Технические науки 4. Транспорт

К.т.н. Тимохова О. М., ассистент Тимохов Р. С.

Ухтинский государственный технический университет, Россия

Влияние сернистых соединений топлива на коррозионный износ деталей машин

Причиной коррозионного износа металлов являются различные соединения: кислоты, щелочи, вода, газы, в большей части сернистые и прочие вещества. Коррозия резервуаров, топливных баков, деталей топливоподающей аппаратуры совершается при наличии в составе топлива коррозионно-агрессивных соединений, таких как водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, вода, органические кислоты [1].

Наиболее пагубное коррозирующее действие создают активные сернистые соединения, водорастворимые кислоты и щелочи, а также вода. Наличие этих веществ в бензине и дизельном топливе не допускается. Присутствие активных сернистых соединений устанавливают путем реакции на медную пластинку, а водорастворимых кислот и щелочей, при помощи реакции водной вытяжки, которая должна быть нейтральной.

Содержание водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе не допускается. Их присутствие проявлялось бы образованием отложений и нагара в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя. Что приводит к нарушению работы двигателя (перегрев, ухудшение продувки и очистки от отработавших газов), ухудшению топливной экономичности и снижению мощности. Закоксовывание, например, распыливающих отверстий форсунки вызывает нарушение подачи топлива, а иногда обрыв головок форсунок. Причиной образования нагара могут также высокая вязкость и плохая испаряемость топлива [2].

Содержание золы определяется количеством в процентах остатка, образовавшегося после сжигания навески испытуемого топлива при помощи фитиля из бумажного обеззоленного фильтра и прокаливания твердого остатка до постоянного веса. Зола повышает нагарообразование в двигателе и может, попадая в масло, вызывать ускоренный износ.

Менее коррозионно активны органические кислоты, минеральные имеют большую коррозионную активность. Более активно они взаимодействуют с цветными металлами (свинец, цинк, кадмий), на черные (сталь, чугун) действуют весьма слабо. С увеличением температуры активность органических кислот растет. В присутствии воды кислоты, особенно низкомолекулярные, более агрессивны.

Кроме вышеуказанных факторов существенное влияние на коррозионный износ деталей и систем двигателя оказывает общее количество пассивных сернистых соединений, содержащихся в топливе. Конечными продуктами сгорания любого топлива всегда является углекислый газ и вода, получающиеся в результате сгорания углеводородов. При сгорании всех сернистых соединений (активных и пассивных) образуются кислотные окислы – сернистый и серный ангидриды.

Наиболее агрессивен серный ангидрид, содержание его в продуктах сгорания тем больше, чем выше температура, давление и концентрация кислорода. Водяные пары контактируют с холодными поверхностями двигателя и конденсируются. Окислы серы, растворяясь в воде, создают сернистую и серную кислоты, обладающие еще более сильным коррозионным действием. В результате этих явлений, в двигателях может возникать газовая и жидкостная коррозия.

Чувствительность двигателей всевозможных конструкции к сернистой коррозии находится в зависимости от теплонапряженности и удельной мощности. При излишке кислорода и высокой температуры, сернистый ангидрид в значительном количестве переходит в серный, поэтому при повышении теплонапряженности наблюдается более существенная газовая коррозия тарелок выхлопных клапанов, верхней части цилиндров, первого компрессионного кольца и выхлопной системы. При уменьшении температуры данный вид износа снижается.

При существенном понижении теплового режима начинается жидкостная коррозия, особенно сильно она выражается во время пуска и прогрева двигателя в холодное время года. Чем выше количество прорыв газов в картер двигателя и выше содержание серы в топливе, тем сильнее износ от жидкостной коррозии. Значительное влияние на появление данного вида коррозионного износа оказывает режим работы.

В малонагруженных двигателях, когда температура охлаждающей жидкости невелика, создаются благоприятные условия для конденсации паров воды и проявления жидкостной коррозии, при этом больше разрушаются вкладыши подшипников. Тракторные дизели, обычно работающие с высокой нагрузкой, более подвержены газовой коррозии; автомобильные, особенно при работе в городских условиях (движение на небольших скоростях, частые остановки), - жидкостной [1].

Исходя из выше изложенного, детали двигателя, контактирующие с продуктами сгорания топлива, в зоне высокой температуры разрушаются от газовой коррозии. В зонах низкой температуры, где отмечается конденсация воды, проявляется жидкостная коррозия. При работе двигателя на сернистом топливе надежная работа будет обеспечена только в том случае, когда верно подобран режим его работы, при котором сернистая коррозия будет проявляться незначительно.

Таким образом, скорость коррозионного изнашивания деталей двигателя тесно связана с количеством серы в топливе. Согласно результатам многочисленных исследований, установлено, что при повышении количества серы в топливе с 0,2 до 0,5% износ увеличивается на 25 – 30%.  При увеличении концентрации серы до 1,0%, износ повышается вдвое.

Сера вредоносна не только с точки зрения повышения темпа коррозионного изнашивания, но еще и потому, что при работе двигателя на сернистом топливе образуется значительное количество твердого и плотного нагара. Частицы данного нагара, попадая в масло, повышают абразивное механическое изнашивание деталей. Кроме того, сера ускоряет старение моторных масел.

При изготовлении топлива большая масса сернистых соединений перегоняется с углеводородами, выкипающими при высокой температуре (выше 200°С), и, значит, находится в дистиллятах, из которых получают дизельное топливо. Здесь содержание серы может достигать нескольких процентов. В бензиновых фракциях количество серы не превышает 0,12…0,15%.

Наиболее действенный способ борьбы с сернистой коррозией – удаление серы при очистке топлива. По этому пути и идет нефтеперерабатывающая промышленность. Однако обеспечить эксплуатацию дизелей только на малосернистом топливе не удается. С вводом в действие все большего числа гидроочистительных установок выработка малосернистого топлива будет расти [2].

Рост выпуска, дизельного топлива, а также переработка высокосернистой нефти приводит к нужде эксплуатировать дизели на топливе с содержанием серы до 0,5%, а нередко и до 1%. Для снижения сернистой коррозии в этих случаях приходится прибегать к изготовлению деталей из легированных нержавеющих сталей или их покрытию коррозионно-устойчивыми материалами (хромированные компрессионные кольца).

Неплохие результаты по снижению коррозионного износа дают присадки, добавляемые к дизельному топливу. Эти методы широко применяются на стационарных установках, например, в судовых двигателях. Единственным же действительным способом борьбы с сернистой коррозией в условиях сельского хозяйства является правильный подбор для каждого типа двигателей моторного масла, содержащего определенные композиции присадок.

Современные моторные масла выпускают с присадками, но их количество и эффективность различны. Поэтому в зависимости от двигателя, вида и качества используемого топлива, главным образом содержания в нем серы, необходимо подбирать определенное смазочное масло и определять сроки его замены. В этом случае даже при использовании высокосернистого топлива удается обеспечить существенное снижение коррозионного износа и надежную работу двигателя.

Литература:

1. Dizelist.ru. Ресурсы дизелиста [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dizelist.ru/index.php/poleznaya-literatura.

2. Newchemistry.ru. Новые химические технологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://newchemistry.ru. – Загл. с экрана.