СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
METHOD FOR DETERMINING MAXIMUM TEMPERATURE FOR USE OF DIESEL FUEL

Изобретение относится к способам контроля качества топлив, в частности, к способам определения предельной температуры применения дизельных топлив (ДТ) путем моделирования процесса низкотемпературного расслоения топлива, происходящего в топливных баках машин. Изобретение может быть использовано в лабораториях контроля качества топлива, на НПЗ и позволит оценить физическую стабильность ДТ в условиях реального низкотемпературного хранения и повысить обоснованность принятия решений о температурах применения топлива.
В настоящее время в соответствии с требованиями ГОСТ 32511-2013 [1 - ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) Топливо дизельное ЕВРО Технические условия], ГОСТ Р 52368-2005 [2 - ГОСТ Р 52368-2005 (EN 590:2004) Топливо дизельное ЕВРО Технические условия] и ГОСТ 305-2013 [3 - ГОСТ 305-2013 Топливо дизельное Технические условия] за рекомендуемую температуру применения топлива принимается температура значения показателя «Предельная температура фильтруемости» (ПТФ), характеризующего образование в топливе твердой фазы, состоящей из кристаллов н-парафинов, накопление которых приводит к забивке фильтров топливной системы и нарушению топливоподачи.
Необходимо отметить, что ДТ, находящееся в статическом состоянии в баках машин при отрицательных температурах, вследствие кристаллизации парафинов, подвержено фазовому разделению с последующим осаждением кристаллов парафинов на дно бака. Фазовое разделение топлива на два слоя происходит при температуре ниже температуры начала образования кристаллов парафинов (температуры помутнения). Учитывая нижний забор топлива из баков техники и тот факт, что нижний слой топлива, характеризуется худшими низкотемпературными свойствами, повышаются риски нарушения топливоподачи при запуске двигателя.
Перед авторами стояла задача разработать способ, позволяющий с высокой достоверностью определять предельную температуру применения ДТ.
При просмотре источников научно-технической и патентной информации были выявлены технические решения, позволяющие определять температуру применения ДТ.
Известен способ обнаружения парафинизации ДТ в топливном баке автотранспортного средства, заключающийся в регистрации разницы температуры топлива с помощью датчиков, расположенных в разных областях бака. При достижении пороговой разницы в значениях температур топлива электронное устройство активизирует работу топливного обогревателя для разогрева топлива и предотвращения нарушения его подачи в двигатель вследствие забивки топливного фильтра кристаллами парафинов [4 - RU Патент №2562941 G01N 25/04, 2006].
Для практической реализации данного способа необходима модернизация системы топливоподачи машины, а именно оборудование топливных баков датчиками температур и электронной системой для обеспечения включения топливного обогревателя, что связано с трудностями применения данного устройства и экономически нецелесообразно.
Известен способ оценки низкотемпературной прокачиваемости ДТ, заключающийся в охлаждении топлива до температуры помутнения и последующим определением температур применения топлива для различных режимов двигателя, а именно определением предельной температуры подачи топлива, значение которой устанавливают по разности значений текущего расхода топлива через фильтр тонкой очистки и расхода топлива, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превышающей допустимую погрешность измерения, и критической температуры подачи топлива, значение которой соответствует температуре, при которой в течение заданного времени текущий расход топлива снижается до предельного значения, при котором двигатель перестает работать на холостом ходу [5 - RU Патент №2263308 G01N 33/22, 2005].
Однако, для реализации данного способа необходимо использование стенда, включающего реальные элементы системы питания двигателя такие, как топливный бак, топливопроводы, фильтрующий элемент, насосы, смонтированные в термокамере, обеспечивающей охлаждение топлива, что трудно осуществимо и экономически невыгодно.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ определения ПТФ на холодном фильтре, заключающийся в постепенном охлаждении испытуемого ДТ с интервалами в 1°С и стекании его через проволочную фильтрационную сетку при вакууме 200 мм вод. ст. Определение по этому способу ведут до температуры, при которой кристаллы парафина, выделенного из раствора на фильтр, вызывают прекращение или замедление протекания в такой степени, что время наполнения пипетки превышает 60 с, или топливо не стекает полностью обратно в измерительный сосуд [6 - ГОСТ 22254-92 Топливо дизельное Метод определения предельной температуры фильтруемости на холодном фильтре - прототип].
Недостатком прототипа является то, что при определении в образце топлива ПТФ, охлаждение образца топлива ведут при высокой скорости, которая отличается от скорости охлаждения топлива в реальных условиях, а также не учитывается время нахождения топлива в баке при прекращении работы двигателя и возможность расслоения ДТ на два слоя. При высокой скорости охлаждения вязкость топлива резко увеличивается, что препятствует флокуляции и коагуляции образующихся кристаллов н-парафинов и в конечном итоге приводит к получению заниженных значений по показателю «ПТФ».
Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки предельной температуры применения ДТ за счет приближения к условиям эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения температуры применения дизельного топлива, включающем отбор пробы, которую очищают от механических примесей и воды, и определение предельной температуры фильтруемости, согласно изобретению, очищенную пробу делят на три части, в первой части определяют температуру помутнения, во второй - предельную температуру фильтруемости, а третью часть подвергают ускоренному процессу низкотемпературного расслоения, для чего анализируемую третью часть заливают в испытательный сосуд, который помещают в криостат, имеющий температуру на 5°С выше температуры помутнения, определенной в первой части пробы, при достижении топливом этой температуры в криостате устанавливают предельную температуру фильтруемости, значение которой определено во второй части пробы, при достижении анализируемым топливом значения предельной температуры фильтруемости пробу выдерживают в криостате в течение 16 часов, после чего, не вынимая испытательный сосуд из криостата, отбирают из нижнего слоя пробу и идентичным методом определения предельной температуры фильтруемости второй части пробы определяют предельную температуру фильтруемости нижнего слоя, которую принимают за предельную температуру применения дизельного топлива, а также тем, что очищенную от механических примесей пробу делят на 3 части в соотношении 1:5:50.
В предложенном режиме охлаждения вязкость топлива увеличивается постепенно, что не препятствует сближению кристаллов н-парафинов и их росту до размеров, молекулярная масса которых позволяет преодолеть сопротивление жидкой среды и осесть под действием силы тяжести на дно испытательного сосуда.
Заявляемый способ промышленно применим. Определение температуры помутнения ДТ производят в соответствии со стандартным методом испытания по ГОСТ 5066-91 или ЕН 23015:1994, используя оборудования и средства измерения, установленные этими стандартами. Для осуществления криостатирования топлива при ПТФ в течение 16 часов можно использовать низкотемпературную баню или криостат, обеспечивающий поддержание температуры равной ПТФ.
Способ определения предельной температуры применения ДТ осуществляется следующим образом.
3
3
3
3
3
Пример. Необходимо определить предельную температуру применения дизельного топлива марки ДТ ЕВРО по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009), сорт С, вид III, поступившего с нефтеперерабатывающего завода. В паспорте качества на дизельное топливо предельная температура фильтруемости (ГОСТ 22254) равна минус 15°С. Производят отбор 560 см пробы, затем отобранную пробу очищают от механических примесей и воды, пропуская топливо через фильтр, после чего делят ее на три части. В первой части пробы (10 см) определяют температуру помутнения по ГОСТ 5066. Температура помутнения первой части пробы равна минус 7°С. Во второй части пробы (50 см) определяют ПТФ по ГОСТ 22254. ПТФ второй части пробы равна минус 15°С, что соответствует паспортным данным. Третью часть пробы в количестве 500 см помещают в испытательный сосуд и закрывают пробкой с термометром. В качестве испытательного сосуда можно использовать стеклянный цилиндр с пришлифованной пробкой вместимостью 500 см по ГОСТ 1770-74. Охлаждают криостат до температуры минус 2°С, то есть до температуры на 5°С выше температуры помутнения, определенной в первой части пробы. В охлажденный до заданной температуры (минус 2°С) криостат помещают испытательный сосуд с испытуемым топливом. После достижения топливом температуры минус 2°С (±2°С) в криостате устанавливают температуру минус 15°С, соответствующую значению показателя «ПТФ», определенного во второй части пробы. Через некоторое время после достижения топливом температуры минус 15°С (±2°С) выдерживают пробу в криостате в течение 16 часов. Через 16 часов не вынимая испытательный сосуд из криостата, пипеткой отбирают из нижнего слоя пробу в количестве не менее 45 см и определяют в ней ПТФ по ГОСТ 22254. Во избежание попадания в пипетку верхнего слоя топлива, перед ее погружением в топливо предварительно перекрывают доступ воздуха в пипетку и затем опускают ее на дно испытательного сосуда. Значение ПТФ нижнего слоя третьей части пробы составляет минус 6°С, что на 9°С выше ПТФ, определенной во второй пробе. За предельную температуру применения топлива принимают значение ПТФ нижнего слоя третьей части пробы равное минус 6°С, что повысит надежную эксплуатацию техники в условиях отрицательных температур и позволит исключить попадание в систему топливоподачи кристаллов парафинов, которые могут привести к забивки фильтров топливной системы двигателя и нарушению топливоподачи при запуске двигателя.
Заявленным способом в лабораторных условиях были исследованы современные ДТ ЕВРО, выработанные по ГОСТ 32511-2013 и ГОСТ Р 52368-2005. В таблице 1 приведены результаты испытаний ДТ разных заводов изготовителей.
Из таблицы 1 видно, что полученные по заявляемому способу значения предельные температуры применения для образцов топлива №1 - №3 отличаются от температур применения, полученных по прототипу, на 2-10°С. Для летних ДТ (образцы №1 и №2), содержащих в составе до 50% масс н-парафинов, ПТФ нижнего слоя топлива оказалась выше на 4-8°С температуры помутнения исходного ДТ, определенной по стандарту ГОСТ 5066.
Кроме того, полученные значения ПТФ нижнего слоя ДТ позволяют прогнозировать предельно низкую температуру применения топлива и давать рекомендации о реальной температуре применения ДТ при эксплуатации техники в условиях отрицательных температур.
Заявляемую совокупность существенных признаков способа, изложенную в формуле изобретения, авторы не выявили из источников патентной и научно-технической информации, что позволяет считать техническое решение, отвечающим признакам условий патентоспособности: новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость.
Таким образом, применение изобретения позволит повысить достоверность оценки предельной температуры применения ДТ, что обеспечит надежную эксплуатацию двигателей при отрицательных температурах окружающего воздуха.