Особенности применения дизельного топлива в холодную погоду

Фильтры задерживают не только частицы загрязнений 

Обеспечение работоспособности оборудования в холодную погоду может быть сильно затруднено. Двигатели могут не заводиться в начале смены или внезапно глохнуть во время работы. Эти проблемы, как правило, вызваны твердыми частицами, образующимися в топливе при пониженной температуре. 

Разные частицы одинаково опасны для двигателей и фильтров. Наличие твердых частиц в топливе, будь то жесткие или мягкие вещества, загрязнения или чистые углеводороды, в конечном итоге приводит к проблемам. Эти проблемы усугубляются применением новых видов топлива, высокой чувствительностью современных двигателей и высокой эффективностью фильтров, предназначенных для их защиты. 

Лед

При понижении температуры свободная вода в топливе замерзает. Кристаллы льда будут вести себя так же, как и любые другие твердые частицы, засоряя фильтры или вызывая абразивный износ топливных систем. Большое количество льда может полностью заблокировать фильтры или трубы, препятствуя подаче топлива. Противообледенительные вещества могут облегчить запуск двигателя в чрезвычайной ситуации, однако добавление спирта в дизельное топливо, как правило, не рекомендуется. Лучшим решением является удаление свободной воды из топлива. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с вариантами решения связанных с водой проблем. 

Гелеобразование

Как и вода, углеводороды твердеют, когда достигают точки замерзания. Однако, в отличие от воды, они не превращаются в лед. Вместо этого они образуют густое воскообразное вещество, которое не пропускается фильтрами. Этот процесс называют гелеобразованием. Он характерен как для нефтяного дизельного топлива, так и для биодизельного топлива. Дизельное топливо не является однородным веществом. Это сложная смесь тысяч веществ, каждое из которых обладает различными химическими и физическими свойствами. Состав топлива определяется в момент его производства на нефтеперерабатывающем заводе. В состав топлива обычно входят около 250 различных химических веществ, главным образом углеводородов. Температура замерзания разных углеводородов варьируется в широких пределах, что напрямую связано с проблемами эксплуатации оборудования в зимний период. «Зимнее дизельное топливо» содержит смесь углеводородов с более низкими температурами замерзания, чем «летнее дизельное топливо». 

Точка замерзания основных углеводородов

В некоторых странах существует класс топлива, называемый «арктическое дизельное топливо». Оно предназначено для чрезвычайно тяжелых условий с температурой до -40 °C/F и ниже. «Замерзание» топлива можно проиллюстрировать сравнением растительного комбижира с растительным маслом. Фактически это одно и то же вещество, но комбижир при комнатной температуре находится в твердом состоянии, а масло — в жидком. То же относится и к углеводородам. При одной температуре некоторые углеводороды могут быть жидкими, в то время как другие принимают форму густого воскообразного вещества, что соответствует «замороженной» или твердой фазе углеводородов. Этот процесс обычно называют гелеобразованием. 

Зимнее топливо

При скором наступлении холодов нефтеперерабатывающие заводы и дистрибьюторы несколькими способами улучшают эксплуатационные качества дизельного топлива при низкой температуре. Ниже перечислены примеры таких способов. 

• Выбор менее парафинистой нефти в качестве сырья.
• Расширение процесса нефтепереработки для удаления парафинов с более высокой температурой плавления (которые замерзают при более высоких температурах).
• Разбавление топлива дизельным топливом 1-D или керосином с более низким содержанием парафинов.
• Добавление в дизельное топливо присадок для низких температур (для улучшения текучести топлива при низкой температуре). 

Поставщики топлива выбирают состав углеводородных смесей с учетом времени и места продаж, однако они не могут предсказать необычные колебания погоды или транспортировку топлива в регионы с более холодным климатом. НЕ добавляйте мазут в топливо, пытаясь понизить температуру помутнения. Это строго запрещено большинством производителей оборудования и может аннулировать гарантию. 

Прогнозирование работоспособности в холодных погодных условиях

Существует ряд испытаний, позволяющих прогнозировать поведение топлива в холодных погодных условиях. Сравнительная ценность этих испытаний является предметом дискуссий. С момента появления топливных систем HPCR, высокоэффективных топливных фильтров, дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы и широкого распространения биодизельного топлива данные независимых исследований их полезности не публиковались. 

Температура помутнения: при понижении температуры дизельного топлива в нем начинают образовываться кристаллы парафина и появляется заметная белая муть («помутнение»). Парафин выпадает из раствора и начинает задерживаться топливными фильтрами и нагнетательными насосами. Фактическая температура помутнения зависит от характеристик топлива. Некоторые виды топлива низкого качества могут иметь температуру помутнения на уровне 4 °C (40 °F), тогда как температура помутнения большинства видов неочищенного высококачественного топлива составляет около 0 °C (32 °F). Присадки для улучшения текучести топлива при низкой температуре, как правило, практически не снижают температуру помутнения. Существуют средства для понижения температуры помутнения, однако их использование обычно не рекомендуется, так как они могут снижать эффективность антигелеобразователей, которые предназначены для поддержания текучести топлива. Лучшим способом снизить температуру помутнения является добавление углеводородов с более низким содержанием парафинов, например дизельного топлива 1-D. 

Предельная температура фильтруемости (CFPP): это температура, при которой кристаллы парафина быстро засоряют топливные фильтры, нарушая подачу топлива в двигатель. Это приводит к невозможности запуска двигателя или вызывает его остановку в самый неподходящий момент. Присадки для улучшения текучести топлива при низкой температуре могут снизить предельную температуру фильтруемости на несколько градусов. Они не снижают температуру застывания парафинов, а воздействуют на сами кристаллы парафина. Эти присадки изменяют размер и форму кристаллов, повышая текучесть топлива и его прохождение через поры фильтрующего материала при более низких температурах. 

* Предостережение: Большинство присадок для улучшения текучести топлива при низкой температуре показывают более низкую эффективность при добавлении в дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы по сравнению с традиционным топливом с повышенным содержанием серы. Убедитесь, что заявленная эффективность подтверждена результатами испытаний с использованием дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы. Если это не так, указанные показатели не будут иметь значения. Для измерения предельной температуры фильтруемости (CFPP) обычно используется метод ASTM D6371. Этот метод, разработанный в 1965 году, подразумевает быстрое охлаждение для определения температуры, при которой 20 мл дизельного топлива перестает проходить через 45-микронную проволочную сетку за 60 секунд или менее. Исследование, проведенное Советом по координации научных исследований (CRC) в 1981 году, позволило сделать вывод о том, что значение предельной температуры фильтруемости (CFPP) не позволяет точно предсказать поведение топлива в реальных условиях. Этот показатель преувеличивает минимальные рабочие температуры топлива (т. е. в реальности характеристики топлива в холодную погоду не так хороши, как показывает исследование).

Испытание текучести при низкой температуре (LTFT): считается, что это испытание (ASTM D4539) позволяет более точно прогнозировать характеристики топлива с присадками и часто рекомендуется для проверки топлива грузовых автомобилей для тяжелых условий работы в Северной Америке. В отличие от способа быстрого охлаждения, который не дает реалистичных результатов, этот метод исследования состоит в медленном (1 °C в час) охлаждении дизельного топлива. Это гораздо точнее отражает реальные условия. В ходе этого испытания пробы топлива объемом 200 мл пропускают через сетку с ячейками 17 микрон при разрежении 20 кПа. Точка LTFT определяется как температура, при которой 90% пробы не успевает проходить через сетку за 60 секунд или менее. Хотя этот метод считается более точным для прогнозирования характеристик топлива при низкой температуре в Северной Америке, чем значение предельной температуры фильтруемости (CFPP), для определения приемлемой текучести в нем используется сетка с ячейками 17 микрон. Ячейки такой сетки более чем в два раза меньше ячеек 45-микронной проволочной сетки, используемой в испытании CFPP. Тем не менее, это все еще не дает оснований доверять способности этого метода предсказать прохождение топлива через высокоэффективные 2-микронные фильтры, используемые для защиты современных двигателей HPCR. 

Температура застывания: это температура, при которой дизельное топливо замерзает. При этой температуре топливо будет замерзать в топливопроводах. Температура застывания не используется для прогнозирования характеристик топлива в холодную погоду, поскольку она ниже предельной температуры фильтруемости. Если топливо не сможет пройти через фильтры к двигателю, автомобиль не будет работать. При отсутствии других осложнений загущенное или замутненное дизельное топливо восстанавливает свои характеристики при нагревании. Кристаллы парафина растворятся и текучесть топлива восстановится. Если при нагревании топливо не становится прозрачным, значит кроме низкой температуры существует какая-либо дополнительная причина. В топливе могут присутствовать дополнительные химические составы. Они могут участвовать в реакциях с образованием густых веществ, которые не плавятся при нормальной рабочей температуре. 

Глицерин

Загущенное дизельное топливо часто путают с глицерином в твердом состоянии. Гелеобразование является естественным явлением, вызываемым только низкой температурой, тогда как образование глицерина — это химический процесс, который возможен только в биодизельном топливе. Глицерин и сопутствующие вещества (глицеролы) являются побочными продуктами производства биодизельного топлива и отсутствуют в нефтяном дизельном топливе. Действующие нормы требуют удаления практически всех таких материалов из топлива, ведь даже при очень низкой концентрации они способны обездвижить весь парк техники. Глицерин обычно не создает проблем, пока остается в жидкой форме при достаточно высокой температуре. Однако при низкой температуре глицерин принимает форму воскообразного вещества. Оно оседает на дно емкости, налипает на топливные фильтры и образует липкие коррозионные отложения в двигателе. 

Последствия образования густых веществ

Воскообразные вещества быстро засоряют фильтры независимо от срока их использования. Где образуются такие вещества? Если топливо доставляется при низкой температуре, в нем уже могут присутствовать густые вещества. Если топливо остывает в емкости для наливного хранения, густые вещества могут образовываться на этом этапе. Если дизельное топливо остынет в топливном баке оборудования, густые вещества могут образоваться в этом баке. Независимо от места образования густые вещества быстро забивают первый фильтр на пути прохождения топлива. 

На изображение справа (ниже) показан пример сильного засорения фильтра глицерином. Такое встречается довольно редко. Фильтр обычно выглядит чистым со слабым восковым блеском на фильтрующем материале или небольшим количеством отложений в нижней части корпуса. Ниже приведены изображения фильтрующего материала из целлюлозы, обладающего средней эффективностью, под электронным сканирующим микроскопом.