В процессе эксплуатации энергетических установок судов зачастую возникает необходимость смешивать различные топлива, принимаемые с нефтебаз в судовые танки, в которых уже находится какое-то количество топлива с другими, чем у принимаемого, качественными показателями.
На многих нефтебазах вообще может оказаться только два сорта топлива, например дизельное и топочный мазут 40.
Оокчно в таких случаях теплоходы вынуждены бункероваться дорогостоящим дизельным топливом, что влечет за собой неоправданное увеличение эксплуатационных расходов.
Во всех этих случаях возникает вопрос о возможности смешения топлив и целесообразности применения смесей в дизельных установках.
К смесям предъявляются такие же требования, как и к стандартным топливам, только в этом случае можно гарантировать их успешное использование в установках.
В принципе, кроме дизельного дистиллятного, все рекомендованные для применения в судовых энергетических установках топлива являются продуктами компаундирования остаточных компонентов переработки нефти с дистиллятами прямой перегонки или газойлевыми фракциями вторичного происхождения, т. е. по своей природе эти топлива представляют собой тоже смеси. Однако рецептура этих промышленных смесей полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству судовых топлив при изготовлении их из нефти любого месторождения.
Одно из основных требований к качеству любого топлива — стабильность его при длительном хранении.
Стабильность компаундированных топлив обеспечивается путем подбора соотношения количественного содержания в топливе легких дистиллятных и тяжелых остаточных компонентов.
Известно, что в зависимости от группового состава компонентов существует свой предел количественного содержания легкого компонента в смеси, выше которого нарушается стабильность и асфальто-смолистые вещества, обычно присутствующие в виде ми-цел размером до 1 мкм, начинают коагулироваться в крупные образования (сгущения, пленки и др.).
Конечно, в товарных компаундированных топливах этот предел установлен с определенным запасом, чтобы технология изготовления этих топлив была пригодной для компонентов нефтей любого месторождения.
Кроме того, в процессе изготовления для получения необходимого качества топлива по физико-химическим показателям ГОСТ совершенно не требуется выдерживать заданный верхний предел количественного содержания легкого компонента. Наоборот, экономически более выгодно количественное содержание легкого компонента поддерживать минимальным, но в то же время таким, чтобы выдерживались нормы на физико-химические показатели ГОСТ.
Таким образом, в большинстве случаев возможно смешивать товарные сорта топлив, не нарушая требования стабильности.
Качество смесей по физико-химическим показателям будет регламентироваться значениями этих показателей у исходных товарных топлив.
Многолетние наблюдения за качеством топлив, поставляемых морскому флоту, показывают, что большинство партий топочного мазута 40, флотского мазута Ф-12, флотского мазута Ф-5, моторного «топлива ДТ и дизельного топлива значительно отличаются от требований ГОСТов по физико-химическим показателям. Например, большинство партий топочного мазута 40 содержат механические примеси не более 0,4%, т. е. в 2,5 раза меньше предельной нормы (1,0%), регламентированной ГОСТ 10585—63; значительно ниже предельной нормы вязкость и зольность.
Это облегчает получение (из товарных топлив) оптимальных (наиболее рациональных) смесей для применения их в дизельных установках.
Но в то же время для получения стабильных смесей необходимо учитывать соотношение парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов, а также асфальто-смолистых веществ. Наиболее неблагоприятными для получения стабильных смесей являются тяжелые топлива, вырабатываемые из высокосернистых высокосмолистых нефтей, а среди дизельных дистил-лятных топлив наиболее неблагоприятными являются топлива, вырабатываемые из нефтей кавказских месторождений и месторождений полуострова Мангышлак.
Рассмотрим возможность смешивания этих наиболее неблагоприятных по групповому составу топлив. Основным показателем при этом следует принять стабильность приготовляемых смесей, поскольку в первую очередь именно она будет ограничивать их применение. Коагуляция асфальто-смолистых веществ и образование сгущений и пленок в смеси приводят к нарушению работы системы топливоподготовки из-за выпадения сгущенных асфальто-смолистых веществ в сепараторах и фильтрах, в результате чего работа топливоподающей системы становится невозможной.
Рис. 1. Результаты микроскопии смесей топочного мазута 40 с дизельным топливом. Соотношение (в%) мазут 40/дизельное топливо в образцах: 1 — 20/80; 2 — 30/70; 3 — 40/60; 4 — 50/50; 5 — 60/40; 6 — 80/20; 7 — мазут 40, контрольная проба;
Наиболее эффективным методом, позволяющим контролировать состояние асфальто-смолистых веществ в смеси, является метод микроскопии. Фотографируя пробы смеси на микроскопе МБИ-13 при увеличении в 300 раз, удается определить, при каком соотношении топочного мазута 40 и дизельного топлива Л наступает процесс коагуляции.
На рис. 21 приведены результаты микроскопии смесей, приготовленных в одном случае из топочного мазута 40 Новоуфимского нефтеперерабатывающего завода и дизельного топлива Грозненского нефтеперерабатывающего завода, а в другом — из топочного мазута 40 и дизельного топлива Киришского нефтеперерабатывающего завода. Таким образом, во втором случае компаундировались топлива, изготовленные из нефтей одного и того же месторождения, а в первом — разных месторождений.
Результаты микроскопии показывают следующее. При соотношении 50% мазута 40 и 50% дизельного топлива из нефтей разных месторождений смесь становится нестабильной. Эта нестабильность увеличивается по мере увеличения содержания в смеси дизельного топлива.
Топливная смесь из нефтей одного и того же месторождения становится нестабильной при соотношении 20% мазута 40 и 80% дизельного топлива. Эти результаты подтверждаются данными по контролю отстаивания этих смесей в течение 30 суток.
Соответственно результатам микроскопии при отстаивании наибольший осадок выпал в пробах смесей, в которых происходил процесс коагуляции асфальто-смолистых веществ.
Моторные топлива ДТ и ДМ представляют собой смесь дизельных фракций и остаточных продуктов переработки нефти. В топливе ДТ дизельных фракций содержится 50—60%, а в топливе ДМ — около 20%- Таким образом, в результате смешивания топочного мазута 40 и дизельного топлива ДЛ можно получить продукт, аналогичный моторным топливам ДТ и ДМ. И эти смеси будут вполне стабильны. Однако при подготовке смесей типа топ-лив ДТ или ДМ необходимо также, чтобы они удовлетворяли нормам на физико-химические показатели по ГОСТ 1667—68.
Состав смеси должен быть предварительно рассчитан по всем физико-химическим показателям. Вязкость смеси можно определять по номограмме Виноградова. Для этого на шкале вязкости отмечаются точки, соответствующие вязкости исходных топлив при одной и той же температуре их подогрева. Через эти точки проводят прямые, соединяющие точку вязкости топочного мазута 40 с точкой 100%, а точку вязкости дизельного топлива с точкой 0%. Далее, если провести прямую через точку пересечения двух прямых, проведенных по данным исходных продуктов, то она будет характеризовать смесь. Каждому составу смеси будет соответствовать своя вязкость. Например, если в смеси будет содержаться, как показано на диаграмме, 49% более вязкого компонента, то ее вязкость будет равна примерно 9,2 сСт. Увеличение в смеси содержания более вязкого компонента изменит угол наклона .прямой, проходящей через точку 0, и на шкале вязкости соответственно будет отмечено более высокое значение вязкости.
Содержание в смеси различных примесей (механических, золы, смол и др.) рассчитывается с учетом количества этих примесей в исходных продуктах и изменения их в смеси пропорционально содержанию в ней дизельного топлива и топочного мазута 40. Температуры вспышки и застывания определяют экспериментальным путем. Среди всех физико-химических показателей главными, определяющими пригодность смеси к использованию, являются вязкость, содержание механических примесей и зольность.
Температура вспышки не может быть ниже температуры вспышки дизельного топлива, следовательно, по этому показателю смесь практически всегда будет удовлетворять условиям эксплуатации. Температура застывания для мазута 40 и топлива ДМ одинакова: + 10 °С, поэтому смесь будет всегда удовлетворять температуре застывания для топлива ДМ.
Смесь может иметь температуру застывания выше, чем для топлива ДТ. Тогда возможность использования смеси определится возможностями системы топливоподготовки дизельной установки. Если в танках имеется обогрев, то смесь может быть использована и при температуре застывания большей, чем у топлива ДТ.
Прежде чем рассмотреть вопрос о возможности приготовления смесей моторного топлива ДТ и флотских мазутов с дизельным топливом, необходимо рассмотреть вопрос о необходимости получения и использования таких смесей.
Современные дизельные установки теплоходов могут работать как минимум на моторном топливе ДТ, а также флотском мазуте Ф-5. То небольшое количество теплоходов, дизельные установки которых не имеют специальных систем топливоподготовки, постепенно уменьшается в результате проводимого на флоте переоборудования систем топливоподготовки. Поэтому практически приготовление смесей топлива ДТ и флотских мазутов с дизельным топливом лишено основания. Однако в эксплуатации могут быть случаи смешения топлив в танках. Поэтому имеет смысл кратко рассмотреть особенности смесей топлива ДТ (и флотских мазутов) с дизельным топливом.
Рис. 2. Номограмма Виноградова для определения вязкости смесей топлив (точка пересечения линий — 0)
Флотские мазуты содержат около 20% дизельных фракций, поэтому по стабильности содержащихся в них асфальто-смолистых веществ эти мазуты имеют значительный запас до того предела, когда начинается процесс их коагуляции. При смешении флотских мазутов и дизельного топлива из нефтей разных месторождений содержание последнего в смеси не должно превышать 30%, а при смешении этих продуктов и нефтей одного и того же месторождения содержание дизельного топлива в смеси может быть увеличено не более чем до 50%. Как указывалось выше, в моторном топливе ДТ содержится 50—60% дизельных фракций. Таким образом, по стабильности асфальто-смолистых веществ этот вид топлива является для смешения наиболее неблагоприятным. Содержание дизельного топлива в смеси нельзя допускать больше 30%, да и то в том случае, если и топливо ДТ и дизельное топливо приготовлены из нефтей одного и того же месторождения. Конечно, фактические партии моторного топлива ДТ могут содержать и меньшее количество дизельных фракций, тогда и в смеси такой партии топлива ДТ и дизельного топлива можно допустить более высокое содержание последнего.
Рис. 3. Схема устройства для смешения топлив:
1 — высоковязкое топливо; 2 — маловязкое топливо; 3 — смесь
В заключение необходимо отметить следующее. Во всех случаях смешения товарных компаундированных топлив с дизельным топливом можно допускать содержание последнего выше тех пределов, которые указаны здесь, но при этом следует внимательно контролировать состояние асфальто-смолистых веществ в смеси.
В судовых условиях сигналом о нарушении стабильности смеси может служить большое количество шлама, отделяемого в процессе сепарации, быстрое загрязнение фильтров тонкой очистки.
Для предотвращения этих явлений необходимо изменить состав смеси путем уменьшения в ней доли дизельного топлива.
В настоящее время в зарубежной практике широко распространен метод смешения различных топливных компонентов с целью получения топлив требуемого качества. На базах бункеровки судов для этой цели установлены специальные смесительные устройства— миксеры.
При смешении топливных компонентов их долевое содержание регулируется по вязкости, задаваемой для топлива, получаемого в результате смешения.
Такими установками целесообразно оборудовать бункеро-вочные базы, особенно те, которые в настоящее время не располагают емкостями и коммуникациями для переработки полной номенклатуры топлив, необходимых морскому флоту.