第五章-燃料的使用要求和规格-1.ppt

2020/5/22,储运油料学,第一节汽油第二节柴油第三节喷气燃料第四节灯用煤油第五节溶剂油第六节燃料油,第五章燃料的使用要求和规格,2020/5/22,储运油料学,石油产品的种类繁多，用途各异，我国参照ISO国际标准化组织发表的国际标准ISO/DIS8681，制定了GB498石油产品及润滑剂的总分类，将石油产品分为六类，比ISO/DIS8681多了一类C（焦）。,2020/5/22,储运油料学,石油产品燃料（F类）分类总则将燃料分为以下四组,燃料的分组,2020/5/22,储运油料学,液体燃料与固体燃料相比较，具有热值高(石油产品热值为4000048000KJ/kg，煤的热值为2500033500KJ/kg)，能够燃尽，燃后灰分少，储运方便等优点石油产品作为动力，主要利用其燃烧时放出的热量，再转化成机械能或电能，将热能转化成机械能或电能的热力发动机，分为内燃机和外燃机两大类。研究燃料的使用性能和质量要求，必须注意油品的使用条件；同时应注意燃料在使用和储存过程中出现的差别，不仅取决于燃料的组成，而且与外界条件密切相关。,2020/5/22,储运油料学,第一节汽油,一、汽油机(点燃式发动机)的工作过程及其对燃料的使用要求二、汽油的蒸发性能三、汽油的抗爆性四、汽油的安定性五、汽油的腐蚀性六、国产汽油的品种与质量标准七、醇类汽油机燃料,2020/5/22,储运油料学,汽油是点燃式发动机燃料，此类发动机又称汽化器式发动机。按用途可以分为车用汽油和航空汽油两类。各种汽油均以辛烷值（OctaneNumber，ON）作为牌号。我国生产汽油的工艺以催化裂化为主，辅以催化重整、烷基化和醚化等工艺。航空汽油则是由催化裂化汽油、烷基化油、工业异丙苯和异戊烷等高ON组分调合而成。汽油的使用要求和质量标准主要来源于汽油机的工作要求。,2020/5/22,储运油料学,一、汽油机的工作原理及对燃料的使用要求,按燃料供给方式的不同，汽油机又可分为化油器式及喷射式两大类。汽油机通常由曲轴连杆机构、配气机构、燃料系统、润滑、冷却和点火系统所组成。图所示为化油器式汽油机的结构示意图，图中只表明汽油机工作原理的部分。,2020/5/22,储运油料学,上止点：活塞在气缸中运动时所能达到的最高位置下止点：活塞下行所能达到的最低位置压缩比：到达下、上止点时活塞上部的汽缸体积之比，V1/V2冲程：从上止点到下止点之间的直线距离发动机排量：是发动机各汽缸工作容积的总和，一般用升(L)表示。,2020/5/22,储运油料学,1进气过程活塞从上止点向下止点运动，活塞上方的体积增大，压力降低，进气阀打开，排气阀关闭，活塞下行，气缸内压力逐渐下降到0.70.9105Pa空气和汽油在混合室形成可燃性气，经进气阀吸入汽缸进气终了温度可达85130,2020/5/22,储运油料学,2压缩过程进气阀关闭，活塞由下止点向上止点运动，可燃性混合气被压缩当活塞上行接近上死点、压缩过程终了时，压力可达0.71.5MPa，温度可达300450压缩混合气体的温度、压力取决于发动机的压缩比,2020/5/22,储运油料学,3作功过程(点火燃烧和膨胀作功)进气阀和排气阀仍关闭，火花塞发出电火花而引燃混合气体火焰以2050m/s的速度迅速向四周传播燃烧，同时产生大量热能最高温度可达20002500，最高压力达3.04.0MPa高温高压燃气，推动活塞下行，将燃料燃烧放出的热能转变为机械能终了时温度约为9001200，压力为0.40.5MPa,2020/5/22,储运油料学,4排气过程活塞下行到下死点时，作功过程结束排气阀开启，活塞由下止点向上运动，排出废气废气排出温度700800,2020/5/22,储运油料学,当活塞再次到达上死点时，排气结束，这样完成一个工作循环，继而重复上述工作循环。如此周而复始，活塞不断上、下作直线往复运动，经连杆使曲轴不断旋转，对外作功。,一般汽油机有四个或六个气缸，按一定顺序排列，使不连续的点火燃烧和膨胀作功过程变成连续的经连杆带动曲轴旋转的过程。,2020/5/22,储运油料学,近年来，越来越多的汽油机尤其是小型轿车采用喷射进油系统来取代化油器进油系统。在此类汽油机中，汽油可在进气口喷射，也可在进气冲程期间直接向气缸内喷射。喷油过程由计算机程序控制。在喷射式汽油机中，燃料可更均匀地分配给各个气缸；同时，由于不需要喉管而减少了进气的阻力等，可提高气缸内的平均有效压力和热效率；此外，还可以减弱或避免爆震燃烧。,2020/5/22,储运油料学,压缩比是汽油机的最重要技术指标，它是混合气被压缩前后的体积比，即活塞在下死点时气缸体积V1与活塞在上死点时气缸体积V2之比V1/V2。压缩比越大的汽油机，其功率、热效率越高，油耗量和单位马力金属重量均有所下降，也就是越经济。压缩比越大，对汽油机的材质和汽油ON的要求也越高。,2020/5/22,储运油料学,根据汽油机的工作条件，对汽油的使用要求主要有：,在所有的工况下，具有足够的挥发性以形成可燃混合气和可靠的燃料供给性能；,燃烧时没有爆震、噪音和早燃现象；,储存安定性好，生成胶质的倾向小；,对发动机和金属没有腐蚀作用；,排出的污染物少,2020/5/22,储运油料学,1、馏程2、蒸气压,二、汽油的蒸发性能,2020/5/22,储运油料学,汽油在发动机气缸内，必须要迅速汽化并与空气形成均匀的可燃混合气，这主要是由汽油的本身蒸发性所决定。当汽油具有良好的蒸发性时，它就较容易与空气形成均匀的可燃混合气，进入气缸后燃烧也较完全，使发动机能正常运转。如果汽油的蒸发性太差，它就不能在气缸中完全气化，使汽油机功率降低，还会造成起动和加速(尤其是冬季)的困难。反之，如果汽油的蒸发性太强，则汽油易在导油管中因气化过早而形成气阻，最终造成供油不足，在夏季尤其容易发生。反映汽油蒸发性能的指标是其馏程和饱和蒸气压。,2020/5/22,储运油料学,1、馏程,按照规格标准规定的设备和方法将汽油试样进行蒸馏，可得到试样的馏出温度和馏出体积分数之间的关系，也就是馏程。馏程能大体表示该汽油的沸点范围和蒸发性能。其10%、50%、90%各馏出温度和干点的意义如下：(1)10%馏出温度它表示汽油中所含低沸点馏分的多少，对汽油机起动的难易有决定性影响，同时，也与产生气阻的倾向有密切关系。保证汽油具有良好的启动性能10%馏出温度越低，表明汽油中所含低沸点馏分越多、蒸发性越强，能使汽油机在低温下易于起动，但是，该馏出温度若过低，则易于产生气阻。,2020/5/22,储运油料学,表5-3汽油10%馏出温度与保证发动机冷起动最低气温间的关系,2020/5/22,储运油料学,汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度之间的关系见表5-4,表5-4汽油10%馏出温度与形成气阻时油温的关系,我国车用汽油质量标准中要求其10%馏出温度不高于70,2020/5/22,储运油料学,(2)50%馏出温度,它表示汽油的平均蒸发和加速性能，与汽油机起动后升温时间的长短以及加速是否及时均有密切关系。汽油的50%馏出温度低，在正常温度下便能较多地蒸发，从而能缩短汽油机的升温时间，同时，还可使发动机加速灵敏、运转柔和。如果50%馏出温度过高，当发动机需要由低速转换为高速，供油量急剧增加时，汽油来不及完全气化，导致燃烧不完全，严重时甚至会突然熄火。我国车用汽油质量标准中要求50%馏出温度不高于120。,2020/5/22,储运油料学,(3)90%馏出温度和终馏点(或干点),这两个温度是表示汽油中重馏分含量的多少,表明汽油蒸发的完全程度。如该温度过高，说明汽油中含有重质馏分过多，不易保证汽油在使用条件下完全蒸发和完全燃烧。这将导致气缸积炭增多，耗油率上升；同时蒸发不完全的汽油重质部分还会沿气缸壁流入曲轴箱，使润滑油稀释而加大磨损。,90%馏出温度190,终馏点205,2020/5/22,储运油料学,表5-6汽油终馏点对发动机磨损和耗油量的影响*,*以终馏点为200的汽油为基准。,实际上,馏程规定了汽油不能太重,2020/5/22,储运油料学,2、蒸气压,汽油馏程中规定10%馏出温度不高于某一数值，以保证汽油的起动性。但10%馏出温度过低时，易产生气阻。汽油形成气阻的倾向用蒸气压表示更为直接，因而汽油同时规定了蒸汽压这一质量要求。,2020/5/22,储运油料学,汽油的饱和蒸汽压是用规定的仪器，在燃料蒸汽与液体的体积比为4：1以及在38的条件下测定的。国外将此指标称为雷德蒸汽压(RVP)，它是衡量汽油在汽油机燃料供给系统中是否易于产生气阻的指标，同时还可相对地衡量汽油在储存运输中的损耗倾向。汽油的饱和蒸汽压越大，蒸发性也就越强，这样，发动机易于冷起动，但产生气阻的倾向增大，蒸发损耗也越大。我国用雷德蒸气压作为汽油蒸汽压的指标9月16日至3月15日使用的汽油的饱和蒸气压不高于88kPa3月16日至9月15日使用的汽油的饱和蒸气压不高于74kPa,2020/5/22,储运油料学,表5-7大气温度与不产生气阻的最高蒸气压间的关系,对航空汽油来说，由于高空气压低，燃料中轻质馏分更易蒸发，因此要求其饱和蒸汽压比车用汽油的要低得多。我国航空汽油质量标准中规定其饱和蒸汽压为2748kPa。,实际上,蒸汽压规定了汽油不能太轻,2020/5/22,储运油料学,1、汽油抗爆性的表示方法2、汽油抗爆性与其组成的关系3、提高汽油辛烷值的方法,三、汽油的抗爆性,2020/5/22,储运油料学,汽油发动机的热功效率与它的压缩比直接相关，其关系式为：由上式可见，随压缩比增大，发动机的热功效率也随之提高(K1.0)，因而希望采用压缩比高的发动机。压缩比高的发动机，其平均指示压力提高，燃料消耗率(即每马力小时所需燃料量)和排气温度降低，其功率和经济性好。,2020/5/22,储运油料学,提高汽油机的压缩比会受到制造发动机的材质和汽油质量的限制。汽油机压缩比与汽油的辛烷值有关，一般说来，汽油机压缩比增加1个单位，相当于需要提高汽油的辛烷值大约16个单位。因此，不同压缩比的汽油机，必须使用抗暴性与其相匹配的汽油。,2020/5/22,储运油料学,汽油在发动机中的抗爆震能力称为抗爆性，是汽油最重要的质量指标之一。用辛烷值、抗爆指数、品度等的大小来表示抗爆性的优劣。一定压缩比的发动机必须使用与其相匹配的辛烷值的汽油，方能保证在不发生爆震的情况下，产生最大功率，我国车用汽油以辛烷值作为其牌号。,2020/5/22,储运油料学,正常情况下，发动机压缩终了时的混合气温度达300450和压力715105Pa，气体中的烃类被氧化并生成一些过氧化物，经火花塞点燃后，火焰呈球面状以2050m/s速度向四周扩散，此时火焰经过的区域，温度、压力均衡上升，活塞工作正常。在有些情况下，当火花塞点燃混合气后，在火焰尚未传播到的混合气中，因受高温高压影响已形成大量自燃点较低的过氧化合物，在多个部位猛烈自燃，出现许多燃烧中心；同时燃烧是以爆炸方式进行，使火焰速度高达15002500m/s，温度、压力剧增，形成冲击波，敲击活塞和气缸各部件，发出金属撞击声，此时由于火焰瞬间经过，使得某些部位的燃料燃烧不完全，排出带黑烟废气，此即爆震现象爆震燃烧是汽油在汽油机中的一中不正常燃烧。,什么是爆震燃烧？,2020/5/22,储运油料学,2020/5/22,储运油料学,主要原因是与汽油化学组成和馏程有关，如果汽油中含有过多容易氧化的组分，形成的过氧化物又不易分解，自燃点低，就很容易产生爆震现象。另外与发动机的工作条件和机械结构（主要是压缩比）、驾驶操作和气候条件等。汽油机的压缩比越大，压缩过程终了时混合气的温度和压力就越高，这就大大加速了未燃混合气中过氧化物的生成和积聚，使其更容易自燃。一定压缩比的发动机必须使用与其相匹配的辛烷值的汽油，方能保证在不发生爆震的情况下，产生最大功率。,爆震产生的原因？,2020/5/22,储运油料学,1、汽油抗爆性的表示方法,汽油的抗爆性是表示汽油在一定压缩比发动机中无爆震运行的性能。车用汽油的抗爆性用辛烷值(ON)来表示。辛烷值分马达法和研究法两种。马达法辛烷值(MON)反映在重负荷、高转速时汽油的抗爆性；而研究法辛烷值(RON)表示低转速时汽油的抗爆性。因为马达法辛烷值测定条件比研究法苛刻，所得辛烷值低于研究法辛烷值，两者差数一般为712，这个差数称为汽油的敏感性。一些国家引用抗爆指数(ONI)这一指标来表示汽油抗爆性能。抗爆指数等于马达法辛烷值和研究法辛烷值的平均值。,2020/5/22,储运油料学,我国车用汽油以研究法辛烷值和抗爆指数作为抗爆性指标。航空汽油的抗爆性除用辛烷值表示外，同时还必须用品度表示。这主要是辛烷值只能反映飞机在巡航时，发动机用贫混合气(过剩空气系数=0.81.0)工作时的抗爆性。当飞机起飞、爬高或战斗时，为了得到最大功率，发动机必须用富混合气(=0.60.65)工作，此时需用品度来衡量汽油的抗爆性。,2020/5/22,储运油料学,汽油辛烷值的测定是在标准试验用的可调压缩比的单缸发动机中测得的。将待测汽油与正标准燃料试样的抗爆性进行对比实验而测得的。所用的标准燃料是异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）和正庚烷的混合物。人为规定异辛烷的辛烷值为100，正庚烷的辛烷值为0，将这两种标准燃料按不同体积比混合就得到了不同抗爆性等级的正标准燃料混合物，以异辛烷的体积百分数作为正标准燃料混合物的辛烷值。汽油的辛烷值表示与被测汽油抗爆性相同的正标准燃料混合物中纯异辛烷的体积百分数。汽油的辛烷值并不表示汽油中的异辛烷含量。,2020/5/22,储运油料学,航空汽油的品度测定是以纯异辛烷为标准燃料，规定异辛烷的品度为100。在规定的发动机和操作条件下，将待测航空汽油在富混合气条件下无爆震地所能发出的最大功率和纯异辛烷所能发出的最大功率之比，规定为航空汽油的品度。例如某汽油的品度为130即表明该汽油在富混合气下无爆震工作时所能得到的最大功率比异辛烷发出的最大功率大30%。,2020/5/22,储运油料学,2汽油的抗爆性与组成的关系汽油由各种烃类组成，对分子量大致相同的不同烃类正构烷烃环烷烃正构烯烃异构烷烃和异构烯烃1000r/min的高速发动机，按凝点划分牌号10#、5#、0#、-10#、-20#、-35#和-50#重柴油：中速、低速（500r/min）发动机，按粘度分级（10#、20#、30#）,残渣型：大功率、低速船用柴油机，按粘度划分牌号,2020/5/22,储运油料学,(1)具有较高的经济性。柴油机的压缩比可达1422，热功效率高，单位功率燃料消耗量比汽油机低30%40%，功率大、耗油少；(2)所用燃料的沸点高、馏程宽、来源多、成本低。(3)具有良好的加速性能，不需经过预热阶段即可转入全负荷运转；(4)工作可靠耐久，使用保管容易；(5)柴油闪点比汽油高，使用管理中着火危险性较小，这对于在船舶、舰艇和坦克等装备中使用具有重要意义。,柴油机得到日益广泛的应用，大量用于载重汽车、公共汽车、拖拉机、机车、船舶和各种农业、建筑、矿山、军用机械作为动力设备。柴油机所以能如此广泛地被应用，与汽油机相比，主要有以下几个优点：,2020/5/22,储运油料学,一、柴油机的工作原理及对燃料的要求,柴油机和汽油机都是内燃机，两者有相似之处，但工作原理有着本质的不同。柴油机比较笨重，单位功率所需金属比汽油机多：高速柴油机单位功率所需金属为510Kg，低速柴油机为3050Kg；而汽油机仅为38Kg柴油机主要由曲轴连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统和燃料系统构成，它与汽油机不同之处在于没有气化器和电点火系统，但有一套专门的柴油高压喷射装置。,2020/5/22,储运油料学,2020/5/22,储运油料学,1与汽油机的相同之处都有四冲程：进气、压缩、燃烧膨胀、排气都是内燃机2与汽油机的不同之处柴油机压缩的只是空气，压缩比可以更大汽油机电火花点燃点燃式发动机；柴油机自燃压燃式发动机汽油机：汽油在气化室气化后与空气一起进入燃烧室(气缸)压缩，在压缩阶段末点火燃烧；柴油机：空气进入气缸，被压缩升温，在压缩阶段末喷入柴油而自燃。,2020/5/22,储运油料学,汽油机、柴油机的主要区别,2020/5/22,储运油料学,根据柴油机的工作特点，对燃料提出一系列要求。对于轻柴油来说，其主要使用性能有以下几方面：(1)具有良好的燃烧性能，保证柴油机工作平稳，经济性好；(2)在柴油机工作环境下，具有良好的燃料供给性能；(3)良好的雾化和汽化性能；(4)良好的热安定性和储存安定性；(5)对机件没有磨损和腐蚀性。,2020/5/22,储运油料学,1、评定柴油抗爆性的指标2、影响柴油燃烧性能的因素3、柴油组成与其燃烧性能的关系,二、柴油的燃烧性能和蒸发性能,2020/5/22,储运油料学,柴油的燃烧性能表示它的燃烧平稳性，又称为柴油的抗爆性，通常用十六烷值来衡量。柴油经喷油嘴喷入气缸后，在高温高压空气中迅速雾化、蒸发，与高温高压空气形成混合气，烃类分子与氧反应生成过氧化合物，当过氧化物积累到一定浓度后便自燃着火，开始燃烧。从柴油喷入气缸到着火燃烧要经历一段时间，这段时间称为滞燃期。各种柴油的滞燃期不同，从百分之几秒到千分之几秒。自燃点低的柴油，其滞燃期短，发动机工作平稳、柴油的燃烧性好；柴油的自燃点高，滞燃期长，在自燃着火前喷入的柴油就多，开始自燃时，大量柴油在气缸内同时燃烧，气缸内压力、温度急剧增大，导致出现敲击气缸的声音、发动机过热等问题，即产生爆震现象。结果使发动机功率下降，零件磨损增加，甚至损坏机件。,2020/5/22,储运油料学,柴油机和汽油机的爆震现象相似，但产生的原因却完全不同。汽油机是由于燃料自燃点太低，太容易氧化，过氧化物积累过多，以致电火花点火后，火焰尚未到达的区域中的混合气体便已自燃，形成爆震。柴油机的爆震原因怡恰相反，由于燃料自燃点过高，不易氧化，过氧化物积累不足，迟迟不能自燃，以致在自燃开始时，气缸中燃料积累过多而出现爆震现象。因此，柴油机要求自燃点低的燃料，而汽油机要求使用自燃点高的燃料。,2020/5/22,储运油料学,1、评定柴油抗爆性的指标,表示柴油自燃倾向和爆震情况的指标是十六烷值，是柴油的重要质量指标。十六烷值在标准的试验用单缸柴油机(十六烷值机)中测定。标准燃料是由正十六烷和-甲基萘(或七甲基壬烷)按不同体积比例调配而成。正十六烷具有很短的发火延迟期，自燃性能很好，规定其正十六烷的十六烷值为100。而-甲基萘的发火延迟期很长，自燃性能很差规定其十六烷值为0(七甲基壬烷的十六烷值为15)。把所测燃料与标准燃料进行对比，与其发火性能相同的标准燃料的十六烷值即为所测燃料的十六烷值。,2020/5/22,储运油料学,例如十六烷值为52的柴油，其抗爆性与由52%正十六烷和48%-甲基萘配成的标准燃料相同。应注意十六烷值并不表明柴油中所含的正十六烷数量，例如乙醚的十六烷值为52，但它并不含正十六烷。我国石油产品标准中规定轻柴油的十六烷值一般不低于45。使用十六烷值过低的柴油，很容易引起爆震，结果降低了发动机功率，增大了柴油消耗量。例如在同一发动机中，使用馏分相同而十六烷值分别为35和46的两种柴油工作，结果表明前一种柴油的耗油量比后一种多6.5%。同时十六烷值高的柴油，起动性能也好。,2020/5/22,储运油料学,两种馏分相同的柴油在相同工作条件下，十六烷值为53的柴油，3秒钟内就可以使柴油机起动，而十六烷值为38的柴油却需要45秒钟。柴油的十六烷值并不是越高越好。当十六烷值从50提高到70或更高时，滞燃期的缩短有限，对燃烧状况改善不多。但因烃类在高温下裂化反应加快，在气缸内形成大量游离碳，来不及完全燃烧而形成黑烟随废气排出，反而增大耗油量，降低柴油机功率。不同转速的柴油机对柴油十六烷值要求不同，不应过高或过低，有些柴油（如舰艇专用柴油）要求控制十六烷值，以免过高。柴油机转速与柴油十六烷值相应关系列于表5-18中。,2020/5/22,储运油料学,表5-18不同转速柴油机对柴油十六烷值的要求,2020/5/22,储运油料学,柴油的十六烷值除采用十六烷值机测定外，在没有条件直接测定燃料的十六烷值的情况下，可用下列经验公式从柴油的理化性质来关联其燃烧性能。比较普遍采用柴油指数（DieselIndex)简称DI作为柴油抗爆性的一种指标。,（5-1）,式中DI-柴油指数；tA-柴油的苯胺点，；,-柴油在15.6时的相对密度。,2020/5/22,储运油料学,式中CN-计算十六烷值。,（5-2）,2020/5/22,储运油料学,对于直馏和催化裂化柴油，以及二者的混合物，我国现提出也可用十六烷指数来定量其抗爆性，十六烷指数是表示柴油抗爆性能的一个计算值，它是用来预测馏分燃料的十六烷值的一种辅助手段。其计算按GB/T11139-89馏分燃料十六烷指数计算法标准方法进行。当试样量很少或不具备发动机试验条件时，计算十六烷指数是估计十六烷值的有效方法。当原料和生产工艺不变时，可用十六烷指数检验柴油馏分的十六烷值，进行生产过程的质量控制。,2020/5/22,储运油料学,试样的十六烷指数按下式计算：,CI=431.29-1.586.8820+730.97（20）2+12.392（20）3+0.0515（20）4-0.554B+97.803（lgB）2(5-3)式中CI试样的十六烷指数；20试样在20时的密度，g/mL；B试样的中沸点，。式(5-3)的应用有一定的局限性，它不适用于计算纯烃、合成燃料、烷基化产品、焦化产品以及从页岩油和油砂中提炼的燃料的十六烷指数，也不适用于计算加有十六烷改进剂的馏分燃料的十六烷指数。,2020/5/22,储运油料学,目前，十六烷指数已列入我国车用柴油的质量指标。十六烷指数还可按GB/T11139或SH/T0694一2000中间馏分燃料十六烷指数计算法(四变量公式法)来计算。虽然十六烷指数和柴油指数的计算简捷、方便，很适用于生产过程的质量控制，但也不允许随意替代用标准发动机试验装置所测定的试验值，柴油规格指标中的十六烷值必以实测为准。,2020/5/22,储运油料学,2、影响柴油燃烧性能的因素,(1)柴油机的压缩比：提高柴油机压缩比，可以提高压缩终了时空气的温度和压力，加快喷入柴油细滴的蒸发和氧化速度，从而缩短了滞燃期，改善了柴油的燃烧情况。(2)柴油的供油量和雾化、蒸发状态：供油量过多，柴油燃烧不完全，增大耗油量，并会发生爆震燃烧。若柴油喷入气缸后雾化的液滴细小而均匀，则容易蒸发，与空气混合容易均匀，燃烧条件好，不容易产生爆震。,柴油在柴油机中燃烧情况和是否容易产生爆震，与柴油使用条件和柴油质量有关，主要影响因素为：,2020/5/22,储运油料学,(3)进气条件和空气运动状态：采用增压机提高进入气缸的空气压力和空气的进入量，改善柴油的着火燃烧条件。改善气缸中空气运动状态，增加涡流运动，可以加速柴油的分散雾化，有助于同空气形成均匀的混合气，有利于柴油的氧化和着火燃烧。因而高速柴油机结构中采用了相应措施，出现了涡轮增压柴油机。(4)柴油的质量（化学组成和馏分）：影响柴油燃烧性能的主要因素是柴油的自燃点，它决定了柴油的滞燃期长短。自燃点低的柴油，滞燃期短，发动机工作平稳。,2020/5/22,储运油料学,3、柴油组成与其燃烧性能的关系,与柴油燃烧性能密切相关的滞燃期和自燃点主要决定于柴油的化学组成。不同烃类的氧化速度和氧化产物是有差别的，正构烷烃在热的作用下，氧化反应速度最快，生成过氧化物和自燃点很低的不完全氧化物，芳香烃则相反，环烷烃介于两者之间。烷烃的十六烷值最高，环烷烃次之，芳香烃最低。,2020/5/22,储运油料学,表5-19柴油化学组成对十六烷值的影响,2020/5/22,储运油料学,柴油的馏分组成对自燃点也有影响，随着烃类沸点升高，相对分子质量增加，其自燃点降低，十六烷值相应变大，这也是柴油馏程通常应比汽油高的原因之一。柴油的蒸发性能影响其燃烧性能：柴油的蒸发速度取决于其所处的温度高低、蒸发面的大小和馏分组成。由于柴油喷入气缸后先气化并与空气形成可燃性混合气后才能自燃，所以形成混合气速度越快，越有利于燃烧。而混合气形成的速度决定于柴油的蒸发速度。,2020/5/22,储运油料学,馏分组成较轻的柴油蒸发速度快，有利于混合气的形成，使其燃烧速度快，启动性好；但如果馏份组成太轻，因自燃点过高而易出现爆震现象。馏份过重的柴油，在气缸中不能很快气化形成均匀的可燃混合气，以致在膨胀过程中燃料还在继续燃烧，末蒸发的油滴裂解而产生气体烃和炭粒，使积炭量和耗油量增加，经济性能变差。,2020/5/22,储运油料学,研究证明，柴油中小于300馏分的含量，对单位耗油量和启动性有决定性影响。同一柴油机使用燃烧性能相同而馏程不同的三种柴油，其单位耗油量和启动性情况分别列于表5-20和表5-21中。,表5-20柴油馏程与单位耗油量的关系,2020/5/22,储运油料学,表5-22柴油50%馏出温度同启动性的关系,国产轻柴油标准(GD/T19147一2003)中规定馏程中50%馏出温度不能高于300。不同转速柴油机对柴油馏程要求不同，轻柴油规定了馏程要求。低速柴油机使用的重柴油因要求不高，不要求馏程，只限制了残炭量。总的说来，对柴油的馏分要求不如对汽油的馏分要求那么严格。,2020/5/22,储运油料学,柴油标准中规定了闪点要求，这是因为柴油的馏程要求只规定柴油馏分组成不能太重，以保证柴油的蒸发性能，但并未规定馏分不能过轻的界限温度。为了控制柴油蒸发性不要太强，规定-20#以上轻柴油的闪点不得低于55；-50#和-35#轻柴油的闪点不得低于45闪点过低的柴油，蒸发损失大，储存和使用的安全性能差，所以闪点也是确保安全的质量标准。,2020/5/22,储运油料学,三、柴油的雾化性能和供油性能,柴油机以较重的馏分作为燃料，柴油的粘度和凝点都比汽油高。在各种外界条件下，要确保柴油机都能向气缸中连续、定量地供给雾化良好的燃料，这就要求比汽油机供应燃料要复杂得多。为此，柴油的产品标准中规定了粘度、凝点、机械杂质和水分等一系列保证柴油雾化和供油性能的指标。,2020/5/22,储运油料学,1、粘度,柴油的粘度直接影响向气缸的供油量、雾化状态、燃烧情况和高压油泵的磨损程度，是一个重要的质量指标。在柴油机气缸中形成可燃性混合气的条件比汽油机苛刻。对于同样转速为2000转/分的柴油机来说，这段时间仅为0.0020.003秒，几乎只有汽油机的1/10。因而柴油必须具备良好的雾化、供油性能，以保证形成必要的可燃混合气。,2020/5/22,储运油料学,柴油的粘度过大，影响油泵抽油效率，减少了供油量，同时喷入气缸时的喷射角小，射程远，此时雾化形成的油滴平均直径大，蒸发总表面积小而气化不良，以致与空气混合不均匀；由于射程远，油滴可能落在气缸壁和活塞头上，燃烧时易形成积炭，结果增大了耗油量，降低了柴油机功率。如果柴油粘度过小，雾化状态虽有所改善，但喷油时喷射角大而射程近，油滴集中在喷油嘴附近，同样也不能与气缸中全部压缩空气混合，因而柴油燃烧时空气不足，燃烧不完全，也导致功率下降，耗油率增大，排烟量增加。,2020/5/22,储运油料学,表5-23柴油粘度对耗油率的影响,表5-23中列出粘度对耗油率的影响，当柴油的50运动粘度由6.5mm2/s增大到65mm2/s时，耗油率几乎增加了50%。,2020/5/22,储运油料学,柴油机供油系统中的高压油泵和喷油嘴都是配合紧密的精密部件，它们的高速运动部件是由柴油本身润滑的。柴油的粘度过低，难以保证油泵柱塞得到可靠润滑，会增加磨损，使精密配件之间的间隙增大，引起漏油，以致供油量减少，发动机功率下降。而渗入气缸壁与活塞间隙的柴油，会冲去气缸壁上的润滑油，使曲轴箱内润滑油变稀，进一步增加磨损。但粘度过大并不利于润滑。,2020/5/22,储运油料学,表5-23柴油粘度对高压油泵柱塞的影响,表5-23中列出的数据表明柴油粘度只有在一定适宜范围内，才能保证良好的润滑作用。因此国产轻柴油标准规定了粘度上限和下限，例如-10号、0号、5号和10号柴油的20运动粘度规定为3.08.0mm2/s；-20号柴油的20运动粘度规定为2.58.0mm2/s。-35号和-50号柴油的20运动粘度规定为1.87.0mm2/s。,2020/5/22,储运油料学,2、凝点,柴油的低温性能对柴油机特别是露天作业柴油机的供油性能有决定性影响。柴油的凝点并不能作为最低使用温度的界限。当柴油温度到达高于凝点5左右的浊点时，柴油虽未完全失去流动性，但已有冰晶和蜡结晶析出，会堵塞过滤器，减少供油量，甚至完全中断供油。柴油冷至凝点时已很难流动，供油中断，使柴油机停止工作。因而从供油性能考虑，浊点比凝点更为重要。,2020/5/22,储运油料学,由于用浊点作为柴油低温指标过于苛刻，同时浊点不能表明加有流动改进剂柴油的低温性能，因此除美国等少数国家外，大都不采用浊点作为柴油的低温性能指标。我国采用凝点作为评定柴油低温性能的指标，凝点是柴油储存、运输和油库收发作业的低温界限温度，同时与柴油低温使用性能有一定的关系。凝点越低的柴油，低温下输送、转运作业越顺利，在柴油机燃料系统中供油性能越好。通常柴油浊点比使用温度低35时，可保证柴油机燃料系统正常工作。柴油凝点比环境温度低510，即可保证柴油顺利地进行抽注、运输和储存。,2020/5/22,储运油料学,柴油的浊点和凝点决定于化学组成。含环烷烃或环烷-芳香烃多的柴油，其浊点和凝点都较低，浊点和凝点相差较少，但其十六烷值低，燃烧性能差。含烷烃、特别是正构烷烃多的柴油，凝点和浊点都高，两者之差大，因而虽然正构烷烃有很高的十六烷值，但作为柴油的主要组分却受到很大限制。,2020/5/22,储运油料学,表5-25烷烃的化学结构与其凝点和十六烷值的关系,研究表明异构烷烃的凝点比相同相对分子质量的正构烷烃低，但其十六烷值也低，随着异构程度增大，凝点和十六烷值都随之下降。而带一个或两个短烷基侧链的长链异构烷烃，具有很低的凝点和足够的十六烷值，其中以具有T型和型结构的异构烷烃为最好。,2020/5/22,储运油料学,国产原油石蜡基的较多，其直馏柴油的凝点一般都较高，为了生产低凝点柴油，需选择合适的原油(如克拉玛依原油)，或进行脱蜡处理，但柴油脱蜡成本高而收率低，很少采用。对于要求不太高的柴油也可用直馏柴油与二次加工柴油调合而成。凝点越低的柴油，来源越少，成本越高。例如以某原油生产凝点为10的柴油产率为100%，当生产凝点为0的柴油时，其产率降到64.5%，生产凝点为-10柴油的产率仅为46.5%。因此油库在收发、调拨柴油时，必须根据不同地区和不同季节，合理分配不同凝点的柴油。切忌不适当地使用低凝柴油而造成浪费。,2020/5/22,储运油料学,为了改善柴油的低温性能，可加入流动改进剂，采用冷滤点试验法(SH/T0248-92)确定柴油加剂后的低温性能。试验表明，不管柴油是否添加流动改进剂，柴油冷滤点与行车试验结果都具有良好的对应关系，因此西欧各国已采用冷滤点代替浊点、凝点作为评价柴油低温性能的标准。我国已建立冷滤点试验方法。行车试验表明，我国柴油实际使用的界限温度低于冷滤点。例如冷滤点为-23-27的柴油，实际使用温度可达-26-32。,2020/5/22,储运油料学,我国轻柴油标准(GD/T19147-2003)中凝点和冷滤点并存，以凝点作为商品柴油的牌号，例如-10号、0号轻柴油，分别表示其凝点不高于-10、0。,2020/5/22,储运油料学,3、水分和机械杂质,柴油含有水分会提高其浊点和凝点。低温时水分呈冰晶悬浮在柴油中，即使此时不存在蜡结晶，也会堵塞过滤器，影响正常供油。水分的存在还能降低柴油的发热值，恶化燃烧过程，增加对金属的腐蚀性。如果柴油中的水含有无机盐类，盐类随柴油进入气缸中，会使积炭增多，磨损增大。柴油中的机械杂质会引起过滤器堵塞、高压油泵和喷油嘴磨损等问题，影响正常供油。,2020/5/22,储运油料学,水分和机械杂质通常都是在运输、储存和加油过程中混入柴油的，因而在储运、加油等过程中，必须十分重视，严防混入水分和机械杂质。给柴油机加油时，柴油必须经过粗、细两个过滤器，以免冰晶和机械杂质进入。国产柴油标准中都规定了水分和机械杂质的要求，轻柴油标准规定不许含有机械杂质，只允许含有痕迹量的水分。,2020/5/22,储运油料学,四、柴油的热氧化安定性和储存安定性,柴油的热氧化安定性简称热安定性，它反映了在柴油机的高温条件和溶解氧的作用下，柴油发生变质的倾向。如果柴油机使用热安定性差的柴油，柴油机的燃料系统如喷油嘴等部位会出现不溶性的凝聚物、漆膜和积炭等，影响柴油机正常工作。,2020/5/22,储运油料学,柴油机运转时，油箱中油温达6080，汽车油箱中的柴油因不间断的震动，与空气充分混合，使柴油中的溶解氧达到饱和。这样的柴油进入燃料系统后，温度继续升高，并受各种金属的催化作用，柴油中的不安定组分急剧氧化，生成氧化缩合产物。这些氧化物沉积在喷油嘴针芯上，严重时使针芯粘死而中断供油；沉积在喷油嘴周围的漆状物，高温下缩合成积炭，破坏正常供油和雾化；沉积在燃烧室壁和进、排气阀等部位的积炭，加剧了设备的磨损。,2020/5/22,储运油料学,目前国产柴油标准中没有直接表示热氧化安定性的指标。标准中的10%蒸余物残炭值与柴油热氧化安定性有一定关系，在一定程度上反映了柴油在喷油嘴和气缸中生成积炭的倾向。柴油10%蒸余物残炭值是柴油馏程和精制深度的函数，馏分越轻，精制程度越深，残炭值越小。,2020/5/22,储运油料学,柴油的储存安定性是指柴油在运输、储存过程中保持其外观、组成和使用性能不变的能力，安定性好的柴油在储存中颜色和实际胶质变化不大，很少生成胶质和沉渣。安定性差的柴油最明显表现是颜色变深，实际胶质增大。使用高实际胶质的柴油，会出现喷油嘴和过滤器堵塞现象。国产轻柴油和车用柴油标准规定轻柴油的氧化安定性，总不溶物不大于2.5mg/100mL。安定性差的柴油经长期储存后，还会生成不可溶的胶质和沉渣，也会引起过滤器和喷油嘴的堵塞。,2020/5/22,储运油料学,标准中的氧化安定性采用（SH/T0175-2002）馏分燃料油氧化安定性测定法(加速法)测定，本标准规定了用加速氧化法测定馏分燃料油固有安定性能的方法。所谓固有安定性是指在不存在水或者活性金属表面以及污物等环境因素的条件下，试样暴露于大气中抗变化的能力。该法适用于90%馏出温度不高于370的在中间馏分油。不适用于含渣油的燃料油以及主要组分是非石油成分的合成燃料油。该方法不能准确预测中间馏分燃料油在油罐储存一定时间后生成的总不溶物的量。,2020/5/22,储运油料学,馏分燃料油氧化安定性测定法(加速法)是将已过滤的350mL试样，注入氧化管，通入氧气，速率为50mL/min，在90下氧化16h。然后将氧化后的试样冷却至室温，过滤，得到可过滤不溶物。用三合剂（等体积分析纯丙酮、甲醇和甲苯的混合液）把粘附性不溶物从氧化管上洗下来，把三合剂蒸发除去，得到粘附性不溶物。可过滤不溶物的量和粘附性不溶物的量之和为总不溶物的量，以mg/100mL表示。,2020/5/22,储运油料学,柴油的化学组成对安定性的影响和汽油类似。对于储存安定性来说，不饱和烃(特别是二烯烃)和环烷-芳香烃最差。而多环芳香烃是引起柴油热氧化安定性差的原因。苯硫酚类、酚类和吡咯类对柴抽安定性的影响和汽油相似。为了得到储存安定性合格的柴油，必须控制这些非烃化合物的含量。与汽油一样，直馏柴油比二次加工得到的柴油储存安定性好，特别是低硫的直馏柴油(如大庆直馏柴油)，其储存安定性更好。,2020/5/22,储运油料学,五、柴油的腐蚀性和磨损,柴油的含硫量对柴油机寿命影响很大。柴油中的活性硫化物直接腐蚀金属。含硫柴油燃烧产物中的SO2和SO3，对排气系统造成气相腐蚀。当气缸壁的温度低于它们的露点时，会凝结生成亚硫酸和硫酸，附着在气缸各个部位上，对金属产生强烈的液相腐蚀。燃气中的SO2和SO3还能促进气缸中形成积炭，使积炭变得既多又硬，当柴油的含硫量由0.1%增加到1.5%时，积炭的密度增大15倍。这些积炭附在零件上、加重了机械磨损。同时兼有腐蚀和机械磨损所引起的后果是十分严重的，因此柴油标准中都规定了含硫量的要求。,2020/5/22,储运油料学,柴油的酸度对发动机的腐蚀、功率和供油量也有明显影响，柴油中的酸性物质不仅腐蚀容器和发动机零件，还能加速在喷油嘴周围和气缸中形成积炭，破坏正常供油并增加了磨损。曾试验用酸度分别为4和50mgKOH/l00mL的两种柴油在同一型号柴油机上运行，50小时后发现柴油机功率下降程度和喷嘴供油量下降程度后者比前者分别大4.6倍和8倍，柱塞和活塞环的磨损量，后者也明显大于前者。,2020/5/22,储运油料学,灰分是柴油燃烧后残留的无机物，它来源于柴油中的无机盐类、金属有机物和外界进入的尘埃等。灰分进入积炭中，使积炭变得坚固耐磨，加剧了机件磨损，所以柴油必须限制灰分的含量。柴油中的重质胶状物也能促使生成坚硬的积炭，从而加剧了机件磨损。10%蒸余物残炭是这类物质含量的间接指标。,2020/5/22,储运油料学,1、民用柴油2、军用柴油,六、柴油的种类和质量标准,2020/5/22,储运油料学,我国生产的柴油分为轻柴油、车用柴油、重柴油、农用柴油和军用柴油。轻柴油、车用柴油、重柴油和农用柴油都属于民用柴油。根据柴油机转速和类型选用不同柴油作为燃料，转速大于1000转/分的高速柴油机以轻柴油为燃料，车用柴油机选用车用柴油，中速、低速柴油机以重柴油为燃料，拖拉机和排灌机械以农用柴油为燃料。军事装备柴油机使用军用柴油、轻柴油和车用柴油。,2020/5/22,储运油料学,1、民用柴油,轻柴油(GB252-2000)按凝点划分为：10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号7个品种，其凝点分别不高于10、5、0、-l0、-20、-35、-50，其质量指标见表5-25。主要是直馏产品或由直馏与裂化产品调合而成。,2020/5/22,储运油料学,柴油产品的品种和牌号(GB252-2000),2020/5/22,储运油料学,我国柴油与世界燃油规范标准对比,2020/5/22,储运油料学,轻柴油是一般高速柴油机使用的燃料，主要用于柴油汽车、牵引车、工程机械和部分军用舰艇上的柴油发动机。随着汽车工业的发展和环保要求越来越高，现有的轻柴油标准(GB252-2000)已不能满足要求。随着发动机技术的改进和环保对排放的要求日益严格，汽车工业对柴油质量提出了更高的要求。,2020/5/22,储运油料学,根据国家对治理汽车尾气排放的时间表，2000年全国实现达到欧洲一号的排放标准，而从2004年7月1日开始，国家将对汽车尾气按照欧洲号标准进行限制。为了满足这个要求，将车用柴油从通用柴油中分离出来，制定单独的标准，该标准将与即将实施的欧洲号排放标准相适应。车用柴油新标准参照欧洲EN590-1998车用柴油标准制定，要求柴油车的排放达到欧洲号标准。,2020/5/22,储运油料学,这个标准主要规定了车用柴油的硫含量由GB252-2000轻柴油的不大于0.2%降为不大于0.05%、大部分柴油十六烷值不低于49，对氧化安定性也作了具体规定。为防止硫含量下降带来柴油润滑性能的下降，车用柴油又增加了柴油抗磨性能的指标，要求60的磨痕直径不大于460m，车用柴油已于2003年10月1日起开始执行了。,2020/5/22,储运油料学,重柴油(GB/T445-98)按凝点分为10号，20号和30号三种牌号。它们的凝点都很高，因此储罐和柴油机的燃料系统都必须有燃料加热设备和完善的过滤器。重柴油的粘度较大，储运过程中应特别注意防止水分，尘埃和机械杂质混入，其质量标准列于表5-28中。农用柴油用作拖拉机和排灌机械柴油机的燃料，要求较低。质量标准为SY1007-97。,2020/5/22,储运油料学,2、军用柴油,军用柴油的特点是：(1)军用柴油系直馏产品或加氢精制产品，基本不含烯烃，产品安定性好，适合于长期储存；(2)馏分较窄，馏程大致为200300左右，轻组分多；(3)凝点低。根据使用场合不同，有一些特殊要求。例如舰艇专用柴油，因其使用条件苛刻，产生火灾可能性大，因而要求其馏分窄，轻质和重质部分都少，闪点比同牌号的轻柴油高510，含硫量低，十六烷值适当。这样的柴油在使用中，起动性好，功率高，燃烧完全，不冒黑烟，排烟刺激性小，润滑油消耗少。主要用于大马力、高转速、舱室温度高的快艇、潜艇、高速护卫艇、扫雷艇等的主机。,2020/5/22,储运油料学,表5-29军用柴油标准（GJB3075-97）,2020/5/22,储运油料学,续表5-29军用柴油标准（GJB3075-97）,2020/5/22,储运油料学,续表5-29军用柴油标准（GJB3075-97）,2020/5/22,储运油料学,一、涡轮喷气发动机的工作特点及对燃料的要求二、喷气燃料的燃烧性能三、喷气燃料的低温性能四、喷气燃料的洁净度五、喷气燃料的安定性六、喷气燃料的腐蚀性七、喷气燃料的润滑性八、喷气燃料的静电着火性九、喷气燃料的质量标准,第三节喷气燃料（航空煤油）,2020/5/22,储运油料学,根据燃料燃烧所需氧化剂的差别，喷气发动机分为空气喷气发动机和火箭发动机两类。前者利用空气中的氧作为氧化剂使燃料燃烧，因而只能在大气层中飞行。火箭发动机将在大气层外飞行，需自带氧化剂。,2020/5/22,储运油料学,空气喷气发动机主要有三种类型，即涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨喷气发动机和冲压式发动机。在涡轮喷气发动机中，空气经压缩后进入燃烧室，与从喷油嘴喷出的燃料混合后燃烧，燃气通过尾喷管喷入大气，推动飞机前进。在涡轮螺旋桨发动机中，燃料燃烧产生的能量，大部分传给螺旋桨产生推动力，小部分从尾喷管喷出变为推力。冲压式发动机没有压缩机构。空气以高速进入进气道，在进气道内速度头逐步转变为压头。目前应用广泛的是前两类。军用歼击机、轰炸机和强击机等的发动机多为涡轮喷气发动机，飞机速度可达1.53M，飞行高度在10000m以上。,2020/5/22,储运油料学,一、涡轮喷气发动机的工作特点及对燃料的要求,1、涡轮喷气发动机的工作过程涡轮发动机主要是由离心式压缩器、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管等部分构成。还有燃料、润滑、起动和操纵等其它系统。,2020/5/22,储运油料学,1-离心式压缩机；2-燃烧室；3-后轴承；4-尾喷管；5-燃气涡轮；6-涡轮整流窗；7-冷却空气出口；8-中轴承；9-冷却涡轮和后轴承的冷却叶轮；10-喷嘴；11-前轴承,涡轮喷气发动机结构示意图,2020/5/22,储运油料学,(1)压缩器,因高空的空气稀薄，需将迎面进人发动机的空气用离心式压缩器压缩至0.30.5MPa，温度达150200，然后再进入燃烧室。空气压力越高，燃料的热能利用程度也越高，从而可提高发动机的经济性，增强发动机的推力。(2)燃烧室在燃烧室中，经压缩的空气与燃料混合，形成混合气，在起动时需要用电点火，随后即可连续不断地进行燃烧。燃烧室中心温度可高达19002200，