Uszkodzenia oleju napędowego w niskich temperaturach

Filtry wychwytują więcej niż brud 

Praca w niskich temperaturach może stanowić ogromny problem. Sprzęt nie uruchomi się rano, a nawet jeśli tak się stanie, może nagle zatrzymać się w trakcie pracy. Te problemy są zwykle powodowane przez cząstki stałe powstające w paliwie w miarę spadku temperatury. 

Silniki i filtry nie rozróżniają cząstek. Twarde czy miękkie, zanieczyszczające czy czyste węglowodory, ciała stałe w paliwie będą powodować problemy. Problemy te są uwypuklone przez nowoczesne paliwa, wrażliwość nowoczesnych silników i wymaganą wysoką sprawność filtrów, które mają je chronić. 

Lód

Gdy temperatura spadnie, wolna woda w paliwie zamarznie. Kryształki lodu będą zachowywać się jak inne twarde cząstki stałe, wypełniając filtry lub powodując ścieranie układów paliwowych. Lud w dużej ilości może całkowicie zablokować filtry lub przewody, uniemożliwiając przepływ paliwa. W uruchomieniu w sytuacji awaryjnej mogą pomóc środki rozmrażające, ale ogólnie odradza się dodawanie alkoholu do oleju napędowego. Zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem jest niedopuszczanie wolnej wody do paliwa. Dowiedz się więcej, przeglądając rozwiązania problemów związanych z wodą. 

Żelowanie

Podobnie jak woda, węglowodory stają się stałe, gdy osiągną temperaturę „zamarzania”. Jednak w przeciwieństwie do wody nie zamieniają się w lód. Zamiast tego zamieniają się w gęstą, woskową substancję, która nie może przepływać przez filtry. Nazywa się to „żelowaniem”. Jest to cecha charakterystyczna oleju napędowego z ropy naftowej i biodiesla. Olej napędowy to nie jedna „rzecz”. Jest to skomplikowana mieszanina tysięcy potencjalnych związków, z których każdy ma inne właściwości chemiczne i fizyczne. Konkretną formułę określa rafineria w czasie produkcji. Zwykle obejmuje ona około 250 różnych substancji chemicznych, głównie węglowodorów. Dokładna temperatura zamrażania różni się znacznie w zależności od węglowodoru, co bezpośrednio wiąże się z kwestiami związanymi z eksploatacją w zimie. „Zimowy olej napędowy” zawiera mieszankę węglowodorów o ogólnie niższych temperaturach zamarzania niż „letni olej napędowy”. 

Temperatura zamarzania reprezentatywnych węglowodorów

W niektórych krajach istnieje klasyfikacja paliwa zwana „arktycznym olejem napędowym” przeznaczona do ekstremalnie trudnych warunków do -40°F/°C i poniżej. Łatwym sposobem myślenia o „zamarzaniu” paliwa jest porównanie tłuszczu roślinnego z olejem roślinnym. Oba są zasadniczo tym samym, ale tłuszcz jest stały w temperaturze pokojowej, podczas gdy olej jest płynny. To samo dotyczy węglowodorów. W danej temperaturze niektóre z nich mogą być ciekłe, podczas gdy inne przyjmują miękki, woskowaty stan, czyli „zamrożoną” lub stałą fazę węglowodorów. Jest to powszechnie określane jako żelowanie. 

Paliwo zimowe

Kiedy grożą niskie temperatury, rafinerie i dystrybutorzy mogą poprawiać właściwości eksploatacyjne oleju napędowego w niskich temperaturach na kilka różnych sposobów. Możliwości: 

• Wybór mniej woskowatych olejów surowych przed rafinerią
• Wydłużenie procesu rafinacji, aby wyeliminować elementy woskowe o wyższych temperaturach topnienia (tj. zamarzanie w niższych temperaturach)
• Rozcieńczenie paliwa olejem napędowym nr 1-D lub naftą o niższej zawartości wosku
• Obróbka oleju napędowego niskotemperaturowymi dodatkami ułatwiającymi pracę (polepszacze płynięcia na zimno) 

Dostawcy paliw zarządzają mieszankami węglowodorów w czasie i miejscu sprzedaży, ale nie mogą kontrolować niezwykłych wahań pogody lub paliwa, które jest przechowywane lub transportowane do chłodniejszego klimatu. NIE DODAWAJ oleju opałowego do paliwa w celu obniżenia temperatury mętnienia. Ta praktyka jest surowo zabroniona przez większość producentów sprzętu i może spowodować utratę gwarancji. 

Przewidywanie osiągów w niskich temperaturach

Istnieje szereg testów mających na celu przewidywanie osiągów danego paliwa w niskich temperaturach. Ich względne zalety są przedmiotem pewnej debaty. Od czasu pojawienia się układów paliwowych HPCR, wysokowydajnych filtrów paliwa, oleju napędowego ULSD i szeroko rozpowszechnionego biodiesla nie opublikowano żadnych niezależnych danych testowych dotyczących ich przydatności. 

Temperatura mętnienia: Po ochłodzeniu oleju napędowego zaczynają się formować kryształki wosku i pojawia się zauważalna biała mgiełka (lub „chmura”). Wosk wytrąca się z roztworu i zaczyna się osadzać w filtrach paliwa i pompach podnoszących. Rzeczywista temperatura mętnienia zmienia się w zależności od charakterystyki paliwa. Temperatura mętnienia niektórych paliw niskiej jakości może wynosić nawet 40°F/4°C, ale temperatura mętnienia większości paliw dobrej jakości wynosi około 32°F/0°C (nieuzdatniane). Z reguły polepszacze płynięcia na zimno w niewielkim stopniu obniżają temperaturę mętnienia. Istnieją pewne środki obniżające temperaturę mętnienia, które mogą znacznie obniżyć temperaturę mętnienia paliwa, ale ich stosowanie jest generalnie odradzane, ponieważ mogą one faktycznie działać przeciwko antyżelom, których zadaniem jest utrzymanie przepływu paliwa. Najlepszym sposobem na obniżenie temperatury mętnienia jest dodanie węglowodoru o niższej zawartości wosku, takiego jak olej napędowy nr 1-D. 

Temperatura zatykania zimnego filtra CFPP: Jest to temperatura, w której kryształki wosku szybko zatykają filtry paliwa, pozbawiając silnik paliwa, uniemożliwiając jego uruchomienie lub zatrzymując go na zimno (zwykle w najmniej dogodnym momencie). Polepszacze płynięcia na zimno mogą obniżać CFPP o kilka stopni. W rzeczywistości nie obniżają temperatury woskowania, ale działają na samym kryształku wosku. Zmieniają rozmiar i kształt kryształów, dzięki czemu paliwo lepiej przepływa i przechodzi przez pory filtra w niższych temperaturach. 

* Uwaga: Większość dodatków poprawiających płynność na zimno nie działa tak dobrze w paliwie ULSD, jak w paliwie o wyższej zawartości siarki. Upewnij się, że oświadczenia dotyczące wydajności są oparte na wynikach testów przy użyciu paliwa ULSD. Jeśli nie, są one niewiążące. Powszechną metodą pomiaru CFPP jest ASTM D6371. Została ona opracowana w 1965 roku i wykorzystuje metody szybkiego chłodzenia do określenia temperatury, w której 20 cm3 oleju napędowego nie przepłynie przez 45-mikronową siatkę drucianą w ciągu 60 sekund lub mniej. Badanie CRC (Coordinating Research Council) w 1981 roku wykazało, że CFPP nie jest dokładnym prognostykiem rzeczywistych wyników. Ma on tendencję do przekraczania minimalnych temperatur roboczych (tj. działanie w niskich temperaturach w świecie rzeczywistym nie jest tak dobre, jak wynikałoby z testu).

Test przepływu w niskiej temperaturze LTFT: Ten test (ASTM D4539) jest uważany za nieco dokładniejszy w przewidywaniu osiągów paliw z dodatkami i jest często zalecany dla ciężkich samochodów ciężarowych z Ameryki Północnej. Zamiast stosować nierealistyczną metodę szybkiego chłodzenia, ta metoda testowa umożliwia powolne chłodzenie oleju napędowego (1°C na godzinę), co jest znacznie bardziej reprezentatywne dla rzeczywistych warunków. W tym teście próbki o objętości 200 cm3 są przepuszczane przez sito z siatką 17 mikronów przy użyciu podciśnienia 20 kPa. Temperatura LTFT jest określana, gdy 90% próbki nie przepływa przez siatkę w ciągu 60 sekund lub mniej. Chociaż uważany za dokładniejszy niż test CFPP przy prognozowaniu wydajności w niskich temperaturach w Ameryce Północnej, LTFT do określania dopuszczalnego przepływu wykorzystuje siatkę 17-mikronową. Jest ona drobniejsza niż siatka 45-mikronowa stosowana w CFPP, ale nadal można rozsądnie kwestionować jej zdolność do przewidywania przepływu paliwa przez wysokowydajne filtry 2-mikronowe używane do ochrony dzisiejszych silników HPCR. 

Temperatura krzepnięcia: Temperatura, w której olej napędowy zamarza, nazywana jest temperaturą krzepnięcia. W tej temperaturze paliwo zamarza w przewodach. Temperatura krzepnięcia nie ma znaczenia dla przewidywania działania w niskich temperaturach, ponieważ jest niższa niż temperatura zatkania zimnego filtra. Jeśli paliwo nie może przejść przez filtry do silnika, pojazd nie zostanie uruchomiony. W przypadku braku innych komplikacji zżelowany lub mętny olej napędowy powinien klarować się podczas ogrzewania. Kryształy wosku rozpuszczą się z powrotem w roztwór, a paliwo znów będzie idealnie płynne. Jeśli paliwo nie klaruje się po podgrzaniu, to oprócz niskich temperatur działa jeszcze jeden czynnik. Najprawdopodobniej występują dodatkowe związki chemiczne i nastąpiła reakcja, w wyniku której powstały miękkie ciała stałe, które nie topią się w normalnych temperaturach roboczych. 

Gliceryna

Paliwo zżelowane i cząstki stałe gliceryny są często mylone ze sobą. Ale podczas gdy zżelowane paliwo jest naturalnym zjawiskiem spowodowanym samym zimnem, gliceryna ma zupełnie inny skład chemiczny, który występuje tylko w biodieslu. Gliceryna i inne pokrewne substancje (glicerole) są produktami ubocznymi produkcji biodiesla i nie występują w oleju napędowym z ropy naftowej. Przepisy wymagają usunięcia praktycznie wszystkich tych materiałów, ale nawet przy bardzo niskich poziomach mogą one unieruchomić flotę. Dopóki gliceryna pozostaje ciepła i płynna, generalnie nie powoduje ona natychmiastowych problemów. Jednak w niskich temperaturach gliceryna przyjmuje stały stan wosku. Opada na dno zbiorników, dostaje się do filtrów paliwa i tworzy lepkie osady powodujące korozję silnika. 

Konsekwencje miękkich ciał stałych

Miękkie woskowate ciała stałe szybko zatykają filtry, niezależnie od wieku filtra. Gdzie tworzą się te ciała stałe? W przypadku dostarczania zimnego paliwa ciała stałe mogą zostać wpompowane do zbiornika przez dostawcę. Jeżeli paliwo ostygnie w zbiorniku masowym, ciała stałe mogą się wytrącić w niskich temperaturach. Jeśli olej napędowy nie ostygł przed wlaniem go do pokładowego zbiornika paliwa, może się zestalić właśnie w tym zbiorniku. Miękkie ciała stałe — niezależnie od miejsca powstania — szybko zatykają pierwszy napotkany filtr. 

Zdjęcie po prawej stronie (poniżej) to skrajny przypadek zatkania filtra gliceryną. Zwykle nie zobaczysz nic tak dramatycznego. Zamiast tego, filtr prawdopodobnie będzie wyglądał na czysty, z jedynie słabym woskowym połyskiem na medium lub niewielką ilością osadu na dnie obudowy filtra. Tutaj widać obrazy celulozy, medium filtracyjnego o średniej wydajności pod skaningowym mikroskopem elektronowym.