柴油教學(xué)課件

第2章柴油

2.1柴油概述

2.1.1柴油的組成和性質(zhì)

1.柴油的組成和分類2.柴油的顏色、密度、自燃點、初餾點

2.1.2對柴油使用性能要求由于柴油機的可燃混合氣形成方式、著火方式、燃燒過程等與汽油機不同，所以柴油機要求的柴油使用性能與汽油不同。為了保證柴油發(fā)動機正常、高效地工作，滿足排放要求，對柴油的主要性能要求有：良好的低溫流動性；良好的霧化和蒸發(fā)性；良好的燃燒性；良好的安定性；對機件等無腐蝕性和柴油本身的清潔性。

所以，為滿足柴油發(fā)動機各工況的需求，輕柴油應(yīng)具有良好的低溫流動性。

2.2.2輕柴油低溫流動性的評價指標輕柴油低溫流動性的評價指標為凝點、濁點和冷濾點。我國采用凝點和冷濾點，日本采用凝點，美國采用濁點，歐洲國家采用冷濾點。

1.凝點：是指在一定的試驗條件下，將柴油裝在規(guī)定的試管內(nèi)，冷卻到預(yù)期的溫度，然后將試管傾斜45°經(jīng)過1min后液面不移動，此時的溫度，就是柴油的凝點。我國柴油的牌號是按凝點劃分的。輕柴油分為10號、5號、0號、-10號、-20號、-35號、-50號共七個牌號。重柴油的牌號分為10號、20號、30號共三個牌號。柴油的凝點是多少度，它的牌號就是多少。柴油的凝點的測定標準是GB/T510—1991《石油產(chǎn)品凝點測定法》。測試儀器為凝點測定儀，如下圖所示：測定方法是：先將試樣裝入試管，再將試管放在冷卻器中進行冷卻。當試樣的溫度冷卻到預(yù)期的溫度時，將放在冷卻器中的試管傾斜45°，保持1min，觀察試樣的液面是否有移動跡象。按上面的做法找出其液面停止移動的最高溫度，即為所測試樣的凝點。

2.濁點：是指在特定的試驗條件下，柴油中開始析出石蠟晶體從而使柴油失去透明時的最高溫度。含蠟愈多的柴油，其濁點也愈高。柴油達到濁點后，雖然有石蠟晶體析出，使柴油在燃油供給系中的流動阻力增大，但是還能保證正常的供油，不影響柴油機的正常工作。因此，濁點不是限制輕柴油使用的最低溫度。同時，對加有流動性能改進劑的柴油的低溫性能，濁點也不能準確表示。所以，用濁點作為柴油低溫性能評價指標過于苛刻。除美國等少數(shù)國家現(xiàn)在還采用濁點外，其他國家大都不采用濁點指標。濁點的測定標準是GB/T6986—1991《石油產(chǎn)品濁點測定法》。測試儀器為濁點測定儀，如下圖所示：

a)濁點測定儀示意圖b)濁點測定儀實物照片1-溫度計2-攪拌器3-環(huán)形標線

濁點測定儀冷濾點可以作為根據(jù)最低氣溫選用柴油牌號的依據(jù)。一般冷濾點要高于凝點4℃～6℃，比濁點稍低。輕柴油冷濾點的測定按照SH／T0248－1992《餾分燃料、柴油冷濾點測定法》的規(guī)定進行。測試儀器為冷濾點測定儀，如下圖所示。

a)冷濾點測定儀示意圖b)半導(dǎo)體柴油冷濾點測定儀實物照片1-溫度計2-三通閥3-橡膠管4-吸量管5-橡膠塞6-支持環(huán)7-彈簧環(huán)8-試杯9-固定架10-銅套管11-冷浴12-過濾器冷濾點測定儀

2.2.3改善柴油低溫流動性的途徑是：1.脫蠟：在煉制柴油的過程中采用脫蠟措施。2.在柴油中摻入二次加工柴油餾分和裂化煤油：高含蠟原油在裂化加工中得到的柴油餾分有較低的凝點，其他性能也較好；往柴油中摻入裂化煤油，能降低凝點，改善揮發(fā)性。3.加入降凝添加劑：柴油中加入降凝添加劑后能夠延遲或防止石蠟結(jié)晶析出，因此可以降低柴油的凝點和冷濾點。降凝劑一般為烷基萘和乙烯酸酯的共聚物，加入量一般為0.05％～0.1％。霧化和蒸發(fā)性過好，會嚴重增大貯運和使用中的蒸發(fā)損失，并且影響使用安全性，而且發(fā)動機的工作容易粗暴。

2.3.2輕柴油霧化和蒸發(fā)性的評價指標輕柴油霧化和蒸發(fā)性的評價指標有運動黏度、餾程、密度和閃點。1.運動黏度：黏度是指液體在外力作用下發(fā)生移動時，在液體分子間所呈現(xiàn)的內(nèi)部摩擦力。它是表示油品流動性能好壞的一項指標。黏度小的油品流動性能好，黏度大的油品流動性能差。油品的黏度隨著溫度的變化而變化，這稱為油的粘溫性能。一般是溫度升高黏度變小，溫度降低黏度變大。所以，表示某一油品的黏度時必須標明溫度，不標明溫度的黏度是沒有意義的。黏度分為動力黏度、運動黏度、條件黏度三種。評價輕柴油的霧化和蒸發(fā)性時，采用的是運動黏度指標。運動黏度表示液體在重力作用下流動時內(nèi)摩擦力的量度，其值為相同溫度下液體的動力黏度與其密度之比，單位是m2/s。柴油規(guī)格中要求測定20℃的運動黏度。運動黏度不僅影響柴油的流動性，更主要的是影響柴油的霧化質(zhì)量。柴油的規(guī)格中，對每種牌號柴油的運動黏度都規(guī)定了一定的范圍。運動黏度的測定標準是GB/T265-1988《石油產(chǎn)品運動黏度測定法》。測定儀如下圖所示：2.餾程

柴油餾程的測定方法與汽油餾程的測定方法基本相同。評定柴油的蒸發(fā)性采用的是50％蒸發(fā)溫度、90％蒸發(fā)溫度和95％蒸發(fā)溫度三個溫度點。1）50％蒸發(fā)溫度，表示柴油中輕質(zhì)餾分的含量。50％回收溫度低，說明輕質(zhì)餾分多，蒸發(fā)性好，易形成均勻的混合氣，柴油機容易起動。50％蒸發(fā)溫度對發(fā)動機啟動性能的影響如下表所示：柴油50%回收溫度/℃200225250275285發(fā)動機的啟動時間/s810276090但該溫度也不宜過低，過低時，因輕質(zhì)餾分太多柴油蒸發(fā)太快，易引起全部柴油迅速燃燒，缸內(nèi)壓力升高劇烈，發(fā)動機工作粗暴。國家標準規(guī)定輕柴油50％蒸發(fā)溫度不高于300℃。2）90％蒸發(fā)溫度和95％蒸發(fā)溫度，表示柴油中重質(zhì)餾分的含量。90％蒸發(fā)溫度和95％蒸發(fā)溫度低，說明柴油中重質(zhì)餾分含量少，柴油燃燒會越充分，可以提高柴油機的動力性，降低油耗，減小機械磨損。90％蒸發(fā)溫度和95％蒸發(fā)溫度高，說明柴油中重質(zhì)餾分多，蒸發(fā)性差，形成的混合氣質(zhì)量差，燃燒不完全，易造成發(fā)動機排氣冒黑煙，功率下降，油耗增多，零件磨損增大等。所以，應(yīng)嚴格控制這兩個溫度不能太高。國家標準規(guī)定輕柴油90％蒸發(fā)溫度不高于355℃，95％蒸發(fā)溫度不高于365℃。閉口閃點測定時GB/T261-1991《石油產(chǎn)品閃點測定法（閉口杯法）》進行，將試樣放在閉口閃點測定器內(nèi)，加蓋連續(xù)攪拌，以很慢的恒定速率加熱，當油中溫度計讀數(shù)達到預(yù)期的閃點前10℃時，按規(guī)定每隔1s或2s中斷攪拌，同時將一火焰引入杯內(nèi)，引起杯內(nèi)油蒸氣閃火時的最低溫度為閃點。閉口杯閃點測定器如下圖所示：a)閉口杯閃點測定器示意圖b)閉口杯閃點測定器實物照片1-點火器調(diào)節(jié)螺釘2-點火器3-滑板4-油杯蓋5-油杯6-浴套7-攪拌器8-殼體9-電爐盤10-電動機11-銘牌12-點火管13-油杯手柄14-溫度計15-傳動軟軸16-開關(guān)箱

閉口杯閃點測定器4.密度柴油的密度過大，將使霧化質(zhì)量變差，使汽缸中的混合氣形成不均勻，難以形成良好的混合氣，導(dǎo)致燃燒條件變差，排氣冒黑煙，發(fā)動機經(jīng)濟性下降。柴油的密度大說明芳香烴含量較多，芳香烴多將導(dǎo)致柴油機工作粗暴。柴油密度的測定按照GB／T1184－2000《原油和液體石油產(chǎn)品密度測定法（密度計法）》的規(guī)定進行。a）密度計b）密度計讀數(shù)觀察示意c)石油產(chǎn)品密度試驗器照片

石油密度試驗器及其觀測測試儀器為石油密度計，如下圖所示。

2.4柴油的燃燒性（發(fā)火性）

2.4.1輕柴油的燃燒性對發(fā)動機的影響柴油的燃燒性是指柴油的自燃能力。燃燒性良好的柴油其自燃點低。如果柴油的燃燒性差，會引起柴油機工作粗暴。柴油燃燒性差時，會使著火延遲期變長，噴入燃燒室的柴油就會越積越多，達到自燃點時就會有過量的柴油參加燃燒反應(yīng)，這樣會使汽缸壓力上升過快，產(chǎn)生強烈的發(fā)動機敲擊聲，功率下降，油耗增大，磨損加劇。如果柴油的燃燒性過好，其自燃點會太低，著火延遲期會過短，易使混合氣來不及混合均勻就燃燒，導(dǎo)致燃料燃燒不完全，出現(xiàn)排氣冒黑煙，燃料消耗增大。氣缸產(chǎn)生的爆發(fā)壓力下降，柴油機的輸出功率下降。綜上所述，輕柴油應(yīng)具有較好的燃燒性能，但不可過好。

2.4.2柴油燃燒性的評價指標柴油燃燒性的主要評價指標是十六烷值。

1.十六烷值十六烷值是表示壓燃發(fā)動機燃料發(fā)火性能的一個約定量值。它是在規(guī)定條件下的標準發(fā)動機試驗中，通過和標準燃料進行比較來測定的，采用和被測定燃料具有相同燃燒性能的標準燃料的十六烷值表示。十六烷值可以縮寫為CN（CeaneNumber）。測定十六烷值的標準燃料是用兩種燃燒性能相差懸殊的烴作基準物配制而成的。一種是正十六烷（C16H34），它的燃燒性能良好，規(guī)定其十六烷值為100；另一種是α-甲基萘（C11H10），它的燃燒性能差，規(guī)定其十六烷值為0。按不同體積比例混合即得到多種標準燃料。標準燃料中正十六烷的體積百分數(shù)規(guī)定為標準燃料的十六烷值，該值范圍為0～100。十六烷值只能表明某一燃料的燃燒性與標準燃料相同，而不是說它含有那么多的正十六烷。如乙醚的十六烷值為53，但它并不含正十六烷。2.十六烷值的測定測定某一油品的十六烷值時，將試油用于單缸柴油機后，調(diào)節(jié)柴油機壓縮比，確定被試驗燃料的閃火時間。如果被試燃料和某一標準燃料在同樣條件下同期閃火，所選用的壓縮比又相同，則它們的十六烷值相同，標準燃料的十六烷值即為被測柴油的十六烷值。十六烷值的測定按照GB／T386－1991《柴油十六烷值測定法（同期閃火法）》的規(guī)定進行。下圖所示為柴油十六烷值測定機，該試驗設(shè)備為一臺壓縮比可在7～23范圍內(nèi)變化的單缸柴油機，柴油機飛輪輪緣內(nèi)圈上裝有兩個氖燈，一個指示噴油器噴油時刻，一個指示混合氣著火時刻。飛輪上方有觀察窗孔，觀察窗孔內(nèi)裝有窺視鏡。

柴油十六烷值測定機3.柴油各烴類組分的十六烷值柴油中的烴類組分主要有正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、芳香烴。

柴油化學(xué)成分對十六烷值的影響如下表所示：柴油編號柴油化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）（%）十六烷值烷烴環(huán)烷烴芳香烴12345858075674591012152261013183368635545324.柴油機的轉(zhuǎn)速越高，對十六烷值的要求就越高：1000r/min以下的柴油機應(yīng)使用十六烷值在35～40之間的柴油；1000r/min～1500r/min的柴油機應(yīng)使用十六烷值為40～45的柴油；1500r/min以上的柴油機應(yīng)使用十六烷值為45～60的柴油。十六烷值高，汽車容易起動，國家標準規(guī)定輕柴油的十六烷值不小于45。5.提高柴油十六烷值的方法：1.在柴油中加入硫酸或選擇溶劑除去柴油中芳香烴，但是該方法將導(dǎo)致柴油產(chǎn)率降低，凝點提高，成本提高。2.在柴油中加入十六烷值改進劑，優(yōu)點是效果好，又不改變凝點，通常用的添加劑有烷基硝酸酯、丙酮過氧化物,加入量一般為1.5％～2.0％，此方法可提高柴油十六烷值16～24個單位。

2.5柴油的腐蝕性輕柴油的腐蝕性主要由其中的硫化物和有機酸等成分產(chǎn)生的。由于柴油屬于中等餾分，存在于柴油中的硫、硫醇硫的含量會較多，對零件的腐蝕作用較強，而且會促進沉積物形成。柴油的腐蝕性的評定指標是硫含量、硫醇硫含量、酸度、銅片腐蝕以及水溶性酸和堿試驗。其中酸度、銅片腐蝕和水溶性酸堿試驗的概念和測定標準都與汽油相同，所以在此我們只研究硫含量和硫醇硫含量。柴油中硫化物的存在，尤其是硫含量過大時，會對柴油機產(chǎn)生較大危害，直接影響發(fā)動機的使用壽命。元素硫和硫醇硫在燃燒后都生成SO2和SO3，不僅直接腐蝕汽缸中高溫區(qū)零件，而且會對氣缸壁上的潤滑油和尚未燃燒的柴油七催化作用，加速烴類的聚合反應(yīng)，使燃燒室、活塞頂和排氣門等部位的漆狀物和積碳增加，積碳層中有硫存在時會使其變得更堅硬，而且很難清除，會加劇零件的磨損。當氣態(tài)氧化硫從氣缸竄入曲軸箱低溫區(qū)時，遇冷凝水生成亞硫酸和硫酸，會強烈的腐蝕零件，特別是柴油機的銅軸承，同時使?jié)櫥偷哪承┏煞肿兂苫撬帷⑺嵝粤虼贾湍z質(zhì)，加速潤滑油老化變質(zhì)。由于硫和硫醇硫的存在會給柴油機造成上述不良后果，所以對柴油中硫和硫醇硫的含量嚴加控制，國標規(guī)定輕柴油中的硫含量不大于0.2％硫醇硫含量不大于0.01％。

2.6柴油的安定性柴油的安定性包括貯存安定性和熱安定性。貯存安定性是指柴油在運輸、貯存和使用過程中保持外觀、組成和使用性能不變的能力；熱安定性是指柴油在柴油機的高溫條件下，以及溶解氧的作用下，發(fā)生變質(zhì)的傾向。安定性差的柴油最明顯的表現(xiàn)是顏色變深和生成膠質(zhì)。主要原因是柴油中含有不安定成分，如二烯烴、烯烴等不飽和烴。柴油的餾分過重，環(huán)烴芳烴和膠質(zhì)含量高時，安定性也差。評價柴油安定性的指標是：碘值、色度、氧化安定性、實際膠質(zhì)和10﹪蒸余物殘?zhí)俊?/p>

1.碘值：為了增加柴油的含量，商品柴油多是直餾柴油與裂化柴油組成的調(diào)和柴油，因此必須控制不飽和烴的含量，其控制指標為碘值。以碘的乙醇溶液與試樣產(chǎn)生作用后，用硫定硫酸鈉溶液滴定剩余的碘，以100g試樣所能吸收碘的克數(shù)表示碘值。再根據(jù)碘值的平均分子量計算出試樣中不飽和烴的含量。測定時，按SH/T0234-1992《輕質(zhì)石油產(chǎn)品碘值和不飽和烴含量測定法（碘乙醇法）》的規(guī)定進行。

石油產(chǎn)品賽波特顏色測定器

3.氧化安定性：是指100mL柴油在規(guī)定條件下所形成總不溶物的毫克數(shù)，以mg/100mL表示。氧化安定性的測定按SH/T0175-2004《餾分燃料油氧化安定性測定法（加速法）》的規(guī)定進行。采用如右圖所示的餾分燃料油氧化安定性測定儀（加速法）進行。

餾分燃料油氧化安定性測定儀（加速法）

4.實際膠質(zhì)實際膠質(zhì)的概念和測定方法與汽油相同。

5.10﹪蒸余物殘?zhí)浚?0％蒸余物殘?zhí)渴侵赴巡裼宛s程試驗中餾出90﹪以后的蒸余物作為試樣，經(jīng)強烈加熱一定時間讓其裂解后，所形成的殘留物，叫做10﹪蒸余物殘?zhí)?。用質(zhì)量百分數(shù)表示。殘?zhí)恐禐闅埩粑镔|(zhì)量與原試樣質(zhì)量之比。10％蒸余物殘?zhí)糠从巢裼宛s分的輕重和精制的程度。殘?zhí)恐敌?，說明柴油餾分輕，精制程度深；反之，則說明柴油餾分重，精制程度淺。柴油的10％蒸余物測定按照GB/T268-1987《石油產(chǎn)品殘?zhí)繙y定法（康氏法）》的規(guī)定進行。把稱重好的試樣置于殘?zhí)繙y定儀的坩堝內(nèi)，進行加熱分解蒸餾，在規(guī)定的加熱事件結(jié)束后，將盛有炭質(zhì)殘余物的坩堝置于干燥器內(nèi)冷卻并稱重，計算其質(zhì)量百分數(shù)，即為10﹪蒸余物殘?zhí)?。國標?guī)定10﹪蒸余物殘?zhí)恳话悴淮笥?.3﹪。柴油的10％蒸余物測定儀器是下圖所示的石油產(chǎn)品殘?zhí)繙y定儀。

石油產(chǎn)品殘?zhí)繙y定儀

2.7柴油的清潔性輕柴油的清潔性是指輕柴油中不應(yīng)含有機械雜質(zhì)和水分，燃燒不產(chǎn)生灰分等。如果柴油中混入了堅硬的雜質(zhì)，就會堵塞油路使機件產(chǎn)生磨料磨損；而水分可以增加硫化物對金屬零件的腐蝕作用。評定柴油清潔性的指標是灰分、水分和機械雜質(zhì)。1.灰分：不能燃燒的機械雜質(zhì)和溶于燃料中的有機酸、無機酸和鹽類經(jīng)過煅燒后剩余的物質(zhì)，叫做灰分。這些物質(zhì)沉積在燃燒室中能起磨料的作用，會加快汽缸壁與活塞環(huán)的磨損。國標規(guī)定灰分不大于0.01﹪～0.02﹪。2.水分和機械雜質(zhì)：柴油中水分過多時，在冬季會凍冰引起供油系統(tǒng)阻塞，還會加強有機酸對金屬的腐蝕，所以應(yīng)當嚴格控制。柴油含有機械雜質(zhì)，會引起供油系統(tǒng)阻塞，會加劇噴油泵的柱塞和柱塞套、噴油器針閥與針閥座等精密偶件的磨損，甚至造成噴油泵柱塞和噴油器的針閥卡死。所以，柴油中不容許存在機械雜質(zhì)。2.8輕柴油的規(guī)格項目質(zhì)量指標試驗方法色度，號不大于3.5GB/T6540硫含量，％（m/m)不大于0.2GB/T380酸度，mgKOH/100mL不大于7GB/T25810﹪蒸余物殘?zhí)坎淮笥贠.3GB/T268餾程：50％回收溫度/℃不高于90％回收溫度/℃不高于95％回收溫度/℃不高于300355365GB/T6536灰分，﹪（m/m)不大于0.01GB/T508銅片腐蝕（50℃，3h）不大于1GB/T5096水分，﹪（V/V)不大于痕跡GB/T260機械雜質(zhì)無GB/T511十六烷值不小于45GB/T386接上頁項目質(zhì)量指標試驗方法10號5號0號-10號-20號-35號-50號運動黏度mm2/s3.0～8.02.5～8.01.8～7.0GB/T6540凝點℃不高于1050-10-20-35-50GB/T380冷濾點℃不高于1284-5-14-29-44GB/T258閃點（閉口）不低于5545GB/T268

2.9輕柴油的選擇

2.9.1柴油牌號的選擇應(yīng)保證其使用的最低氣溫高于柴油冷濾點為原則,柴油的凝點應(yīng)比當?shù)氐淖畹蜌鉁氐?～6℃。（1）10號柴油適用于有預(yù)熱設(shè)備的高速柴油機；（2）5號柴油適用于月風(fēng)險率為10％的最低氣溫在8℃以上的地區(qū)；（3）0號柴油適用于月風(fēng)險率為10％的