Combustibili navali

26
Combustibili navali Generalităţi Din cheltuielile de întreţinere a navelor combustibililor le revine o parte însemnată, atât prin valoarea lor propriu-zisă cât şi prin cheltuielile indirecte legate de întreţinerea instalaţiilor de combustibil, a motoarelor precum şi a traseelor de evacuare a gazelor de ardere. O eficienţă cât mai mare în raport cu preţul se poate obţine prin eliberarea prin ardere a unei cantităţi cât mai mari de energie si prin folosirea acesteia în proporţie cât mai mare, ceea ce depinde în mare măsură de calitatea combustibilului. Din punct de vedere chimic arderea combustibililor este o reacţie de oxidare a componentelor sale. Referitor la această reacţie trebuie sublimate următoarele: - cu cât energia chimică înmagazinată în reactanţi - combustibil şi oxigen - este mai mare si cea din produşi - gaze de ardere - este mai mică, cu atât o mai mare cantitate de energie, de obicei sub formă de căldură, devine disponibililă pentru a fi transformată în altă formă de energie; - reacţia de oxidare este o reacţie în lanţ, radicalică. Pentru ca această reacţie să se desfăşoare, moleculele substanţelor componente ale combustibililor trebuie să se ciocnească cu cele de oxigen, cu o viteză şi deci cu o energie atât de mare încât să se poată rupe legăturile chimice dintre atomii din interiorul reactanţilor pentru a se forma noi legături chimice în produşii de reacţie. Deci substanţele lichide şi solide trebuie întâi încălzite astfel încât să elibereze suficiente molecule ce se deplasează cu viteze foarte mari. Energia de ciocnire este un factor important în iniţierea arderii, iar aceasta este dependentă de natura, forma şi mărimea moleculelor substanţelor din combustibil.

description

ihbkji

Transcript of Combustibili navali

Page 1: Combustibili navali

Combustibili navali

GeneralităţiDin cheltuielile de întreţinere a navelor combustibililor le revine o parte

însemnată, atât prin valoarea lor propriu-zisă cât şi prin cheltuielile indirecte legate de întreţinerea instalaţiilor de combustibil, a motoarelor precum şi a traseelor de evacuare a gazelor de ardere. O eficienţă cât mai mare în raport cu preţul se poate obţine prin eliberarea prin ardere a unei cantităţi cât mai mari de energie si prin folosirea acesteia în proporţie cât mai mare, ceea ce depinde în mare măsură de calitatea combustibilului.

Din punct de vedere chimic arderea combustibililor este o reacţie de oxidare acomponentelor sale. Referitor la această reacţie trebuie sublimate următoarele:

- cu cât energia chimică înmagazinată în reactanţi - combustibil şi oxigen - este mai mare si cea din produşi - gaze de ardere - este mai mică, cu atât o mai mare cantitate de energie, de obicei sub formă de căldură, devine disponibililă pentru a fi transformată în altă formă de energie;

- reacţia de oxidare este o reacţie în lanţ, radicalică. Pentru ca această reacţie să se desfăşoare, moleculele substanţelor componente ale combustibililor trebuie să se ciocnească cu cele de oxigen, cu o viteză şi deci cu o energie atât de mare încât să se poată rupe legăturile chimice dintre atomii din interiorul reactanţilor pentru a se forma noi legături chimice în produşii de reacţie. Deci substanţele lichide şi solide trebuie întâi încălzite astfel încât să elibereze suficiente molecule ce se deplasează cu viteze foarte mari.

Energia de ciocnire este un factor important în iniţierea arderii, iar aceasta este dependentă de natura, forma şi mărimea moleculelor substanţelor din combustibil. Arderea implică mai multe etape: iniţierea, propagarea şi întreruperea lanţului de reacţie, în propagarea ei un rol important revine unor produşi intermediari, radicali liberi, cu energii foarte ridicate şi deci foarte reactivi, care se ciocnesc de celelalte molecule de hidrocarburi sau oxigen.

Procesul de ardere nu este simplu, succesul arderii (arderea completă) depinde atât de compoziţia combustibilului, cantitatea de oxigen disponibilă, construcţia motorului precum şi de o serie de factori pe care îi poate controla mecanicul ce supraveghează arderea combustibilului în motor.

Compoziţia chimică a combustibililorCompoziţia chimică a combustibililor este dependentă de natura materiei prime -

ţiţeiul - dar si de tehnologia de obţinere. Toate substanţele din ţiţei se regăsesc în combustibili repartizate, în proporţii diferite, pe fracţiuni petroliere; în plus pot apare substanţe noi, în special olefme şi oxizi de aluminiu şi siliciu, provenite din procesele de cracare.

Ţiţeiurile supuse prelucrării au, în funcţie de locul de extracţie, o compoziţie extrem de variată şi foarte complexă, cuprinzând sute de substanţe, în proporţii diferite. Cu toate acestea marea majoritate a substanţelor componente sunt constituite din câteva specii de atomi si aparţin câtorva clase de substanţe.

Page 2: Combustibili navali

Compoziţia elementară a ţiţeiului.

Hidrocarburile, formate numai din carbon şi hidrogen, reprezintă cea mai mare parte a ţiţeiului. Hidrocarburile cu 1-4 atomi de carbon în moleculă sunt gazoase la temperatura ambianta, cele cu 5 până la 15-17 atomi de carbon sunt lichide, iar cele superioare solide. Cele solide sunt fie dizolvate în faza lichidă fie solide în stare coloidală sau suspensie.

Clase de hidrocarburi prezente în produsele petroliere.

Compuşii cu sulf conţin pe lângă elementele C si H si unul sau mai mulţi atomi de sulf sub forma unor grupări funcţionale sau, în substanţele cilclice, alături de atomii de carbon.

Compuşii cu sulf cu structură ciclică au puncte de fierbere ridicate, aceştiaconcentrându-se în fracţiunile grele şi în reziduurile de prelucrare, dând serioase probleme legate de coroziunea metalelor. Datorită concentraţiei mari a sulfului în unele ţiţeiuri, numărul compuşilor cu sulf este foarte mare şi eliminarea lor din produsele

Page 3: Combustibili navali

petroliere este practic imposibilă. De exemplu un ţiţei cu 5,2% sulf conţine peste 40% compuşi cu sulf, dacă se admite că fiecare moleculă conţine un singur atom de sulf.

Compuşii cu oxigen sunt prezenţi în ţiţei si în distilatele sale sub formă de acizialifatici, acizi naftenici, fenoli şi molecule heterociclice (conţin şi N, S, etc.). Compuşii cu oxigen de obicei se elimină prin rafinare din fracţiunile distilate, astfel încât ei apar mai ales în combustibilii reziduali.

Compuşii cu azot sunt în general în proporţii mici, sub formă de produşi neutri sau bazici. Ei închid culoarea fracţiunilor distilate. Concentraţia lor creşte cu creştereaconcentraţiei sulfului. Apar probleme legate de poluarea mediului, atunci când se ardcombustibili cu azot, datorită eliberării în atmosferă oxizilor de azot formaţi.

Metalele se găsesc în ţiţei sub formă de compuşi organometalici (porfirine) dar şi ca săruri anorganice, alături de celelalte elemente. Prin arderea părţii combustibile rămân oxizii metalici, care formează cenuşa.

Elementul metalic cel mai frecvent în ţiţei este vanadiul (până la 0,1%); el seconcentrează în fracţiunile grele şi este răspunzător de coroziunea supapelor de evacuare si a turbosulflantelor. în ţiţei se găsesc cantităţi însemnate de compuşi macromoleculari, hidrocarburi dar şi compuşi cu S, O, N, cu structură complexă, ce apar în distilatele grele (ce distilează peste 300° C) şi în reziduuri: răşini - solubile în alcanii superiori, asfaltene - parţial solubile în hidrocarburi aromatice si carbene - substanţe solide, casante, insolubile.

Dintre toate clasele de substanţe cele mai valoroase sunt hidrocarburile, darcomportarea lor la ardere sau în alte procese (curgere, încălzire, etc.) depinde atât demărimea moleculei, ce determină în mod direct temperatura de fierbere, cât şi de formamoleculei si tipul de legături dintre atomii de carbon.

Obţinerea şi clasificarea combustibililorClasificarea combustibililor se face după metoda de obţinere în: combustibili distilaţi şicombustibili reziduali.

Tehnologia de obţinere cuprinde procese fizice şi chimice de prelucrare a ţiţeiului. Prelucrarea primară constă în procese de distilare la presiune atmosferică şi în

vid, vidul fiind necesar pentru reducerea temperaturilor de fierbere ale fracţiunilor grele sub temperatura de descompunere.

Prelucrarea secundară urmăreşte ruperea moleculelor mari în scopul obţinerii unor cantităţi sporite de distilate uşoare (combustibili) si distilate grele (folosite la obţinerea uleiurilor minerale).

Procesele de prelucrare chimică surit:- cracarea catalitică, pe catalizatori de oxizi de aluminiu pe suport de oxizi de

siliciu; foloseşte ca materie primă distilatele de vid (DG1) obţinându-se distilate uşoare (DU2) şi reziduuri (R3). Aceste reziduuri conţin particule fine de catalizatori ce se desprind din granulele folosite la cracare;

- hidrocracarea distilatelor de vid, procedeu relativ recent de prelucrare, este o cracare severă, însoţită de hidrogenare prin care distilatele de vid trec în distilate uşoare (DU4) fără a se mai obţine reziduuri;

- cracarea termică a reziduurilor de prelucrare primară, la temperatură şi presiune ridicata, obţinându-se distilate uşoare (DU3) si reziduuri aromatice cu conţLiut ridicat de asfaltene şi carbene (R4);

Page 4: Combustibili navali

- hidroconversia reziduurilor, este de asemenea un procedeu modern de cracare şihidrogenare prin care se produc distilate şi cantităţi mici de reziduuri lichide, lipsite îngeneral de impurităţi nedorite;

- flexicocsificarea, este un procedeu recent de transformare a reziduurilor în distilate uşoare şi grele, cu obţinerea unui reziduu solid - cocsul de petrol; acesta la rândul său este gazeificat şi transformat în combustibili uşori.

Tehnologia de prelucrare a titeiului:

Combustibilii distilaţi sunt deci de două tipuri: cei de distilare primară, atmosferică sau în vid, si cei cracare.

Diferenţa dintre aceştia constă mai ales în aceea că motorinele de cracare conţin olefine, instabile, foarte reactive, care tind să formeze prin autooxidare gume, produse ce colmatează filtrele, preîncălzitoarele, injectoarele, etc.

Combustibilii reziduali obţinuţi din reziduurile de distilare, după tehnologia convenţională, au un caracter pronunţat parafmic în comparaţie cu cei obţinuţi din reziduurile de cracare, care au caracter aromatic. Compoziţia chimică a combustibililor reziduali este extrem de variata, ei fiind obţinuţi prin amestecarea oricărui reziduu (Rl - R5) cu orice fracţiune distilată; în plus fiecare dintre aceste fracţiuni poate proveni din

Page 5: Combustibili navali

orice tip de ţiţei. în obţinerea combustibililor reziduali tot mai puţin se folosesc reziduurile de distilare atmosferică (DA) si de distilare în vid (DV), ele fiind prelucrate chimic şi tot mai mult cele de cracare.

Pe plan mondial se folosesc ambele tehnologii de obţinere a combustibililor reziduali, iar amestecarea, la bordul navei, a doi combustibili proveniţi unul din reziduuri de distilare şi altul din reziduuri de cracare, deşi ambii cu caracteristici fîzico-chimice asemănătoare şi care se înscriu în limitele aceluiaşi tip standardizat, poate crea mari probleme de incompatibilitate.

Obtinerea combustibililor reziduali:

Caracteristicile combustibililor

Fiecare componentă a combustibilului are anumite proprietăţi fizice şi chimice şi în funcţie de concentraţia sa în amestec imprimă acestuia anumită comportare în diverseleprocese pe care Ie suferă combustibilul.

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice se poate face prin cromatografîe în fază gazoasă, analiză mai greu de executat si folosită actual în cercetarea ştiinţifică dar care în viitor ar putea deveni utilă, alături de determinările tradiţionale, în aprecierea comportării combustibililor, în special în procesul de ardere.

Calitatea combustibililor este exprimată prin caracteristici fizico-chimice şi de performanţă determinate cu aparatură specială sau pe motoare de laborator.

Din punct de vedere al utilizatorului, un combustibil este de calitate dacă el răspunde în totalitate cerinţelor, având în vedere nu numai arderea, deşi acesta este

Page 6: Combustibili navali

procesul principal, ci şi depozitarea, manipularea, uzura pe care o determină diferitele impurităţi din combustibil.

Proprietăţile combustibilului influenţează unul sau mai multe din procesele amintite, de multe ori chiar în egală măsură, această influenţă va fi discutată pentru fiecare caracteristică în parte.

Pentru ca un produs să fie de calitate valorile caracteristicilor trebuie să se înscrie în limitele admisibile stabilite de standarde sau specificaţii de firmă, iar aceste valori trebuie să se regăsească în buletinele de analiză ce însoţesc orice livrare de combustibil.

Densitatea.

Densitatea absolută, ρ, se defineşte ca fiind masa unităţii de volum:

unde: m - masa produsului, în kg;V - volumul ocupat de produs, în m .

Din cauza cantităţilor mari de combustibil cu care se operează, în practică se maifoloseşte şi unitatea tone/m3. La exprimarea densităţii combustibililor trebuie indicată întotdeauna temperatura la care se referă valoarea respectivă a densităţii, în specificaţii densitatea se exprimă la 15 °C deşi determinarea experimentală a acesteia poate fi făcută la o altă temperatură.

Densitatea relativă, d, se defineşte prin relaţia:

în care: - densitatea absolută a produsului, la temperatura t;

- densitatea absolută a apei distilate, la 4° C.

Deoarece , rezultă:

între densităţile aceluiaşi combustibil, determinate de două temperaturi, si , există relaţia:

Page 7: Combustibili navali

în care c este factorul de corecţie al densităţii pentru un grad Celsius. Valorile acestuia se iau din tabele, în funcţie de valoare densităţii cunoscute.

Viscozitatea.

Viscozitatea este proprietatea fluidelor (lichid sau gaz) datorită căreia în interiorul lor iau naştere tensiuni tangenţiale ce se opun deplasării straturilor de molecule. Această proprietate se datorează forţelor de frecare internă dintre molecule.

Viscozitatea absolută, dinamică, η, folosită în calcule şi proiectare, este greu dedeterminat, în practică folosindu-se viscozitatea cinematică, v, definită astfel:

în care: η - viscozitatea dinamică a produsului, la temperatura t; ρ - densitatea absolută a produsului, la aceeaşi temperatură.

Unitatea de viscozitate cinematică din Sistemul Internaţional, N.s/m2, este foarte mare, folosindu-se uzual mmVs sau centiStokes:

Viscozitatea cinematică se determină în laboratoare cu ajutorul viscozimetrelorcapilare, măsurându-se timpul de scurgere a unui anumit volum de produs printr-un tubcapilar calibrat. Deteπninările se fac la temperaturi etalon de 40°C, 50°C si 100°C, în funcţie de valoarea viscozităţii produsului.

In documentaţiile mai vechi de la nave se mai folosesc, pentru caracterizarea curgerii, viscozităţi convenţionale ce poartă denumirea aparatelor cu care se determină si care au ca unităţi de măsură respectiv: gradul Engler, secundele Redwood şi secundele Saybolt.

Corelaţia dintre aceste viscozităţi si viscozitatea cinematică, determinate la aceeaşi temperatură, este evidenţiată în fig. 10.8. în aceeaşi figură este prezentată diagrama de variaţie a viscozităţii cu temperatura, pentru produse petroliere cu viscozităţi cuprinse intre 2 si 1000cSt la 50°C. Ea poate fi folosita pentru:

- determinarea temperaturii optime de depozitare, astfel încât produsul să poată fipompat;

- determinarea temperaturii de preîncălzire înainte de injecţie;- interconversia dintre viscozităţi ce sunt exprimate la temperaturi diferite.Viscozitatea poate fi considerată numai parţial ca un criteriu de calitate al

combustibililor fiind greşită concepţia potrivit căreia combustibilii sunt procuraţi aproape exclusiv pe criteriul viscozităţii. Buletinele de analiză ale combustibililor trebuie să conţină toate caracteristicile standardizate pentru a permite inginerului mecanic să-şi formeze o imagine de ansamblu asupra calităţii combustibilului şi să-şi ia toate măsurile pentru un tratament corespunzător si pentru o ardere cu eficienţă maximă.

Page 8: Combustibili navali

Viscozitatea influenţează în mod special funcţionarea pompelor, preîncălzitoarelor, centrifugelor. Arderea este influenţată indirect de viscozitate, prin intermediul pulverizării: o viscozitate scăzută la injecţie favorizează formarea unui jet de combustibil corespunzător ca penetrabilitate, omogenitate si fineţe rezultând un amestec omogen aer - combustibil şi asigurându-se condiţii optime pentru ardere.

Micşorarea viscozitătii prin încălzire este puternic dependentă de natura hidrocarburilor componente; temperatura înainte de injecţie nu poate fi un criteriu de apreciere a pulverizării corecte ci numai măsurarea efectivă a viscozitătii, funcţionarea corectă a viscozimetrului având importanţă deosebită, mai ales în cazul folosirii combustibililor din reziduuri de prelucrare secundară.

Se recomandă ca limite de viscozităţi:- maximum 1000 cSt, pentru pompabilitate;- între 15 si 65 cSt, pentru pulverizarea combustibililor în focarele căldărilor;- între 8 si 27 cSt, pentru injecţia combustibililor în diferite tipuri de motoare.

Micşorarea viscozitătii unui combustibil rezidual se poate face şi prin diluare, dar numai după efectuarea unei probe de compatibilitate

Caracteristici de ardereAprecierea calităţii arderii combustibililor se face cu ajutorul unor caracterisitici

care în ultimă instanţa sunt dependente de natura hidrocarburilor componente ale combustibililor.

Sensibilitatea la autoaprindere a hidrocarburilor creşte cu creşterea numărului de atomi de carbon din moleculă, dar la aceeaşi mărime a moleculei ea scade de la n-alcani la hidrocarburi nafte ice, hidrocarburi aromatice şi izo-alcani.

A. Combustibili distilaţiCifra cetanicăj C.C (Cetan Number)Determinarea comportării la autoaprindere şi ardere a combustibililor distilaţi se

face prin compararea acesteia cu comportarea la ardere a Unor amestecuri de hidrocarburiconsiderate etalon.

Drept hidrocarburi etalon s-au ales:- n-cetanul (C16H34) hidrocarbură lineară cu mare sensibilitate al autoaprindere,

căreia i s-a atribuit cifra cetanică 100;- i-cetanui (heptametilnonan (CH^C9Hn)^ hidrocarbură cu inerţie mare la

aprindere, cu cifră eetanică 15;- a-metiknaftalina (CH3-C10H7) - hidrocarbură aromatică ramificată, căreia i s-a

atribuit cifra cetanică zero. Comportarea la ardere se urmăreşte pe un motor monocilindric de laborator ce are

posibilitatea de â varia şi â controla raportul de compresie şi de â urmări diferiţi parametri legaţi de autoaprindere şi ardere.

Se fac amestecuri de n-cetan cu una din celelalte două hidrocarburi etalon, în diverse proporţii şi se ard în motor.

Se notează concentraţiile a şi b ale celor două hidrocarburi din amestecul ce â prezentat aceeaşi comportare la ardere cu combustibilul.

Cifra cetanică se calculează cu relaţiile:

Page 9: Combustibili navali

în care a = % vol. n-cetan şi b = % vol. i-cetan, dacă amestecul etalon cuprinde aceste două hidrocarburi;

,

în care a = %vol n-cetan în amestecul etalon realizat cu α-metil-naftalina.Determinarea cifrei cetanice este greoaie, de aceeâ> dată fiind relaţia dintre

compoziţia chimică, volatilitatea, calitatea pulverizării şi unele proprietăţi fizico-chimice ale combustibililor, acestea din urmă au fost utilizate pentru a calcula nişte indici care să dea informaţii similare celor pe care le oferă cifra cetanică privind comportarea la autoaprindere şi ardere.

Indicele diesel, I.D. (Diesel Index)

Indicele diesel se calculează cu relaţia:

în care: - densitatea combustibilului, în grade API;

- temperatura de anilină, în °F.Temperatura de anilină este temperatura cea mai joasă la care un amestec de

anilină şi combustibil devine omogen; ea este cu atât mai ridicată cu cât concentraţia n-alcanilor în combustibil este mai mare.

Intre temperatura de anilină exprimată în grade Celsius şi cea în grade Fahrenheit există relaţia:

Indicele cetanic, I.C. (Cetanic Index)

Indicele cetanic se determină în funcţie de densitatea combustibilului şi temperatura medie de fierbere - temperatura la care se obţine 50% distilat - folosind relaţii empirice sau nomograme trasate pe baza acestor relaţii. Se observă că în intervalul de valori 30 - 60, cifra cetanică si indicele cetanic iau valori apropiate, ce diferă cu ± 2 unităţi.

Corelatia intre indicele diesel si cifra cetanica:

Page 10: Combustibili navali

In cazul combustibililor aditivati calitatea aprinderii depinde nu numai de parafinicitatea combustibilului ci şi de natura şi concentraţia aditivului, de aceea valorile determinărilor pe motorul de cifră cetanică devin singurele valabile pentru caracterizarea arderii.

Sensibilitatea la autoaprindere determină timpul dintre injecţie şi începutul arderii(întârzierea la aprindere). Durata întârzierii la aprindere nu trebuie să fie prea mare deoarece cantitatea de combustibil injectat în acest interval de timp fiind mare se favorizează formarea de amestecuri neomogene ce au tendinţă de ardere incompletă, de cracare şi formare de fum. Creşte exagerat timpul de pornire, arderile sunt bruşte însoţite de creşteri rapide ale presiunii şi mers neuniform al motorului, în acelaşi timp durata întârzierii la aprindere nu trebuie să fie prea mică pentru a da posibilitatea combustibilului să se vaporizeze înainte de aprindere.

Cifra cetanică ia deci valori optime situate în intervalul 40 - 60 unităţi.

B. Combustibili rezidualiCombustibilii reziduali au un conţinut ridicat de hidrocarburi aromatice grele ce

au inerţie mare la autoaprindre şi ardere. Aprecierea calităţilor de ardere a acestor combustibili se face numai prin intermediul unor indici calculaţi cu ajutorul unor relaţii empirice.

Indicele de aromatizare calculat, C.C.AJ se calculează cu ajutorul densităţii, p15 si viscozităţii cinematice v50 sau v100. Cu cât valoarea lui este mai mare cu atât conţinutul de hidrocarburi aromatice este mai mare şi arderea mai greoaie.

Indicele de aprindere calculat, C.I.I., se determină pe baza acelorasi caracteristici ca şi C.C.A.I, dar valoarea lui este apropiată de a cifrei cetanice şi creste cu creşterea sensibilităţii la autoaprindere.

Pe baza aceloraşi caracteristici şi cu ajutorul unor relaţii empirice s-a propus calcularea unei aşa zise "cifră cetanică prezisă" ce ia .valori apropiate de cifra cetanică a motorinelor.

Exigenţele de performanţă privind aprinderea combustibililor reziduali sunt mai întâi determinate de tipul de motor şi mai ales de condiţiile de funcţionare. De aceea, până în prezent, nu s-a stabilit prin standarde o limită generală pentru calitatea aprinderii. O valoare necorespunzătoare în cazul unui motor poate fi, în alte condiţii, corespunzătoare, încercările de definire a acestor indici fiind relativ recente, va trebui procurat pe parcurs, de la proiectantul de motoare, un ghid cu valori admisibile privind calitatea aprinderii.

Se apreciază că pentru un CCAI mai mare de 840-860 arderea este necorespunzătoare. Calităţi slabe de ardere au în general combustibilii cu viscozitate mică asociată cu o densitate mare.

Reziduul de carbon. - cifra de cocs (Carbon Residue)

Reziduul de carbon, determinat după metoda Conradson sau Microcarbon, exprimă, în procente de masă, reziduul obţinut prin arderea unei probe de combustibil în condiţii specifice şi artificiale şi cu acces limitat de aer. El este format în cea mai mare parte din carbon (72 - 92 %) şi asfaltene.

Caracteristica arată tendinţa combustibilului de a forma depuneri carbonoase, dar nu există o corelaţie directă între valoarea acestei caracteristici şi cantitatea de depuneri

Page 11: Combustibili navali

formate. Formarea depunerilor este puternic influenţată nu numai de calitateacombustibilului ci mai ales de condiţiile de ardere realizate în cilindrul motorului sau înfocarul căldării.

In lipsa unei alte caracteristici mai clar legată de cantitatea de depuneri, aceasta sepăstrează în continuare în specificaţiile de combustibil, în orice caz, o valoare mare areziduului de carbon presupune:

- un raport mare C/H în combustibil;- un conţinut ridicat de asfaltene; acestea scad calităţile de lubrifîere ale

combustibilului conducând la blocarea pompelor de combustibil, măresc tendinţa de emulsionare cu apa şi ard lent;

- tendinţă mai mare de formare de depuneri, mai ales când motorul lucrează la sarcini şi temperaturi scăzute.

Cenuşa. (Ash)

Cenuşa reprezintă reziduul obţinut după arderea completă, în exces de aer, a unei probe de combustibil; ea este constituită în general din oxizi şi/sau sulfaţi şi se exprimă în procente de masă.

Principalele impurităţi ce produc prin ardere cenuşă sunt compuşii argano-metalici (în special cei cu vanadiu); în cenuşă se regăsesc şi substanţele minerale prezente ca impurităţi mecanice în combustibil: particule de catalizator, oxizi metalici proveniţi din coroziunea instalaţiilor, sărurile dizolvate în apa conţinută de combustibil. O mare parte din aceste impurităţi poate fi eliminată prin decantare şi centrifugare corespunzătoare. Unele impurităţi, chiar în concentraţii mici rămase în combustibil, pot genera serioase probleme legate de uzura motorului, de aceea în specificaţiile de combustibil, pe lângă limitele privind cenuşa se impuri limite privind conţinutul în aceste impurităţi.

Cenuşa ce nu se elimină cu gazele de ardere este inclusă în calamină; oxizii din cenuşă îi măresc acesteia duritatea şi astfel creşte riscul uzurii prin abraziune.

Conţinutul de vanadiu. (Vanadium)

Vanadiul este o impuritate prezentă în combustibil sub formă solubilă, de compus organo-metalic şi care nu se poate elimina prin decantare şi centrifugare.

Concentraţia sa se exprimă în părţi per milion (mg/kg).Vanadiul,dar mai ales asocierea lui cu sodiul, în special în rapoarte Na/V ce

depăşesc 1/3, conduce la:- coroziunea supapelor de evacuare, scăpări de gaze pe lângă acestea;- coroziunea suprafeţelor de încălzire ale căldărilor şi economizoarelor;- depuneri dure pe paletele turbosulfantelor.

Aceste probleme sunt mai pronunţate la concentraţii ale vanadiului peste 150 ppm. Elese datorează formării unor compuşi cu puncte de topire foarte scăzute. Cel mai

nefavorabil este compusul cu punct de topire 534°C şi un raport Na/V de 1/2,4.

Aceşti vanadaţi de sodiu formează cu ceilalţi componenţi ai cenuşii un amestec semi-fluid cu aderenţă puternică la suprafeţele metalice, ce se depune mai ales pe

Page 12: Combustibili navali

suprafeţele de etanşare ale supapelor de evacuare. Ei reacţionează cu fierul provocând coroziunea chimică a supapelor.

Dacă o astfel de cenuşă, sub formă de vapori, ajunge cu gazele de ardere înturbosulfantă, ea formează, prin răcire şi solidifîcare pe paletele acesteia, depozite extrem de aderente şi sticloase.

Evitarea contaminării combustibililor cu apă de mare, ce conţin cantităţi mari de NaCl, reduce mult din problemele datorate vanadiului.

Conţinutul de aluminiu plus siliciu. (Aluminium plus silicon)

Conţinutul de aluminiu plus siliciu limitează concentraţia catalizatorilor ajunşi încombustibil prin intermediul reziduurilor de cracare.

Se exprimă ca sumă a concentraţiei celor două metale, în părţi per milion (mg/kg).Oxizii de aluminiu şi siliciu apar inevitabil în reziuurile de cracare datorită

fărâmiţării unor particule de catalizator care, de la diametre de 40... 100 μm ajung la valori sub 10 μm.

Catalizatorii din combustibil pot fi eliminaţi în proporţie de 70-80% prin centrifugare corectă. Totuşi, în tancurile de serviciu şi filtre se acumulează în timp particulele cu diametre sub 5 μm. Aceste particule antrenate de combustibil conduc la:

- uzura prin abraziune a injectoarelor provocând mărirea cantităţii de combustibilinjectată şi dereglarea arderii;

- uzura prin abraziune a cămăşii de cilindru, catalizatorii mărind duritatea calaminei.

Uzura abrazivă este mai pronunţată la concentraţii ale aluminiului peste 30 ppm, darpână în prezent nu s-a acceptat de către producătorii de combustibil limitarea conţinutului de aluminiu ci numai a celui de catalizator

Conţinutul de apă. (Water)

Conţinutul de apă se exprimă în procente volumetrice şi este limitat prin specificaţii pentru combustibilii livraţi de producător.

Totuşi, trebuie remarcat că:- apa nu formează amestecuri omogene cu combustibilul aşa că determinarea

corectă a conţinutului de apă trebuie să se facă pe o probă recoltată prin picurare, pe tot parcursul bunkerării;

- conţinutul de apă din combustibilul depozitat se poate modifica prin contaminare(spargerea serpentinelor, infiltraţii sau chiar din aer, prin condensarea umidităţii);

- în tancuri combustibilul se stratifică aşa încât la partea inferioară concentraţia apei este mai mare decât în straturile superioare.Efectele apei asupra motorului şi instalaţiilor sunt:

- la concentraţii peste 0,4% voi apa înrăutăţeşte arderea, picăturile de combustibil mai ard la atingerea cilindrului sau capului pistonului provocând solicitări termice deosebite; în concentraţii mari poate chiar opri arderea;

- prin conţinutul de săruri de sodiu favorizează coroziunea datorată vanadiului;- la contactul apă/metal se produce coroziunea electrochimică a metalelor, în

special a oţelurilor;- apa emulsionează cu combustibilul îngreunând funcţionarea centrifugelor.

Page 13: Combustibili navali

Nu trebuie neglijat nici aspectul economic la aprovizionarea cu combustibili cuconţinut ridicat de apă deoarece se plăteşte apa cu preţul combustibilului.

Reducerea conţinutului de apă se face prin decantare şi centrifugare. In desfăşurarea acestor procese un rol important îl joacă densitatea şi viscozitatea combustibilului, precum şi temperatura de lucru. Ridicarea temperaturii conduce la mărirea diferenţei de densitate dintre apă şi combustibil permiţând separarea acestora.

Eliminarea apei prin centrifugare se poate face prin sistemul clasic doar pentrucombustibilii cu densităţi la 15°C de maximum 991kg/m , cei cu densitate de 1010 kg/m3necesitând instalaţii speciale de separare.

Conţinutul de sulf. (Sulful)

Sulful este prezent în combustibil sub formă de compuşi organici, cu structurăcomplexă, de aceea concentraţia acestor impurităţi se exprimă ca sulf elementar (S).

Sulful se determină prin combustie şi se exprimă în procente gravimetrice.Efectul sulfului asupra arderii este neglijabil. El contribuie la degajarea de

energie, dar în măsură mai mică decât hidrocarburile, concentraţia de sulf fiind unul din parametrii de calcul ai puterii calorifice.

Principalul efect al sulfului este coroziunea, în timpul arderii sulful se combină cuoxigenul formând SO2 (dioxid de sulf) şi în mai mică măsură SO3 (trioxid de sulf). Trioxidul de sulf se combină cu apa din gazele de ardere după reacţia:

,

acidul sulfuric format fiind extrem de agresiv atunci când condensează pe suprafeţele metalice.

Un rol important în prevenirea coroziunii, determinată de acidul sulfuric în motoarele diesel şi în căldări, îl au temperatura şi excesul de aer. Este necesar să se evite atingerea temperaturii de rouă a acidului sulfuric. Aceasta se situează între 110°C - 190°C, pentru presiuni de l - 200 bar..

Apar probleme numai dacă se lucrează mult timp cu sarcină redusă sau cu temperaturi scăzute ale apei de răcire şi ale aerului de baleiere, accentuându-se astfel condensarea umidităţii.

Reducerea coroziunii în cilindrul motorului se realizează prin folosirea uleiurilorsuperbazice.

Aciditatea combustibililor.

Conţinutul în acizi minerali - cunoscut mai ales prin denumirea prescurtată din limba engleză, SAN (Strong Ada Number) precum şi conţinutul total de acizi minerali şi organici, TAN (Total Acid Number) se exprimă prin cantitatea echivalenta de KOH, în mg, ce poate neutraliza acizii minerali, respectiv cantitatea totala de acizi minerali şiorganici, existenţi într-un gram de combustibil.

Este o caracteristică legată de caracterul coroziv al combustibilului distilat şi prezintă valori limitative în unele specificaţii naţionale sau de firmă.

Page 14: Combustibili navali

Punctul (temperatura) de inflamabilitate. (Flashpoint)

Punctul de inflamabilitate este temperatura cea mai scăzută la care, în condiţiideterminate si la presiune atmosferică de 760 toir , amestecul de vapori şi aer de la suprafaţa produsului se aprinde pentru prima dată în contact cu o flacără deschisă.

Punctul de inflamabilitate este legat de existenta în combustibil a fracţiunilor uşoare, volatile, ce pot forma amestecuri explozive cu aerai fără însă a fi proporţional cuconcentraţia acestor fracţiuni. Chiar la concentraţii mai mici de hidrocarburi uşoare încombustibili, temperatura de inflamabilitate poate lua valori scăzute deoarece repartiţiaacestor hidrocarburi în cele două faze (lichid si vapori) se modifică prin încălzire; cantităţi extrem de mici de fracţiuni uşoare, dar care se vaporizează complet, pot conduce la atingerea limitei inferioare de explozie în amestecul de la suprafaţa combustibilului.

Natura distilatului cu care se realizează reducerea viscozităţii reziduurilor, pentruobţinerea de combustibili reziduali, influenţează foarte mult temperatura de inflamabilitate, de aceea nu este nici o corelaţie între punctul de inflamabilitate şi viscozitatea sau densitatea produsului.

Temperatura de inflamabilitate caracterizează gradul de figurantă contra incendiului în timpul depozitării, preîncălzirii în vederea purificării şi în general la operarea cu combustibil în sisteme deschise. Este improtantă menţinerea temperaturii sub punctul de inflamabilitate, de aceea este necesară cunoaşterea lui exactă si nu faptul că se găseşte peste limita standardizată (peste 60°C) aşa cum apare uneori în buletinele de analiză.

Punctul (temperatura) de tulburare. (Cloud point)

Punctul de tulburare reprezintă temperatura cea mai ridicată la care, în condiţii determinate, apar primele cristale de parafină.

Caracteristica se determină numai pentru combustibilii distilaţi şi este legată deutilizarea acestora la temperaturi scăzute, în aceste condiţii parafinele, ce au cele mairidicate temperaturi de cristalizare, trec în fază solidă şi vor fi reţinute de filtre; pe lângăînfundarea filtrelor se pierd şi componentele cele mai valoroase din punct de vedere alarderii.

Punctul (temperatura) de curgere. (Pour point)

Temperatura de curgere (pour point) este temperatura cea mai scăzută la care, încondiţii determinate, combustibilul mai curge.

Mobilitatea combustibilului (curgerea) este dependentă de formarea de reţelecristaline, în general costituite din hidrocarburile mari, parafînice, care pot imobiliza în ochiurile lor hidrocarburile cu molecule mici, rămase lichide.

Deci un punct de curgere ridicat indică, de obicei, un conţinut ridicat de parafine, care din punct de vedere al combustiei este un avantaj. Totuşi, punctul de curgere este dedeosebită importantă pentru depozitarea şi manipularea combustibilului, care trebuie să se facă la o temperatură cu 5-10 grade peste temperatura de curgere pentru a evita congelarea produsului în conducte.

Punctul de congelare poate fi şi o limita pentru pompabilitatea combustibilului.

Page 15: Combustibili navali

Sedimente. (Sediment)

Sedimentul reprezintă reziduul obţinut pe un material filtrant, atunci când combustibilul este tratat în anumite condiţii.

Compozitia sedimentelor obtinute dincombustibil:

El se exprimă în procente şi se determină prin două metode:- sediment prin extracţie, folosit la caracterizarea combustibililor distilaţi;- sediment total, existent sau potenţial (obţinut după îmbătrânirea artificială a

combustibilului).Această caracteristică dă informaţii privind stabilitatea în timp a combustibililor

reziduali şi tendinţa lor de formare de depuneri în timpul depozitării. Se determină prin proba de filtrare la cald.

In funcţie de solvenţii folosiţi în cele două metode, compoziţia sedimentului estediferită. Sedimentul prin extracţie dă informaţii mai ales privind impurităţile ce duc la uzură prin abraziune. Prin proba de filtrare la cald se obţin informaţii privind formareadepunerilor asfaltoase în timpul depozitării combustibililor reziduali la temperaturi ridicate.

Particulele (micelele de asfalt) sunt menţinute în suspensie coloidală de către răşini. Răşinile au consistenţă semilichidă până la solidă, sunt neutre şi solubile în alcanii inferiori, având deci acţiune peptizantă pentru asfaltene (fig. 10.12). Expuse timp îndelungat la calci şi în prezenţa oxigenului, răşinile suferă un proces de îmbătrânire, cu mărirea raportului C/H şi transformarea lor în asfaltene insolubile, casante, solubile doar în benzen şi hidrocarburi aromatice mici.

Page 16: Combustibili navali

Imbatranirea combustibililor reziduali:

Precipitarea asfaltenelor se poate realiza si prin schimbarea naturii fazei lichide, prin diluarea cu combustibili distilaţi, prin amestecarea cu combustibili reziduali ce conţin cantităţi mari de hidrocarburi parafinice (combustibili de prelucrarea primară) şi prin contaminare cu apă.

Amestecarea combustibililor la bordul navelor este permisă numai în următoarelecondiţii:

- după efectuarea probei de compatibilitate cu ajutorul truselor portabile de analiză;- dacă se dispune de instalaţii corespunzătoare de omogenizare.

In lipsa posibilităţii de a efectua proba de compatibilitate se recomandă ca doicombustibili să nu se amestece decât în proporţii maxime de 20% respectiv 80%.

Aditivi pentru combustibili navali.

Aditivii pentru combustibili reprezintă o alternativă modernă pentru contracarareaefectelor negative determinate de calitatea tot mai scăzută a combustiblilor reziduali. Folosirea lor conduce la însemnate economii legate de exploatarea şi repararea motoarelor şi uşurează simţitor munca personalului de exploatare.

Aditivii sunt substanţe care, introduse în combustibili în concentraţii mici (de ordinul un litru la câteva tone sau chiar zeci de tone), reduc semnificativ efectul anumitor impurităţi din combustibili.

Aditivi pentru mărirea stabilităţii. Aceşti aditivi sunt substanţe tensio-active, cu calităţi dispersante şi detergente. Ei previn formarea de sedimente, dizolvând chiar pe cele formate înainte de tratare; menţin omogenitatea combustibililor stabilizând dispersiile existente; menţin întreg sistemul de combustibil curat (tancuri, preîncălzitoare, centrifuge, filtre, etc.); reduc riscul precipitării asfaltenelor la amestecarea combustiblilor. La folosirea lor se obţine şi o îmbunătăţire a arderii.

Aditivi pentru îmbunătăţirea arderii. Aceştia sunt în general amestecuri de substanţe, solubile în combustibili, cu rol de catalizatori ai reacţiei de ardere. Ei reduc energia reacţiei de oxidare, arderea devine mai completă, rezultând cantităţi mai mici de depozite carbonoase şi fum.

Modificatori de cenuşă. Sunt compuşi organo-metalici ce reacţionează cu vanadiul, sodiul şi sulful schimbând compoziţia cenuşii şi deci temperatura de topire a acesteia. Se formează o cenuşă cu temperatură de topire ridicată, ce se elimină uşor cu gazele. Modificatorii de cenuşă reduc depozitele din camera de ardere, de pe ferestrele de baleiere, supape, turbosulfante precum şi coroziunea supapelor de evacuare, în plus, datorită blocării vanadiului, ce acţionează catalitic în oxidarea SO2 la SO3 şi a caracterului bazic al aditivilor se reduce şi acţiunea corozivă a acidului sulfuric asupra

Page 17: Combustibili navali

suprafeţelor cu temperaturi joase. Unele produse comerciale pot conţine amestecuri de substanţe, uneori cu acţiune sinergetică, ce modifică cenuşa îmbunătăţind în acelaşi timp şi arderea.

Aditivi pentru eliminarea funinginii de pe suprafeţele cu temperaturi scăzute. Rolul acestor aditivi este menţinerea curată a suprafeţelor de transfer termic în caldarinelerecuperatoare şi pe traseele de evacuare a gazelor. Acest lucru se realizează prin reducerea temperaturii de oxidare a depunerilor rezultate prin arderea incompletă a combustibililor. Depunerile devin friabile, neaderente şi se elimină uşor cu gazele de ardere.

La tratarea combustibililor cu aditivi o importanţă deosebită o are respectarea instrucţiunilor firmelor producătoare privind dozele şi locul de adăugare.