BRODSKI POGONSKI STROJEVI 9. predavanje

1. BRODSKI POGONSKI STROJEVI 9. predavanje

2. GORIVA

3. Cijene sirove nafte svedene na vrijednost US$ 2000. godine

4. Uzorci sirove nafte iz različitih nalazišta

5. Shema rafinerijskog procesa prerade nafte

6. Vrste ugljikovodika

7. Normalni parafini ili alkani su ravne, nerascijepljene lančane strukture sastavljene iz kostura od ugljika na koji se vežu atomi vodika. Sve slobodne valencije su popunjene pa ih stoga nazivamo i zasićeni ugljikovodici. Normalni parafini su vrlo skloni samoupaljivanju te su pogodni kao sastojci goriva za dizelske motore.

8. Izoparafini su također zasićeni ugljikovodici slični normalnim parafinima. Od njih se razlikuju po tome što lanac nije ravni već se račva u nekoliko ogranaka. Struktura molekule je kompaktnija i otpornost na samoupaljivanje je veća nego kod normalnih parafina, tako da su izoparafini pogodni za primjenu u Ottovim motorima. Prikazan je primjer izooktana s oktanskim brojem 100. Olefini su nezasićeni parafini s jednom jednostruko ili dvostruko nezasićenom vezom. Ta je veza slabija, tako da su potrebne manje energije za aktiviranje reakcije, te oni izgaraju uz veće oslobađanje topline. Tako npr. Acetilen izgaranjem u kisiku daje najvišu temperaturu plamena, potrebnu za rezanje čeličnih limova.

9. Nafteni su zasićene prstenaste strukture koje se sastoje iz prstena ugljika, na čije se slobodne valencije spajaju atomi vodika.

10. Cikloolefini su nezasićene prstenaste strukture s jednom ili više nezasićenih veza među atomima ugljika. Među njima su najpoznatiji aromati. Nezasićeni prsteni se često vežu, tako da tvore strukture s više prstena. Među takvim strukturama su i policiklički aromati kao vrlo opasni spojevi, obzirom da neki od njih imaju kancerogena svojstva.

12. Kemijska svojstva goriva Tekuća goriva rijetko su pojedinačni čisti kemijski sastojci. Čisti kemijski sastojci su npr. alkoholi kao goriva. Tekuća goriva su najčešće smjese više ugljikovodika. Tako se za motorni benzin procjenjuje da je to smjesa više od 200 različitih ugljikovodika, dok se za dizelsko gorivo procjenjuje da je smjesa od najmanje 400 različitih ugljikovodika. Plinovita goriva su isto tako smjese dva ili više ugljikovodika.

13. Potrebna svojstva goriva za primjenu u motorima s unutarnjim izgaranjem Ottovi motori Stupanj djelovanja Ottovih motora povećava se s povećanjem stupnja kompresije. Viši stupanj kompresije znači i viši tlak i temperaturu na kraju kompresije. Kako se u Ottovom motoru vrši kompresija gorive smjese (smjese para goriva i zraka), s višim stupnjem kompresije povećava se opasnost da će se tijekom kompresije goriva smjesa upaliti sama od sebe. Da do toga nebi došlo suviše rano, potrebno je da goriva za Ottove motore budu čim otpornija na samoupaljivanje. Ta se otpornost izražava oktanskim brojem. Što je gorivo otpornije na samoupaljivanje, to je oktanski broj goriva veći. Goriva koja se koriste u Ottovim motorima moraju imati oktanski broj 90 ili veći. Dizelski motori Kod dizelskih motora gorivo se u cilindar ubrizgava tek na kraju kompresije. Ubrizgano gorivo, koje se pri ubrizgavanju raspršuje u vrlo sitne kapljice, mora čim prije ispariti kako bi se stvorila goriva smjesa, koja se treba čim prije upaliti sama od sebe. Zbog toga se kod dizelskih motora traže karakteristike goriva koje su potpuno suprotne onima koje se traže kod Ottovih motora. Sklonost goriva samoupaljivanju izražava se cetanskim brojem. Goriva koja se koriste u dizelskim motorima imaju cetanski broj najmanje 35 kod sporohodnih motora, odnosno najmanje 45 kod brzohodnih motora.

14. Linija miješanja za određivanje cetanskog broja Linija miješanja za određivanje oktanskog broja Svojstva ugljikovodika vezana za brzinu aktivacije

22. Kristalizacija parafina u dizelskom gorivu pri niskim temperaturama Pri niskim temperaturama dolazi do zamućenja goriva. Ono više nije bistro, već se čini zamućenim zbog kristalizacija parafina u gorivu. Kristali parafina se grupiraju i mogu potpuno začepiti filter goriva i time onemogućiti dotok goriva do motora, nakon čega se motor zaustavlja. Da se to spriječi, često se pribjegava tome da se filter goriva smješta u blizinu motora, a povrat goriva iz motora se dovodi pred filtar i tu se miješa s dolazećim gorivom.

23. Ukoliko rasprskač nije dovoljno hlađen, na izlazu sapnica dolazi do stvaranja truba od koksiranog goriva. Raspršivanje mlaza goriva u sitne kapljice je tada smanjeno. Gorivo zbog manjeg raspršivanja dospijeva na stjenke prostora izgaranja. Zbog usporenog isparavanja goriva, izgaranje je usporeno. Gorivo koje dospijeva na sloj ulja na košuljici cilindra razrijeđuje ulje za podmazivanje, čime se smanjuje debljina sloja ulja.

24. TEŠKA GORIVA Goriva za sporohodne brodske motore

26. Značajke brodskih teških goriva

29. PROBLEMI S TEŠKIM GORIVIMA • Visoka viskoznost, • Sadržaj sumpora i niskotemperaturna korozija, • Visokotemperaturna korozija zbog sadržaja vanadija, • Ostaci katalizatora i abrazija.

31. Dijagram promjene viskoznosti goriva u ovisnosti o temperaturi Granica viskoznosti za mogućnost pumpanja goriva radi transporta: 1000 mm2/s Maksimalna viskoznost za ubrizgavanje u 2T dizelske motore: 13 – 17 mm2/s Maksimalna viskoznost za ubrizgavanje u 4T dizelske motore: 10 – 14 mm2/s

32. SADRŽAJ SUMPORA Sumpor izgaranjem stvara sumporni dioksid SO2 i sumporni trioksid SO3. Oba plina reagiraju s vodenom parom nastalom izgaranjem vodika. U spoju s molekulama vode stvaraju se: SO2 + H2O  H2SO3 sumporasta kiselina SO3 + H2O  H2SO4 sumporna kiselina Ukoliko su stjenke hladnije od temperature kondenzacije, doći će do stvaranja kapljica kiseline. U dodiru s površinom metala započeti će korozija. Da se spriječi korozija, ulju za podmazivanje cilindara dodaju se lužnati (alkalni) aditivi. Ovi aditivi s kiselinama stvaraju neutralne soli. Lužnatost ovih aditiva izražava se TBN brojem (Total Base Number). TBN 1 odgovara 1 mg KOH / litra ulja.

33. Temperature kondenzacije plinova izgaranja u ovisnosti o sadržaju sumpora i tlaku plinova izgaranja

34. VISOKOTEMPERATURNA KOROZIJA Visokotemperaturna korozija pripisuje se djelovanju smjese vanadijevog pentoksida V2O5 i natrijeva sulfata Na2SO4. Vanadijev pentoksid nastaje oksidacijom vanadija pri izgaranju u motoru: 5O2 + 10V  5V2O5 Natrijev sulfat nastaje reakcijom soli iz morske vode sa sumpornom kiselinom: 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl Pri visokim temperaturama oba spoja su u stanju tekućine. Na vrelim površinama dolazi do nakupljanja kapljica koje izuzetno jako korozijski djeluju na površini feritnih materijala, koja djeluje po granicama među kristalnim zrnima i napada materijal po dubini. Najčešće napadnuta mjesta su sjedišta ispušnih ventila, a rijeđe i čelo klipa. Djelovanju te korozije suprotstavljamo se dovoljno niskom temperaturom dijelova, odnosno hlađenjem dijelova kako njihova temperatura nebi prešla 400 oC.

35. Temperature tališta za smjesu vanadijevog pentoksida V2O5 i natrijevog sulfata Na2SO4 (Kasnija istraživanja su ukazala da je minimalna temperatura taljenja 420 oC)

36. Oštećenja sjedišta ventila zbog djelovanja visokotemperaturne korozije

37. Oštećenja sjedišta ventila pod djelovanjem visokotemperaturne korozije

38. Stvaranje naslaga na usisnim ventilima i u usisnim kanalima

39. OSTACI KATALIZATORA (Catalytic fines) U procesu krekinga koristi se kao katalizator umiješani prah od sitnih kuglica silicijevog dioksida SiO2 i aluminijeva trioksida Al2O3. Promjer tih kuglica varira od 0.1 mm na manje. Oba materijala su vrlo tvrda. Najveći dio katalizatora odvoji se u rafineriji nakon procesa krekinga. Dio koji ostaje u teškom gorivu pokušava se očistiti u centrifugalnim separatorima i filtrima, no mali dio dospijeva s gorivom u cilindar. Prilikom izgaranja goriva često dolazi do pucanja tih kuglica, tako da nastaju krhotine oštrih rubova. Ako je debljina sloja ulja među kliznim površinama mala, tako da dolazi do zaglavljivanja krhotina, doći će do jake abrazije (struganja) i do oštećenja kliznih površina. Sadržaj ostatka katalizatora u gorivu često se ograničava maksimalnim sadržajem aluminija u gorivu (koji je vezan u aluminijevom trioksidu Al2O3 u katalizatoru). Abraziju sprječavamo dovoljno niskom temperaturom ulja za podmazivanje. Pri niskim temperaturama viskoznost ulja je veća i debljina sloja ulja na kliznim površinama je veća.

40. Povećanje 400x Povećanje 8000x Ostaci katalizatora iz kreking procesa

41. Kuglica katalizatora s promjerom od 0.04 mm, cijela i puknuta

42. Utjecaj teškoga goriva i temperature cilindarske košuljice na brzinu habanja klipnih prstena Habanje zbog niskotemperaturne korozije Habanje zbog abrazije ostacima katalizatora zbog sve manje debljine uljnog filma Brzina habanja Oko 180 oC Oko 230 oC Temperatura

43. OGRJEVNA MOĆ GORIVA I GORIVE SMJESE

46. Donja ogrjevna moć goriva za poznati maseni sastav goriva

48. Donja ogrjevna moć goriva u ovisnosti o API gradaciji

49. Gornja i donja ogrjevna moć brodskih goriva

50. POTREBNA MASA ZRAKA ZA IZGARANJE Potrebna masa kisika za stehiometrijsko izgaranje 1 kg goriva je: Ost = 2.66667 c + 8 h + s – o kg kisika / kg goriva Potrebna masa zraka za stehiometrijsko izgaranje je: Stehiometrijska količina zraka za izgaranje goriva u kg zraka / kg goriva za poznati maseni sastav goriva može se izračunati još točnije po jednadžbi: