Цетановое число дизельного топлива

Цетановое число дизельного топлива

Цетановое число дизельного топлива – определение показателя и его влияние на качество продукта при эксплуатации дизельных силовых установок.

Особенности применения дизельного топлива с различным цетановым числом.

Цетановое число дизельного топлива – основной показатель его качества

Октановое число топлива всем известно и не вызывает особых вопросов, но мало кто знает о цетановом числе и его влиянии на качество топлива. Цетановое число дизельного топлива определяется опытным путем на специальной экспериментальной силовой установке, регламентируемой ГОСТ 3122.

Цетановое число характеризует воспламеняемость дизельного топлива и определяется по времени задержки от начала сжатия до воспламенения состава.

О качестве топлива можно судить по этому показателю, поскольку от него во многом зависит полнота сгорания смеси и бесперебойная работа дизельной силовой установки.

Определение цетанового числа

Определение цетанового числа дизельного топлива сводится к его сравнению с эталонным показателем, за который принимается время воспламенения цетана (С16Н34, гексадекана) в смеси с α-метилнафталином. Цетановое число этого компонента принимается за 100%.

• Оптимальную работу дизельной силовой установки обеспечивает топливо, цетановое число которого находится в пределах 40 - 55 единиц.

• При уменьшении этого значения резко возрастает период задержки воспламенения топлива после сжатия, что приводит к сбоям в работе двигателя, уменьшению давления при рабочем ходе, т.е. уменьшению мощности.

• Оптимальным показателем цетанового числа принято считать 48 - 51, а при его увеличении до 55 – топливо можно отнести к премиум-классу.

• Увеличение цетанового числа свыше 55 единиц также пагубно действует на работу силовой установки. При применении подобного топлива наблюдается неполное сгорание с образованием излишней копоти и сажи, а также резко возрастает перерасход топлива.

По стандартам, принятым в России, цетановое число любого топлива не может быть меньше 40 единиц. Это касается как быстроходных, так и тихоходных силовых установок.

Особенности применения топлива с различным цетановым числом

Дизельное топливо с высоким цетановым числом (50 – 55) содержит большое количество легких быстровоспламеняющихся фракций, и поэтому очень удобно для запуска двигателя в холодную погоду. Соотношение фракций водорода к углероду в этих видах топлива выше, что приводит к более полному сгоранию рабочей смеси с образованием меньшего количества дыма и копоти. Этот показатель характеризует качество топлива и его возможности применения для работы быстроходных дизельных силовых установок.

Цетановое число дизельного топлива во многом зависит от компонентов, входящих в его состав (парафинов, нафтенов, ароматики, олефинов и др.).

Наличие большого количества парафинов положительно влияет на воспламеняемость топлива, поскольку эти вещества способствуют бесперебойной работе двигателя при низких температурах и положительно влияют на общее КПД двигателя

Повышение цетанового числа дизельного топлива

Некоторые недобросовестные поставщики предлагают дизельное топливо с низким цетановым числом. Поскольку этот показатель не поддается проверке в обычных условиях без применения сложной аппаратуры, то низкое качество топлива можно заметить по перебоям в работе двигателя и уменьшению мощности.

При недостаточном цетановом числе приобретенного топлива его качество можно улучшить, применяя специальные присадки, содержащие эфиры.

Но длительная эксплуатация дизельной силовой установки на топливе низкого качества пагубно влияет на срок службы и мощность.

Поэтому следует приобретать топливо у проверенных поставщиков, хорошо зарекомендовавших себя на рынке.

Наша компания ООО «НТК» предлагает своим партнерам дизельное топливо самого высокого качества по приемлемой цене. Мы сотрудничаем с ведущими производителями дизельного топлива в России (ОАО «Татнефть», ОАО «Газпром нефть», НК «Роснефть» и ТНК-ВР) и Московским нефтеперерабатывающим заводом (МНПЗ), поэтому всегда уверены в отличном качестве реализуемого топлива.

Детонационная стойкость

Определение октанового и цетанового числа

Детонационная стойкость — параметр, характеризующий способность углеводородного (или любого иного) топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Это важнейшая количественная характеристика топлива, на основе которой определяется его сортность и применимость в двигателях той или иной конструкции.

Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний. Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца. Характерный металлический звон при детонации создаётся детонационной волной, многократно отражающейся от стенок цилиндра. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.

Испытания на детонационную стойкость проводят на специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью, составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511, ГОСТ 8226) совсем другую величину, например 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.

Исследовательское октановое число (ОЧИ) определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия, называемой УИТ-65 или УИТ-85, производства ОАО "Савеловский машиностроительный завод", при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок. Моторное октановое число (ОЧМ) определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д.

Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельных топлив, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь. Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С16Н34, гексадекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α-метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0). Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, определённой на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165, ГОСТ 3122), что и модельная смесь этих двух углеводородов, цетановое число данного топлива считается равным % доли цетана в этой смеси. Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость смеси при сжатии.

Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40—55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка воспламенения (время между началом впрыска и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40—45, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 45—50. Согласно российским стандартам, цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 45 единиц. Кроме того, технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40. Премиальное дизельное топливо более лёгкое, содержит больше легковоспламеняющихся лёгких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду, кроме того, отношение водорода к углероду в лёгких фракциях выше, поэтому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма. При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.

Измерение цетанового числа. Цетановое число, определённое на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165) являлось единственным надёжным методом определения качества дизельного топлива. В России разрешалось также использовать ГОСТ 3122, в котором добавлялась отечественная установка ИДТ-90, прозводства ОАО "СМЗ", не прошедшая международных испытаний на воспроизводимость результатов. На основе результатов истинных определений цетанового числа топлива производилась калибровка так называемых неарбитражных приборов для экспресс определения цетанового числа. В основном это различного рода инфракрасные спектрометры. С 2009 года в EN590 и соответствующий российский ГОСТ вводится ещё один моторный метод ASTM D6890, EN 15195, который показывает хорошую сходимость со старым методом при улучшении точности, воспроизводимости и сокращении теста до 20 мин. Основной проблемой измерения цетанового числа немоторными методами является сильное влияние состава дизельного топлива. То есть моторный метод одинаково правильно определяет цетановое число любых видов топлив, а все экспресс анализаторы необходимо перекалибровывать при переходе, допустим, от классической солярки к биодизельному топливу.

Октановое число и цетановое число. Из-за принципиально разного устройства двигателей Даймлера и Дизеля к бензину и дизельному топливу предъявляются прямо противоположные требования. 
В двигателе внутреннего сгорания с принудительным поджигом смесь бензина и воздуха в цилиндре при сжатии не должна самовоспламеняться. Если же это случится, возникает детонация. 
Впервые устойчивость бензинов к детонации была исследована в 1921 г. американским инженером Г. Рикардо. Он предложил первую шкалу детонационной стойкости бензинов. В начале 30-х г. из-за высокой стойкости к детонации за стандарт был выбран изооктан (2,2,4-триметилпентан). Это соединение смешивали в самых разных соотношениях с гептаном нормального строения (он весьма склонен к детонации), и у каждого образца определяли детонационную стойкость. Октановое число данного сорта бензина численно равно содержанию (в объёмных процентах) изооктана в его смеси с гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытания. Октановое число может превышать 100 (если бензин ещё более стоек к детонации, чем чистый изооктан).

*Детонация — это  взрывное воспламенение топлива, которое проявляет себя в виде  характерного звука и приводит  к быстрому износу двигателя. При детонации фронт пламени  распространяется со скоростью 2—2,5 км/с, тогда как при нормальном  сгорании топлива в цилиндре  скорость составляет лишь 15—60 м/с.

Если для бензина важно, чтобы он не воспламенялся в смеси с воздухом даже при высокой степени сжатия, то для дизельного топлива, напротив, необходимо, чтобы оно самопроизвольно воспламенялось в цилиндре. Для характеристики способности разных сортов дизельного топлива к воспламенению принято использовать цетановое число. Его определяют, сравнивая способность к воспламенению данного топлива и смеси углеводорода цетана (гексадекана C16H34 t кип=287 °C) с метилнафталином (жидкость с t кип=245 °С). 
Цетановое число соответствует процентному содержанию цетана в смеси: чем оно выше, тем легче топливо самовоспламеняется при сжатии. Чем больше в топливе неразветвлённых насыщенных углеводородов и чем меньше разветвлённых и ароматических, тем выше способность к самовоспламенению и детонации. Бензобаки автомобилей заправляют смесью бензиновых фракций, выделенных в различных процессах переработки нефти. Базовые компоненты бензина, помимо бензина прямой перегонки, — это фракции, полученные в результате процессов каталитического и термического крекинга и риформинга. Октановые числа этих фракций, как правило, не превышают 90. Поэтому в состав автомобильного бензина включают также высокооктановые компоненты, которые получают в ходе специальных промышленных реакций. 
Удлинение углеводородной цепи позволяет увеличить октановое число до 105. Смешение всех этих компонентов позволяет получить бензин с необходимым октановым числом.