ЧИСТОТА НЕФТЕПРОДУКТОВ – ЗАЛОГ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИКИ

 Сложность конструкций и высокая стоимость современной техники определяют повышенные требования к качеству используемого топлива, ма-сел и рабочих жидкостей.   Одним из основных факторов, характеризующих качество нефтепродуктов и оказывающих огромное влияние на их эксплуа-тационные свойства, является степень чистоты. Этот показатель может суще-ственно ухудшаться в процессе производства, хранения, транспортировки и потребления.

 Существуют два направления обеспечения чистоты нефтепродуктов:

- профилактические и защитные меры, предупреждающие загрязнение,

- восстановление качества нефтепродуктов путем их очистки.

 К сожалению, несмотря на профилактические мероприятия, проводи-мые в настоящее время в системе нефтепродуктообеспечения, чистота топли-ва и масел, поступающих на предприятия, часто не соответствует требовани-ям ГОСТ. Кроме того, нефтепродукты дополнительно загрязняются в местах потребления. Поэтому актуальнейшей проблемой при эксплуатации техники является тонкая очистка топлива, масел и рабочих жидкостей гидросистем.

  Борьба с загрязнением нефтепродуктов не только повышает надеж-ность и долговечность техники, но и обеспечивает  экономию топлива и ма-сел.

1 Дизельное топливо

Требования к чистоте

В дизельных топливах в соответствии с ГОСТ 305 предусматривается отсутствие механических загрязнений, определяемое по ГОСТ 6370. Чув-ствительность этого метода составляет 0,005% масс (50 г механических при-месей  в 1 т топлива), что составляет в настоящее время допустимый предел загрязненности дизельного топ¬лива. Заправка техники дизельным топливом, исходя из разме¬ров прецизионных пар топливной аппаратуры дизельных двигателей, должна осуществляться при отсутствии в топливе частиц разме-ром свы¬ше 5 мкм /2/.

Присутствие воды в дизельном топливе не допускается.

Источники загрязнения

В процессе перевозки и хранения в топливе может накопиться до 200-300 г механических примесей на 1 т топлива. Тогда за 1 год в топливный бак трактора попадает вместе с дизельным топливом 2…4,5 кг механических примесей.

Воздух, с которым постоянно контактирует топливо, содержит влагу. Будучи гигроскопичным, топливо в таких условиях обводняется.  Кроме то-го, даже незначительные перепады температуры воздуха приводят в конден-сации влаги на стенках емкостей, в которых хранится топливо. Это относится и к топливным бакам.  Это также приводит к накоплению воды в топливе.

Последствия  загрязнения и обводнения топлива

Загрязнения топлива прежде всего снижают ресурс фильтрующих эле-ментов /4/. Большая часть пылинок воздуха, попадающих в нефтепродукты, соизмерима с зазорами в топливной аппаратуре (1 – 15 мкм) и с зазорами в наиболее ответственных сопряжениях двигателя (10  -  700 мкм). При этом твердость основных компонентов пыли составляет 6…9 единиц по десятич-ной шкале Мосса, что значительно превосходит твердость материалов тру-щихся пар. Для сравнения: твердость алмаза составляет 10 единиц, железа – 4,4, меди – 3, алюминия – 2,9 /6/.

Абразивные частицы загрязнений, содержащихся в дизельном топливе, значительно ускоряют износ прецизионных пар и сопловых отверстий фор-сунок, что приводит к неравномерной подаче топлива, ухудшению процесса его сгорания и увеличению расхода, нарушению режима работы двигателя на холостых оборотах и при малых нагрузках, затруднению пуска двигателя и уменьшению его мощности. Неполное сгорание топлива увеличивает дым-ление /2/.

 Загрязнения, попадая под иглу форсунки, нарушают плотность ее по-садки в седле распылителя и вызывают подтекание топлива, а попадая в за-зор между иглой и стенкой распылителя, могут привести к зависанию иглы, что приводит к прекращению подачи топлива в камеру сгорания. Попадание загрязнений в распылители форсунок и засорение отверстий приводит не только к нарушению и прекращению работы, но нередко и к обрыву голов-ки.

Использование дизель¬ного топлива с содержанием механических при-месей приводит к местному износу плунжера до 30…35 мкм, гильзы до 15…17 мкм, нагнетательного клапана до 25…30 мкм. В зависимости от  за-грязненности  топлива  срок  службы  насоса высокого давления может уменьшаться в 5 - 6 раз.

Противоизносные свойства дизельного топлива ухудшаются практиче-ски линейно с увеличением содержания воды в нем. Присутствие в топливе 1 % воды ухудшает противоизносные свойства топлива в 3 раза. Вода в топ-ливе способствует увеличению скорости коррозии, нарушению нормального процесса сгорания топлива, ухудшению его прокачиваемости и фильтруемо-сти. Все это значительно повышает износ двигателя.

Основную опасность представляет вода, которая присутствует в топли-ве в виде отдельной фазы. Исследования состава и коррозионной агрессив-ности водных отстоев показало, что одним из наиболее коррозионно-агрессивных компонентов примесей, содержащихся в отстоях, являются ио-ны хлора, присутствующие в количествах вполне достаточных, чтобы вы-звать коррозионное поражение топливных емкостей /12/.

От 30 до 95% отказов дизелей связано с неисправностями системы питания, причем половина этих отказов вызывается загрязненностью топ-лива /2/.

Эффективность очистки топлива от загрязнений

Очистить дизельное топливо от механических частиц очень трудно. Применяемая при заправке топливных баков сетка-фильтр может задержи-вать лишь частицы размером более 80 мкм. Менее же крупные частицы сво-бодно проходят через сетку-фильтр топливного бака, забивают топливные фильтры дизеля.

Отстаивание – наиболее доступный способ очистки дизтоплива от ме-ханических примесей, однако это довольно длительный процесс. Например, концентрация в дизтопливе частиц размером 5…7 мкм при отстаивании уменьшается в два раза лишь через 25 суток /3/.

Для очистки значительных объемов топлива могут быть использованы центробежные очистители. Например, установка СОГ-933КТ (г. Саратов) способна очистить до 3 т  топлива за час. Тонкая очистка на центрифуге поз-воляет удалить из топлива механические частицы размером более 1 мкм и воду. Резко повышается ресурс топливной аппаратуры дизеля. При  работе на чистом топливе ресурс топливного насоса  достигает 6000 мото-часов.

2 Моторные, трансмиссионные и гидравлические масла

Расход масел и сроки их замены

Структура фактического расхода моторного масла: 50% используется в двигателе, до 30 – в гидросистеме, до 20% - в трансмиссии. В двигателе на замену расходуется до 40% общего количества масла, на угар – до 60%.   Фактический расход масла на угар при эксплуатации двигателей в 2-3 раза превышает нормы, т.е. достигает 1,5 – 2,5% от расхода топлива (25 кг на тонну топлива).

Фактический расход жидкостей в гидросистемах превышает технически обоснованные нормы в 2-3 раза. Поэтому важно организовать их сбор при устранении последствий отказов гидросистем, чтобы после очистки исполь-зовать собранное масло повторно, не допуская его сдачи в качестве отрабо-танного.  Существенную экономию нефтепродуктов обеспечивает использо-вание в гидросистемах очищенных  работавших моторных масел.

   Согласно правилам технического обслуживания тракторов и автомо-билей, картерное масло необходимо заменять при ТО-2. В действительности же «старение»    масла,  истощение или срабатывание присадок зависят от многих факторов, в частности от степени изношенности цилиндро-поршневой группы, теплового и нагрузочного режимов двигателя, содержа-ния серы в топливе, сорта самого масла. Периодичность замены масла уста-новлена предприятиями-изготовителями в расчете на номинальную загрузку двигателя, а более 50% тракторов используются с неполной загрузкой (транспортные и другие легкие работы), и процесс старения масел в них су-щественно замедляется /1,5,8,9/.  Поэтому   часто наблюдается преждевре-менная  замена работающего масла, которое еще не утратило эксплуатаци-онных свойств. По данным /5/, моторное масло, если оно сохранило необхо-димое качество, целесообразно заменять через 700…800 мото-ч.   Но для такого увеличения срока службы масла необходима  его очистка от  продуктов износа деталей, абразивной пыли и  воды,  которые являются ос-новными причинами выбраковки масел /8,9/.  Для этой цели применяются центробежные очистители или фильтрование с предварительным подогре-вом.

Требования к чистоте масел

 В моторном масле допускается  содержание механических примесей не более 0,015 %,   размер загрязнений  не более 15 мкм, наличие воды не более 0,04 %.

Для гидравлических жидкостей рекомендуется 10-й класс чистоты по ГОСТ 17216-71, размеры механических примесей не более 10-15 мкм.

Массовое содержание механических загрязнений в трансмиссионных маслах допускается в пределах 0,01…0,03%.  В большинстве трансмиссион-ных масел допускаются следы воды при определении методом Дина-Старка. В ряде трансмиссионных масел (например, в гипоидных) присутствие воды не допускается /2/.

Источники загрязнения

Нередко уже при заправке в системы машин загрязненность моторных масел превышает последний 17-й класс по ГОСТ 17216-71, т.е. содержание загрязнений более 0,063 %.  Рекомендуемый при заправке 10-й класс чисто-ты масел не обеспечен ни в одном из обследованных хозяйств  Московской области /10/. При эксплуатации машин по мере износа двигателя, в работа-ющем масле продолжают накапливаться продукты износа – металлические частицы. Кроме того, извне попадают различные примеси – через воздухо-очиститель, с продуктами неполного сгорания топлива и масла, с доливае-мым на угар маслом, через сапуны, уплотнения и т.д.

В таблице 1 приведены источники загрязнения масла в двигателе.

Анализируя сведения, приведенные в таблице, следует обратить вни-мание на такие загрязнения, как нагар, лаковые отложения, мазеподобные смолистые осадки, которые образуются в процессе окисле¬ния масла. Если металлические и минеральные абразивные частицы, механические примеси размером более 10 мкм можно удалить из масла, воздействуя на него физи-ческими способами очистки, то про¬дукты окисления масла остаются в нем даже после физико-химиче¬ских методов. Необходимы решения, позволяю-щие удалять из масла как твердые частицы загрязнений размером более 5 мкм, так и час¬тицы органического происхождения (продукты окисления мас-ла) размером 1...3 мкм. Многими исследователями обнаружено, что после удаления из масла механических примесей полностью восстанавливаются его пер¬воначальные свойства.

При исправном состоянии фильтров и своевременной очистке их от от-ложений моторное масло меньше загрязняется и дольше сохраняет свои свойства. Однако системы смазки дизелей задерживают лишь 49…72% меха-нических примесей /5/.

Загрязнение гидравлических жидкостей также происходит на всех ста-диях - от завода до  бака гидросистемы. В процессе работы  накапливаются продукты износа, извне попадают пыль и влага.   Использование ведер, кру-жек и другого подсобного инвентаря при заправке и доливе масел приводит к дополнительному загрязнению их абразивной пылью.

При эксплуатации масел в гидросистемах тракторов Т-150К загряз-ненность соответствовала 15 – 22 классам (без учета волокон и частиц раз-мером свыше 200 мкм, наличие которых по стандарту не допускается). Од-нако практически во всех исследованных пробах эти волокна и частицы при-сутствовали /10/.

Рисунок 1. Уровень топлива в баке в зависимости от расстояния

В трансмиссионных маслах в процессе работы также идет накопление механических примесей, основную долю которых состав¬ляют абразивные частицы. Содержание их к концу срока службы масла может достигать 3...5% при допустимом значении 0,1% /12/.

Последствия  загрязнения и обводнения масел

При наличии загрязнений в моторных маслах значительно возрастает абразивный износ сопряжений, увеличивается нагароотложение. Загрязне-ния засоряют маслоподводящие каналы, забивают маслоочистительные устройства (фильтры и центрифуги), нарушают температурный режим дви-гателя. В поршневых двигателях наиболее распространенным видом износа является абразивный. Ему подвергаются подшипники и шейки коленвала, поршни, цилиндры. Установлено, что с увеличением содержания твердых частиц в масле от 0,05 до 0,2% (по массе) скорость износа верхних поршне-вых колец и гильз цилиндров увеличивается более чем в два раза /2/.

Интенсивность износа, вызванного загрязнением моторного масла, значительно выше воздействия загрязнений, попавших в двигатель другими путями. Так, на 80...90% износ цилиндропоршневой и кривошипно-шатунных групп двигателей является абразивным. До 30% случаев прово-рачивания вкладышей подшипников коленчатого вала дизелей вызвано при-сутствием в масле относительно крупных частиц загрязнений. При использо-вании моторного масла без загрязнений износ дета¬лей двигателя резко сни-жается, например, износ подшипников и шеек коленчатого вала — в 10...40 раз. Несколько меньшее влияние за¬грязненность масла оказывает на износ поршней. Износ поршневой группы в основном определяется загрязненно-стью воздуха, посту¬пающего в камеры сгорания двигателя. Однако даже с учетом этого удаление из масла частиц загрязнений, размеры которых пре-вышают 5 мкм, позволяет снизить износ ЦПГ в 1,5... 10 раз. Удалив из масла частицы размером более 1 мкм, можно уменьшить износ в еще более значи-тельной степени /12/.

Вода в маслах увеличивает их вспениваемость, ускоряет срабатывае-мость и отфильтровывание присадок, образование и укрупнение загрязне-ний, коррозию металлов. За счет вымывания присадок водой ухудшаются многие функции масел, увеличиваются отложения всех видов, возникают пе-регревы.

Вода значительно ухудшает смазывающие свойства моторных масел. При разрыве масляной пленки вследствие испарения содержащихся в  масле микрокапель воды возникает сухое  трение, и потери мощности значительно возрастают. Аналогичные явления происходят на рабочей поверхности зубьев шестерен при попадании воды в трансмиссионные масла /2/.

Обводнение масла при эксплуатации технически исправных дизелей происходит вследствие конденсации паров воды из газов, прорывающихся в картер, или отпотевания стенок баков из-за изменений темпе¬ратуры. Содер-жание воды в работающем масле обычно не превышает 0,03%. Но даже та-кое небольшое количество воды неблагоприятно сказывается на скорости старения масла. Снижение содержания воды в масле, дос¬тигаемое повыше-нием его температуры в картере от 60 до 85°С, существенно уменьшает ско-рость накопления в масле нераствори¬мых продуктов и окисления масла.

Последствия сильного обводнения масла могут быть очень тя¬желыми. Скорость изнашивания деталей цилиндропоршневой группы и коррозии подшипников многократно возрастает, содер¬жащиеся в масле загрязнения коагулируют и образуют на элемен¬тах масляных фильтров характерные глянцевые волнистые отло¬жения, прекращающие очистку масла /12/.

Современные системы гидропривода и гидравлического управления имеют очень малые диаметральные зазоры, что обусловливает высокую чув-ствительность этих узлов и агрегатов к наличию в жидкости твердых частиц. Попадание частиц загрязнений между прецизионными парами повышает их износ и может привести к заклиниванию. Твердые загрязнения могут полно-стью или частично закупоривать капиллярные каналы распределительных устройств и других агрегатов гидросистемы, снижая пропускную способ-ность. При закупорке гидросистема выходит из строя.

При наличии в гидравлической жидкости металлических частиц в ней может образовываться стойкая пена. Кроме того, металлические загрязнения выполняют роль катализатора при окислении жидкости кислородом возду-ха, что способствует увеличению количества загрязнений органического происхождения.

Присутствие воды в жидкостях увеличивает износ прецизионных пар,   приводит к образованию трудноразрушимой эмульсии, стабильность кото-рой значительно повышается из-за наличия в жидкости присадок и продук-тов окисления углеводородов. Стойкие эмульсионные воды в жидкости об-разуют вязкий шлам, засоряющий насосы, клапаны и цилиндры регулиру-ющей аппаратуры. При отрицательных температурах вода приводит к обле-денению гидравлических систем и, как следствие, к нарушению нормальной работы и поломкам.

 Из-за загрязненности рабочих жидкостей происходит 70…90 % от-казов гидросистем /2,10/.

Технические средства для очистки масел

Для тонкой очистки работавших масел от механических примесей и воды на местах потребления наиболее эффективны центробежные установки /2,8,9/.

 В результате их использования гидравлические, индустриальные и трансмиссионные масла очищаются практически до уровня свежего масла.

Исследованиями и испытаниями установлено, что в сильнозагряз-ненных моторных, компрессорных, гидравлических и трансмиссион¬ных маслах (после удаления из них загрязнений) восстанавливаются их основные эксплуатационные свойства, и они могут использоваться по своему прямому назначению.

В институте ВИИТиН разработана установка УОМ-ЗМ для очист¬ки отработанных масел (рисунок 1). В качестве рабочего органа уста¬новка оснащена реактивными масляными центрифугами 3. Загряз¬ненное масло за-качивают насосом 1 в бак  4 установки и подогре¬вают с помощью электро-нагревателя 6 до рабочей температуры. По¬сле прогрева и перемешивания устройством 5 масло насосом направляют под давлением 0,7...0,9 МПа в центрифуги 2, где происходит осаждение загрязнений, масло же, выходя из сопел центрифуг, сливается обратно в бак 4 установки. Так как разделяю¬щий фактор центрифуг установки значительно выше, чем у трактор¬ных очистите-лей, осаждение на стенки роторов происходит более ин¬тенсивно, а тонкость очистки достигает 5...10 мкм по абразивным частицам.

Рисунок 1.  Установка дня очистки отработанных масел УОМ-ЗМ:

а - общий вид; б – гидравлическая схема.

Вода, содержащаяся в масле, удаляется в виде паровоздушной смеси из зоны гидрореактивного привода роторов за счет рациональ¬но организо-ванной вентиляции масляного бака и внутренних полос¬тей  корпусов цен-трифуг.

Конструкция установки позволяет удалять из отработанных мотор-ных масел асфалъто-смолистые загрязнения, сосредоточенные в части¬цах размером 1...З мкм. Разработанный ВИИТиНом способ очистки моторных масел с их осветлением на установке УОМ-ЗМ предусматри¬вает применение разделяющего агента (минерального удобрения), дос¬тупного для любого сельскохозяйственного предприятия.

Сущность нового способа очистки заключается в возможности приме-нения разделяющего агента коагулирующе-адсорбционного типа. При этом удается избежать "жестких" воздействий на активную часть присадки, а процесс укрупнения мельчайших загрязнений про¬исходит без разрыва хи-мических связей /12/.

Сравнительные физико-химические показатели очистки масла на уста-новке УОМ-ЗМ обычным центрифугированием и центрифугиро¬ванием с ис-пользованием разделяющего агента (РА) представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы, такие показатели, как содержание механи¬ческих примесей, нерастворимых осадков, воды и цвет масла доведе¬ны практически до уровня свежего масла.

Таблица 2   Показатели качества очистки масел на установке УОМ-3М

Основные характеристики других технических средств для очистки нефтепродуктов представлены в таблице 3.

Эффективность очистки масел

При периодической тонкой очистке   моторного масла срок его службы увеличивается в 2-6 раз /1,9/.  Показатели очищенного моторного масла не-сколько отличаются от требований ГОСТа в связи с частичным  срабатыва-нием присадок.  Для восстановления присадок  в очищенную «отработку»  добавляют 10…30% свежего масла. Результат контролируют по щелочному числу полученной композиции масел.  Такая схема  многократно продлевает срок службы моторного масла. Реальная экономия масел при этом составля-ет 20-30 % /8/. На одном из АТП г. Уфы применение тонкой очистки   позво-ляет  ежегодно экономить 15 т масла.

Таблица 3  Технические средства для очистки смазочных масел

* тонн в год

При уменьшении размеров загрязняющих частиц с 25 до 3 мкм долго-вечность узлов и агрегатов гидросистем увеличивается в 8 раз /2/.

Это позволяет многократно продлить срок  службы масел в гидроси-стемах, трансмиссиях тракторов, автомобилей, обкаточных стендах и другом стационарном оборудовании.   Часто появляется возможность не менять масло до очередного планового ремонта. Экономия масла при таком техни-ческом обслуживании 70 тракторов Т-150К составила 6,4 т  в год. На двух ремонтных предприятиях Тамбовской области организована очистка  масел, используемых при обкатке коробок передач тракторов Т-150К и К-701. В результате срок службы масел увеличен в 3-4 раза, годовая экономия на од-ном предприятии составила  6 т, на другом – 8 т /8/.

 При ТОР машин очищенные работавшие масла могут быть также успешно использованы в инерционно-масляных воздухоочистителях. В предприятиях, имеющих 50 тракторов, экономия масел при этом достигает 1,5 – 2 т в год. Как было отмечено, очищенные работавшие моторные масла могут быть использованы и в гидросистемах /8/.

Библиографический список

1. Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов.- М.: Россельхозиздат, 1979.- 416 с.
2. Коваленко В.Г. и др. Очистка нефтепродуктов от загрязнений в системе нефтепро-дуктообеспечения.- М.: Изд-во «Нефть и газ», 2002.-136 с.
3. Цагарели Д.В. и др. Сохранность нефтепродуктов.- М.: Изд-во «Нефть и газ», 2002.-384 с.
4. Васильева Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1968. – 279 с.
5. Лышко Г.П. Топливо и смазочные материалы. – М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с.
6. Никитин Г.А., Ипатов А.М. Специальное оборудование аэропортов. – М.: Транспорт, 1979. – 176 с.
7. Арабян С.Г., Виппер А.Б., Холомонов И.А. Масла и присадки для тракторных и ком-байновых двигателей: Справочник.- М.: Машиностроение, 1984. – 208 с.
8. Ресурсосбережение при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники. – М.: ФГНУ «Росинформагротех».- Ч. II. – 2001. – 420 с.
9. Контроль состояния и восстановление работоспособности смазочных материалов / В.А. Зорин и др. / Самоходные машины и механизмы, № 1, 2001.
10. Рекомендации по применению индикатора загрязнения жидкости ИЗЖ. – М.: НПП «Сервтех», 1997.
11. Рыбаков К.В., Карпекина Т.П. Повышение чистоты нефтепродуктов.- М.: Агропром-издат, 1986.- 111 с.
12. Остриков В.В., Нагорнов С.А., Гафуров И.Д. Топливо и смазочные материалы: Учеб-ное пособие. – Уфа: Изд-во Башкирского ГАУ, 2006. – 259 с.

ГАФУРОВ И.Д.