Woda jest wrogiem silników wysokoprężnych│Donaldson Engine & Vehicle

Olej napędowy zawsze będzie zawierać określony procent wody. Celem jest utrzymanie poziomu wody w dopuszczalnych granicach, znacznie poniżej punktu nasycenia. Usuwanie nadmiaru wody z paliwa może być wyzwaniem. Dlatego najskuteczniejszym podejściem jest podjęcie wszelkich rozsądnych środków, aby zapobiec przedostawaniu się wody do zbiornika i regularnie go monitorować. W ten sposób potrzebę usuwania wody można ograniczyć do minimum. Aby opracować dobrą strategię zarządzania wodą, ważne jest, aby zrozumieć, jak mierzyć zawartość wody i oceniać wyniki.

Problem

Woda zawsze powodowała rdzę i korozję elementów układu paliwowego i infrastruktury. Nowoczesne układy paliwowe są znacznie mniej tolerancyjne niż układy o niższym ciśnieniu. W układach takich producenci wymagają, aby do silnika nie dostawała się żadna wolna woda.

Uszkodzenia bezpośrednie powodowane przez wodę

Woda powoduje uszkodzenie zarówno zbiorników paliwa, jak i części silnika. Rdza i korozja w zbiorniku tworzą twarde cząstki stałe, które są przenoszone przez paliwo, powodując zużycie silnika. Żywotność elementów skraca również wytrawianie wodą, erozja, kawitacja, na przykład:

Rdza: W kontakcie z powierzchniami żelaza i stali woda wytwarza tlenek żelaza (rdzę). Cząstki rdzy, które dostają się do paliwa, podobnie jak inne twarde cząstki stałe, spowodują zużycie ścierne części. Przedwczesne zużycie może powodować awarie części.

Korozja: Korozja jest jedną z najczęstszych przyczyn problemów z wtryskiwaczami. Woda łączy się z kwasami zawartymi w paliwie, powodując korozję metali żelaznych i nieżelaznych. Sytuacja pogarsza się, gdy ścieranie odsłania niezabezpieczone powierzchnie metalowe, które łatwo korodują. Wtryskiwacz pokazany po prawej stronie został zamontowany jako nowy, ale zepsuł się w czasie krótszym niż 300 godzin z powodu szybkiej korozji.

Ścieranie: Woda ma mniejszą lepkość niż olej napędowy, dzięki czemu zapewnia mniejszą „poduszkę” smarującą między przeciwległymi powierzchniami ruchomych części. Prowadzi to do zwiększonego zużycia ściernego.

Trawienie: Trawienie jest spowodowane wywoływanym przez wodę rozkładem paliwa, w wyniku którego powstaje siarkowodór i kwas siarkowy, które „zjadają” powierzchnie metalowe.

Wżery i kawitacja: Wżery są powodowane odparowywaniem wolnej wody na gorących powierzchniach metalowych. Kawitacja jest powodowana gwałtownym kurczeniem się (implozją) pęcherzyków pary pod wpływem nagłego wysokiego ciśnienia, co powoduje ich ponowne skroplenie w ciecz. Te kropelki wody uderzają z dużą siłą w mały obszar, powodując zmęczenie powierzchni i erozję.

Odpryski: Występują z powodu kruchości wodorowej i ciśnienia. Woda jest wtłaczana w mikroskopijne pęknięcia w metalowych powierzchniach. Następnie pod ekstremalnym ciśnieniem rozkłada się i uwalnia wodór w „minieksplozji”, która powiększa pęknięcia i tworzy cząsteczki zużycia.

Lód: Wolna woda zawarta w paliwie może zamarznąć, tworząc kryształki lodu, które zachowują się jak każda inna twarda cząstka stała. Mogą one powodować zużycie układów paliwowych i (w dużych ilościach) zatykać filtry paliwa. Zadaniem filtra paliwa jest ochrona silnika poprzez zatrzymywanie twardych cząstek stałych. Silniki i filtry nie rozróżniają brudu i lodu. Uszkodzenia spowodowane przez lód mogą być trudne do prawidłowego zdiagnozowania, ponieważ lód stopi się i zniknie na długo przed przeprowadzeniem badań laboratoryjnych.

Uszkodzenia pośrednie powodowane przez wodę

Woda przyczynia się również do szeregu dodatkowych problemów lub pogarsza ich skutki, a mianowicie:

Miękkie ciała stałe: Woda jest biegunowa. Niektóre substancje chemiczne w dodatkach są biegunowe. Węglowodory nie są biegunowe. Oznacza to, że woda i biegunowe substancje chemiczne przyciągają się do siebie. W obecności wolnej wody cząsteczki chemiczne czasami odłączają się od łańcucha węglowodorowego dodatku i łączą się z cząsteczkami wody, tworząc nową substancję. Nowy materiał to miękkie ciało stałe, które wytrąca się z paliwa i może szybko zatykać filtry lub tworzyć osady w silniku. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz stabilność dodatków.

Wzrost mikrobiologiczny: Podobnie jak większość żywych organizmów, bakterie i grzyby (pleśnie) potrzebują do przetrwania zarówno pożywienia, jak i wody. Jeśli obecna jest wolna woda, mikroorganizmy mogą się rozmnażać, tworząc szlam, który zanieczyszcza paliwo, i kwasy, które powodują korozję zbiornika i układu paliwowego.

Utlenianie paliwa: Wolna woda przyspiesza proces utleniania i sprzyja tworzeniu się kwasów, żywic i osadów, znanych ogólnie jako produkty rozkładu paliwa.

Postacie wody w oleju napędowym

Cały olej napędowy zawiera pewien procent rozpuszczonej wody. Cząsteczki wody pozostają częścią paliwa, dopóki nie będzie ich zbyt wiele. Punkt, w którym paliwo nie może już zatrzymać wody, nazywany jest punktem nasycenia. Ilość wody w paliwie jest mierzona w ppm (części na milion). Dopóki woda pozostaje poniżej punktu nasycenia, tak jak woda rozpuszczona, zwykle nie stanowi to większego problemu. Poważne problemy pojawiają się, gdy woda oddziela się od oleju napędowego i staje się wolna lub zemulgowana. Woda zemulgowana to inna forma wolnej wody; kropelki są po prostu tak małe, że są tak dobrze wymieszane z paliwem, że pozostają zawieszone, a nie opadają na dno. Po całkowitym rozpuszczeniu wody w paliwie nie ma „kropelek”.

W jaki sposób woda dostaje się do paliwa?

Woda może pochodzić z wielu różnych źródeł, z których niektóre mogą być niezwykle trudne do kontrolowania.

Przy dostawie od dostawcy
Swobodny wypływ wody (powyżej punktu nasycenia)
Kondensacja w zbiorniku
Wyciek do zbiornika (deszcz, mycie ciśnieniowe, woda gruntowa itp.)
Wnikanie z atmosfery (wilgoć)
Błąd ludzki (niezabezpieczone otwory wentylacyjne, porty napełniania, uszczelki itp.)

Rozwiązanie

Pomiar zawartości wody

Istnieje kilka metod pomiaru zawartości wody w paliwie. Niektóre są wykonywane w laboratorium, a inne na miejscu. Ważne jest, aby zrozumieć, jakich informacji mogą dostarczyć te różne testy. Być może najbardziej powszechną metodą badania wody w zbiornikach paliwa jest „zanurzanie” w zbiorniku specjalnej pasty wskaźnikowej na długim pręcie. Ta metoda jest szybka, łatwa i można ją zrealizować na miejscu, dzięki czemu dowiesz się, czy na dnie zbiornika znajduje się wolna woda.

W przewodach mogą być montowane monitory wody (czujniki), które zapewniają wiarygodne wyniki w czasie rzeczywistym. Mierzą one zawartość rozpuszczonej wody w paliwie i podają wilgotność względną oleju napędowego w procentach. Maksymalny wynik to 100%, co oznacza, że paliwo osiągnęło punkt nasycenia i nie może już zatrzymywać wody w roztworze. Ta metoda testu nie poda ilości wolnej wody jest w zbiorniku.

Metoda miareczkowania Karla Fischera jest testem laboratoryjnym stosowanym od 1935 roku do oznaczania zawartości wody w próbce płynu. Test jest bardzo dokładny i wymaga jedynie niewielkiej próbki. Wykrywa nawet niewielkie ilości rozpuszczonej wody, nawet do około 50 ppm w oleju napędowym. Może on mierzyć zawartość wody poniżej i powyżej poziomu nasycenia (woda rozpuszczona i wolna). W praktyce laboratoryjnej można go wykorzystywać do określania stopnia nasycenia paliwa wodą w różnych warunkach. Chociaż testy laboratoryjne są zwykle precyzyjniejsze niż testy terenowe, mogą być znacznie mniej dokładne. To może wydawać się zagmatwane. Powodem, dla którego test laboratoryjny może być mniej dokładny, jest fakt, że sama próbka mogła się zmienić między momentem pobrania jej ze zbiornika a momentem testowania w laboratorium.

Jedną z właściwości oleju napędowego jest to, że w stanie nasycenia zatrzymuje więcej wody, gdy jest ciepły, niż gdy jest zimny. Jeśli olej napędowy w zbiorniku jest zimny, może przekraczać punkt nasycenia. W takim przypadku do sprzętu dostanie się wolna woda, co może spowodować ogromne problemy. Jeśli ta sama próbka zostanie wysłana do laboratorium, w laboratorium prawdopodobnie będzie cieplej niż w zbiorniku. Paliwo się rozgrzeje, woda wróci do roztworu i może się wydawać, że nie ma żadnego problemu. Takie same trudności diagnostyczne mogą wystąpić w przypadku problemów z kryształkami lodu. „Dowód” znika w temperaturze pokojowej.

Jaka ilość wody jest prawidłowa?

Najłatwiejsza odpowiedź to, że żadna. Ale to nie jest ani praktyczne, ani realistyczne. Cały olej napędowy zawiera pewien procent wody. Najważniejszą rzeczą jest utrzymywanie wody poniżej jej punktu nasycenia, aby pozostała rozpuszczona, a nie dostała się do sprzętu w postaci wolnej wody. Producenci sprzętu określają, że do silnika musi docierać zero wolnej wody. Punkty nasycenia wahają się od około 50 ppm do 1800 ppm w zależności od temperatury i stosunku olej napędowy z ropy naftowej/biodiesel. Jak widać na wykresie, biodiesel może utrzymywać znacznie więcej wody w stanie nasycenia niż jego odpowiednik z ropy naftowej. Jednak mieszanie ze sobą biodiesla i oleju napędowego z ropy naftowej nie daje matematycznie proporcjonalnej zawartości wilgoci. Mieszanka będzie utrzymywać mniejszą zawartość w roztworze niż suma części, co oznacza, że po ich zmieszaniu może wystąpić wytrącanie wolnej wody.

Jak zapobiegać obecności wolnej wody w paliwie

Aby zrozumieć, jak zapobiegać przedostawaniu się wody, należy najpierw zrozumieć, w jaki sposób ona dostaje się do środka. Woda może pochodzić z wielu różnych źródeł, z których niektóre mogą być niezwykle trudne do kontrolowania.

Przy dostawie od dostawcy: Opuszczający rafinerię, olej napędowy jest stosunkowo czysty i suchy, ale dostawy oleju napędowego będą obejmować zmienne ilości wody. Ilość wody otrzymywana od dostawcy zależy w dużej mierze od okoliczności i praktyk postępowania. Co można kontrolować? Oprócz potencjalnej zmiany dostawców lub negocjowania umowy, która obciąża dystrybutora, można spróbować następujących rozwiązań:

Otrzymuj dostawę jako pierwszy, nie chcesz, aby woda i zanieczyszczenia osiadały na dnie zbiornika.
Zamontuj system usuwania wody na wlocie do zbiornika.

Wnikanie z atmosfery: Podobnie jak powietrze, olej napędowy ma wilgotność względną, a obie te wartości mają tendencję do wyrównywania się. Oznacza to, że jeśli powietrze jest bardziej wilgotne niż paliwo, to paliwo pochłonie wilgoć z powietrza. Jeśli jednak powietrze jest bardziej suche niż paliwo, wówczas wilgoć z powrotem będzie odparowywać do powietrza, dopóki wilgotność względna obu substancji nie będzie równa.

Wypływ wolnej wody: Olej napędowy zawiera pewną ilość wody w roztworze (tj. wody rozpuszczonej). Gdy zawartość wody przekroczy punkt nasycenia, nadmiar wody wypłynie jako woda wolna. Dzieje się tak, gdy wzrasta całkowita zawartość wody lub gdy olej napędowy ostygnie. Olej napędowy może zawierać 90 ppm rozpuszczonej wody, gdy jest ciepły, ale tylko 60 ppm, gdy ostygnie z powodu chłodniejszej pogody. Różnica 30 ppm wytrąca się jako wolna woda i osiada na dnie zbiornika.

Kondensacja w zbiorniku: Gdy na zewnątrz zbiornika jest cieplej niż wewnątrz, tworzy się kondensacja i ten „pot” dostaje się do paliwa. Może się to powtarzać, powodując powstawanie za każdym razem większej ilości wolnej wody.

Wyciek do zbiornika: Deszcz, mycie ciśnieniowe lub woda gruntowa mogą być źródłami wody dostającej się do uszkodzonego lub nieprawidłowo uszczelnionego zbiornika. Zbiorniki podziemne (na przykład na stacjach benzynowych) mogą czasami mieć wloty poniżej terenu. Obszar wokół pokrywy może się łatwo wypełniać wodą deszczową. Jeśli poziom wody znajduje się powyżej zdjętej pokrywy, grawitacja spowoduje, że woda spłynie prosto do zbiornika.

Możesz lubić...

Artykuł techniczny

Jak korzystać z filtrów absorbujących wodę

Filtry absorbujące wodę to jedyny pewny sposób, aby zapobiec dostawaniu się wolnej wody do sprzętu.

Usuwanie wody z paliwa

Usuwanie wody jest łatwiejsze w regionach z olejem napędowym zawierającym ponad 500 ppm siarki niż w przypadku oleju napędowego ULSD (poniżej 15 ppm siarki). Na przykład stanowisko filtrowania po lewej zostało zaprojektowane do użytku w Afryce Południowej, gdzie jest dość skuteczne. Filtry koalescencyjne i separatory wody działają znacznie skuteczniej w paliwach o wyższej zawartości siarki. Dzieje się tak, ponieważ olej napędowy o wyższej zawartości siarki wymaga znacznie mniej dodatku, a tym samym zawiera znacznie mniej środka powierzchniowo czynnego.

Środek powierzchniowo czynny to mydlana substancja pokrywająca media koalescencyjne/oddzielające wodę, poważnie obniżając ich skuteczność.

Zwiększona ilość środka powierzchniowo czynnego w oleju napędowym ULSD dezaktywuje media koalescencyjne, co w najlepszym przypadku stawia pod znakiem zapytania ich skuteczność.

Producenci publikują informacje o wydajności filtra w oparciu o aktualne standardy testów branżowych. Obecne normy zostały opracowane wiele lat temu i są przeznaczone do przeprowadzania testów porównawczych w laboratorium przy użyciu odpowiednio uzdatnionego paliwa. Działa to dobrze w testach porównawczych, ale niekoniecznie odzwierciedla wydajność filtra w warunkach rzeczywistych. Aby przetworzyć paliwo ULSD do testów laboratoryjnych, normy wymagają usunięcia wszystkich środków powierzchniowo czynnych. W prawdziwym świecie paliwo ULSD z usuniętym środkiem powierzchniowo czynnym (dodatki AKA) zniszczyłoby silniki. Wszystkie paliwa ULSD nadające się do stosowania w sprzęcie zawierają dodatki i środki powierzchniowo czynne, dlatego samo paliwo skutecznie dezaktywuje filtry koalescencyjne.

Tak więc, chociaż prawdopodobnie nie zauważysz spadku opublikowanych poziomów wydajności filtra koalescencyjnego, to — co zauważysz w literaturze — to zwiększona wzmianka o absorberach wody. Firmy, które nadal sprzedają filtry koalescencyjne na obszarach dostępności paliwa ULSD, bardzo często wspominają o konieczności dodania absorbentów wody za filtrem koalescencyjnym. Nie ma innego sposobu, aby upewnić się, że wolna woda została usunięta.

Niestety najlepszym sposobem na usunięcie dużych ilości osiadłej wody jest opróżnienie zbiornika. Jest to bardzo proste, ale nie jest ani tanie, ani wygodne. Można zapobiec przedostawaniu się wilgoci z otoczenia i kondensacji do oleju napędowego poprzez zastosowanie dobrych pochłaniaczy wilgoci w połączeniu z warstwą suchego powietrza (lub azotu) wprowadzanego do przestrzeni górnej zbiornika i na zewnątrz przez odpowietrznik. Jak wyjaśniono wcześniej, wilgotność względna oleju napędowego będzie dążyć do wilgotności względnej (lub „suchości”) powietrza. Wilgoć w oleju napędowym będzie z czasem uwalniana z powrotem do suchego powietrza do momentu, aż olej napędowy będzie tak samo suchy jak powietrze.

Kluczem do dobrego zarządzania wodą w paliwie jest zminimalizowanie zawartości rozpuszczonej wody i wyeliminowanie całej wody wolnej.