Презентація на тему:
Загальна характеристика і роль паливно-енергетичних ресурсів у сільському господарстві України

ЛЕКЦІЯ №1 Загальна характеристика і роль паливно-енергетичних ресурсів у сільському господарстві України Питання, які підлягають розгляду. 1. Стан проблеми, мета та задачі дисципліни. 2. Нафта – основне джерело отримання нафтопро-дуктів. Класифікація нафтопродуктів. Наука хіммото-логія (самостійно). 3. Паливо для бензинових двигунів.(частина 1)

Питання 1 Характеристика і роль паливно-енергетичних ресурсів у сільському господарстві України Стан проблеми, мета та задачі дисципліни. Сучасне сільськогосподарське виробництво України витрачає близько 40...50% нафтопродуктів від загальної кількості, що використовуються у народному господарстві. Тільки рослинництво з урахуванням транспортних робіт витрачає десь до 80%, автотранспорт 60% від загального. Рис.1 Структура енергоносіїв у сільськогосподарському виробництві.

Склад і властивості нафти залежать від родовища і можуть мати різні складові. У нафті утримується 82...87% вуглецю, 10...14% водню і до 0,5...5,0% (сумарно) інших елементів (сірка кисень і азот). Нафта може мати густину від 0,65 до 1,05 кг/см3, температуру застигання від плюс 26 до мінус 60 С, температуру спалаху - нижче 0 С, температуру самозаймання - вище 500 С і теплоту згоряння 43,7...46,2 МДж/кг. Україна – нафтовидобуваюча країна. Промисловий видобуток нафти розпочався наприкінці ХVІІІ сторіччя. Як свідчить геологорозвідка, Україна має власні ресурси нафти – 8417,8 млн.т умовного палива, з них нафта – 1325,7 млн. т. (15,7%), газовий конденсат – 380,5 млн.т (4,5%), газ вільний – 6435,7 млн. т (76,5%), газ розчинений – 275,9 млрд. м3 (3,3%). Видобуток здійснюється у трьох нафтогазоносних районах – Прикарпатському, Дніпровсько-Донецькому і Причорноморському. Україна відноситься до числа країн, у яких власний видобуток нафти не забезпечує потреби промисловості. Власні нафтові ресурси задовольняють потребу внутрішнього ринку лише на 11%, з природного газу – на 22%. Основна частина нафти для нафтопереробної промисловості імпортується. Постачанням нафти на Україну займається близько 400 фірм. Основна частина сирої нафти надходить з Росії і Казахстану (75 і 13 відсотків відповідно). Окремі партії нафти поставляються з інших країн (Туркменістан, Узбекистан та ін.).

Від якості, вірного вибору та вмілого використання нафтопродуктів залежать не тільки їх витрати, але й технічний стан сільськогосподарської техніки та нафтоскладського обладнання, ефективність роботи та використання, витрати праці. Встановлено, що у загальній вартості тракторних робіт на частку нафтопродуктів припадає більш 45,0...50% усіх витрат. Тому, раціональне використання паливно-мастильних матеріалів забезпечує зниження витрат на виробництво сільськогосподарської продукції, що є завданням державної ваги. Згідно міжнародного стандарту ISO 8681 (International Organization for Standardization – Міжнародна організація зі стандартизації), усі нафтопродукти класифікують на п’ять основних класів по буквеним індексам (табл. 1.1) . Таблиця 1.1 Класифікація нафтопродуктів згідно ISO 8681 Метою дисципліни є - отримання теоретичних знань про властивості нафтопродуктів та їх вплив на техніко-економічні і експлуатаційні показники машин. Клас Продукт F Палива L Змащувальні матеріали, індустріальні масла і ридинні продукти W Парафіни B Бітуми S Розчинники та сировина для хімічної промисловості

Задачами дисципліни є знання: Фізико-хімічного складу ПММ. Основних показників якості нафтопродуктів. Існуючих марок нафтопродуктів та область їх застосування в залежності від типу двигуна та сезонності. Шляхів раціонального та економного використання ПММ. Безпеки і захист навколишнього середовища. Нафта - горюча масляниста рідина, що добувається з надр землі, від темно-бурого до ясно-жовтого кольору з характерним запахом. Нафта - суміш рідких вуглеводнів, атоми вуглецю яких складають основу складних молекул, з'єднаних з воднем і між собою у ланцюгові, кільцеві, гіллясті та інші форми (парафінові, нафтенові і ароматичні), у якій розчинені газоподібні і тверді вуглеводні. У невеликих кількостях містить сірчисті та азотисті з'єднання, органічні кислоти і деякі інші хімічні сполуки. Питання 2 Нафта – основне джерело отримання палив і масел (самостійно)

Нафта, що добувається на промислах, містить розчинені гази, механічні домішки у виді піску і глини (до 1,5 %), воду (до 50% і більш), солі (від 0,0001 до 10 г/дм3). У нафту можуть попадати компоненти технологічних засобів, які застосовуються для збільшення нафтовіддачі шарів, запобігання корозії устаткування, відкладення парафінів і солей, поразки нафти мікроорганізмами та ін. Для забезпечення необхідної якості нафти для її подальшого транспортування і переробки на промислах проводиться її підготовка (стабілізація, зневоднювання, знесолення та ін.). Якість нафти для нафтопереробних підприємств повинна відповідати вимогам стандартів і технічних умов, що обумовлюються у контрактах на поставку продукції. Основні вимоги до якості нафти керуються ГОСТ 9965-76. Стандарт поширюється на нафту, що поставляється нафтопереробним підприємствам та призначена для переробки. У залежності від ступеня підготовки, стандартом встановлені 1, 2 і 3 групи нафти. У залежності від масової частки сірки, нафти підрозділяються на три класи: 1 – малосірчисті (до 0,60%); 2 - сірчисті (від 0,61 до 1,80%); 3 - багатосірчасті (більш 1,80%). У залежності від густини при 20 С, кожен клас нафти підрозділяється на три типи: 1 - легкі (до 850 кг/м3); 2 - середні (від 851 до 885 кг/м3); 3 - важкі (більш 885 кг/м3).

Хімічний склад нафти, його вплив на властивості нафтопродуктів Груповий склад визначається вуглеводнями, які входять до складу нафти, основними з яких є: парафінові (насичені, граничні, алкани) із загальною структурною формулою СпН2п+2; нафтенові (поліметиленові, циклани) із загальною структурною формулою СпН2п і ароматичні (бензольні, арени) із загальною структурною формулою СпН2п-б. Властивості вуглеводнів кожної групи визначаються структурою молекул та їх молярною масою. З ростом молярної маси збільшуються густина, в'язкість, температура плавлення і кипіння вуглеводнів. У залежності від вмісту у нафті трьох основних груп вуглеводнів - парафінових, нафтенових і ароматичних - розрізняють метанові, метаново-нафтенові, нафтенові, нафтено-ароматичні та ароматичні нафти. Паливо – це горюча речовина (основна складова частина якого – вуглець), що здатна до виділення ймовірно більшої кількості тепла, розвиваючи при цьому високу температуру. Крім того, паливо при згорянні не повинне виділяти токсичних сполук. Таким чином, до палива можна віднести не усі речовини, які здатні горіти. Паливо може знаходитися у надрах землі у готовому виді або бути отримане штучно.

Палива, в свою чергу, підрозділяють по чотирьом загальним признакам на групи, сорт, марки і види: По походженню – на природні і штучні; По хімічному складу – на вуглеводні і не вуглеводні; По агрегатному стану – на газообразні, рідкі й тверді (табл. 1.2) Таблиця 1.2 Основні види палива 4. Від області застосування (табл. 1.3). Паливо Природне Штучне Тверде Викопні вугілля, горючі сланці, торф, деревина, відходи сільського господарства Кам'яновугільний кокс, деревне вугілля, торф'яний кокс, напівкокс, брикети, пилоподібне паливо Рідке Нафта Бензин, газ, дизельне паливо, смоли сухої перегонки твердого палива, бензол, спирти. Газоподібне Гази природні і супутні при видобутку нафти й інших копалин Світильний, коксовий, крекінговий, доменний, генераторний, водяник, змішаний, гази нафтопереробних заводів

Таблиця 1.3 Класифікація палив по ГОСТ 4.25-83 Використання ПМіЕМ за їх функціональним призначенням надані на рис. 2.

Рис. 2. Функціональне використання ПМіЕМ.

Хіммотологія – наука про експлуатаційні властивості, якість і раціональне використання в техніці палив, масел, мастил та спеціальних рідин.

Питання 3 Паливо для бензинових двигунів (частина 1) Великі нафтопереробні підприємства, як правило, випускають якісне паливо. Для виробництва сурогату їм довелося б серйозно перенастроювати устаткування. До того ж такі заводи працюють під пильним наглядом контролю-ючих органів. Псування ж палива відбувається на його шляху до споживача. Найпоширеніший варіант фальсифікації пов'язаний з доведенням за допомогою різноманітних добавок низько-октанового сировини до рівня товарного бензину. За рахунок своєї простоти і високої економічної рентабельності цей спосіб ко-ристується великою популярністю у тіньових власників.

Отриманий з його допомогою сурогат за своїми експлуатаційними якостями сильно відрізняється від стандартного палива і шкідливий для автомобіля будь-якої сучасної марки будь то вітчизняна чи імпортна. Його головною вражаючий фактор, який є майже завжди при використанні підробленого бензину, - сильна детонація, що руйнує метал і яка веде до перегріву двигуна. Крім того, негативний вплив на паливну систему і двигун автомобіля надають самі присадки. Багато хто з них відверто небезпечні. Причому кожна по-своєму впливає на ваш toyota landeruiser або mirtsubishi lancer. Часто використовувані завдяки своїй дешевизні ферроцена - хімікати, 50 мг яких здатні перетворити 1 л 92-го в 95-ий, в кілька разів скорочують життя свічок. Серйозні пошкодження вони завдають і елементам екологічної системи. Багато присадки містять надлишок заліза. Воно згубно впливає на свічки, деталі паливної та екологічної систем. Дуже серйозні наслідки можуть бути викликані застосуванням різних смолистих сполук, через які відбувається закоксовка поршнів і кілець, клапанів (рис.4,5,6) Але навіть якщо АЗС не мухлює з присадками - це ще не гарантує безпеки проданого на ній палива. Іноді причиною виходу автомобіля з ладу стає елементарна неакуратність заправників. Через брудні баки бензовозів або під час заливки резервуарів в паливо потрапляють пил, земля, пластівці іржі та інше сміття. Найчастіше саме вони стають причиною поломки паливної системи.

Хоча причин, що викликали швидке "вмирання " свічок, може бути маса, після зняття дефектної деталі діагностувати неякісний бензин не варто праці: вона буде покрита рівним нагаром червоного кольору - явною ознака достатку заліза в паливі. Причому пошкодженої зазвичай виявляється не тільки перестала працювати свічка, але і всі інші: на них так само буде видно червонуватий наліт. Іноді при занадто довгій їзді на поганому бензині залишаються ще й сліди детонаційної ерозії на електродах - вона виглядає так, ніби їх з'їла іржа, поверхня контактів стає нерівною і шорсткою на дотик. Рис. 4 Вплив наявність в бензині заліза, або інших металовмісних присадок.

Знос і нагароутворювання клапанів Другим за частотою проявом підробленого бензину стає передчасний вихід з ладу свічок запалювання. Найбільше подібним несправностей схильні європейські та американські авто. Як правило, в цьому випадку клієнт звертається в сервіс зі стандартними скаргами, що свідчать про перебої у функціонуванні одного (рідше - кількох) циліндрів: нерівна робота двигуна, "рвані" холості ривки, у тому числі при русі з постійною швидкістю, поганий пуск і підвищений витрата палива. Рис. 6 Нагароутворення на клапанах

Найпоширенішою ознакою підробленого бензину є детонаційні стуки. Які приводять до разрушення поршневих кілець, розбиванню гнізд клапанів.За словами автослюсарів, у 80% випадків вони виникають саме внаслідок невдалої заправки. Їх поява звичайно пов'язана з використанням бензину, що має октанове число нижче ніж треба. Рис. 5 Знос та нагароутворення гнізд клапанів.

При виявленні таких несправностей нічого не залишається, окрім як заново замінити весь комплект свічок. До того ж не зайвим буде запропонувати клієнту промити паливну систему і форсунки інжектора, оскільки велика небезпека того, що неякісне паливо вразило і ці вузли автомобіля. Автомобільний бензин – це легкозаймиста, легколетюча складна суміш, до складу якої входить більш 200 видів ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводів з числом атомів вуглецю від 4 до 10 (середня молекулярна вага близько 100, які википають у діапазоні температур від 25...40 до 180...250 С. Бензини отримують шляхом застосування таких технологічних процесів, як пряма перегонка, каталітичний риформінг, крекінг з додаванням високооктанових компонентів та присадок. У сільському господарстві бензин використовується, як паливо для вантажних і легкових автомобілів, у пускових та інших двигунах. У меншій мірі бензин використовують у сільськогосподарській авіації, як розчинник лакофарбових виробів та інших технічних і технологічних потреб. Для швидкого та повного згоряння палива у двигуні необхідно його випаровування та змішування у відповідних пропорціях з повітрям. Особливістю бензинових двигунів є застосування, переважно, зовнішнього сумішоутворення (утворення суміші зовні циліндра). Процес сумішоутворення протікає, в основному, у впускному трубопроводі і завершується після попадання у циліндр. На процес сумішоутворення відводиться порівняно мало часу, тому для його прискорення використовують розпилення за допомогою розпилювачів у карбюраторах чи форсунках – у системах вприску. При подачі палива у впускний трубопровід частина палива випаровується, частина залишається на стінках у вигляді плівки, а частина транспортується повітрям у вигляді малих крапель розміром 100...300 мкм.

Для підвищення швидкості випаровування впускний трубопровід підігрівається так, що на шляху до циліндрів випаровується 60...80% палива. Залишок палива потрапляє в циліндр у виді крапель і плівки. Особливість процесу сумішоутворення у бензинових двигунах обумовлює нерівномірний розподіл пального по циліндрах, розділ його на фракції і нерівномірне надходження окремих фракцій у циліндр, як по часу, так і по кількості. Важкі фракції с температурою кипіння вище 220 С (якщо вони присутні у паливі) гірше випаровуються, змивають масло зі стінок циліндра і, потрапив у картер, розріджують масло. Особливо відчувається вплив цих процесів на функціонування двигуна в період холодного і гарячого пусків, прогріву, розгону і уповільненню. Наявність таких явищ пред’являють визначні вимоги до випаровуваності палив, що зв’язано з його фракційним і груповим складом. Суміш, що потрапила до циліндра, стискається у камері згоряння і займається за допомогою електричного розряду між електродами свічі. При сприятливих умовах реакція окислення з осередку займання внаслідок складних ланцюгових реакцій розповсюджується по повному об’єму. У деяких випадках, частина свіжої суміші, до якої полум’я доходить в останню чергу, нагрівається у разі стискання до температури, що перевищує температуру самозаймання. Це може призвести до займання залишкової суміші по об’єму, фактично до вибуху ( детонація). У процесі сумішоутворення і згоряння палив на поверхнях впускного трубопроводу і камери згоряння відкладаються смоли і нагар. Протікання цих процесів, у значній мірі, пов’язано з хімічним складом використаних палив.

Таким чином, особливості процесів сумішоутворення та згоряння у бензинових двигунах, а також конструкції паливних систем пред’являють цілий ряд вимог до фізично - хімічних та експлуатаційних властивостей палив, що забезпечують надійну та довгострокову роботу сучасних і перспективних двигунів у різноманітних кліматичних умовах, високі енергетичні та економічні показники, а також низьку токсичність відпрацьованих газів. Загальні вимоги до якості автомобільних бензинів наступні: мати високу теплоту згоряння; Мати хороші сумішоутворюючи властивості, що обумовлюють легкій пуск двигуна, плавний перехід з одного режиму роботи на другий мати високу детонаційну стійкість, яка забезпечує нормальне згоряння палива без детонаційних стуків у двигуні. не утворювати нагаровідкладень не викликати корозії деталей. бути стабільним при транспортуванні і зберіганні, тобто не змінювати своїх початкових властивостей; не мати шкідливого впливу на людину та навколишнє середовище. Вплив різних властивостей бензину на якість роботи систем двигуна наведен на рис. 7.

Рис. 7 Вплив показників бензина на якість роботи систем бензинового двигуна Параметри випаровуваності: Пускові властивості Схильність до утворення парових пробок Швидкість прогріву двигуна Повнота випару й змісту важких фракцій Стійкість до детонації. Припус-тимий ступінь стиску ТВС і швидкість обертання коленвала Розподіл октанового числа по фракціях Хімічна стабільність Схильність до утворення відкладень і нагару Екологічні властивості: зміст ароматичних вуглеводнів, оксигенатов і антидетонаторів

Випаровуваність бензинів Випаровуваність автомобільних бензинів характеризує швидкість і повнота переходу бензину з рідкого в парообразний стан, обумовлює важливіші експлуатаційні властивості двигунів з примусовим запаленням – умови сумішоутворення і склад пальної суміші, схильність бензину до утворювання парових пробок у паливній системі автомобіля, а також повноту згоряння бензину і ступінь розрідження моторного масла бензиновими фракціями. Вона залежить від фізичних властивостей палива та факторів експлуатаційного порядку – швидкості повітряного потоку, температури і тиску повітря, часу й поверхні випаровування. До фізичних властивостей бензину відносять: фракційний склад, тиск насичених парів, теплоту випаровування, коефіцієнт дифузії парів, в’язкість, поверхневий натяг, теплоємність і густину. Стандартом випаровуваність регламентована найбільш впливовими на неї показниками – фракційним складом і тиском насичених парів. Фракційний склад є одним з найважливіших показників якості бензину. Фракційний склад встановлює залежність між кількісним вмістом фракцій палива (у відсотках за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється. Від фракційного складу бензину залежить пуск, час прогріву і прийомистість двигуна, спрацювання деталей циліндро-поршневої групи, витрата палива, масла, токсичність відпрацьованих газів та ін.

Бензини - складна суміш вуглеводнів, які мають різну випаровуваність та википають не при одній температурі, а у широкому інтервалі. Фракційний склад оцінюють за температурними межами його википання і по температурі його окремих фракцій. (Рис.8) Рис. 8 Оцінка фракційного складу бензину. Параметри випаровуваності бензину і їхній вплив на роботу двигуна Устаткування для визначення фракційного складу палив Бомба Рейду для визначення тиску насичених парів

Для характеристики фракційного складу у стандарті регламентовані: температура початку кипіння (tп.к.), температури, при яких переганяється 10, 50 і 90% (t10%, t50%, t90%) бензину, температура кінця його кипіння (tк.к.), а також визначають залишок після перегонки і втрати. Усі ці показники у тій чи іншій мірі характеризують бензин у двигуні з іскровим запаленням. На рис. 9 показана крива розгонки бензину та вказані його основні фракції - пускова, робоча і кінцева. Рис. 9 Крива разгонки бензина Пускові властивості, утворення парових пробок: втрати при перегонці Крива фракційного розгону Робоча фракція Швидкість прогріву двигуна, Витрата палива в пусковому режимі: t 50%, Повнота випару, змивання змащення з поршневих кілець, утворення нагару, розрідження масла: t90% - tк.к. залишок

В склад пускової фракції бензину входять легкокиплячі вуглеводні, які входять у перші 10% об'єму дистиляту (tп.к. - t10%). Робочу фракцію складають дистиляти, які википають у межах від 10% до 90% об'єму (t10% - t90%), і кінцеву фракцію - від 90% об'єму до кінця кипіння (t90% - tк.к.). Пускові властивості та схильність до утворення парових пробок визначається температурами початку кипіння tп.к. і перегонки 10% бензину t10%. По температурі t10% роблять висновок про наявність у бензині пускових фракцій, від яких залежить легкість пуску холодного двигуна. Чим нижче ця температура, тим легше і швидше можна запустити двигун, оскільки більша кількість бензину надходитиме в циліндр у вигляді пару. Це стосується тих бензинів, які використовуються при низьких температурах повітря. При високій температурі перегонки 10% бензину ускладнюється пуск холодного двигуна, тому що основна кількість бензину подається в циліндр у рідкому стані. Такий бензин розріджує масло, змиваючи його зі стінок циліндрів, і призводить до підвищеного спрацювання деталей двигуна. Якщо бензин має дуже низькі температури tп.к. і t10%, то на прогрітому двигуні, особливо у спеку, в системі живлення можуть утворюватися парові пробки, які порушують подачу палива з паливного бака до бензонасоса. Гранична температура пуску карбюраторного двигуна (найменша температура повітря tп, ºС) описується наступною емпіричною залежністю:

Проте, використання бензину з низькою температурою 50% може привести до зниження коефіцієнту наповнення і потужності двигуна.   Знос та економічність роботи двигуна оцінюється температурою перегонки 90% (t90%) і температурою кінця кипіння (tк.к.), по яким роблять висновок щодо інтенсивності і повноти згорання робочої суміші, про наявність у бензині важких (хвостових) фракцій. При наявності важких фракцій, бензин випаровується не повністю, що призводить до нерівномірного розподілу пальної суміші між циліндрами, розрідження масла і змиву його зі стінок циліндрів, а також до підвищення спрацювання двигуна і витрат палива (рис.10). Чим вище кінець кипіння бензину тим більше його втрати та знос детелей. Рис. 10 Залежність загального зносу та витрати палива двигуна від температури кінця кипіння tк.к бензину