Что такое цетановое число и какие свойства топлива оно характеризует
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 марта 2019; проверки требует 1 правка.
Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси (то есть свежего заряда) (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.
Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С16Н34, гексадекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α-метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0), когда эта смесь имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо в тех же условиях. Именно такая формулировка была принята в первой версии метода ASTM D613 выпуска 1941 года.
В новых версиях ASTM D613, начиная с 1962 года, для смешения используется не α-метилнафталин, а 2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонан, иногда называемый ГМН (англ. HMN) или изоцетан, которому присвоено цетановое число 15. В ГОСТ 3122 до сих пор предписывается использовать смесь н-гексадекана и α-метилнафталина. Для исключения α-метилнафталина из ASTM D613 было несколько причин: во-первых, он легко образует пероксиды, которые меняют цетановое число основанных на нём смесей, во-вторых, возникло подозрение, что он обладает канцерогенным действием. Он также обладает неприятным запахом, и его сложно получить в достаточно чистом виде[1],[2].
Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, определённой на опытном двигателе (ASTM D613, EN 5165, ISO 5165, ГОСТ 3122), что и модельная смесь этих двух углеводородов, цетановое число данного топлива считается равным % доли цетана в этой смеси. Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость смеси при сжатии.
Оптимальную работу современных дизельных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом от 45 до 55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка горения (время между началом впрыскивания и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 48-51, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 51-55. Согласно российским стандартам и стандарту Таможенного Союза (ГОСТ Р 52368-2005, ГОСТ 32511-2013), цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 48 единиц, согласно ГОСТ 305—2013 — не менее 45 единиц. Кроме того, технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40.
Премиальное дизельное топливо более лёгкое, содержит больше легковоспламеняющихся лёгких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду. Кроме того, отношение водорода к углероду в лёгких фракциях выше, поэтому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма.
При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.
Цетановое число зависит от группового состава топлива (доли парафинов, олефинов, нафтенов, ароматики)[3]. Парафины, способные к самовоспламенению при низких температурах, являются полезным компонентом дизельного топлива. Неразветвлённые алифатические углеводороды воспламеняются при низкой температуре и давлении, тогда как более прочные молекулы — например, ароматические углеводороды — требуют более жёстких условий для воспламенения.
Измерение цетанового числа[править | править код]
Цетановое число, определённое на опытном двигателе типа Waukesha (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165), ранее было единственным надёжным методом определения цетанового числа. В России разрешалось также использовать ГОСТ 3122, в котором добавлялась отечественная установка ИДТ-90, не прошедшая международных испытаний на воспроизводимость результатов.
Несмотря на то, что метод с использованием стандартного двигателя до сих пор считается арбитражным, у него есть ряд серьёзных недостатков[3]:
- громоздкое, дорогостоящее и шумное оборудование, требующее специально оборудованного машзала;
- большой объём пробы, уходящей на один анализ (до 1 л);
- большая длительность анализа (иногда — до нескольких часов);
- низкие показатели прецизионности.
В связи с этим в отрасли постоянно ведутся исследования, направленные на поиск альтернатив моторным методам определения цетанового и октанового числа.
Прямые методы определения цетанового числа (по задержке воспламенения)[править | править код]
Имеется ряд немоторных методов прямого определения задержки воспламенения. В этом случае применяется не одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия, а камера постоянного объёма. С 2009 года в EN590 и соответствующий российский ГОСТ Р 52368-2005 введён метод задержки воспламенения EN 15195 (ГОСТ Р ЕН 15195-2011), который показывает хорошую сходимость с моторным методом при улучшении точности, воспроизводимости и сокращении теста до 20 мин.
Основной проблемой измерения цетанового числа немоторными методами является сильное влияние состава дизельного топлива. Приборы по методу ГОСТ Р ЕН 15195-2011 (и аналогичные ASTM D7170 и ASTM D6890) не всегда правильно определяют цетановое число для топлив сложного состава — например, для биодизеля. Это связано с тем, что разные компоненты топлива воспламеняются с разной скоростью,— то есть, возникает необходимость измерять условия в камере сгорания не в одной временной точке, а в нескольких.
В марте 2014 года вышел новый стандарт ASTM D7668, описывающий более эффективный метод определения получаемого цетанового числа с измерением задержки воспламенения в нескольких точках. В 2015 году этот метод принят под обозначением EN 16715, в октябре 2017 г. он включён в ТУ на дизельное топливо «евро» EN 590.
Непрямые методы определения цетанового числа[править | править код]
Непрямые методы определения цетанового числа в основном опираются на анализ компонентного состава. В основном это различного рода инфракрасные спектрометры, однако есть примеры и успешного использования для этой цели хроматографии и масс-спектрометрии[3]. Инфракрасные экспресс-анализаторы необходимо перекалибровывать при любом изменении состава дизельного топлива — например, при его смешении с биодизелем. Кроме того, они неспособны работать с топливом, в которое добавлены улучшители цетанового числа.
Ссылки[править | править код]
- Цетановое число
- ГОСТ 305-82. Топливо дизельное
- Цетановое число, способ измерения
- Herzog CID 510 — измерение цетанового числа методом определения задержки воспламенения по ASTM D7668
См. также[править | править код]
- Октановое число
- Метановое число
Примечания[править | править код]
Источник
Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси (т.е. свежего заряда) (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.
Оптимальную работу современных дизельных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом от 45 до 55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка горения (время между началом впрыскивания и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 48-51, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 51-55. Согласно российским стандартам, цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 48 единиц. Кроме того, технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40.
При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.
Требования к цетановому числу по классу чистоты выбросов Евро
Injection delay – это и есть параметр напрямую связанный с цетановым числом.
Чем ниже число, тем выше задержка.
Присадки для повышения цетанового числа. Что они дают ?
1) Более низкое потребление топлива
2) Быстрый запуск двигателя и меньшее дымление
3) Более успешный запуск в морозы
4) Уменьшение специфического дизельного стука и шума
5) Снижение износа двигателя
6) Меньшие отложения в двигателе (благодаря более полному сгоранию топлива)
Цетановое и октановое число можно представить на одной картинке
Как меняется задержка воспламенения при введении в топливо цетан-бустера (корректора)
Красная линия – низкоцетановое топливо. Смесь имеет высокую задержку воспламенения после впрыска топлива.
Зелёная линия – введение в топливо цетан-корректора. Задержка значительно уменьшается, давление в цилиндре нарастает более плавно и максимальное значение немного ниже. Топливо сгорает более полно, меньше выбросов, меньше ударных нагрузок на детали двигателя.
Аналогичный график от BASF
Afton представляет эту зависимость более простой диаграммой
Примеры присадок от известных производителей
Lubrizol 8090
Clariant Dodicet 5073
Zenteum ZR 668
Afton HiTEC 4103W – добавление в топливо 300 ppm присадки увеличивает цетановое число на 2 ед.
Снижение выбросов при добавлении данной присадки
BASF Kerobrisol
Зависимость роста ЦЧ от кол-ва присадки в топливе
Очень интересный вопрос – зависимость возможности низкотемпературного запуска дизеля от цетанового числа
Очень мало материала на эту тему.
Любой цетан бустер обещает более лёгкий запуск, а сколько точно в граммах – никто не знает.
Капля информации на картинке ниже
Из журнала ЗР
Влияние ЦЧ на чистоту выхлопа
Средние значения ЦЧ в мире в зависимости от бренда
Лучшее дизельное топливо выпускает завод “ТАНЕКО” Татнефти
Образец паспорта. Аналогов в РФ по содержанию серы и ЦЧ пока нет.
Shell используют ДТ Танеко как поставщика для своей сети АЗС
Больше спасибо за прочтение статьи!
Если эта тема Вам интересна, пожалуйста, подпишитесь на канал и поставьте «лайк» статье, что бы в Вашей персональной ленте Дзена чаще появлялись похожие.
Источник
В сегодняшней статье мы расскажем все о том, что такое «цетановое число» (ЦЧ): как определить его значение, каким оно должно быть. Также вы узнаете, как увеличить ЦЧ на производстве и самостоятельно, особенности применения дизтоплива с высокими показателями ЦЧ.
1. Понятие «цетановое число».
2. На что влияет значение цетана.
3. Способы измерения.
4. Нюансы применения дизтоплива с различным ЦЧ.
5. Как увеличить цетановые числа на производстве.
6. Самостоятельное использование присадок.
7. Стандарты ЕС.
8. Стандарты в России.
9. Существуют ли отличия между цетановым и октановым числом.
1. Понятие «цетановое число»
Воспламеняемость – одна из определяющих характеристик дизельного топлива. Она характеризуется Цетановое число показывает, как быстро загорается топливо в цилиндре.
При увеличении значения уменьшается время, которое потребуется для впрыска топлива. Это обеспечивает более ровное, спокойное, плавное сгорание топливной смеси. Чем больше показатель, тем быстрее запускается двигатель, повышается мощность. Поэтому дизельное топливо зимнего типа для более легкого запуска ДВС отличается более высокими показателями, чем топливо, которое предназначено для использования летом.
2. На что влияет значение цетана
Цетановые числа имеют прямую зависимость от состава – содержания в топливе парафинов и ароматических углеводородов. Это определяет, насколько экологично топливо, его эксплуатационные характеристики.
Оптимальные значения цетанового числа для двигателя определяются в пределах от 40 до 55 единиц, в частности:
горючее стандартного типа – от 40 до 45 единиц;
топливо высшего качества – 45–50 единиц.
Стандарты европейских стран накладывают более жесткие ограничения и определяют нижнее значение на уровне 48 единиц.
При превышении значения в 60 единиц увеличивается расход горючего из-за того, что топливо сжигается не полностью, появляется повышенная дымность. Снижение цетанового числа топлива менее 40 единиц провоцирует повышенный износ (двигатель работает со стуком).
В премиальном дизельном топливе содержится большее количество легковоспламеняющихся фракций, которые снижают дымность. Их следует использовать для двигателей, которые работают в холодную погоду.
3. Способы измерения
Чтобы узнать ЦЧ, применяют следующую методику:
измерить время сгорания топливной смеси, которая состоит из α-метилнафталина и цетана;
сравнить полученные значения с эталонными показателями.
При сравнении учитывают, что значение цетана в исследуемом топливе выведено. При этом используются два эталона, у которых цетановые числа ниже и выше, чем у исследуемого образца.
При этом границы значений регламентируются стандартами для обеспечения качества дизельного топлива и исключения негативных воздействий на двигатель.
4. Нюансы применения дизтоплива с различным ЦЧ
Дизельное горючее высокого качества (обеспечивает полное сгорание топливной смеси, быстрое воспламенение, образование небольшого количества копоти) характеризуется цетановыми числами в пределах 50–55 единиц. Такое топливо рекомендуют использовать при отрицательных температурах за счет повышения КПД и большей вязкости.
Дизельное топливо с высокими показателями ЦЧ обеспечивает:
минимальный износ деталей;
низкий уровень дымности;
исключение перегрева двигателя в процессе полного сгорания топливной смеси;
быстрый запуск двигателя;
высокую мощность;
бесшумный режим работы.
Соответствие дизельного топлива нормам существующих стандартов обеспечивает высокую производительность работы. Но не все рабочие характеристики двигателя определяются исключительно значением цетанового числа для дизельного топлива. Параметры горючего определяет производитель. Они считаются определяющими при эксплуатации автомобиля. Если превышать рекомендованные параметры, то будет обратный эффект: увеличится износ деталей и расход дизтоплива, снизится экологичность.
5. Как увеличить цетановые числа на производстве
В зависимости от фракционного состава (содержания в составе горючего различных углеводородов) изменяются значения цетановых чисел. Чтобы повысить показатели цетана на производстве, применяют различные присадки (изопропил, синтин, нитросоединения и прочее). Они увеличивают ЦЧ от 2 до 7 единиц без ухудшения эксплуатационных качеств дизтоплива. Более высокое повышение цетановых чисел снижает рабочие характеристики горючего.
Также используются установки типа УСБ, благодаря которым можно смешивать до 5 составляющих. Такое оборудование устанавливается как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на автозаправочных станциях. Получаемая на данных установках топливная смесь годна в течение 180 суток без разделения продуктов на составляющие.
6. Самостоятельное использование присадок
Чтобы исключить неприятные последствия при покупке некачественного дизельного топлива в дороге, многие автовладельцы возят с собой специальные присадки.
Использование присадок:
снижает износ и загрязнение деталей двигателя;
увеличивает скорость запуска;
снижает потребление топлива;
повышает КПД;
уменьшает образование черного дыма и белого выхлопа, шума, стука в моторе;
повышает количество сжигаемого горючего;
уменьшает количество отложений;
обеспечивает мягкую и плавную работу ДВС.
На рынке представлены различные присадки. Рассмотрим характеристики некоторых из них:
Lubrizol 8090. Увеличивает цетановые числа на 3–5 единиц. Защищает компоненты двигателя от износа, коррозии и деформации за счет создания надежной пленки на поверхности деталей. Благодаря присадке можно удалять и вытеснять отложения, препятствовать затемнению элементов ДВС.
Clarian Dodicet 5073. В среднем повышает показатели на 4–7 единиц. Понижает шумность, дымность, способствует стабилизации работы двигателя. При этом в зимнее время обеспечивает быстрый запуск и увеличение мощности мотора.
Zenteum ZR 668. Позволяет изменить числа дизельного топлива на 7–10 единиц. Применяется для всех видов дизтоплива, включая арктические. Также эта присадка улучшает эксплуатационные качества горючего, снижая количество выбросов и негативное воздействие на детали мотора.
Afton HiTEC 410W. После введения изменяет цетановые числа на 2 единицы. Снижает количество выхлопных газов, минимизирует уровень вибраций в моторе и стабилизирует топливо (не дает солярке разбрызгиваться).
Периодичность использования присадок определяет каждый водитель самостоятельно в зависимости от поведения автомобиля. Производители рекомендуют использовать корректоры при каждой заправке.
Какое количество вещества добавить, в какой момент, на какой объем горючего – это индивидуальные параметры, которые определяет производитель.
7. Стандарты ЕС
В странах Евросоюза предъявляются более жесткие требования к содержанию веществ в дизельном горючем по сравнению с РФ. Нижняя граница определяется на уровне 48 единиц.
Остальные составляющие зафиксированы в таблице:
Показатели | ЕВРО-3 | ЕВРО-4 | ЕВРО-5 |
ЦЧ | от 51 | от 51 | 54 |
Плотность (+ 15 0С) | 820–845 | 820–845 | 820–830 |
Сера | 350 | 50 | 10 |
Состав фракций 95 % | 360 | 360 | 340–350 |
Ароматика в % | 11 | 11 | 2 |
8. Стандарты в России
Показатели цетанового числа в Российской Федерации определяются нормами ГОСТ:
Показатели | ГОСТ 305 | ГОСТ 52368 |
Плотность (+ 15 0С) | 45 | 51 |
Сера | 2000–5000 | 350, 50, 10 |
Состав фракций 95 % | 360 | 360 |
Ароматика в % | нормы нет | 11 |
9. Существуют ли отличия между цетановым и октановым числом
Есть распространенное заблуждение, что эти числа – одно и то же понятие, которое определяет технические составляющие горючего. Но на самом деле это не так. Октановые и цетановые числа принципиально отличаются и по составу, и по техническим характеристикам:
Оба числа представляют собой углеводороды, но с разным количеством атомов. У октана их 8, у цетана – 16 на одну молекулу. При этом октан – летучее соединение, а цетан – нет.
Молярная масса цетана 226,45 г/моль, у октана масса намного меньше и составляет 114,23 г/моль.
Октан сообщает данные о показателях эффективности бензина, в то время как цетан представляет данные о мере задержки воспламеняемости.
Но основное отличие заключается в том, что октановые числа дают представление о функциональных характеристиках бензина, а цетановые – о воспламеняемости дизтоплива. При этом, чем выше цетановые показатели, тем ниже октановый номер. То есть дизельная топливная смесь с высоким количеством цетана лучше работает и быстрее воспламеняется, а топливо с большим октановым числом лучше противостоит произвольному воспламенению (детонации).
Источник