автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса очистки дизельного топлива при приеме и выдачи на нефтескладах сельскохозяйственных предприятий

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Загрязнения в дизельных топливах

1.2. Влияние загрязненности и обводненности дизельных топлив на работу двигателя

1.3. Методы очистки и обезвоживания дизельного топлива

1.4. Система обеспечения чистоты дизельного топлива в сельскохозяйственном производстве

1.5. Выводы по главе и постановка задач исследования

2. Теоретические исследования процесса обезвоживания дизельного топлива

2.1. Исследование процесса обезвоживания дизельного топлива при транспортировании и хранении

2.2. Предпосылки создания устройств для обезвоживания дизельного топлива с регенерируемой водоотталкивающей перегородкой

2.3. Механизм разделения водотопливной эмульсии водоотталкивающей перегородкой. *

2.4. Механизм удаления воды с водоотталкивающих перегородок методом противотока

2.5. Выводы по главе

3. Исследование обводненности дизельных топлив в нефтехозяйствах сельскохозяйственных предприятий московской области

3.1. Характеристика климатических условий, режима работы машин и организации нефтескладского хозяйства

3.2. Методика исследования обводненности дизельных топлив в сельскохозяйственных предприятиях

3.3. Результаты исследования обводненности дизельного топлива в нефтехозяйствах сельскохозяйственных предприятий

3.4. Выводы по главе

4. Экспериментальные исследования процессов обезвоживания дизельного топлива с помощью водоотделяющих перегородок

4.1. Методика исследования эксплуатационных свойств фильтрующих водоотделяющих перегородок

4.2. Исследования эксплуатационных свойств водоотделяющих перегородок

4.3. Выводы по главе

5. Разработка конструкции самоочищающегося фильтраводоотделителя и оценка экономического эффекта от его внедрения

5.1. Разработка конструкции фильтрующих водоотделяющих элементов для очистки дизельного топлива

5.2. Расчет параметров фильтрующего водоотделяющего пакета

5.3. Разработка конструкции самоочищающегося фильтра водоотделителя для очистки дизельного топлива

5.4. Рекомендации по применению самоочищающегося фильтра-водоотделителя

5.5. Определение экономической эффективности внедрения самоочищающегося фильтра водоотделителя

5.6. Пути усовершенствования самоочищающегося фильтра-водоотделителя

5.7. Выводы по главе

В связи с высокой насыщенностью агропромышленного комплекса автотракторной, зерноуборочной и другой самоходной сельскохозяйственной техникой, оснащенной дизельными силовыми установками, вопросы сохранения качества и экономии дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства приобретают особенно важное значение. Одним из основных направлений сохранения качества дизельного топлива является разработка мероприятий по снижению его загрязненности и обводненности при транспортировке, хранении и заправке техники, а также в процессе использования этой техники.

Загрязнения в дизельных топливах (твердые, жидкие, газообразные и микробиологические), попадая в топливную систему двигателя, преждевременно забивают фильтры, вызывают повышенный износ прецизионных пар топливной аппаратуры, сопряженных деталей цилиндропоршневой группы и т.п. Отрицательное влияние на работу двигателя оказывает попавшая в топливо вода. В зимнее время при отрицательных температурах вода в топливе образует кристаллы льда, которые являются причиной забивания фильтров и образования ледяных пробок в трубопроводах, что приводит к нарушению подачи топлива в цилиндры двигателя и к простоям в работе техники. В летнее время вода в топливе приводит к интенсивному образованию загрязнений, преждевременному забиванию фильтров и повышению износа сопряженных деталей двигателя. При большой обводненности топлива наблюдается ухудшение процесса его сгорания, может произойти аварийный выход из строя деталей топливоподающей системы и остановка двигателя [18,19,24,35,27,35].

Для очистки дизельных топлив, заправляемых в топливные баки сельскохозяйственной техники, применяется система очистки, включающая отстаивание топлив в резервуарах нефтесклада и их фильтрование через складские фильтры ФДГ-ЗОТ и ФДТ-ЗОТМ. Однако существующая система не обеспечивает достаточной защиты дизельных топлив от воды, что приводит к затруднениям при использовании техники в сельскохозяйственном производстве, особенно в районах с низкими температурами.

Учитывая условия работы топливозаправочных пунктов в сфере сельскохозяйственного производства, целесообразно использовать для очистки и обезвоживания топлив при заправке сельскохозяйственной техники самоочищающиеся фильтры и фильтры - сепараторы, т. к. перерывы в процессе заправки для замены или регенерации фильтроэлементов могут привести к перебоям в работе техники и срыву сельскохозяйственных работ, а резервирование средств очистки связано с существенным удорожанием системы заправки. Для создания таких средств очистки необходимо исследовать фактическую загрязненность и обводненность дизельного топлива, проанализировать существующие конструкции самоочищающихся устройств, теоретически обосновать и разработать конструкцию самоочищающегося фильтра-водоотделителя, провести испытания этого устройства, оценить его экономическую эффективность.

На защиту выносятся: результаты теоретического и экспериментального исследования обводненности дизельного топлива, применяемого при эксплуатации сельскохозяйственной техники; теоретическое обоснование очистки дизельного топлива от эмульсионной воды с помощью гидрофобных пористых перегородок в самоочищающемся фильтре-водоотделителе, предназначенном для удаления как механических загрязнений, так и свободной воды; результаты экспериментального исследования эффективности очистки дизельного топлива от эмульсионной воды с помощью гидрофобных пористых перегородках; технико-экономическое обоснование целесообразности применения самоочищающегося фильтра-водоотделителя для очистки дизельных топлив.

Работа выполнялась на кафедре химии и химмотологии Московского государственного агроинженерлого университета имени В.П. Горячкина.

Общие выводы

1. Обводненность дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства приводит к отказам и неисправностям двигателей сельскохозяйственной техники и транспортных машин. Наиболее эффективным путем восстановления качества обводненных и загрязненных дизельных топлив является их комплексная очистка от механических загрязнений и воды в одном устройстве с применением гидрофобных пористых перегородок.

2. Исследован механизм процессов, вызывающих обводнение дизельного топлива при его транспортировке и хранении, найдены аналитические выражения для оценки максимально возможного количества свободной воды, способного попасть в дизельное топливо при транспортных и складских операциях, и подтоварной воды, накопившейся в донной части резервуара.

3. Обоснована целесообразность использования для удаления загрязнений из дизельного топлива гидрофобных пористых перегородок с их периодической регенерацией, рассмотрен механизм этого процесса и предложены аналитические зависимости для его описания и для оценки эксплуатационных показателей гидрофобных пористых перегородок. Получены расчетные зависимости для определения сил, действующих при регенерации водоотделяющих перегородок методом противотока.

4. Разработана методика исследования обводненности дизельного топлива на нефтескладах и топливозаправочных пунктах сельскохозяйственных предприятий. Исследована фактическая обводненность дизельного топлива в сельскохозяйственных предприятиях Московской области, средний уровень которой составляет 0,02.0,05% при выдаче в баки машин.

5. Разработаны методики исследования эксплуатационных свойств фильтрующих водоотделяющих перегородок и соответствующие лабораторно-стендовое оборудование. В результате проведенных исследований установлено, что лучшими показателями обладает перегородка на основе сетки 004 с гидрофобным покрытием из фторопласта 4Д.

6. Разработана конструкция самоочищающегося фильтра-водоотделителя, являющегося универсальным устройством для очистки дизельного топлива от механических загрязнений и свободной воды. Конструкция фильтра-водоотделителя позволяет осуществлять поочередную промывку каждой из двенадцати колонн, составляющих фильтрующий водоотделяющий пакет, без остановки процесса очистки топлива. На конструкцию устройства и его составных частей получены патенты РФ на изобретение.

7. Разработаны рекомендации по применению самоочищающегося фильтра-водоотделителя на нефтескладах сельскохозяйственных предприятий. Экономический эффект, полученный в результате внедрения разработанного самоочищающегося фильтра-водоотделителя, будет составлять 8362 руб. в год в расчете на 100 тракторов.

8. Предложены пути дальнейшего конструктивного усовершенствования самоочищающегося фильтра-водоотделителя с целью повышения его пропускной способности и снижения количества топлива, затрачиваемого при регенерации фильтрующего водоотделяющего пакета.

1. Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнения. М., Недра. 1990.160 с.

2. Черненко Ж.С. и др. Исследование процесса обледенения топливных фильтров. В кн. Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, КИИГА, 1971. С.45-47.

3. Кузнецов М.Е. Обезвоживание дизельного топлива в нефтехозяйствах колхозов и совхозов статическими сепараторами: Дисс. канд. техн. наук. М., 1994. - 147 с.

4. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Под ред. Школьникова В.М. М, Химия, 1999,432с.

5. Коваленко В.П. и др. Исследования процесса обводнения нефтяных масел при транспортировании. В.кн. «Промышленная чистота рабочих жидкостей и фильтрация» Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции. Челябинск, 1990. С.90-91.

6. Большаков Т.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. Л-д. Недра, 1982. 350с.

7. Рыбаков К.В., Жулдыбин E.H., Коваленко В.П. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов. М., Тр-т, 1979,181с.

8. Берестюк Г.И. Регенерация фильтров для разделения суспензий. М., Химия, 1978. 96с.

9. Зймон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М., Химия, 1974,416с.

10. Воюцкий С.С. Физико-химические основы пропитывания и импергирования волокнистых материалов дисперсиями полимеров. JI-д. Химия. 1969. 336с.

11. Дерягин Б.В.,Кротова H.A. Адгезия. М.-Л.,Изд.АН СССР, 1949.244с.

12. Адаме Н.К. Физика и химия поверхностей. Пер с анг. М.-Л. Гостехиздат. 1947. 552с.

13. Коваленко В.П., Жулдыбнн E.H., Любимцев JI.E. Повышение эффективности средств обезвоживания нефтепродуктов. «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья» №4. 1982, с.27-30.

14. Жулдыбин E.H., Любимцев Л.Е., Коваленко В.П. Исследование водоотталкивающих свойств пористых перегородок. В кн. «Улучшение эксплуатационных свойств машинно-тракторных агрегатов».Сб. научн. трудов МИИСП. М. 1982. с.48-52.

15. Коваленко В.П., Любимцев Л.Е., Жулдыбин E.H. Новые коагулирующие и водоотталкивающие перегородки для фильтров-сепараторов. В кн. «Улучшение эксплуатационных свойств машинно-тракторных агрегатов».Сб. научн. трудов МИИСП. М. 1984. с.44-48.

16. Жулдыбин E.H., Любимцев Л.Е., Коваленко В.П., Жаворонкин Ю.А. Водоотталкивающая перегородка для фильтра-сепаратора. A.c. №1063441.

17. Григорьев М.А., Борисова Г.В. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 1991. 208с.

18. Чертков Я.Б., Рыбаков К.В., Зрелов В.Н, Загрязнения и методы очистки нефтяных топлив. М.: Химия, 1970. - 233 с.

19. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. -Л-д.: Недра, 1974. 320 с.

20. Большаков В.Ф., Гинзбург Л.Г. Применение топлив и масел в судовых дизелях. М.: Транспорт, 1976. - с. 25-26.

21. Сомов В .А., Боткин ГШ. Топливо для транспортных дизелей. -Л.: Судпромгиз, 1963. 356 с.

22. Литвиненко С.Н. Биологическое поражение нефти и нефтепродуктов и их защита при транспортировании и хранении. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1970. - 50 с.

23. Чертков Я.Б., Рыбаков К.В., Зрелов В.Н. Предотвращение загрязнений и очистка топлив. М.: ЦНИИТЭнефтегаз, 1963. - 100 с.

24. Карпекина Т.П. Исследование загрязненности и фильтрации дизельного топлива в связи с проблемой повышения надежности автомобилей: Дисс. канд.техн.наук. М., 1970. - 206 с.

25. Энглин Б.А. Применение моторных топлив при низких температурах. -М.: Химия, 1963. 164 с.

26. Бездольная Е.И. Исследование фильтруемости дизельных топлив при положительных температурах по шкале Цельсия: Дисс. канд. техн. наук.-Л., 1975.

27. Повышение чистоты дизельных топлив / Р.А. Алиев, Т.Н. Митусова, Б.А. Энглин и др. Химия и технология топлив и масел, 1981, № I, с. 52-54.

28. Руденко А.И. Нефтехозяйство колхозов и совхозов. М.: Колос, 1975. -70 с.

29. Руденко А.И., Рыбаков К.В. Техника в сельском хозяйстве, 1963, № 9, с. 14-16.

30. Рыбаков К.В., Карпекина Т.П. О многоступенчатости топливных фильтров. Автомобильная промышленность, 1969, № б, с. 8-10.

31. Семернин А.Н. О загрязненности дизельных топлив в южной климатической зоне. В кн.: Повышение эффективности и качества работы машино-тракторного парка: Сб.научлр. М., 1981, с. 8-10,-/МИИСП/.

32. Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям. М.: Колос, 1982. - 205 с.

33. Вялков В.М. Исследование фильтрации топлива в системах питания отечественных дизельных автомобилей: Дисс. канд.техн. наук. М., 1975.-214 с.

34. Григорьев М.А. Очистка масла и топлива в автотракторных двигателях. -М,: Машиностроение, 1970. 270 с.

35. Селиванов А.И. Дизельная топливная аппаратура. М.: Сельхозгиз, 1954. - 534 с.

36. Влияние фильтруемости топлива на срок службы фильтров автотракторных дизельных двигателей / Григорьев М.А., Соколов В.В., Ефремов В.Н. и др. Химия и технология топлив и масел, 1975, № 5, с. 24-26.

37. Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Карпекина Т.П. Чистота топлив -важнейшая проблема химмотологии. Химия и технология топлив и масел, 1976, № в, с. 32-35.

38. Емельянов JI.A, Фильтрация дизельного топлива. M.-JL: Машгиз, 1962. - 107 с.

39. Кушниренко К.Ф. Краткий справочник по горючему. М.; Воениздат, 1979.-381 с.

40. Борьба с загрязнением нефтепродуктов за рубежом / К.В.Рыбаков, В.П.Коваленко, Е.Н.Жулдыбин, В.Е.Турчанинов. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1976. - 45 с.

41. Очистка воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического симпозиума, 12-13 сентября 1978 г. Мелитополь. 1978. - 119 с.

42. Крейн С.Э. Влияние микроорганизмов на свойства нефтяных топлив. -Прикладная биохимия и микробиология, 1965, вып.2, с. 233.

43. Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Защита нефтепродуктов от атмосферной пыли и влаги при транспорте и хранении. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1973. - 60 с.

44. Ковалев Г.И., Кубахова Т.Н., Герасимова A.B. Влияние механических примесей на образование твердой фазы при окислении топлив. Химия и технология топлив и масел, 1973, № 12, с. 17-21.

45. Дубский Ю.В. Исследование путей повышения надежности бумажных фильтрующих элементов тонкой очистки топлива тракторных дизелей: Дисс. канд.техн.наук. Саратов, 1974. - 158 с.

46. Леб Л.Б. Статическая электризация, М.: Госэнергоиздат, 1963. - 408 с.

47. Статическое электричество в химической промышленности/ Под ред. Я.Г.Дроздова. М.: Химия, 1971. - 208 с.

48. Побойский О.Э., Применко В.И. Электризация авиационных топлив в присутствии воды и растворов ее солей. В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив, масел и специальных жидкостей. - Киев, 1976, Вал. 4, с. 61-63. - /КНИГА/.

49. Гулин Е.И., Као-Нят-Зоан. Влияние обводнения на термоокислительную стабильность реактивного топлива. Химия и технология топлив и масел, 1977, № 3, с. 22-44.

50. Хануков A.A., Обрядин В.Г. О критериях оценки технического уровня и надежности карбюраторов. Автомобильная промышленность, №2, с. 16-18.

51. Мичкин И.А., Копылов М.К. Повышение надежности форсунок.— Тракторы и сельхозмашины, 1964, № 10, с. 10-19.

52. Обрядин В.Г., Хануков A.A. Тракторы и сельхозмашины, №2, 1967. с. 5-6.

53. Дикий H.A. Очистка топлива в судовых системах. Судостроение, 1966, № 7, с. 26-28.

54. Харшан М.А. Труды ЦНИТА, JI., вып. 30., 1966. с. 26-32.

55. Гуреев A.A., Рыбаков К.В., Аронов Д.И. — Автомобильная помышленность, 1964, № 3, с. 13.

56. Рыбаков К.В., Гуреев A.A., Иноземцева М.И. Транспорт и хранение нефти. М.: ЦНИИТЭНефтегаз, № 7,1963. - С. 19-23.

57. Гуреев A.A., Резник Л.Г., Рыбаков К,В. Тр. семинара по очистке воздуха, топлив и масел. УП, НАМИ, 1966. с. 16-22.

58. Резник Л.Г. и др. Нефтепереработка и нефтехимия. ЦНИИТЭНефтехим, 1966, № И, с. 23-27.

59. Крамаренко Г.В., Резник Л.Г. Автомобильная промышленность, 1967, № I, с. 19.

60. Митропольский A.K. Элементы математической статистики. -Л., 1969. -273 с.

61. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

62. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука, 1968. - 96 с.

63. Веденякин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1967. - 159 с.

64. Коваленко В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел. Химия, 1978. -270 с,

65. Коваленко В.Л., Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. М.: Химия, 1982. - 270 с

66. A.C. 1018680 /СССР/. Устройство для очистки жидких нефтепродуктов от воды. Удлер Э.И., Рыбаков К.В., Кузнецов М.Е., Шевченко В.П., Руденко А.И.

67. A.C. 625738 /СССР/, Устройство для разделения нефтепродуктов и воды. Кузнецов М.Е., Рыбаков К.В., Удлер Э.И.

68. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники: /Руководство по диплом, проектированию/. Н.С. Власов, Ю.А. Конкин, Г.Г. Косачев и др.; Под ред. Н.С. Власова. М.: Колос, 1979. - 399 с.

69. Антошкевич B.C. Экономическое обоснование новой сельскохозяйственной техники. М.: Экономика, 1971. - 216 с.

70. Рыбаков К.В., Удлер Э.Й., Кузнецов М.Е. Влияние степени загрязнения топлива на работоспособность плунжерных пар, Техника в сельском хозяйстве, 1983, № 10, с. 46-47.

71. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1978. - 216 с.

72. Машиностроение: Новые идеи. М.: Знание, 1982. - 60 с.

73. В.В.Лебедев, В.П. Коваленко, A.B. Симоненко, В.В. Мороз. Химические и физико-химические методы обезвоживания топлив. «Тракторы и с.-х. машины», №7,2002, стр. 21-22.

74. В.В.Лебедев, В.П. Коваленко, В.В. Мороз. Самоочищающийся фильтр-водоотделитель для бензина и дизельного топлива. «Тракторы и с.-х. машины», №6, 2000, стр. 14-17.

75. Патент РФ №2163502. Секция дискового фильтрующего элемента фильтра нефтепродуктов. Мороз В.В., Коваленко В.П., Лебедев В.В.

76. Патент РФ №2163503. Фильтр для очистки нефтепродуктов. Мороз В.В., Коваленко В.П., Лебедев В.В. Экперов В.Э.

77. Сафонов A.C., Ушаков А.И., Чекченев И.В., Автомобильные топлива. Ст-Птб., НПИКЦ, 2002.264с.

78. Нормы расхода запасных частей на ремонт дизелей. Москва, ГосНИТИ, 1990. 92с.

79. Требин Г.Ф. Фильтрация жидкостей и газов в пористых средах. М., Гостоптехиздат, 1950, 286 с.

80. Аревин В.И., Пумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недоформировавшейся пористой среде. М., ГИТЛ, 1953,459 с.

81. Жужиков В.А. Фильтрование: Теория и практика разделения суспензий. М., Химия, 1980. 398 с.

82. Минский Е.М. Статистическое обоснование уравнения фильтрационного течения. -Доклад АН СССР, 1958, т.118, №9, с.82