ГОСТ Р ИСО 8178-5-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 5. Топливо для испытаний

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 08.11.2017 № 1708-ст)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ГОСТ Р ИСО 8178-5-2009"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/standart-gost-r-iso-10555-3-99" "ГОСТ Р ИСО 8178-5-2009. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов вредных веществ. Часть 5. Топлива для испытаний (утв. Приказом Ростехрегулирования от 19.08.200"
  n1["ГОСТ Р ИСО 8178-5-2017"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/standart-gost-r-iso-8178-5-2017" "ГОСТ Р ИСО 8178-5-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 5. Топливо для испытаний ("
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Группа Г84

ОКС 13.040.50

27.020 ОКП 31 2000

Дата введения 1 января 2019 года

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Центральный научно-исследовательский дизельный институт» (ООО «ЦНИДИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 235 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2017 г. № 1708-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 8178-5:2015 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 5. Топливо для испытаний» (ISO 8178-5:2015 «Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels», IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Поскольку свойства топлив в разных странах мира могут очень сильно отличаться, в настоящий стандарт включен обширный список как эталонных, так и коммерческих видов топлива.

Хотя эталонные топлива обычно являются репрезентативными по отношению к тем или иным группам коммерческих топлив, однако требования к их качеству значительно выше. Именно эталонные топлива рекомендуются для преимущественного использования при сертификационных испытаниях по ИСО 8178-1.

В тех случаях, когда при испытаниях на содержание вредных выбросов отработавших газов используются коммерческие топлива (что характерно для испытаний, проводимых на местах установки), независимо от того, включены ли эти топлива в списки, приводимые в настоящем стандарте, в отчет об испытаниях рекомендуется включать информацию о свойствах использованного топлива в виде таблиц стандартной формы, приведенных в разделе 5 настоящего стандарта.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет виды топлива, рекомендуемые при проведении стендовых испытаний с целью измерения содержания вредных выбросов с отработавшими газами по испытательным циклам, регламентируемых стандартом ИСО 8178-4.

Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания поршневые (далее — двигатели).

Требования настоящего стандарта не распространяются на автомобильные двигатели.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты:

ISO 4264, Petroleum products — Calculation of cetane index of middle-distillate fuels by the four-variable equation (Нефтепродукты. Расчет цетанового индекса среднедистиллятных топлив с помощью уравнения с четырьмя переменными)

ISO 8178-1:2006, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 1. Измерение выбросов газов и частиц на испытательных стендах)

ISO 8216-1, Petroleum products — Fuels (class F) classification — Part 1: Categories of marine fuels [Нефтепродукты. Топлива (класс F). Классификация. Часть 1. Категории топлива, применяемого на судах]

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 коксовый остаток (коксуемость) (carbon residue): Остаток, образовавшийся после выпаривания и термической деструкции углеродосодержащего вещества.

Примечание — В настоящее время традиционные методы анализа — Конрадсона и Рамсботтома — применяются относительно редко, уступив место методу (микро)коксового остатка [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.50.001].

3.2 цетановый индекс (cetane index): Показатель, приближенно характеризующий цетановое число продукта, рассчитываемый по плотности топлива и его фракционному составу.

Примечание — Расчет производится по формуле, выведенной на основании статистического анализа обширной и представительной выборки по наиболее популярным в мире дизельным топливам, цетановое число и фракционный состав которых известны, поэтому данная формула каждые 5 — 10 лет обновляется. Формула, используемая в настоящее время, приведена в ИСО 4264. Она не применима к топливам с присадками, повышающими воспламеняемость [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.30.111].

3.3 цетановое число (cetane number): Число, характеризующее воспламеняемость дизельного топлива при стандартных условиях.

Примечание — Цетановое число соответствует объемному содержанию гексадекана (цетана) в эталонной смеси, характеризуемой тем же периодом задержки самовоспламенения, что и анализируемое топливо. Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.30.110].

3.4 сырая нефть (crude oil): Форма нефти, встречающаяся в природных условиях, по большей части залегающая в составе пористых подземных формаций типа песчаника.

Примечание — Смесь углеводородов естественного происхождения, чаще всего в жидком состоянии, которая может также включать в себя примеси в виде серы, азота, кислорода, металлов и других элементов [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.05.005].

3.5 дизельное топливо (diesel fuel): Газойль, состав которого оптимизирован для использования в качестве топлива средне- и высокооборотных дизелей, используемых преимущественно в транспортных средствах.

Примечание — Его другое распространенное название — «автомобильное дизельное топливо» [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.20.131].

3.6 дизельный индекс (diesel index): Число, характеризующее воспламеняемость дизельного топлива и мазута, рассчитанное по известным значениям плотности топлива и анилиновой точки.

Примечание — Точность упомянутого метода невелика, поэтому данный показатель в настоящее время применяется редко; иногда он используется для оценки свойств некоторых композитных тяжелых топлив (см. также 3.2, цетановый индекс).

3.7 сжиженный нефтяной газ [liquefied petroleum gas (LPG)]: Смесь легких углеводородов, состоящая преимущественно из пропана, пропилена, бутанов и бутенов, которую удобно хранить и транспортировать в жидком состоянии при умеренных значениях давления и температуры внешней среды [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.15.080].

3.8 октановое число (octane number): Число, которое характеризует антидетонационные свойства топлива, используемого в двигателях с искровым зажиганием.

Примечание — Этот показатель определяется при испытаниях двигателя путем сравнения испытываемого топлива с эталонным. Поскольку существуют различные методы измерения октанового числа, его значение, приводимое в отчете об испытаниях, должно сопровождаться указанием использованного метода [Источник: ИСО 1998-2:1998,2.30.100].

3.9 оксигенат (oxygenate): Кислородосодержащее органическое соединение, которое может быть использовано в качестве топлива или добавки к топливу; оксигенатами являются, например, различные спирты и эфиры.

4 Обозначения и сокращения

Обозначения и сокращения, используемые в настоящем стандарте, аналогичны тем, которые используются в ИСО 8178-1:2006, пункт 4, и в приложении A.

Для удобства пользователей приведены обозначения и сокращения, наиболее существенные для настоящего стандарта.

5 Выбор топлива

5.1 Общие положения

При сертификации двигателей рекомендуется использовать эталонные топлива.

Эталонные топлива отражают характеристики промышленных топлив, которые используются в различных странах, и, соответственно, их свойства могут различаться. Характеристики вредных выбросов, полученные при работе на различных эталонных топливах, обычно несопоставимы, поскольку они зависят от состава топлива. При сравнении результатов, полученных в различных лабораториях, рекомендуется, чтобы свойства эталонных топлив, применявшихся при испытаниях, были как можно ближе друг к другу. Для выполнения этого требования предпочтительно брать топлива из одной партии.

Для всех топлив (включая эталонные) результаты их анализа должны приводиться в отчете об испытаниях наряду с результатами измерений характеристик выбросов.

Для топлив, не входящих в число эталонных, должны быть определены данные, указанные в следующих таблицах:

- таблица 4 Природный газ. Универсальный перечень анализов;

- таблица 8 Сжиженный нефтяной газ. Универсальный перечень анализов;

- таблица 13 Моторный бензин. Универсальный перечень анализов;

- таблица 17 Дизельное топливо. Универсальный перечень анализов;

- таблица 19 Дистиллятное топливо. Универсальный перечень анализов;

- таблица 21 Мазут. Универсальный перечень анализов;

- таблица 22 Сырая нефть. Универсальный перечень анализов.

Элементный анализ топлива должен выполняться в тех случаях, когда нет возможности произвести одновременное измерение массового расхода отработавших газов или расхода воздуха на впуске и расхода топлива.

В этих случаях массовый расход отработавших газов может быть рассчитан по измеренным значениям концентрации выбросов с помощью методов расчета, приведенных в ИСО 8178-1:2006, приложение A. В случаях, когда нет возможности провести анализ топлива, массовые доли водорода и углерода можно определять расчетным путем. Рекомендуемые методы расчета приведены в A.2.1, A.2.2 и A.2.3.

Методы расчета выбросов и расхода отработавших газов зависят от состава топлива.

Вычисление факторов, зависящих от состава топлива, там, где оно необходимо, должно выполняться в соответствии с ИСО 8178-1:2006, приложение A (приложение A к настоящему стандарту).

Примечание — Документы, регламентирующие методы определения свойств топлив, но не входящие в число стандартов ИСО, упомянутых в настоящем стандарте, приведены в приложении B.

5.2 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с самовоспламенением от сжатия

Выбросы двигателей существенно зависят от свойств применяемого топлива. Отдельные параметры топлива оказывают на уровень выбросов более или менее сильное влияние. В разделах 5.2.1 - 5.2.3 приведен краткий обзор наиболее важных параметров.

5.2.1 Содержание серы в топливе

Содержание серы в сырой нефти обычно бывает достаточно велико. Сера, остающаяся в топливе после нефтепереработки, при сгорании в цилиндре двигателя окисляется до сернистого ангидрида SO2, являющегося основным источником загрязнения атмосферы серой от двигателей. Часть SO2, попадая в выпускной тракт двигателя, в смесительный канал или в систему очистки выпуска, подвергается дальнейшему окислению, превращаясь в оксид серы (VI) SO3. Реагируя с присутствующей в отработавших газах водой, оксид серы образует серную кислоту, которая может образовывать различные сульфаты, а также менять агрегатное состояние и при измерении фигурировать как один из компонентов выброса частиц (PM).

Следовательно, содержание серы в топливе оказывает существенное влияние на уровень выброса частиц.

Массовая доля сульфатов в отработавших газах двигателя зависит от следующих параметров:

- расхода топлива (BSFC);

- содержания серы в топливе (FSC);

- степени преобразования S в SO4 (CR);

- приращение массы из-за абсорбции воды, приведенное к H2SO4·6,651H2O.

Расход топлива и содержание серы в топливе являются измеряемыми параметрами, тогда как степень преобразования может быть оценена только приближенно, поскольку меняется от двигателя к двигателю. Как правило, в двигателях, не имеющих системы очистки выпуска, степень преобразования составляет порядка 2%. Влияние серы на уровень PM рассчитывают по формуле

Sulfur_{\text{РМ}} = BSFC \cdot \frac{FSC}{1.000,000} \cdot \frac{CR}{100} \cdot 6,795296 , (1)

где SulfurPM — удельный вклад серы из топлива в уровень PM в граммах на киловатт-час (г/кВт·ч) эффективной мощности;

BSFC — удельный расход топлива в граммах на киловатт-час (г/кВт·ч) эффективной мощности;

FSC — содержание серы в топливе в миллиграммах на килограмм (мг/кг);

CR — степень преобразования S в SO4 в процентах (%);

6,795296 — степень преобразования S в _H2SO4·6,651H2O.

Данная величина основана на предположении, что с каждым граммом H2SO4 связывается 1,2216 грамма воды, поскольку в атмосфере, где производится взвешивание, точка росы равна 9,5 °C. Это соответствует 6,651H2O.

Соотношение между содержанием серы в топливе и уровнем выброса сульфатов для двигателя без системы очистки отработавших газов и степенью преобразования S в SO4 2% показано на рисунке 1.

X — содержание серы в топливе, мг/кг; Y — содержание PM в отработавших газах, г/кВт·ч

Рисунок 1 — Соотношение между содержанием серы в топливе и выбросами сульфатов в двигателях без системы каталитической очистки отработавших газов

В состав многих систем очистки выпуска входит катализатор окисления. Его роль состоит в интенсификации химических реакций, необходимых для правильного функционирования системы очистки выпуска. Поскольку катализатор окисления интенсифицирует также преобразование SO2 в SO4, то при наличии серы в топливе наличие такой системы очистки существенно усиливает выброс частиц. При использовании подобного рода систем очистки степень преобразования может резко возрасти (рост может составлять от 30 до 70% в зависимости от эффективности каталитического преобразователя). Как следует из рисунка 2, это может оказать значительное влияние на выбросы PM.

X — содержание серы в топливе, мг/кг; Y — содержание PM в отработавших газах, г/кВт·ч; 1 — степень преобразования 70%; 2 — степень преобразования 30%

Рисунок 2 — Соотношение между содержанием серы в топливе и выбросами сульфатов в двигателях с системой каталитической очистки отработавших газов

5.2.2 Специфика судовых топлив

Для судовых топлив (дистиллятных и тяжелых) содержание серы и азота оказывают существенное влияние на уровень выбросов соответственно PM и NOx (оксиды азота).

Как правило, содержание серы в топливах для судовых двигателей примерно на порядок больше, чем в топливах для двигателей автомобильной и внедорожной техники (см. таблицу 21). Даже в отсутствие системы очистки отработавших газов при содержании серы в топливе 2% уровень выбросов PM, обусловленный наличием серы, будет составлять порядка 0,4 г/кВт·ч. Кроме того, заметный вклад в общий выброс PM вносят такие компоненты, как зола, ванадий и частицы отложений. Таким образом, частицы, образовавшиеся внутри двигателя (а это в основном сажа), составляют лишь небольшую часть общего объема выбросов PM. Принимая решение об использовании системы очистки отработавших газов, необходимо учесть положения, изложенные в 5.2.1.

Среднее содержание азота в мазуте в настоящее время составляет около 0,4%, но эта цифра постоянно растет. Известны случаи, когда содержание азота в мазуте доходило до 0,8 — 1,0%. Увеличение содержания азота до 0,8% при степени преобразования 55% увеличит уровень выбросов NOx двигателем более чем на 2 г/кВт·ч. Такое увеличение весьма существенно и в расчетах должно учитываться.

5.2.3 Другие свойства топлива

Существуют и другие параметры топлива, сильно влияющие на уровни выбросов и расход топлива двигателей. В отличие от серы, диапазон их изменения мало предсказуем и может быть разнонаправленным, тем не менее есть общие тенденции, применимые ко всем двигателям. Важнейшими из этих параметров являются: цетановое число, плотность, содержание полиароматических углеводородов, общее содержание соединений ароматического ряда и фракционный состав. Влияние этих параметров кратко описано ниже.

Что касается выбросов NOx, то на их уровень влияет в основном общее содержание соединений ароматического ряда, тогда как влияние полиароматических соединений и плотности не столь значительно. Это может быть объяснено тем, что при увеличении содержания ароматических соединений растет температура пламени при сгорании топлива, что приводит к росту выбросов NOx.

Что же касается образования PM, то наиболее важными параметрами топлива с этой точки зрения являются плотность топлива и содержание полиароматических соединений. По приближенной оценке снижение содержания в топливе полиароматических соединений с 30 до 10% дает уменьшение выбросов PM на 4%. Аналогичный результат по выбросам PM дает снижение содержания полиароматических соединений с 9 до 1%.

Увеличение цетанового числа (CN) улучшает условия холодного пуска двигателя, что приводит к снижению выбросов белого дыма. Увеличение цетанового числа приводит также к снижению выбросов NOx на величину до 9%, особенно на малых нагрузках. В этом случае увеличение цетанового числа с 50 до 58 может снизить расход топлива на величину до 3%.

5.3 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с искровым зажиганием

Параметры топлива, существенно влияющие на уровни выбросов и расход топлива двигателя с искровым зажиганием: октановое число, содержание серы, количество металлосодержащих присадок, оксигенатов, олефинов и бензола.

Каждый двигатель рассчитывают и настраивают на определенное октановое число. Когда октановое число используемого топлива оказывается ниже требуемого, это может привести к возникновению детонации, возможным следствием которой является серьезное повреждение двигателя. Топливо с пониженным октановым числом может использоваться в двигателе, оборудованном датчиком детонации, срабатывание которого инициирует увеличение задержки зажигания.

Как уже говорилось выше, содержание серы в сырой нефти обычно бывает достаточно велико. Если эта сера не удалена в процессе очистке нефти, она будет загрязнять топливо. Наличие серы в топливе значительно увеличивает уровень выбросов, поскольку сера отравляет катализатор. Кроме того, сера отрицательно влияет на работу датчиков содержания кислорода в отработавших газах. Следствием этого является существенный рост выбросов HC и NOx. К тому же технологии использования обедненной рабочей смеси (применение которой влечет за собой необходимость очистки отработавших газов от NOx) чрезвычайно чувствительны к присутствию серы.

Металлосодержащие присадки, как правило, приводят к образованию золы. Это необратимо ухудшает условия работы катализатора и других компонентов системы очистки, в частности датчиков содержания кислорода, результатом чего является рост выбросов NOx. Так, например, для повышения октанового числа бензина иногда используется присадка ММТ (метилциклопентадиенил-марганец-трикарбонил). Продукты сгорания ММТ образуют налет на внутренних компонентах двигателя, в частности на свечах зажигания, что приводит к росту вредных выбросов и расхода топлива. Кроме того, они оседают на катализаторе и частично забивают его структуру, что ведет к росту не только вредных выбросов, но и расхода топлива.

Нередко в бензин добавляют органические соединения, обогащенные кислородом, с целью либо повышения октанового числа, либо увеличения объема горючего, либо обеднения смеси для снижения выбросов окиси углерода. В последнем случае выбросы окиси углерода снижаются, особенно в карбюраторных двигателях, не имеющих электронных систем управления топливоподачей с обратной связью. Однако повышение уровня O2 сверх расчетного предела, на который настроен двигатель без замкнутой системы управления топливоподачей, ведет, как правило, к увеличению выбросов NOx и температуры сгорания, что может, в свою очередь, вызвать преждевременный отказ двигателя.

Олефины, являющиеся ненасыщенными углеводородами, в ряде случаев также повышают октановое число бензина. Однако наличие олефинов в бензине может вести к выделению и осаждению смол и других отложений, а также к росту вредных выбросов, в том числе химически активных (то есть способствующих образованию озона) углеводородов.

Бензол входит в состав природной сырой нефти и, кроме того, является продуктом каталитического риформинга, в ходе которого образуется высокооктановый бензин. Он, как известно, является канцерогеном. Наиболее очевидным способом сократить выбросы бензола двигателями с искровым зажиганием является ограничение его содержания в бензине.

Испаряемость бензина является одним из критических параметров, от которых зависят рабочие показатели двигателя, в том числе уровень вредных выбросов. Испаряемость, в свою очередь, определяется двумя параметрами — давлением паров бензина и фракционным составом.

6 Существующие топлива

6.1 Природный газ

6.1.1 Эталонный природный газ

Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный природный газ следующих видов:

a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 1;

b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 2;

c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 3.

Таблица 1

Природный газ. Эталонные топлива ЕС

Таблица 2

Природный газ. Топливо США для сертификационных испытаний

Таблица 3

Природный газ. Топливо Японии для сертификационных испытаний

6.1.2 Неэталонный природный газ

Эталонный газ не всегда может быть использован, поскольку такая возможность зависит от его наличия на месте установки двигателя. В этом случае свойства используемого газа, в том числе результаты химического анализа, должны быть известны и указаны в отчете об испытаниях.

Универсальный перечень анализов, результаты которых должны включаться в отчет об испытаниях, приведен в таблице 4.

Таблица 4

Природный газ. Универсальный перечень анализов

6.2 Сжиженный нефтяной газ

6.2.1 Эталонный сжиженный нефтяной газ

Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный сжиженный нефтяной газ следующих видов:

a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 5;

b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 6;

c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 7.

Таблица 5

Сжиженный нефтяной газ. Эталонные топлива ЕС

Таблица 6

Сжиженный нефтяной газ. Топливо США для сертификационных испытаний

Таблица 7

Сжиженный нефтяной газ. Эталонные топлива Японии

6.2.2 Неэталонный сжиженный нефтяной газ

Во многих случаях эталонный сжиженный нефтяной газ не может быть использован, поскольку такая возможность зависит от его наличия на месте установки двигателя. В этом случае свойства используемого газа, в том числе результаты химического анализа, должны быть известны и указаны в отчете об испытаниях.

Универсальный перечень анализов, результаты которых должны включаться в отчет об испытаниях, приведен в таблице 8.

Таблица 8

Сжиженный нефтяной газ. Универсальный перечень анализов

6.3 Моторный бензин

6.3.1 Эталонный моторный бензин

Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный моторный бензин следующих видов:

a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 9;

b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблицах 10 и 11;

c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 12.

Таблица 9

Моторный бензин. Эталонные топлива ЕЭС

^a Для испытаний, проводимых на высоте, превышающей 1219 м, допустимый диапазон испаряемости должен составлять от 52,0 до 55,2 кПа, а диапазон точки начала кипения — от 23,9 до 40,6 °C.

^b Для испытаний, не связанных с определением выбросов при испарении, диапазон давления должен составлять от 55,2 до 63,4 кПа.

Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,710.

Таблица 11

Моторный бензин (без этанола). Топлива США для сертификационных испытаний при низких температурах

Таблица 12

Моторный бензин. Топливо Японии для сертификационных испытаний

6.3.2 Неэталонный моторный бензин

В случае необходимости использования неэталонного моторного бензина свойства такого бензина должны включаться в отчет об испытаниях.

В таблице 13 приведен универсальный перечень анализов используемого топлива, результаты которых должны включаться в отчет.

Таблица 13

Моторный бензин. Универсальный перечень анализов

6.4 Дизельное топливо

6.4.1 Эталонное дизельное топливо

Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонные дизельные топлива следующих видов:

a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 14;

b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 15;

c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 16.

Таблица 14

Дизельное топливо. Эталонные топлива ЕС

Таблица 15

Дизельное топливо. Топлива США для сертификационных испытаний

6.4.2 Неэталонное дизельное топливо

В случае необходимости использования неэталонного дизельного топлива свойства такого топлива должны включаться в отчет об испытаниях. В таблице 17 приведен универсальный перечень анализов топлива, результаты которых должны включаться в отчет.

Таблица 17

Дизельное топливо. Универсальный перечень анализов

6.5 Дистиллятное топливо

Ввиду отсутствия эталонного дистиллятного топлива рекомендуется пользоваться топливом, отвечающим требованиям ИСО 8217, перечень характеристик которого приведен в таблице 18.

Таблица 18

Источник: ИСО 8217:2010.

Свойства используемого топлива, в том числе результаты его химического анализа, должны быть определены и включены в отчет по результатам измерения содержания вредных выбросов.

В таблице 19 приведен универсальный перечень анализов используемого топлива, результаты которых должны включаться в отчет.

Таблица 19

Дистиллятное топливо. Универсальный перечень анализов

6.6 Мазут

Ввиду отсутствия эталонного мазута рекомендуется пользоваться топливом, отвечающим требованиям ИСО 8217 (см. таблицу 20).

Таблица 20

Мазут. Топливо для испытаний класса F по ИСО

В тех случаях, когда испытания приходится проводить на тяжелом топливе, свойства такого топлива должны соответствовать ИСО 8216-1 и ИСО 8217. Свойства топлива, в том числе результаты его химического анализа, должны быть определены и включены в отчет по результатам измерения содержания вредных выбросов. В таблице 21 приведен универсальный перечень анализов топлива, результаты которых должны включаться в отчет.

Влияние качества сгорания на характеристики вредных выбросов, в особенности NOx, зависит от параметров двигателя, его скорости и нагрузки; в ряде случаев это влияние может быть весьма заметным. В настоящее время общепризнанна необходимость создания стандартной методики для экспериментального определения показателя качества топлива, подобного цетановому индексу для чисто дистиллятных топлив. Расчеты на основании фракционного состава топлива в этом случае не применимы. Лучшими из известных в настоящее время способов приближенной оценки являются вычисления CCAI (Calculated Carbon Aromaticity Index — индекс ароматичности) или CII (Calculated Ignition Index — индекс воспламеняемости). Формулы для расчетов CCAI и CII приведены в A.3.2.

Еще один метод, проходящий в настоящее время экспериментальную проверку, заключается в использовании анализатора сгорания топлива (fuel combustion analyser — FCA). Качество зажигания определяется двумя показателями — задержка воспламенения и задержка начала горения основного топлива (оба параметра приводятся в миллисекундах).

Используя калибровочное топливо, можно пересчитать задержку самовоспламенения в цетановое число, зависящее от конкретного используемого анализатора. Кроме того, определяется скорость тепловыделения (rate of heat release — ROHR), характеризующая реальный процесс тепловыделения, и тем самым характеристики горения испытываемого топлива.

Результаты испытаний отражают разницу в характеристиках самовоспламенения и сгорания топлив для судовых двигателей, обусловленную различием их химического состава. В настоящее время целый ряд тяжелых топлив проходит испытания, целью которых является установление зависимости между результатами данных испытаний и характеристиками самовоспламенения топлива, а также нахождение корреляции между результатами испытаний и показателями работы двигателя. При этом совместно с двигателестроителями, лабораториями по испытаниям топлив и организациями, использующими судовые мазуты, ведется работа по определению типичных предельных значений параметров воспламенения и сгорания топлива, превышение которых может нарушить нормальную работу двигателя. Результаты проведенных испытаний опубликованы в документе CIMAC «Руководство по квалификации топлив — самовоспламенение и сгорание» (Fuel Quality Guide — Ignition and Combustion).

6.7 Сырая нефть

Если для испытаний приходится использовать сырую нефть, ее свойства, включая результаты химического анализа, должны быть определены и включены в отчет по результатам измерения содержания вредных выбросов.

Рекомендуемый перечень свойств, включаемых в отчет, приведен в таблице 22.

Таблица 22

Сырая нефть. Универсальный перечень анализов

6.8 Альтернативные топлива

При использовании альтернативных топлив должны быть определены и включены в отчет по испытаниям данные химического анализа, приведенные в спецификации топлива его производителем.

Примечание — Требования к метиловым эфирам жирных кислот (FAME) приведены в стандарте ЕН 14214.

6.9 Требования и дополнительная информация

При определении свойств топлив следует пользоваться международными стандартами, если таковые существуют.

В приложении B перечислены стандарты, выпущенные организациями по стандартизации, которые могут быть использованы наряду с международными стандартами. Следует иметь в виду, что национальные стандарты не всегда полностью совпадают с соответствующими международными стандартами.

При наличии в топливе, используемом при испытаниях, дополнительных присадок, эти присадки и их свойства должны быть приведены и отмечены в отчете об испытаниях.

В случае использования впрыска воды во впускной тракт это обстоятельство должно быть отмечено и принято во внимание при расчетах выбросов.

Постоянную ffd, зависящую от вида топлива [удельное изменение объема рабочего тела при его прохождении через газовоздушный тракт от всасывающего ресивера до выпускного коллектора (сухой газ) в м3 на кг топлива], рассчитывают по формуле

ffd = -0,055593·wALF + 0,008002·wDEL + 0,0070046·wEPS. (A.5)

Коэффициенты, зависящие от вида топлива, приведены в таблице A.1 (для некоторых конкретных видов топлива).

Кроме того, в таблице A.1 приводятся значения ffh для различных видов топлива. В настоящей части ИСО 8178 и в ИСО 8178-1:2006 данная величина более не используется, поскольку она зависит не только от вида топлива, но и в некоторой степени от коэффициента избытка воздуха.

A.2 Расчет состава топлива без проведения элементного анализа

В случаях, когда местные условия не позволяют провести элементный анализ топлива из-за недостатка времени и/или технических возможностей, можно воспользоваться методами, описанными в разделах A.2.1, A.2.2 и A.2.3, которые обеспечивают достаточную точность. Указанные методы рекомендуют для целей сертификации, однако в некоторых случаях они могут оказаться полезными также при расчете соотношения «водород/углерод» с использованием известных значений плотности топлива, а также содержания в нем серы и азота.

A.2.1 Метод 1

Этот метод, применяемый тогда, когда содержание в топливе серы и азота неизвестно, сводится к простой формуле

w_{ALF} = 26 - 15 \cdot \rho , (A.6)

wBET = 100 — wALF, (A.7)

где \rho — плотность при 288 К (15 °C) в граммах на кубический сантиметр.

A.2.2 Метод 2

Этот метод опубликован в сборнике стандартов ASTM («Book of ASTM Standards») (июнь 1968 г.) под названием «Предлагаемый метод приближенного расчета нетто- и брутто-тепловыделения при сгорании топочного мазута и дизельного топлива».

В этой формуле предполагают известным содержание серы.

Z = \frac{(209,42 - 90,92 \cdot \rho)}{(107,606 - w_{GAM}) \cdot \rho - 17,546} , (A.8)

w_{ALF} = \frac{(100 - w_{GAM}) \cdot 1,00794 \cdot Z}{12,011 + 1,00794 \cdot Z} , (A.9)

wBET = 100 — wALF — wGAM, (A.10)

где \rho — плотность топлива при 15 °C в граммах на кубический сантиметр.

Допускается также рассчитывать нетто-тепловыделение NHCV (net heat of combustion value) в мегаджоулях на килограмм:

NHCV = 2,326 \cdot 10^{- 3} \cdot [(11369,54 + \frac{6800,84}{\rho} - \frac{750,83}{\rho^{2}}) \cdot (1 - 0,01 \cdot w_{GAM}) + 43,7 \cdot w_{GAM}] . (A.11)

A.2.3 Метод 3

Приводимые ниже формулы представляют собой модификацию формул, опубликованных Американским национальным бюро стандартов. Эти формулы более удобны для непосредственного применения. При этом ожидаемая погрешность составляет от минус 0,3% до плюс 0,6% по содержанию углерода и от минус 0,3% до плюс 0,3% по содержанию водорода. Установлено, что значения погрешностей находятся в указанных выше пределах для нефтяных топлив, плотность которых находится в диапазоне от 0,77 до 0,98 г/см3. При определении содержания углерода в топливе с погрешностью в 1% при расчете величины объема отработавших газов на основании измеренного содержания CO2 ожидаемая погрешность около 1%.

w_{ALF} = (26 - 15 \cdot \rho) \cdot [1 - 0,01 \cdot (w_{GAM} + w_{DEL})] , (A.12)

wBET = 100 — (wALF + wGAM + wDEL), (A.13)

где \rho — плотность при 288 К (15 °C) в граммах на кубический сантиметр.

A.3 Воспламеняемость

A.3.1 Область применения

Требования к показателям воспламеняемости судовых мазутов зависят от типа двигателя и режима его работы. Зависимость воспламеняемости топлива от его конкретного вида гораздо слабее. По этой причине невозможно сформулировать какие-либо нормативные показатели воспламеняемости, поскольку топливо, которое может вызывать проблемы при работе дизеля в неблагоприятных условиях, в целом ряде случаев может оказаться вполне удовлетворительным в других условиях. При необходимости следует запросить у изготовителя двигателя дополнительные инструкции в отношении того, какие значения показателей воспламеняемости можно считать приемлемыми.

A.3.2 Отклонения CII и CCAI

С помощью приведенных на рисунке A.1 номограмм можно определить индекс воспламеняемости (CII) или индекс ароматичности (CCAI) топлива, продлив прямую линию, соединяющую значения вязкости и плотности топлива, до пересечения со шкалами CII и CCAI; точки пересечения дадут соответствующие значения CII и CCAI. Эти величины могут быть использованы для классификации топлив по показателю воспламеняемости. Кроме того, они могут быть рассчитаны по следующим формулам:

CII = (270,795 + 0,1038 \cdot \text{Т}) - 0,25456 \cdot \rho + 23,708 \cdot lg[lg(v + 0,7)] , (A.14)

CCAI = \rho - 81 - 141 \cdot lg[lg(v + 0,85)] - 483 \cdot lg(\frac{T + 273}{323}) , (A.15)

где T — температура в градусах Кельвина;

v — кинематическая вязкость при температуре T, выраженная в квадратных миллиметрах в секунду;

\rho — плотность при температуре 15 °C, выраженная в килограммах на кубический метр.

A — кинематическая вязкость в квадратных миллиметрах в секунду; B — плотность при температуре 15 °C в килограммах на кубический метр; C — CII; D — CCAI; a — при 50 °C; b — при 100 °C

Рисунок A.1 — Номограмма для определения расчетного индекса воспламеняемости (CII) и расчетного индекса ароматичности (CCAI)

Приложение B (справочное)

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ (НЕ ИСО)

Международные стандарты, приведенные в данном приложении, не полностью эквивалентны ИСО, но могут считаться сопоставимыми.

Таблица B.1

Сжиженный нефтяной газ

Библиография