Авиационные бензины

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Иркутский Государственный  технический университет

Заочно-вечерний факультет

Кафедра химической технологии

РЕФЕРАТ

На тему «Авиационные бензины»

По дисциплине «Горюче-смазочные материалы»

Выполнил: студент гр.ЭЛбз-12-1

Сенько С.С.

Проверил: профессор

Дошлов О.И.

Иркутск 2014г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Авиационные бензины

Бензины предназначены  для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры).

В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и  авиационные.

Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.

Современные автомобильные  и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

История развития марок авиабензина

Avgas является бензиновым  топливом для воздушных судов  с поршневым двигателем. Также  как автомобильный бензин, авиабензин очень летуч и крайне легко воспламеняемый при нормальных условиях. В связи с этим технология и оборудование для безопасного обращения с данным продуктом, должны находиться на самом высоком уровне.

Марки авиабензина определяются в основном по их октановому числу. Два числа применяются для обозначения авиационных бензинов (число обедненной рабочей смеси и число обогащенной рабочей смеси), что приводит к многоразрядной системе, например Avgas 100/1 30 (в данном случае показатель производительности обедненной рабочей смеси-1 00, а показатель обогащенной рабочей смеси – 1 30).

В прошлом было множество  различных марок авиационного бензина  в общем употреблении, например 80/87, 91/96, 100/130, 108/135 и 115/145. Однако, с понижением спроса они были разумно сведены к одной основной марке - Avgas 100/130. (Во избежание путаницы и сведения ошибки к минимуму при обращении с авиационным бензином, обычной практикой является определение марки лишь по производительности обедненной рабочей смеси, например, Avgas 100/130 стал просто Avgas 100).

Некоторое время назад  была введена дополнительная марка, чтобы позволить использование  одного топлива на двигателях, изначально рассчитанных на марки с более  низким содержание свинца; эта марка  называется Avgas 100LL, LL означает "низкое содержание свинца" (low lead). Все оборудование и сооружения в системе обеспечения авиабензином имеют цветовую кодировку и наглядно отражают маркировку API, обозначающую действительную марку, находящуюся в системе. В настоящее время две основные марки, находящиеся в употреблении по всему миру - это Avgas 100LL и Avgas 100. Для упрощения определения марки топлива, оно окрашивается, например, Avgas 100LL окрашен в синий цвет, a Avgas 100 окрашен в зеленый.

Недавно была введена  новая марка Avgas марка 82 UL (UL означает неэтилированный). Это низкооктановая марка, пригодная для двигателей с низкой степенью сжатия. Данное топливо обладает более высоким давлением насыщенных паров и может производиться из компонентов автомобильного бензина. Оно применяется на тех воздушных судах, которые имеют STC для использования автомобильного бензина.

1. Применение бензина  авиационного в сфере производства  или потребления 
(AVGAS)

Ассортимент, качество и состав авиационных  бензинов

Авиационные бензины  предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях.

В отличие от автомобильных  двигателей, в авиационных используется в большинстве случаев принудительный впрыск топлива во впускную систему, что определяет некоторые особенности  авиационных бензинов по сравнению  с автомобильными. Более высокие требования к качеству авиационных бензинов определяются также жесткими условиями их применения. ГОСТ 1012-72 предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130. Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу, указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси - в знаменателе дроби. Бензин Б-91/115 предназначен для эксплуатации двигателей АШ-62ир, АИ-26В, М-14Б, М-14П и М-14В-26, а Б-95/130 - двигателей АШ-82Т и АШ-82В. В течение 1988-1992 гг. проведен большой комплекс исследований и испытаний, в результате чего разработан единый бензин Б-92 без нормирования показателя "сортность на богатой смеси", вырабатываемый по ТУ 38.401-58-47-92. Как показали испытания, бензин Б-92 может применяться взамен бензина Б-91/115 в двигателях всех типов. Использование авиабензина Б-92 без нормирования показателя сортности позволяет наряду с обеспечением нормальной работы двигателей на всех режимах значительно расширить ресурсы авиабензинов и снизить содержание в них токсичного тетраэтилсвинца.

В России вырабатывают две  марки авиабензинов: Б-91/115 и Б-92. Разработаны  технические условия на авиационные  бензины марок Б-100/130 и Б-100/130 малоэтилированный - ТУ 38.401-58-197-97. Установленные нормы к качеству указанных бензинов соответствуют требованиям АSТМ D 910 и европейским спецификациям на бензины марок 100 и 100LL. Кроме описанных выше марок авиационных бензинов, которые применяются непосредственно для эксплуатации поршневых двигателей, вырабатывается неэтилированный бензин марки Б-70 (ТУ 38.101913-82). В настоящее время этот бензин используется, в основном, как бензин-растворитель.

Авиационный бензин Б-70 готовят  на основе бензина прямой перегонки  или рафинатов риформинга с добавлением  высокооктановых компонентов.

Авиационный бензин (Avgas) применяется на сравнительно небольших  самолетах с поршневыми авиационными двигателями (ПАД) в авиации общего назначения (АОН), например, частными пилотами, во время лётной подготовки, в аэроклубах и для выполнения сельскохозяйственных работ. Поршневые двигатели работают с использованием тех же основных принципов, что и двигатели с искровым зажиганием на автомобилях, однако к рабочим характеристикам ПАД применяются более высокие требования. В настоящее время в АОН имеются лишь две основные марки авиабензина (100 и 1OOLL с низким содержанием свинца) - такая унификация позволила топливным компаниям продолжить поставки авиационных бензинов, которые ранее были невыгодны. Мировые объемы производства авиабензина значительно меньше, поскольку воздушные суда, применяющие авиабензин, имеют меньшие размеры и соответственно удельные расходы топлива, несмотря на то, что превосходят по численности воздушные суда на реактивном топливе.

Avgas 100

Это стандартное высокооктановое  топливо для авиационных поршневых двигателей с высоким содержанием свинца. Существует два основных стандарта для Avgas 100. ASTM D 910 и UK DEF STAN 91-90. Эти два стандарта по существу одинаковы, однако отличаются по содержанию антиокислительной присадки, по требованиям к устойчивости к окислению и максимальному содержанию свинца.

Avgas 100 окрашен в зеленый  цвет.

Avgas 100LL

Данная марка является версией Avgas 100 с низким содержанием  свинца. Низкое содержание свинца является условным. В Avgas I OOLL присутствует до 0,56 г/литр свинца. Данная марка перечислена в тех же ТУ, что и Avgas 100, а именно ASTM D 910 и UK DEF STAN 91-90.

Avgas 100LL окрашен в синий  цвет.

Avgas 82 UL

Это относительно новая  марка, целью разработки которой  являются двигатели с низкой степенью сжатия, которые не требуют высокооктановой марки Avgas 100 и могут быть рассчитаны на работу с неэтилированным топливом. Данная марка предусмотрена техническими условиями ASTM D 6227.

Avgas 82UL окрашен в пурпурный  цвет.

2. Классификационные признаки бензина

По происхождению:

• естественные
• искусственны.

По назначению:

• автомобильные
• авиационные

Кодирование бензина  по ОКП:

Кодирование бензина  по ТН ВЭД:

3. Потребительские свойства  бензина авиационного

Содержание тетраэтилсвинца:

В качестве антидетонаторов применяется тетроэтилсвинец, представляющий собой густую, маслянистую бесцветную жидкость с плотностью ρ = 1,66, температурой кипения 200°С, хорошо растворяющаяся в органических веществах (углеводородах, спиртах) и не растворяющаяся в воде. ТЭС – ядовитое вещество, поэтому при обращении с ним, и этилированным бензином необходимо соблюдать меры предосторожности.

Недостатком ТЭС является то, что  свинец, находящийся в нем, из камеры сгорания удаляется не полностью, что  приводит к освенцовыванию камеры сгорания. С целью уменьшения этого явления к ТЭС добавляют бромистые и хромистые соединения.

В современных двигателях применяют  другое органическое соединение свинца – тетраметилсвинец (ТМС), который  более эффективен по сравнению с  ТЭС. Это объясняется тем, что  в форсированных двигателях температурный режим достаточно высок, а ТЭС разлагается слишком рано, так как он не слишком термически устойчив, и в связи с этим часть вещества расходуется непроизводительно, а ТМС в отличие от ТЭС более термически устойчив.

В состав и ТЭС и ТМС входят красители, поэтому все этилированные бензины имеют окраску в отличии от неэтилированных.

Детонационная стойкость – способность топлива сгорать в двигателе с принудительным зажиганием без детонации.

Детонация – очень вредное  явление, поскольку вызывает падение мощности двигателя, увеличение удельного расхода топлива, ускорение износа двигателя, иногда с аварийными последствиями. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях.

Мерой детонационной стойкости  бензинов является их октановое число. Оно численно равно процентному содержанию (по объему) изооктана в эталонной смеси с гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалента испытуемому бензину.

Показывает склонность бензина к детонации, появление  которой может привести к выходу двигателя из строя. Октановое число по моторному и по исследовательскому методу. Превышение октанового числа выше нормативного говорит о высоком качестве бензина, применение такого бензина положительно влияет на многие его параметры, в частности, приводит к повышению мощности двигателя.

Удельная теплота сгорания – количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг). Чем выше теплота сгорания, тем меньше удельный расход бензина и больше дальность полета самолета при одном и том же объеме топливных баков.

Теплоту сгорания определяют не только теоретически, но и опытным путем, сжигая определенное количество топлива  в специальных приборах, называемых калориметрами. Теплоту сгорания оценивают  по повышению температуры воды в  колориметре. Результаты, полученные этим методом, близки к значениям, рассчитанным по элементарному составу топлива.

Фракционный состав обусловливает испаряемость бензинов на различных режимах работы двигателя: пуск, разогрев, при смене режима работы, под нагрузкой.

Кислотность – количество мг КОН, необходимых для нейтрализации кислот, содержащихся в 100мг топлива.

Давление насыщенных паров: Давление насыщенных паров определяет летучесть нефти нефтепродуктов, оказывающую влияние на условия их хранения, транспортировки и применения. Зависит от соотношения объемов пространств, в которых находится пар и жидкость. Давление насыщенных паров характеризует интенсивность испарения, пусковые качества моторных топлив и склонность их к образованию паровых пробок.

Превышение этого параметра приводит к увеличению вероятности образования паровых пробок при высоких температурах, понижение затрудняет пуск двигателя зимой. Кроме того, характеризует физическую стабильность бензина.

Температура начала кристаллизации – некоторая температура, при которой начинают выделяться кристаллы растворителя. Именно температура начала кристаллизации является количественной характеристикой процесса кристаллизации из растворов; определением температуры помутнения, появления первых кристаллов, исчезновения кристаллов углеводородов

Массовая доля ароматических углеводородов:

Ароматические углеводороды обладают высокой термической стойкостью к реакциям разложения. Для этих углеводородов характерны более  высокие значения вязкости, плотности, температуры кипения. По этим причинам их присутствие повышает противодетонационные свойства карбюраторного топлива.

Массовая концентрация фактических смол: превышение нормы этого параметра уменьшает пропускную способность жиклеров и, естественно, вызывает обеднение рабочей смеси карбюраторных двигателей, ускоряет засорение или закоксовывание распылителей и форсунок системы впрыска.

Массовая доля серы:

Сера (S) – при ее сгорании выделяется определенное количество теплоты. Но сам  продукт сгорания является весьма нежелательной  частью топлива, ибо сернистый SO₂ и серный SO₃ ангидриды вызывают сильную газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей. Содержание серы не более 0,05%.

Испытание на медной пластинке: показывает коррозионную активность самого бензина.

Выдержка медной пластинки в испытуемом топливе при повышенной температуре и фиксация изменения ее цвета, характеризующего коррозионное воздействие топлива.

Содержание водорастворимых кислот и щелочей: показывает степень коррозии деталей системы питания и двигателя.

Эти соединения вредно отражаются на долговечности двигателей, приводят к повышенной коррозии и износу, нагарообразованию. Соединения серы образуют при сгорании SO₂ и SO₃, что повышает точку росы водяного пара, усиливая этим процесс образования H₂SO₄. Не допускается наличие минеральных (водорастворимых) кислот и щелочей, которые могут остаться в топливе в результате недостаточной промывки и отстоя топлива после его очистки.

Содержание механических примесей и воды:

Механические примеси вызывают быстрый износ деталей топливного насоса и форсунок.

Вода при плюсовых температурах образует с топливам эмульсию, разрушающую  фильтры, а при отрицательных, превращаясь  в лед, нарушает подачу топлива.

Для удаления воды и механических примесей необходимо в течение 48ч отстаивать топливо в резервуарах, тщательно фильтровать его при заправке и периодически сливать отстой из топливных баков.

Плотность характеризует отстаивание воды и осаждения механических примесей. Чем она ниже, тем быстрее будет отстаиваться вода.

Период стабильности – способность сохранять свой состав и основные свойства при хранении, транспортировке и в условиях потребления. Различают химическую и физическую стабильность. Под химической стабильностью понимают способность сохранять химический состав топлива, а под физической – способность сохранять однородность и фракционный состав.

Цвет: Если нормируется, служит первичным признаком определения качества. Этилированные бензины должны быть окрашены в оранжево-красный цвет. Остальные либо бесцветные, либо бледно-желтые, для некоторых цвет не определен.

Все марки авиационных бензинов этилированны и сильно ядовиты, так  как содержат тетраэтилсвинца в  горазда большем количестве, чем  автомобильные. В состав и ТЭС и ТМС входят красители, поэтому все этилированные бензины имеют окраску в отличие от неэтилированных.

4. Технология производства бензина  авиационного и его технико-экономическая  оценка

Светлые нефтепродукты, полученные непосредственно из рефтификационных колонн установок АВТ, каталитического  крекинга и других, еще не являются товарными продуктами для различного рода двигателей, так как содержат компоненты, ухудшающие их эксплуатационные свойства.

Из бензина необходимо удалить сероводород, нефтяные кислоты, азотистые, кислородные и металлорганические соединения.

В связи с тем, что  к авиационным бензинам предъявляются  более жесткие требования, чем  к автомобильным, в их состав входят компоненты ограниченного числа  технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического  риформинга, алкилирования, ароматизации. В состав авиационных бензинов могут также входить продукты изомеризации прямогонных фракций. Продукты вторичных процессов, содержащие олефиновые углеводороды, для получения авиационных бензинов не используются.

Для удаления нежелательных  компонентов применяют химеческие и физико-химические методы очистки: обработку щелочью и серной кислотой, адсорбционную и каталитическую очистку светлых нефтепродуктов.

Очистка серной кислотой применяется для удаления из светлых нефтепродуктов непредельных и ароматических углеводородов, а также смолистых, азотистых и сернистых соединений.

Щелочная очистка используется для удаления из нефтепродуктов сероводорода, низших меркаптанов и нефтяных кислот, а также для удаления из нефтепродуктов серной кислоты и кислых продуктов реакции после сернокислотной очистки.

Адсорбционная и каталитическая очистка служит для очистки светлых нефтепродуктов от смолистых, асфальтовых и других нежелательных соединений. Для этого применяют естественные глины, искусственные алюмосиликаты, активированный голь и другие твердые вещества. В основе их использования лежит явление адсорбции.

Завершающей стадией приготовления товарных бензинов является смешение (компаундирование) различных компонентов и введение необходимых присадок.

Компаундирование является рациональным способом приготовления товарных бензинов, так как позволяет:

• наиболее полно использовать свойства всех бензиновых фракций, имеющихся на заводе-изготовителе;
• полностью использовать ресурсы бензиновых фракций различных процессов переработки нефти;
• получить продукцию, отвечающую требованиям двигателей по всем показателям.

Компаундирование –  это получение товарного бензина (нефтепродукта), сочетание свойств  которого отвечает требованиям установленных  норм. Компаундирование обусловливает  качество товарной продукции, соответствие требования стандарта. Компаундирующими компонентами являются базовые и присадки.

Базовые компоненты – это компоненты, являющиеся носителями основных свойств товарного продукта.

Присадки – это компоненты, обладающие повышенными значениями эксплуатационных показателей.

Компонентный состав авиационных бензинов зависит в  основном от их марки и в меньшей  степени, чем для автомобильных  бензинов, определяется набором технологических  установок на нефтеперерабатывающем  заводе.

Базовым компонентом  для выработки авиационных бензинов марок Б-92 и Б-91/115 обычно являются бензины каталитического риформинга. В качестве высокооктановых компонентов  могут быть использованы алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол.

Бензины каталитического риформинга обладают высокой детонационной стойкостью на богатых и бедных смесях. Чем больше суммарное содержание в бензине ароматических углеводородов, тем выше его сортность на богатой смеси.

Для обеспечения требований ГОСТ и  ТУ по детонационной стойкости, теплоте сгорания, содержанию ароматических углеводородов к базовым бензинам добавляют изопарафиновые и ароматические компоненты - алкилбензин, изомеризат и толуол.

В целях обеспечения требуемого уровня детонационных свойств к  авиационным бензинам добавляют антидетонатор тетраэтилсвинец (от 1,0 до 3,1г на 1кг бензина) в виде этиловой жидкости. Для стабилизации этиловой жидкости при хранении авиабензинов добавляется антиокислитель 4-оксидифениламин или Агидол-1.

Как и все этилированные  топлива, для безопасности в обращении и маркировки, авиационные бензины должны быть окрашены. Бензины 
Б-91/115 и Б-92 окрашиваются в зеленый цвет красителями: жирорастворимым зеленым 6Ж или жирорастворимым зеленым антрахиноновым; Б-95/130 - в желтый цвет жирорастворимым желтым К; Б-100/130 - в голубой цвет органическим жирорастворимым ярко-синим антрахиноновым или 1,4-диалкиламино-антрахиноном.

5. Нормативно-технические документы  на описываемый товар, нормируемые  показатели качества в соответствии  с требованиями нормативно-технической документации

Показатели качества определяются по следующим ГОСТам:

ГОСТ 13210-72* Бензины. Метод определения содержания свинца комплексометрическим титрированием

ГОСТ 14710-78* Толуол нефтяной. Технические условия

ГОСТ 1510-84* Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 19121-73* Нефтепродукты. Метод определения содержания серы сжиганием в лампе

ГОСТ 2070-82* Нефтепродукты светлые. Методы определения йодных чисел и содержания непредельных углеводородов

ГОСТ 20924-75* Бензины автомобильные и авиационные. Метод определения интенсивности окраски

ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания

ГОСТ 2517-85* Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб

ГОСТ 28781-90 Нефть и нефтепродукты. Метод определения давления насыщенных паров на аппарате с механическим диспергированием

ГОСТ 3338-68* Бензины авиационные. Метод определения сортности на богатой смеси

ГОСТ 3900-85* Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности

ГОСТ 5066-91 Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации

ГОСТ 511-82* Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа

ГОСТ 5985-79* Нефтепродукты. Метод определения кислотности и кислотного числа

ГОСТ 6307-75* Нефтепродукты. Метод определения наличия водорастворимых кислот и щелочей

ГОСТ 6321-92 Топливо для двигателей. Метод испытания на медной пластинке

ГОСТ 6667-75* Бензины авиационные. Метод определения периода стабильности

ГОСТ 6994-74* Нефтепродукты светлые. Метод определения ароматических углеводородов

ГОСТ 8489-85 Топливо моторное. Метод определения фактических смол (по Бударову)

ГОСТ 26432-85 Топлива нефтяные жидкие. Ограничительный перечень и порядок назначения

Группа Б12

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТАНДАРТ

Дата введения 01.01.1973

Настоящий стандарт распространяется на авиационные бензины прямой перегонки, каталитического крекинга и реформинга с добавкой высококачественных компонентов, этиловой жидкости и антиокислителя.

Авиационные бензины должны изготовляться  по технологии, из сырья и компонентов, которые применялись при изготовлении образцов бензинов, прошедших на авиационных двигателях государственные испытания с положительными результатами и допущенных к применению в установленном порядке.

Добавляемые в авиационные бензины  высококачественные компоненты должны соответствовать действующей нормативно-технической документации.

(Измененная редакция, Изм. №  8).

5.1. МАРКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Авиационные бензины должны  выпускаться следующих марок:

• авиационный бензин Б-95/130,
• авиационный бензин Б-91/115.

1.2. По физико-химическим показателям авиационные бензины должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в Таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Требования и нормы физико-химических показателей авиационного бензина