第二章 柴油.ppt

第2章柴油 2 1柴油概述2 1 1柴油的组成和性质1 柴油的组成和分类2 柴油的颜色 密度 自燃点 初馏点2 1 2对柴油使用性能要求由于柴油机的可燃混合气形成方式 着火方式 燃烧过程等与汽油机不同 所以柴油机要求的柴油使用性能与汽油不同 为了保证柴油发动机正常 高效 地工作 满足排放要求 对柴油的主要性能要求有 良好的低温流动性 良好的雾化和蒸发性 良好的燃烧性 良好的安定性 对机件等无腐蚀性和柴油本身的清洁性 2 2轻柴油的低温流动性2 2 1低温流动性对发动机的影响 柴油在低温条件下具有一定流动状态的性能叫低温流动性 轻柴油的密度和黏度都比汽油大 随着温度的降低 轻柴油的黏度会变得更大 如果柴油的低温流动性不好 柴油在低温下失去流动性 就会妨碍柴油在油管和滤清器中顺利通过 使供油量减少甚至中断 导致发动机不能正常工作甚至熄火 而且柴油的低温流动性与柴油在低温下的储存 运输 倒装等作业能否正常进行都有密切关系 所以 为满足柴油发动机各工况的需求 轻柴油应具有良好的低温流动性 2 2 2轻柴油低温流动性的评价指标轻柴油低温流动性的评价指标为凝点 浊点和冷滤点 我国采用凝点和冷滤点 日本采用凝点 美国采用浊点 欧洲国家采用冷滤点 1 凝点 是指在一定的试验条件下 将柴油装在规定的试管内 冷却到预期的温度 然后将试管倾斜45 经过1min后液面不移动 此时的温度 就是柴油的凝点 我国柴油的牌号是按凝点划分的 轻柴油分为10号 5号 0号 10号 20号 35号 50号共七个牌号 重柴油的牌号分为10号 20号 30号共三个牌号 柴油的凝点是多少度 它的牌号就是多少 柴油的凝点的测定标准是GB T510 1991 石油产品凝点测定法 测试仪器为凝点测定仪 如下图所示 a 凝点测定仪示意图b 凝点测定仪实物照片1 试管2 搅拌器3 套管4 温度计5 冷却器 凝点测定仪 测定方法是 先将试样装入试管 再将试管放在冷却器中进行冷却 当试样的温度冷却到预期的温度时 将放在冷却器中的试管倾斜45 保持1min 观察试样的液面是否有移动迹象 按上面的做法找出其液面停止移动的最高温度 即为所测试样的凝点 2 浊点 是指在特定的试验条件下 柴油中开始析出石蜡晶体从而使柴油失去透明时的最高温度 含蜡愈多的柴油 其浊点也愈高 柴油达到浊点后 虽然有石蜡晶体析出 使柴油在燃油供给系中的流动阻力增大 但是还能保证正常的供油 不影响柴油机的正常工作 因此 浊点不是限制轻柴油使用的最低温度 同时 对加有流动性能改进剂的柴油的低温性能 浊点也不能准确表示 所以 用浊点作为柴油低温性能评价指标过于苛刻 除美国等少数国家现在还采用浊点外 其他国家大都不采用浊点指标 浊点的测定标准是GB T6986 1991 石油产品浊点测定法 测试仪器为浊点测定仪 如下图所示 a 浊点测定仪示意图b 浊点测定仪实物照片1 温度计2 搅拌器3 环形标线 浊点测定仪 3 冷滤点 是指在特定的试验条件下 1min内通过过滤器的柴油不足20mL时的最高温度 试验证明 用冷滤点模拟发动机的实际工作情况 近似于发动机的实际使用条件 它与柴油的实际使用温度有良好的对应关系 所以冷滤点与浊点 凝点相比 更具有实用性 是选择柴油低温流动性的依据 目前 国内外评价柴油低温流动性时 广泛采用冷滤点 冷滤点可以作为根据最低气温选用柴油牌号的依据 一般冷滤点要高于凝点4 6 比浊点稍低 轻柴油冷滤点的测定按照SH T0248 1992 馏分燃料 柴油冷滤点测定法 的规定进行 测试仪器为冷滤点测定仪 如下图所示 a 冷滤点测定仪示意图b 半导体柴油冷滤点测定仪实物照片1 温度计2 三通阀3 橡胶管4 吸量管5 橡胶塞6 支持环7 弹簧环8 试杯9 固定架10 铜套管11 冷浴12 过滤器 冷滤点测定仪 2 2 3改善柴油低温流动性的途径是 1 脱蜡 在炼制柴油的过程中采用脱蜡措施 2 在柴油中掺入二次加工柴油馏分和裂化煤油 高含蜡原油在裂化加工中得到的柴油馏分有较低的凝点 其他性能也较好 往柴油中掺入裂化煤油 能降低凝点 改善挥发性 3 加入降凝添加剂 柴油中加入降凝添加剂后能够延迟或防止石蜡结晶析出 因此可以降低柴油的凝点和冷滤点 降凝剂一般为烷基萘和乙烯酸酯的共聚物 加入量一般为0 05 0 1 2 3轻柴油的雾化和蒸发性2 3 1轻柴油的雾化和蒸发性对发动机的影响轻柴油的雾化和蒸发性是指轻柴油在柴油机气缸内经喷油器喷出时分散成液体雾粒及液体雾粒汽化蒸发的能力 柴油的雾化和蒸发性的好坏决定了混合气形成的速度和质量 高速柴油机混合气形成时间极短 因此对柴油的雾化和蒸发性有较高要求 柴油的雾化和蒸发性好 柴油机的起动性能就好 燃烧完全 不易稀释润滑油 油耗较低 积炭少 排烟较少 但是如果 雾化和蒸发性过好 会严重增大贮运和使用中的蒸发损失 并且影响使用安全性 而且发动机的工作容易粗暴 2 3 2轻柴油雾化和蒸发性的评价指标轻柴油雾化和蒸发性的评价指标有运动黏度 馏程 密度和闪点 1 运动黏度 黏度是指液体在外力作用下发生移动时 在液体分子间所呈现的内部摩擦力 它是表示油品流动性能好坏的一项指标 黏度小的油品流动性能好 黏度大的油品流动性能差 油品的黏度随着温度的变化而变化 这称为油的粘温性能 一般是温度升高黏度变小 温度降低黏度变大 所以 表示某一油品的黏度时必须标明温度 不标明温度的黏度是没有意义的 黏度分为动力黏度 运动黏度 条件黏度三种 评价轻柴油的雾化和蒸发性时 采用的是运动黏度指标 运动黏度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度 其值为相同温度下液体的动力黏度与其密度之比 单位是m2 s 柴油规格中要求测定20 的运动黏度 运动黏度不仅影响柴油的流动性 更主要的是影响柴油的雾化质量 柴油的规格中 对每种牌号柴油的运动黏度都规定了一定的范围 运动黏度的测定标准是GB T265 1988 石油产品运动黏度测定法 测定仪如下图所示 运动黏度测定仪 a 毛细管黏度计b 运动黏度测定仪实物照片1 6 管身2 4 扩张部分3 5 标线7 支管 2 馏程柴油馏程的测定方法与汽油馏程的测定方法基本相同 评定柴油的蒸发性采用的是50 蒸发温度 90 蒸发温度和95 蒸发温度三个温度点 1 50 蒸发温度 表示柴油中轻质馏分的含量 50 回收温度低 说明轻质馏分多 蒸发性好 易形成均匀的混合气 柴油机容易起动 50 蒸发温度对发动机启动性能的影响如下表所示 但该温度也不宜过低 过低时 因轻质馏分太多柴油蒸发太快 易引起全部柴油迅速燃烧 缸内压力升高剧烈 发动机工作粗暴 国家标准规定轻柴油50 蒸发温度不高于300 2 90 蒸发温度和95 蒸发温度 表示柴油中重质馏分的含量 90 蒸发温度和95 蒸发温度低 说明柴油中重质馏分含量少 柴油燃烧会越充分 可以提高柴油机的动力性 降低油耗 减小机械磨损 90 蒸发温度和95 蒸发温度高 说明柴油中重质馏分多 蒸发性 差 形成的混合气质量差 燃烧不完全 易造成发动机排气冒黑烟 功率下降 油耗增多 零件磨损增大等 所以 应严格控制这两个温度不能太高 国家标准规定轻柴油90 蒸发温度不高于355 95 蒸发温度不高于365 3 闪点在规定的试验条件下 加热油品所产生的蒸气与周围空气形成的混合气接触火焰发生瞬间闪火的最低温度称为闪点 用 表示 根据测定方法和仪器不同 分为开口闪点和闭口闪点 用开口杯闪点测定器测得的闪点为开口闪点 开口闪点用于高闪点 重质油 的油品 如发动机油 车辆齿轮油等 用闭口杯闪点测定器测得的闪点为闭口闪点 闭口闪点用于低闪点 轻质油 的油品 如轻柴油 闭口闪点测定时GB T261 1991 石油产品闪点测定法 闭口杯法 进行 将试样放在闭口闪点测定器内 加盖连续搅拌 以很慢的恒定速率加热 当油中温度计读数达到预期的闪点前10 时 按规定每隔1s或2s中断搅拌 同时将一火焰引入杯内 引起杯内油蒸气闪火时的最低温度为闪点 闭口杯闪点测定器如下图所示 a 闭口杯闪点测定器示意图b 闭口杯闪点测定器实物照片1 点火器调节螺钉2 点火器3 滑板4 油杯盖5 油杯6 浴套7 搅拌器8 壳体9 电炉盘10 电动机11 铭牌12 点火管13 油杯手柄14 温度计15 传动软轴16 开关箱 闭口杯闪点测定器 开口杯闪点测定器如下图所示 开口杯闪点测定器 a 开口杯闪点测定器示意图b 开口杯闪点测定器实物照片1 点火器支柱2 点火器3 屏风4 底座5 坩埚托6 外坩埚7 内坩埚8 温度计9 支柱10 温度计夹 闪点低说明柴油中的轻质馏分多 蒸发性好 但闪点太低时说明轻质馏分过多 蒸发过快 会造成汽缸压力突然上升 使柴油机工作粗暴 同时储运及使用中的安全性下降 柴油的闪点主要用来控制其挥发性的上限 下限由馏程控制 国家标准规定了各号轻柴油的闭口闪点的最低数值 4 密度柴油的密度过大 将使雾化质量变差 使汽缸中的混合气形成不均匀 难以形成良好的混合气 导致燃烧条件变差 排气冒黑烟 发动机经济性下降 柴油的密度大说明芳香烃含量较多 芳香烃多将导致柴油机工作粗暴 柴油密度的测定按照GB T1184 2000 原油和液体石油产品密度测定法 密度计法 的规定进行 a 密度计b 密度计读数观察示意c 石油产品密度试验器照片 石油密度试验器及其观测 测试仪器为石油密度计 如下图所示 2 4柴油的燃烧性 发火性 2 4 1轻柴油的燃烧性对发动机的影响柴油的燃烧性是指柴油的自燃能力 燃烧性良好的柴油其自燃点低 如果柴油的燃烧性差 会引起柴油机工作粗暴 柴油燃烧性差时 会使着火延迟期变长 喷入燃烧室的柴油就会越积越多 达到自燃点时就会有过量的柴油参加燃烧反应 这样会使汽缸压力上升过快 产生强烈的发动机敲击声 功率下降 油耗增大 磨损加剧 如果柴油的燃烧性过好 其自燃点会太低 着火延迟期会过短 易使混合气来不及混合均匀就燃烧 导致燃料燃烧不完全 出现排气冒黑烟 燃料消耗增大 气缸产生的爆发压力下降 柴油机的输出功率下降 综上所述 轻柴油应具有较好的燃烧性能 但不可过好 2 4 2柴油燃烧性的评价指标柴油燃烧性的主要评价指标是十六烷值 1 十六烷值十六烷值是表示压燃发动机燃料发火性能的一个约定量值 它是在规定条件下的标准发动机试验中 通过和标准燃料进行比较来测定的 采用和被测定燃料具有相同燃烧性能的标准燃料的十六烷值表示 十六烷值可以缩写为CN CeaneNumber 测定十六烷值的标准燃料是用两种燃烧性能相差悬殊的烃作基准物配制而成的 一种是正十六烷 C16H34 它的燃烧性能良好 规定其十六烷值为100 另一种是 甲基萘 C11H10 它的燃烧性能差 规定其十六烷值为0 按不同体积比例混合即得到多种标准燃料 标准燃料中正十六烷的体积百分数规定为标准燃料的十六烷值 该值范围为0 100 十六烷值只能表明某一燃料的燃烧性与标准燃料相同 而不是说它含有那么多的正十六烷 如乙醚的十六烷值为53 但它并不含正十六烷 2 十六烷值的测定测定某一油品的十六烷值时 将试油用于单缸柴油机后 调节柴油机压缩比 确定被试验燃料的闪火时间 如果被试燃料和某一标准燃料在同样条件下同期闪火 所选用的压缩比又相同 则它们的十六烷值相同 标准燃料的十六烷值即为被测柴油的十六烷值 十六烷值的测定按照GB T386 1991 柴油十六烷值测定法 同期闪火法 的规定进行 下图所示为柴油十六烷值测定机 该试验设备为一台压缩比可在7 23范围内变化的单缸柴油机 柴油机飞轮轮缘内圈上装有两个氖灯 一个指示喷油器喷油时刻 一个指示混合气着火时刻 飞轮上方有观察窗孔 观察窗孔内装有窥视镜 柴油十六烷值测定机 3 柴油各烃类组分的十六烷值柴油中的烃类组分主要有正构烷烃 异构烷烃 环烷烃 烯烃 芳香烃 柴油化学成分对十六烷值的影响如下表所示 4 柴油机的转速越高 对十六烷值的要求就越高 1000r min以下的柴油机应使用十六烷值在35 40之间的柴油 1000r min 1500r min的柴油机应使用十六烷值为40 45的柴油 1500r min以上的柴油机应使用十六烷值为45 60的柴油 十六烷值高 汽车容易起动 国家标准规定轻柴油的十六烷值不小于45 5 提高柴油十六烷值的方法 1 在柴油中加入硫酸或选择溶剂除去柴油中芳香烃 但是该方法将导致柴油产率降低 凝点提高 成本提高 2 在柴油中加入十六烷值改进剂 优点是效果好 又不改变凝点 通常用的添加剂有烷基硝酸酯 丙酮过氧化物 加入量一般为1 5 2 0 此方法可提高柴油十六烷值16 24个单位 2 5柴油的腐蚀性轻柴油的腐蚀性主要由其中的硫化物和有机酸等成分产生的 由于柴油属于中等馏分 存在于柴油中的硫 硫醇硫的含量会较多 对零件的腐蚀作用较强 而且会促进沉积物形成 柴油的腐蚀性的评定指标是硫含量 硫醇硫含量 酸度 铜片腐蚀以及水溶性酸和碱试验 其中酸度 铜片腐蚀和水溶性酸碱试验的概念和测定标准都与汽油相同 所以在此我们只研究硫含量和硫醇硫含量 柴油中硫化物的存在 尤其是硫含量过大时 会对柴油机产生较大危害 直接影响发动机的使用寿命 元素硫和硫醇硫在燃烧后都生成SO2和SO3 不仅直接腐蚀汽缸中高温区零件 而且会对气缸壁上的润滑油和尚未燃烧的柴油七催化作用 加速烃类的聚合反应 使燃烧室 活塞顶和排气门等部位的漆状物和积碳增加 积碳层中有硫存在时会使其变得更坚硬 而且很难清除 会加剧零件的磨损 当气态氧化硫从气缸窜入曲轴箱低温区时 遇冷凝水生成亚硫酸和硫酸 会强烈的腐蚀零件 特别是柴油机的铜轴承 同时使润 滑油的某些成分变成磺酸 酸性硫醇脂和胶质 加速润滑油老化变质 由于硫和硫醇硫的存在会给柴油机造成上述不良后果 所以对柴油中硫和硫醇硫的含量严加控制 国标规定轻柴油中的硫含量不大于0 2 硫醇硫含量不大于0 01 2 6柴油的安定性柴油的安定性包括贮存安定性和热安定性 贮存安定性是指柴油在运输 贮存和使用过程中保持外观 组成和使用性能不变的能力 热安定性是指柴油在柴油机的高温条件下 以及溶解氧的作用下 发生变质的倾向 安定性差的柴油最明显的表现是颜色变深和生成胶质 主要原因是柴油中含有不安定成分 如二烯烃 烯烃等不饱和烃 柴油的馏分过重 环烃芳烃和胶质含量高时 安定性也差 评价柴油安定性的指标是 碘值 色度 氧化安定性 实际胶质和10 蒸余物残炭 1 碘值 为了增加柴油的含量 商品柴油多是直馏柴油与裂化柴油组成的调和柴油 因此必须控制不饱和烃的含量 其控制指标为碘值 以碘的乙醇溶液与试样产生作用后 用硫定硫酸钠溶液滴定剩余的碘 以100g试样所能吸收碘的克数表示碘值 再根据碘值的平均分子量计算出试样中不饱和烃的含量 测定时 按SH T0234 1992 轻质石油产品碘值和不饱和烃含量测定法 碘乙醇法 的规定进行 石油产品赛波特颜色测定器 3 氧化安定性 是指100mL柴油在规定条件下所形成总不溶物的毫克数 以mg 100mL表示 氧化安定性的测定按SH T0175 2004 馏分燃料油氧化安定性测定法 加速法 的规定进行 采用如右图所示的馏分燃料油氧化安定性测定仪 加速法 进行 馏分燃料油氧化安定性测定仪 加速法 4 实际胶质实际胶质的概念和测定方法与汽油相同 5 10 蒸余物残炭 10 蒸余物残炭是指把柴油馏程试验中馏出90 以后的蒸余物作为试样 经强烈加热一定时间让其裂解后 所形成的残留物 叫做10 蒸余物残炭 用质量百分数表示 残炭值为残留物质量与原试样质量之比 10 蒸余物残炭反映柴油馏分的轻重和精制的程度 残炭值小 说明柴油馏分轻 精制程度深 反之 则说明柴油馏分重 精制程度浅 柴油的10 蒸余物测定按照GB T268 1987 石油产品残炭测定法 康氏法 的规定进行 把称重好的试样置于残炭测定仪的坩埚内 进行加热分解蒸馏 在规定的加热事件结束后 将盛有炭质残余物的坩埚 置于干燥器内冷却并称重 计算其质量百分数 即为10 蒸余物残炭 国标规定10 蒸余物残炭一般不大于0 3 柴油的10 蒸余物测定仪器是下图所示的石油产品残炭测定仪 石油产品残炭测定仪 2 7柴油的清洁性轻柴油的清洁性是指轻柴油中不应含有机械杂质和水分 燃烧不产生灰分等 如果柴油中混入了坚硬的杂质 就会堵塞油路使机件产生磨料磨损 而水分可以增加硫化物对金属零件的腐蚀作用 评定柴油清洁性的指标是灰分 水分和机械杂质 1 灰分 不能燃烧的机械杂质和溶于燃料中的有机酸 无机酸和盐类经过煅烧后剩余的物质 叫做灰分 这些物质沉积在燃烧室中能起磨料的作用 会加快汽缸壁与活塞环的磨损 国标规定灰分不大于0 01 0 02 2 水分和机械杂质 柴油中水分过多时 在冬季会冻冰引起供油系统阻塞 还会加强有机酸对金属的腐蚀 所以应当严格控制 柴油含有机械杂质 会引起供油系统阻塞 会加剧喷油泵的柱塞和柱塞套 喷油器针阀与针阀座等精密偶件的磨损 甚至造成喷油泵柱塞和喷油器的针阀卡死 所以 柴油中不容许存在机械杂质 2 8轻柴油的规格 接上页 2 9轻柴油的选择2 9 1柴油牌号的选择应保证其使用的最低气温高于柴油冷滤点为原则 柴油的凝点应比当地的最低气温低4 6 1 10号柴油适用于有预热设备的高速柴油机 2 5