Вода — враг дизельных двигателей │ Donaldson — Двигатели и транспортные средства

Дизельное топливо всегда содержит определенный процент воды. Наша цель заключается в поддержании уровня воды в допустимых пределах значительно ниже точки насыщения. Удаление избыточной воды из топлива может быть затруднено, поэтому наиболее эффективным подходом является принятие всех разумных мер, направленных на предотвращение попадания воды в емкость и регулярный контроль состояния топлива. Таким образом можно свести к минимуму потребность в удалении воды. Чтобы разработать эффективную стратегию поддержания уровня воды в топливе в допустимых пределах, важно понимать, как измерить содержание воды и оценить результаты измерений.

Проблема

Вода всегда приводила к образованию ржавчины и коррозии компонентов топливной системы и инфраструктуры. Современные топливные системы стали настолько чувствительнее к воде по сравнению с системами более низкого давления, что в требования производителей теперь входит запрет на поступление свободной воды в двигатель.

Прямой ущерб от воды

Вода вызывает повреждение топливных баков и деталей двигателя. Ржавчина и коррозия в емкости для хранения приводят к образованию твердых частиц, которые переносятся топливом и вызывают износ двигателя. Срок службы компонентов сокращается из-за вызываемых водой травления, эрозии, кавитации и растрескивания.

Ржавчина: при контакте воды с железными и стальными поверхностями образуется оксид железа (ржавчина). Попадающие в топливо частицы ржавчины, как и другие твердые частицы, вызывают абразивный износ деталей. Преждевременный износ может привести к выходу деталей из строя.

Коррозия: одна из наиболее распространенных причин проблем, связанных с форсунками. Смешиваясь с кислотами в топливе, вода приводит к коррозии черных и цветных металлов. Этот процесс усугубляется, если в результате истирания оголяются металлические поверхности, которые легко корродируют. Показанная справа форсунка была установлена новой, однако вышла из строя менее чем через 300 часов работы из-за быстрой коррозии.

Истирание: вода имеет более низкую вязкость, чем дизельное топливо, поэтому она увеличивает трение сопрягаемых поверхностей движущихся частей. Это приводит к повышенному абразивному износу.

Травление: является результатом вызванной водой деградации топлива, при которой образуются сероводород и серная кислота, которые растворяют металлические поверхности.

Точечная коррозия и кавитация: точечная коррозия вызывается попаданием свободной воды на горячие металлические поверхности. Образование пустот происходит из-за быстрого сжатия (схлопывания) пузырьков пара при резком воздействии высокого давления, что приводит к конденсации жидкости. Образующиеся при этом капли воды воздействуют на небольшую площадь с большим усилием, вызывая поверхностную усталость и эрозию.

Растрескивание: возникает из-за водородного охрупчивания и давления. Вода попадает в микроскопические трещины в металлических поверхностях. Затем при чрезвычайно высоком давлении вода разлагается с выделением водорода и образованием миниатюрных взрывов, которые расширяют трещины и создают частицы износа.

Лед: свободная вода в топливе может замерзнуть с образованием кристаллов льда, которые ведут себя так же, как и любые другие твердые частицы. Они могут вызывать износ компонентов топливных систем, а при большом их количестве — засорение топливных фильтров. Топливный фильтр защищает двигатель, задерживая содержащиеся в топливе твердые частицы. Грязь и лед одинаково опасны для двигателей и фильтров. Диагностика вызываемых льдом повреждений затруднена, так как лед тает задолго до проведения лабораторного исследования.

Косвенный ущерб от воды

Вода также способствует возникновению или усугубляет ряд следующих дополнительных проблем.

Полужидкие вещества: Вода полярна. Некоторые химические вещества в присадках также полярны. Углеводороды неполярны. Это означает, что вода и полярные химические вещества притягиваются друг к другу. В присутствии свободной воды молекулы химических веществ иногда отделяются от углеводородной цепи присадки и объединяются с молекулами воды с образованием нового вещества. Этот новый материал представляет собой густое вещество, которое осаждается из топлива и может быстро засорять фильтры или образовывать отложения в двигателе. Для получения дополнительной информации см. пункт «Стабильность присадки».

Рост микробов: как и большинству живых организмов, для выживания бактериям и грибкам (плесени) требуется пища и вода. При наличии свободной воды микробы могут размножаться с образованием илистого осадка, который загрязняет топливо, и кислот, которые разъедают емкость для хранения и топливную систему.

Окисление топлива: свободная вода ускоряет процесс окисления и способствует образованию кислот, смол и отложений, называемых продуктами разложения топлива.

Состояния воды в дизельном топливе

В любом дизельном топливе содержится некоторый процент растворенной воды. Молекулы воды остаются в топливе до тех пор, пока их концентрация не превысит предельное значение. Точка, в которой топливо больше не может удерживать воду, называется точкой насыщения. Количество воды в топливе измеряется в промилле (частей на миллион). Вода обычно не создает проблем, если концентрация растворенной в топливе воды не превышает точку насыщения. Значительные проблемы возникают, когда вода отделяется от дизельного топлива и переходит в свободное или эмульгированное состояние. Эмульгированная вода — одна из форм свободной воды. Капли воды при этом настолько малы и хорошо смешаны с топливом, что остаются во взвешенном состоянии, а не осаждаются на дне. При полном растворении воды в топливе капли отсутствуют.

Как вода попадает в топливо?

Вода может попадать в топливо из разных источников, контролировать которые бывает чрезвычайно сложно.

При получении от поставщика
Выпадение свободной воды (при концентрации выше точки насыщения)
Конденсация в емкости
Просачивание воды в емкость (дождь, мойка под давлением, грунтовые воды и т. д.)
Проникновение из атмосферы (влажность)
Ошибка персонала (незащищенные вентиляционные отверстия, заливные отверстия, уплотнения и т. д.) .

Решение

Измерение содержания воды

Существует несколько способов измерения содержания воды в топливе. Некоторые из них выполняются в лаборатории, другие можно использовать на объекте. Важно понимать, какую информацию можно получить при выполнении разных тестов. Наиболее распространенным способом проверки воды в емкости с топливом является погружение в бак длинного щупа со специальной индикаторной пастой. Это простой и быстрый способ проверить, имеется ли свободная вода на дне емкости. Его можно использовать на месте эксплуатации оборудования.

В линию можно установить датчики воды, которые дают надежные результаты в режиме реального времени. Они измеряют содержание растворенной воды в топливе и возвращают относительную влажность дизельного топлива в процентах. Максимальный результат, равный 100%, означает, что топливо достигло точки насыщения и больше не может удерживать растворенную воду. Этот способ проверки не позволит определить количество свободной воды в емкости.

Для определения содержания воды в образце жидкости в лабораторных условиях с 1935 года используется метод титрования Карла Фишера. Для этой высокоточной проверки требуется проба небольшого объема. Метод позволяет обнаружить даже небольшое количество растворенной воды в дизельном топливе, начиная приблизительно от 50 промилле. Поддерживается измерение содержания воды как ниже, так и выше уровня насыщения (для растворенной и свободной воды). В лабораторной практике этот метод можно использовать для определения уровня насыщения топлива водой в различных условиях. Как правило, точность лабораторных испытаний гораздо выше, чем точность испытаний в рабочих условиях. Тем не менее, результаты лабораторных испытаний могут в меньшей степени отражать реальное положение дел. Почему это так? Причина, по которой лабораторные испытания могут быть менее точными, заключается в том, что свойства пробы могли измениться за то время, которое прошло между моментом отбора пробы из емкости, и фактическим проведением испытания в лаборатории.

Теплое дизельное топливо способно удерживать больше воды в состоянии насыщения, чем холодное. Если в емкости содержится холодное дизельное топливо, его точка насыщения может быть превышена. В этом случае в оборудование будет поступать свободная вода, вызывающая серьезные проблемы. Если пробу такого топлива отправить в лабораторию, температура проверяемого топлива, скорее всего, будет выше, чем в емкости. В лаборатории топливо нагреется, свободная вода вернется в состояние растворенной и может показаться, что проблемы отсутствуют. Аналогичные затруднения при диагностике могут возникать и при наличии проблем с кристаллами льда. «Улики» исчезают при комнатной температуре.

Какое количество воды в топливе считается приемлемым?

Самый простой ответ на этот вопрос — «нулевое». Однако достижение такого результата практически невозможно. В любом дизельном топливе содержится некоторый процент воды. Самое главное — удерживать концентрацию воды ниже точки насыщения, чтобы она оставалась в растворенном состоянии и не попадало в оборудование в виде свободной воды. Производители оборудования указывают на недопустимость попадания свободной воды в двигатель. В зависимости от температуры и соотношения нефтяного и биодизельного топлива точка насыщения меняется в диапазоне приблизительно от 50 до 1800 промилле. Как показано на диаграмме, биодизельное топливо может удерживать значительно больше воды в насыщенном состоянии, чем нефтяное дизельное топливо. Однако содержание влаги в смеси биодизельного и нефтяного дизельного топлива не меняется согласно математической пропорции. Смесь топлива может удерживать меньше растворенной воды, чем ее составляющие. Это означает, что при смешивании двух компонентов топлива может произойти осаждение свободной воды.

Предотвращение появления свободной воды в топливе

Чтобы понять, как избежать попадания воды в топливо, необходимо сначала изучить пути ее проникновения в емкость. Вода может попадать в топливо из разных источников, контролировать которые бывает чрезвычайно сложно.

При получении от поставщика: Нефтеперерабатывающие заводы производят достаточно чистое дизельное топливо с низким содержанием влаги, однако в доставленном дизельном топливе все-таки будет присутствовать вода. Количество воды в доставленном топливе в значительной степени зависит от обстоятельств и соблюдения правил обращения с топливом. Как можно повлиять на ситуацию? Кроме смены поставщика или переговоров по контракту для перекладывания ответственности на дистрибьютора можно прибегнуть к следующим вариантам.

Попросите доставлять топливо из верхней части емкости, чтобы оно не содержало воды и загрязнений, которые оседают на дне.
Установите систему удаления воды на входе в емкость наливного хранения.

Проникновение из атмосферы: как и воздух, дизельное топливо имеет относительную влажность, и эти два значения стремятся к выравниванию. Если содержание влаги в воздухе превышает содержание влаги в топливе, топливо будет поглощать влагу из воздуха. Если влажность воздуха ниже влажности топлива, влага из топлива будет испаряться в воздух, пока относительная влажность двух сред не сравняется.

Выпадение свободной воды: дизельное топливо содержит определенное количество растворенной воды. Если содержание воды превысит точку насыщения, избыток воды перейдет в состояние свободной воды. Это происходит, если увеличивается общее содержание воды или дизельное топливо охлаждается. Теплое дизельное топливо может содержать 90 промилле растворенной воды и только 60 промилле, когда оно остывает в холодную погоду. Разница в 30 промилле выпадает в виде свободной воды и оседает на дне емкости.

Конденсация в емкости: если температура воздуха снаружи емкости выше, чем температура ее содержимого, на стенках емкости образуется конденсат, который попадает в топливо. Этот процесс может происходить изо дня в день, каждый раз увеличивая объем свободной воды.

Просачивание воды в емкость: дождь, мойка под давлением, грунтовые воды могут приводить к проникновению воды в поврежденную или негерметичную емкость. Впуск некоторых подземных емкостей (например, на заправочных станциях) может располагаться ниже уровня земли. Область вокруг крышки может легко заполниться дождевой водой. Если уровень воды будет расположен выше снятой крышки емкости, вода под действием силы тяжести стечет в емкость.

Тебе может понравиться...

Техническая статья

Использование абсорбирующих воду фильтров

Абсорбирующие воду фильтры — единственный надежный способ предотвратить попадание свободной воды в оборудование.

Удаление воды из топлива

Удалить воду из дизельного топлива с содержанием серы более 500 промилле легче, чем из дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ULSD) (менее 15 промилле). Например, показанный на изображении блок фильтров был разработан для использования в Южной Африке, где он достаточно эффективен. Для удаления воды из топлива с более высоким содержанием серы гораздо эффективнее использовать коалесцирующие фильтры и водоотделители. Это связано с тем, что для дизельного топлива с высоким содержанием серы требуется меньше присадок, поэтому оно содержит гораздо меньше поверхностно-активного вещества.

Напоминающее мыло поверхностно-активное вещество покрывает коалесцирующий/водоотделяющий материал, значительно снижая его эффективность.

Повышенное содержание поверхностно-активного вещества в дизельном топливе со сверхнизким содержанием серы препятствует работе коалесцирующего материала, что в лучшем случае ставит под сомнение эффективность коалесцирующего фильтра.

Производители публикуют данные эффективности фильтра на основе действующих отраслевых стандартов испытаний. Действующие стандарты были разработаны несколько лет назад и предназначены для лабораторных сравнительных испытаний с применением обработанного топлива. Этот способ хорошо подходит для сравнительного тестирования, но может не отражать эффективность фильтра в реальных условиях. Для подготовки дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы к лабораторным испытаниям в соответствии с требованиями стандартов из него необходимо удалить все поверхностно-активные вещества. В реальности же дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы и удаленными поверхностно-активными веществами (присадками) просто уничтожит двигатели. Все пригодное для использования в оборудовании дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы содержит присадки и поверхностно-активные вещества, поэтому коалесцирующие фильтры не подходят для его обработки.

Вероятно, вы не увидите снижения публикуемых уровней эффективности коалесцирующих фильтров, но в литературе можно будет отметить увеличение упоминаний водопоглотителей. Компании, которые до сих пор продают коалесцирующие фильтры в регионах, где используется дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы, очень часто упоминают о необходимости установки водопоглотителей после коалесцирующего фильтра. Другие способы гарантированно удалить свободную воду из топлива отсутствуют.

К сожалению, лучшим способом удалить большое количество осевшей воды является опустошение емкости. Этот очевидный способ сопряжен с высокими расходами и трудозатратами. Чтобы предотвратить попадание конденсата и влаги из воздуха в дизельное топливо, можно использовать качественные сапуны с влагопоглотителем и создать защитную среду из сухого воздуха (или азота), подаваемого в свободное пространство емкости и выходящего через сапун. Как было описано выше, относительная влажность дизельного топлива будет стремиться сравняться с относительной влажностью (или «сухостью») воздуха. Содержащаяся в дизельном топливе влага со временем возвращается в сухой воздух, пока относительная влажность этих двух сред не сравняется.

Чтобы эффективно удалить воду из топлива, необходимо свести к минимуму содержание растворенной воды и полностью удалить свободную воду.