо после изготовления - при хранении и транспортировке.

В остаточных топливах содержатся большее количество золы, так как формирующие её компоненты концентрируются в остаточных продуктах прямой дистилляции нефти, которые являются исходным материалом (сырьем) для процессов получения тяжёлых сортов топлив - крекинга и висбрейкинга.

По сравнению с естественным (обычным) содержанием в сырой нефти золообразующих компонентов, в остаточных продуктах прямой дистиллации их содержание увеличивается примерно в 4 раза.

Соединения алюминия и кремния так же вносят свои вклад в общее количество золы. Загрязнения топлив, которые происходят при их хранен и транспортировке приводит к росту механических примесей и, соответственно зольного остатка. Натрий попадает в топливо из забортной воды, железо из ржавчины в трубопроводах и цистернах хранения.

Источником загрязнений может явиться пыль, грязь и осадки предыдущих топлив, а также преднамеренное или случайное смешивание топлива с другими продуктами. Наличие в топливе механических примесей вызывают абразивный и износ деталей ЦПГ, топливной аппаратуры. Стандарт ISO 8217, 1996 устанавливав ограничения на содержание золы в топливах.

В дистиллатных сортах топливо содержание золы должно быть минимальным от 0,01% до 0,05 %, а в тяжелых остаточных топливах не превышать 0,1-0,2%.

Уровень содержания золы в топливах может быть определён с использованием расчётных зависимостей. В качестве примера, ниже приведена одна из них в которой используются содержание конкретных элементов, которые в виде окислов формируют общее количество золы (содержание элементов в mg/kg или ррm).

Зола % (по массе) =( 1,78 V+2,54 Nа+1,89 Аl+2,14 Si+1,38 Fе+1,27 Ni+1.4 Са+1,67 Мg+1,24 Zn+1,08 РЬ) ·10-4

Вода («Water»).

Присутствие воды в морских топливах свидетельствует о проблемах, которые могут возникать в технологических процессах изготовления топлив, при транспортировке и хранении топлива на берегу, бункеровщике и на судне; плохой или недостаточно эффективной обработке топлива на борту судна.

Стандарты допускают содержание воды в остаточных топливах не более: 1,0%. Однако, основное количество партий поставленных топлив имели содержание воды не более: 0,5%.

Известны некоторые порты, в которых, наиболее часто отмечались случаи поставок топлива с высоким содержанием воды.

Поставки топлива с высоким содержанием воды могут вызывать на судах ряд проблем, от интенсивного (повышенного) шламообразования в топливных цистернах, блокирования фильтров, коррозии топливной аппаратуры, коррозии выпускных клапанов до загрязнений турбокомпрес-соров. Многое в этом, зависит от природы воды (морская или пресная), конструкции цистерн хранения и их греющих способностей, конструкции и особенностей работы сепараторов.

Плотность и вязкость оказывают дополнительное влияние на эффективность процессов удаления воды в отстойных цистернах и сепараторах.

Обводнение топлив морской водой

Иногда забортная вода попадает в топливо при его поставках с баржи. Это может происходить при смешивании балластной воды с топливом в процессе погрузки баржи; во время морского перехода или в процессе разгрузки баржи, что может быть вызвано дефектами корпусных конструкций баржи или неисправностями клапанов. На судне морская вода может попадать в цистерны хранения запасов топлива через дефектные люковые закрытия или трещины в корпусе судна. Обводнение топлива может явиться результатом его смешивания с балластной водой.

Наиболее распространённая причина поступления балластной воды в топливные танки является коррозионное разрушение мерительных труб топливных цистерн, которые проходят через балластные танки.

Несомненно, что по коммерческим соображениям, покупателю нежелательна поставка топлива содержащего воду.

Если количество содержания воды в топливе превышает 1.0%, то покупатель вправе рассчитывать на пропорциональное снижение цены топлива.

Вследствие сложного состава морских сортов остаточных топлив, достаточно трудно, в каждом конкретном случае, определить наиболее эффективные процессы отстоя и сепарации, направленных на удаление больших количеств морской или пресной воды при их значительном уровне содержания в топливе. Вода может образовать с топливом стойкие эмульсии, которые трудно поддаются разделению (сепарированию).

Результаты исследований проб топлива, в которых присутствовала морская вода, показали более высокое содержание золы, чем «сухие» топлива, так как золообразующие элементы, содержащиеся в забортной воде, дополнительно увеличивает их содержание в топливе.

Кроме эмульсий и повышенного шламообразования, обводнение забортной водой может привести к серьёзным нарушениям в процессах сгорания топлива, системах подачи топлива, турбинах газотурбокомпрессоров и газовыпускном тракте.

Повышенное содержание воды в топливе, приводит к перегрузке топливных насосов высокого давления (перегрузка топливных насосов высокого давления может быть вызвана также и нестабильностью топлива). Это объясняется тем, что при низких давлениях создаются условия способствующие вскипанию воды сопровождающееся выделением газов из топлива и паров воды с последующей эмульсификацией топлива, которая приводит к неустойчивой работе двигателя.

Несмотря на то, что водо-топливные эмульсии использовались в некоторых двигателях в целях улучшения процесса сгорания и повышения эффективности.

Однако, неконтролируемое и нерегулируемое смешивание воды и топлива ведет к ухудшению процесса сгорания.

Одной из основных проблем которая возникает при обводнении топлив морской водой, является протекание химических реакций между соединениями натрия (Nа), содержащихся в воде, и ванадия (Vа), содержащихся в топливе и вызывающие высокотемпературную коррозию выпускных клапанов.

Ванадий и натрий окисляются в процессе сгорания, образуя липкие аморфные (полужидкие) соединения с низкой температурой плавления, которые удерживаются на выпускных клапанах. Липкие отложения не только вызывают коррозию клапанов и их сёдел, но и способствуют удержанию частиц нагара, которые приводят к механическим повреждениям. В целях разрешения этой проблемы дизеле- строители создали и внедрили специальные сплавы сталей типа «Nimonic», имеющие высокую сопротивляемость коррозионным разрушениям и разработали конструкции вращающихся выпускных клапанов, которые помогают смещать отложения золы с целью предотвращения её повторных контактов между одними и теми же участками поверхностей клапана и седла. Дополнительно к этому, температура клапанов поддерживается ниже того уровня при котором образуются отложения.

Температуры, при которых образуются липкие и коррозионно-активные отложения различны, однако, они имеют минимальные значения при соотношении ванадия и натрия (Vа/Nа), в пределах отношений от 3:1 до 5:1.

При правильно организованных процессах отстоя и сепарации уменьшается количество морской воды содержащейся в топливе и, следовательно, натрия.

Металлы, присутствующие в морской воде, дополнительно увеличивают общее содержание золы в топливе. Высокое содержание натрия приводит к образованию значительных количеств отложений золы на защитной решётке перед турбокомпрессором и на сопловых и рабочих лопатках турбины. Если эти отложения не удалять более частой промывкой турбины водой, то будет снижаться эффективность работы турбокомпрессора. В результате это приведёт к ухудшению процесса сгорания топлива и дополнительной стимуляции роста отложений.

Обводнение топлив пресной водой

Обводнение топлив пресной водой может явиться следствием различных причин. Пресная вода может быть поставлена вместе с топливом при бункеровке; образоваться в цистернах хранения запасов топлива на борту судна при конденсации паров влаги из воздуха; быть результатом поступления вовнутрь топливных цистерн дождевой воды. Обводнение топлива происходит при утечках пара или его конденсата из системы обогрева, а также при неправильно организованных процессах отстоя и сепарации (пурификации) топлива.

Обводнение пресной водой топлив не так опасно, как морской, однако могут возникнуть проблемы с образованием водотопливной эмульсии и повышенным шламообразованием.

Опыт эксплуатации показывает, что обводнение топлив пресной водой может привести к росту температур в камере сгорания. Последнее может бьггь объяснено тем, что присутствие капелек влаги задерживает процесс окисления тяжёлых фракций топлива - асфальтенов. Асфальтены, в процессе догорания, достигают поверхности камеры сгорания, зеркала цилиндра в верхней части втулки и донышка поршня. В полурасплавленном виде эти частицы, внедряются в защитную масляную плёнку. Масляная плёнка, подвергается деградации и разрушению, что приводит к повышенным износам.

...