УДК
in process
DOI
in process
Используйте это описание для цитирования:
Cite this article as:
Карелина, А. С. Влияние металлов в составе нефтяных топлив на работу сельскохозяйственной техники / А. С. Карелина, О. В. Виноградов // Управление рисками в АПК. – 2016. – № 4. – С. 32-39.
Vinogradov O.V., Karelina A.S. Influence of metals as a part of oil fuels for work of agricultural machinery
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ | TECHNICAL SCIENCES
Карелина А. С., Виноградов О. В.
Влияние металлов в составе нефтяных топлив на работу сельскохозяйственной техники
Виноградов Олег Владимирович – кандидат технических наук, доцент, кафедра автомобильного транспорта, факультет «Процессы и машины в агробизнесе», Институт механики и энергетики, РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва, Россия.
E-mail: vinogradov_o@mail.ru
SPIN-код РИНЦ: 3929-0060
Карелина Анна Сергеевна – магистрант, кафедра автомобильного транспорта, факультет «Процессы и машины в агробизнесе», Институт механики и энергетики, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия.
E-mail: anutkins55@mail.ru
Аннотация
В статье рассматривается общие вопросы влияния металлов и их соединений, содержащихся в нефтяных топливах на конструкционные элементы двигателей внутреннего сгорания и на окружающую среду. Предложен метод, позволяющий определить количественное и качественное содержание металлов в топливах.
Ключевые слова
Нефтяные топлива, автомобильный бензин, дизельное топливо, металлосодержащие присадки, атомно-абсорбционная спектрометрия, концентрация металлов.
Vinogradov O.V., Karelina A.S.
Influence of metals as a part of oil fuels for work of agricultural machinery
Anna S. Karelina – the Undergraduate, Department «Road Transport», Faculty «Processes and Machinery in Agribusiness», Institute of mechanics and power, RSAU – MAA named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia.
E-mail: anutkins55@mail.ru
Oleg V. Vinogradov – Ph.D., Associate Professor, Department «Road Transport», Faculty «Processes and Machinery in Agribusiness», Institute of mechanics and power, RSAU – MAA named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia.
E-mail: vinogradov_o@mail.ru
Annotation
In article is considered the general questions of influence of the metals and their connections which are contained in oil fuels on constructional elements of internal combustion engines and on environment. The method allowing to define quantitative and qualitative content of metals in fuels is offered.
Keywords
Oil fuels, motor gasoline, diesel fuel, metallic additives, nuclear and absorbing pectrometry, concentration of metals.
Текст статьи
Агропромышленный комплекс занимает особое место в экономике страны. Его значение не только в обеспечении потребности людей в питании, но и в том, что он существенно влияет на занятость населения. Несмотря на значительное, за последнее время, сокращение автомобильной и тракторной техники, парк сельскохозяйственных машин достаточно велик.
Особенностью современного отечественного парка сельхозмашин является то, что в нем большую долю составляет техника устаревших марок со сроком эксплуатации более 10 лет. Поэтому основными видами топлива, используемыми в сельском хозяйстве, являются дизельное топливо, автомобильный бензин, и, совсем малое количество, природный газ.
Экспертная аналитика рынка зерна: цены, логистика, урожаи, торговля. Принимайте стратегические решения на основе полных и точных данных.
Экспертная аналитика рынка зерна: цены, логистика, урожаи, торговля. Принимайте стратегические решения на основе полных и точных данных.
Согласно прогнозам агентства «Автостат», потребление автомобильного топлива будет расти (табл. 1) [1, с. 91].
Таблица 1 – Сценарии прогноза потребления светлых нефтепродуктов на внутреннем рынке, млн. т.
Нефтяные топлива в своем составе содержат большое количество различных примесей и воды, в том числе и металлов. Содержание в топливах ряда металлов в форме соединений различной природы является одним из подлежащих контролю показателей его качества.
Рисунок 1 – Способы попадания соединений металлов в нефтяные топлива
Пути попадания соединений металлов в нефтяные топлива могут быть различны. Некоторые соединения могут быть привнесены в состав фракций переработки нефти из состава сырья. К таким металлам относятся: ванадий, никель, железо, кальций, калий, алюминий, ртуть, цинк, молибден, хром. В процессе нефтепереработки, металлы, входящие в состав катализаторов, также могут оставить свой след: кобальт, молибден, вольфрам, никель, алюминий и кремний.
Также металлы попадают в топливо в процессах применения, хранения, транспортировки и перекачки нефтепродуктов из состава материалов, с которыми контактирует топливо — металлических конструкционных материалов деталей двигателей, топливной аппаратуры и теплообменников, а также технических средств транспортировки, хранения и раздачи топлив. В этом случае в топливе могут оказаться соединения железа, меди, цинка, алюминия, а также ряда других металлов [2, с. 96].
Кроме указанного, металлы в составе топлив могут являться компонентами различных вводимых присадок. К таким металлам можно отнести свинец, железо, марганец, литий, никель, хром, медь и барий [Там же].
В процессе осуществления всех перечисленных операций такие металлы как кальций, магний, натрий, калий, алюминий, железо, кремний, могут попасть в топлива из веществ атмосферно-почвенного происхождения, в том числе воды [Там же].
Введение технического регламента создало необходимость обеспечения требуемого уровня антидетонационных свойств автомобильных бензинов, что в свою очередь обусловило массовое включение в состав бензинового сырья альтернативных антидетонаторов, включая металлсодержащие.
Еще немногим более 10 лет назад самым доступным и наиболее распространенным способом повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов было добавление к ним алкилсвинцовых антидетонаторов, в частности тетраэтил- или тетраметилсвинца.
В России в связи с высокой канцерогенной активностью тетраэтилсвинца и загрязнением окружающей среды свинцом при его использовании, этилированный бензин запрещён с 1 июля 2003 года путем принятия Федерального закона «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации» от 22.03.2003 № 34-ФЗ [9].
В настоящее время для повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов найдена альтернатива алкилсвинцовым антидетонаторам. Бензины, в которые добавлены при их производстве органические соединения марганца, железа, ароматические амины в качестве антидетонационных присадок в России допущены и используются.
Бис(-пентадиенил) железо или его производные являются одними из наиболее эффективных антидетонаторов подобного типа. Экологическая безопасность таких присадок нивелируется из-за их негативного влияния на увеличение образования зольных оксидных отложений на поверхностях камеры сгорания, клапанов и свечей зажигания двигателя внутреннего сгорания транспортных средств, эксплуатирующихся с использованием автомобильных бензинов, содержащих соединения железа.
Такие отложения приводят к повышенному износу деталей двигателя и снижению продолжительности бесперебойной работы свечей и других деталей топливной аппаратуры. При содержании в составе автомобильных бензинов железа в концентрации выше 37 мг/дм3 формирование отложений интенсифицируется. Однако, особенно при длительном применении на технике бензинов с металлорганическими присадками, интенсификация образования отложений имеет место и при более низких концентрациях железа [3, с. 119].
Но не только топливо, имеющее железосодержащие присадки, оказывают негативное влияние на конструктивные элементы двигателей внутреннего сгорания. То же самое можно сказать и о других металлах, присутствующих в топливах.
В целях уменьшения вредного воздействия транспортных средств на окружающую среду установлены обязательные требования к качеству моторных топлив, которые изложены в техническом регламенте «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» [4]. Этот документ устанавливает обязательные требования к качеству топлив, выпускаемых в оборот на территории Российской Федерации, и процедурам оценки их соответствия.
В первую очередь технический регламент нормирует показатели качества топлив, характеризующие безопасность жизнедеятельности человека и окружающей среды. В зависимости от содержания потенциально вредных веществ установлены четыре экологических класса топлива, а также сроки поступления их в оборот [5, с. 27].
Важнейшим экологическим показателем автомобильных бензинов является содержание в них соединений свинца. Это связано как с высокой токсичностью этилированных бензинов и продуктов их сгорания, так и с применением каталитических систем нейтрализации отработавших газов, так как продукты сгорания свинца выводят катализатор из строя. Как было сказано ранее, использование этилированных бензинов на автомобильном транспорте запрещено, но соединения свинца могут оказаться в топливе [6, с. 32].
В соответствии с техническим регламентом в автомобильном бензине наличие железа, свинца и марганца исключается [4, с. 11].
Для качественного и количественного определения содержания металлов в нефтяных топливах широко используется методы атомно-абсорбционной спектроскопии. Дополнением к атомно-абсорбционной спектроскопии является атомно-эмиссионная спектроскопия.
Развитие компьютеризации и автоматизации спектроскопических методов обеспечивает их использование не только при проведении научных химмотологических исследований, но и в области оценки соответствия нефтепродуктов требованиям нормативной документации и технических регламентов (табл. 2).
При этом для определения металлов, таких как марганец и свинец, наибольшее распространение получили методы атомно-абсорбционной спектрометрии [7, с. 92]. Метод определения концентрации железа в автомобильных бензинах в настоящее время разрабатывается в 25-м ГосНИИ химмотологии Минобороны России [3, с. 119].
Таблица 2 – Физические методы, применяемые для подтверждения соответствия автомобильного бензина техническому регламенту
Определение концентрации других металлов, содержащихся в топливах: натрия, ванадия, кобальта, молибдена, никеля, цинка, вольфрама, алюминия, меди, также возможно с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии [8, с. 65].
Но содержание этих металлов и их соединений в настоящее время не нормировано, возможно, из-за недостатка экспериментальных данных для оценки их негативного влияния на эксплуатационные характеристики двигателей внутреннего сгорания и окружающую среду.
Выводы. Содержащиеся в составе топлив соединения металлов оказывают существенное влияние на физико-химические и эксплуатационные свойства топлив, на конструкционные элементы двигателей внутреннего сгорания и топливную аппаратуру сельскохозяйственной техники, а также на окружающую среду, ведет к загрязнению атмосферы, почвы и воды.
Поэтому снижение концентрации металлов в нефтяных топливах способствует решению экологической проблемы снижения загрязнения окружающей среды и повышению надежности сельскохозяйственной техники.
Источники:
1. Шаталов К.В., Приваленко А.Н., Середа С.В., Пуляев Н.Н. Современные требования к качеству автомобильных бензинов и дизельных топлив // Международный научный журнал. 2011. № 4. С. 89-95.
2. Приваленко А.Н., Балак Г. М., Баграмова Э.К., Зуева В.Д., Пуляев Н.Н. Атомно-абсорбционное определение содержание металлов в нефтяных топливах // Международный технико-экономический журнал. 2013. № 5. С. 97-108.
3. Приваленко А.Н., Балак Г.М., Пуляев Н.Н. Разработка метода определения концентрации железа в автомобильном бензине с использованием атомно-абсорбционной спектрометрии // Международный научный журнал. 2011. № 5. С. 119-123.
4. Постановление Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 г. № 118 «Об утверждении технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» // Российская газета. 2008. 5 марта. № 4604.
5. Хазиев А.А. Требования к автомобильному бензину и его влияние на отказы современных двигателей // Транспорт на автомобильном топливе. 2013. № 6 (36). С. 27-32.
6. Бутовский М. Э. Загрязнение окружающей среды автомобильным транспортом // Вестник транспорта. 2012. № 7. С. 31-34.
7. Орешенков А. В., Приваленко А. Н., Балак Г. М., Пуляев Н. Н. Спектроскопические методы в химмотологии // Международный технико-экономический журнал. 2013. № 4. С. 88-94.
8. Балак Г. М., Приваленко А. Н., Орешенков А. В., Красная Л. В., Пуляев Н. Н. Метод пламенного атомно-абсорбционного определения содержания металлов в осадках и отложениях, образующихся при применении нефтепродуктов // Международный технико-экономический журнал. 2015. № 2. С. 65-74.
9. Федеральный закон от 22 марта 2003 г. № 34-ФЗ «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации» // Собрание законодательства Российской Федерации. 24.03.2003. № 12 Ст. 1058. Система ГАРАНТ: URL: http://base.garant.ru/12130279/#ixzz4RFh3BAmw [дата обращения: 15.03.2016].
References:
1. Shatalov K.V., Privalenko A.N., Sereda S.V., Pulyayev N.N. Sovremennyye trebovaniya k kachestvu avtomobil'nykh benzinov i dizel'nykh topliv // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal. 2011. № 4. Pp. 89-95.
2. Privalenko A.N., Balak G. M., Bagramova E.K., Zuyeva V.D., Pulyayev N.N. Atomno-absorbtsionnoye opredeleniye soderzhaniye metallov v neftyanykh toplivakh // Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. 2013. № 5. Pp.97-108.
1. Privalenko A.N., Balak G.M., Pulyayev N.N. Razrabotka metoda opredeleniya kontsentratsii zheleza v avtomobil'nom benzine s ispol'zovaniyem atomno-absorbtsionnoy spektrometrii // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal. 2011. № 5. Pp.119-123.
2. Postanovleniye Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii ot 27 fevralya 2008 g. № 118 // Rossiyskaya gazeta. 2008. 5 marta. № 4604.
3. Khaziyev A.A. Trebovaniya k avtomobil'nomu benzinu i yego vliyaniye na otkazy sovremennykh dvigateley // Transport na avtomobil'nom toplive. 2013. № 6 (36). Pp.27-32.
4. Butovskiy M. E. Zagryazneniye okruzhayushchey sredy avtomobil'nym transportom // Vestnik transporta. 2012. № 7. Pp. 31-34.
5. Oreshenkov A. V., Privalenko A. N., Balak G. M., Pulyayev N. N. Spektroskopicheskiye metody v khimmotologii // Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. 2013. № 4. Pp.88-94.
6. Balak G. M., Privalenko A. N., Oreshenkov A. V., Krasnaya L. V., Pulyayev N. N. Metod plamennogo atomno-absorbtsionnogo opredeleniya soderzhaniya metallov v osadkakh i otlozheniyakh, obrazuyushchikhsya pri primenenii nefteproduktov // Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. 2015. № 2. Pp. 65-74.
7. Federal'nyy zakon ot 22 marta 2003 g. № 34-FZ «O zaprete proizvodstva i oborota etilirovannogo avtomobil'nogo benzina v Rossiyskoy Federatsii» // Sobraniye zakonodatel'stva Rossiyskoy Federatsii. 24.03.2003. № 12 St. 1058. Sistema GARANT: URL: http://base.garant.ru/12130279/#ixzz4RFh3BAmw [data obrashcheniya: 15.03.2016].
Все иллюстрации статьи | All visuals of paper