Скорость горения бензина: Какой бензин горит быстрее, дольше и лучше? 92 – 95 – 98 или 100-й. Подробно плюс видео

Содержание

95 или 92? — журнал За рулем

ХОРОШИЙ — ЭТО КАК?

Хороший бензин — это просто: с ним машина «едет», а «пальцы не стучат». Кроме того, морозным утром двигатель сравнительно легко пускается, после заправки не приходится менять свечи, лямбда-зонд, нейтрализатор, а также промывать топливную систему. От чего это зависит? Начнем с главного…

ОЧИ ЧЕРНЫЕ, ОЧМРАЧНЫЕ

Детонация — тема вечная: о ней в очередной раз напоминает «Наша справка». Так вот, чтобы бензин не боялся детонации, его молекулы должны быть, как говорят химики, стабильными. Степень стабильности как раз и определяется величиной октанового числа!

Согласно действующему ГОСТ Р 51105–97 все бензины по величине октанового числа подразделяются на четыре группы — «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95» и «Супер-98». Чем выше октановое число, тем выше стабильность бензинов, тем лучше они противостоят детонации. Эти 80, 91 и иже с ними — так называемые ОЧИ, то есть октановые числа, определяемые по исследовательскому методу. Есть еще и ОЧМ, которое определяют по моторному методу. В чем разница?

Вопреки известному заблуждению, личные ощущения исследователя или моториста здесь ни при чем. Как ОЧИ, так и ОЧМ определяют на специальной одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия — УИТ-65 или УИТ-85. У нее три простейших карбюратора, позволяющих в динамике менять состав смеси, а также три маленькие топливные емкости. В одну заливают испытуемый бензин, а в две другие — два эталонных: их октановые числа должны отличаться на две единицы. На блок цилиндра вешают пьезокварцевый датчик детонации, позволяющий оценить ее интенсивность как на эталонных бензинах, так и на испытуемом — оттуда и вычисляется требуемое ОЧ. Принцип определения как ОЧИ, так и ОЧМ — ОДИН И ТОТ ЖЕ, только используют разные режимы работы установки. Для ОЧИ двигатель раскручивают до 600 об/мин, а для ОЧМ — до 900 об/мин, да еще и смесь подогревается во впускном ресивере. Принято считать, что ОЧИ условно моделирует условия детонации в городском цикле, а ОЧМ — в шоссейном. Связаны они просто: для бензинов А-80 ОЧМ должно составлять 76; для 91 — 82,5; для 95 — 85; для 98 — 88. А маркировке бензина соответствует именно ОЧИ!

Так можно ли — и нужно ли — менять одно на другое? Сначала разберемся с технологиями…

КРЕКИНГ, РИФОРМИНГ И ПРИСАДКИ

Для получения высокооктанового бензина из нефти используют разные технологии, но только одна из них — каталитического риформинга — позволяет сразу получить нужные октановые числа — вплоть до 99. Но это — дорого: доля такого бензина в общем балансе высокооктановых топлив не достигает 50%. Остальные же вырабатывают по менее сложным технологиям типа каталитического крекинга или гидрокрекинга: для них октановые числа — 82–85. А самые простые и дешевые — прямогонные бензины, но их октановые числа редко превышают 50–60 единиц.

Вот тут-то и возникают различные октаноповышающие присадки и добавки. Их можно условно разделить на три группы. Первая базируется на применении металлсодержащих присадок — достопамятного тетраэтилсвинца, давшего миру этилированные бензины, ныне практически повсюду запрещенные. Присадка была крайне дешевой и жутко эффективной — в общем, мечта нефтяника. Правда, из выпускной трубы двигателя вылетали мерзкие канцерогены… Сейчас на замену ей пришел куда менее опасный ферроцен.

Основная проблема таких присадок — образование налетов и отложений в камере сгорания, на свечах, а также в катализаторах и на рабочих поверхностях датчиков системы управления двигателем. Предельный уровень ферроцена нормирован — 0,017%, но кто за этим следит? Есть присадки на базе никеля, марганца, но проблемы те же…

Другая группа высокооктановых добавок работает по принципу «смесевого» повышения октанового числа: базовый бензин смешивают с чем-то очень-очень стабильным. Чаще всего применяют монометиланилин (ММНА), чье октановое число аж 280. Эти бензины дороже ферроценовых, но главное препятствие к их распространению — нормы Евро III и Евро IV, ограничивающие уровень «ароматики».

Третья, самая продвинутая группа — эфиры и спирты. С экологией в этом случае все в порядке, но и проблемы есть. Во-первых, сравнительно невысокое октановое число — около 120, так что требуется их довольно много — иногда даже больше 10%. Поскольку у эфиров значительно более низкая теплотворная способность, чем у базового бензина, падает «калорийность» топлива. Во-вторых, эфиры агрессивны по отношению к резинам, краске, некоторым пластикам. Именно агрессивность эфиров потребовала нормативного ограничения их концентрации — 15%.

ТАК МОЖНО ИЛИ КАК?

Что же все-таки будет, если вместо бензина А-92 залить 95-й? Сгорят ли клапаны? Да ничего не будет… Старые заблуждения насчет такой жуткой опасности почерпнуты из опыта использования этилированных высокооктановых бензинов в моторах, настроенных на 76-й. Разница в октановом числе — 12 единиц, полученная тетраэтилсвинцом, существенно гасила скорость сгорания и увеличивала температуру отработавших газов и выпускных клапанов. Сегодня же речь только о стоимости бензина. Реальная разница октановых чисел составляет всего 2–3 единицы, а потому уменьшения скорости сгорания, заметной двигателю, практически не будет. Более того, если повышение октанового числа достигнуто добавлением эфиров — а сейчас чаще всего так и бывает, — то скорость сгорания окажется даже выше. Отсюда — небольшая экономия топлива плюс некоторое снижение токсичности выхлопа. Получаемый при этом запас по детонации, наоборот, уменьшает вероятность прогаров поршней и клапанов.

А если раскошелиться вместо А-92 на А-98? В принципе, можно, но здесь уже большого смысла нет. А-98 специально сделан для форсированных бензиновых моторов. Скажем, провести тюнинг двигателя, «зажать» его по степени сжатия, поставить распредвалы с «широкими фазами», тогда — да, другого пути нет. А без этого — пустой перевод денег.

Обратный переход на низкооктановый бензин нужно расценивать как запасной вариант — об этом же говорят инструкции к большинству современных автомобилей. Что касается разговоров о том, что на 95-м чаще выходят из строя свечи, то они вызваны практикой общения с «ферроценовыми» бензинами — с «эфирными» ничего подобного не будет! К сожалению, у нас качество бензина часто определяется не октановым числом, а порядочностью производителя и продавца…

Детонация — процесс самопроизвольного воспламенения топлива от волны сжатия. В бензиновом двигателе топливо поджигает свеча в заданной точке и в заданный момент времени. Фронт пламени создает волну давления, которая, попадая в узкие щели камеры сгорания, многократно отражается и усиливается — навстречу фронту пламени устремляется волна детонации. Ее скорость доходит до 2500 м/с — возникающие звуки в народе называют «стуком пальцев». Последствия детонации для двигателя крайне негативны — перегрев, потеря мощности, рост токсичности. В итоге — прогоревшие клапаны, выломанные перемычки у поршней, проблемы у подшипников коленчатого вала, которым приходится воспринимать повышенные нагрузки.

Чем выше давление в цилиндре, тем интенсивнее волна, вызывающая детонацию. Этому способствуют ранние углы опережения зажигания, которые заставляют гореть топливо еще при сжатии. Провоцирует детонацию и увеличение степени сжатия в двигателе, причем порой непроизвольное: отложения и нагар мало-помалу сокращают реальный объем камеры сгорания. Детонацию провоцирует и неправильная установка фаз газораспределения. Увеличивают ее вероятность повышенные температуры деталей двигателя — лето, пробки и т.п. Но самая банальная причина — плохой бензин.

Температура кипения бензина АИ 92, АИ 95, вспышки, горения при атмосферном давлении

Физические свойства бензина определяются составом изначального нефтяного сырья. Для бензина как топлива двигателей внутреннего сгорания важны такие параметры, как температура кипения, температура горения и вспышки. Почему эти величины должны соответствовать определенным числовым параметрам и как они сказываются на качестве горючего? Рассмотрим подробно.

Содержание:

  1. Температура кипения бензина при атмосферном давлении

  2. Температура кипения бензина АИ 92

  3. Температура кипения бензина АИ 95

  4. Температура вспышки бензина

  5. Температура горения бензина

Температура кипения бензина при атмосферном давлении

Температура кипения – это разброс температурных значений от момента появления первой капли конденсата в составе до полного выкипания фракции. Нефть имеет общую температуру кипения от +50 до +550 градусов, и все-таки не выкипает полностью, так как имеет сложный химический состав.

Бензин – это продукт, который получают в процессе прямой перегонки нефти. Действие происходит в условиях стандартного атмосферного давления при температуре до +130 градусов, часто – с превышением данной температуры в ходе крекинга. Температура кипения бензинов при этом составляет от +30 до +200 градусов в зависимости от формулы вещества. Преимущественно бензин выкипает в температурном диапазоне от +100 до +130 градусов.

Производители фиксируют несколько точек во время кипения бензиновой смеси – при которых выкипает 10 процентов объема (начала кипения), половина и 90 процентов (конца выкипания). При сгорании первой 1/10 части объема задействованы легкие углеводородные фракции. Плавное и своевременное сгорание этих компонентов препятствует образованию паровых пробок в топливных магистралях авто. Температуры выкипания +55 градусов достаточно, чтобы двигатель заводился быстро даже в зимнее время года.

Следующие 50% объема бензина – это рабочая фракция, которая отвечает за эффективную работу двигателя. Последние 10% кипящего бензина состоят преимущественно из углеводородов тяжелого ряда. Именно эти элементы участвуют в образовании отложений на поверхностях деталей кривошипно-шатунного механизма, снижая КПД мотора, при этом расход самого бензина увеличивается, а остатки перед новым впрыском не успевают сгореть. Избавиться от сажи, образуемой на этом этапе, невозможно, но вероятно уменьшить объем появляющихся отложений. Для этого нужно, чтобы тяжелые фракции выкипали при температуре в +115 градусов.

Температура кипения бензина АИ 92

Октановое число демонстрирует сопротивляемость бензиновой смеси самовозгоранию в ДВС, и чем оно выше, тем лучше антидетонационные свойства состава. ОЧ топлива прямо зависит от температуры кипения тяжелых фракций жидкости. Стойкость к самовозгоранию выше, если выкипание происходит при низких температурах. Но при этом страдает эффективность использования топлива в двигателе, снижается производительность мотора. Поэтому оптимальным решением будет добавление в бензиновую смесь специальных добавок, повышающих октановое число.

Температура кипения бензина АИ 95

Температуры выкипания всех популярных марок бензина, включая АИ-92 и АИ-95, одинакова, а если отличается, но незначительно. То же касается и других технических параметров, например, температура застывания также общая – не ниже -60 градусов.

Продуктивность горения бензина в двигателе меняется также в зависимости от давления внутри цилиндров. На этапе впуска топливно-воздушной смеси температура внутри камеры сгорания составляет примерно от +80 градусов под давлением 0,7 бар.

Температура вспышки бензина

Температура вспышки паров бензина показывает, в каких условиях образующиеся над поверхностью жидкости летучие соединения способны вспыхнуть от искры или другого источника, но при этом вспышка не будет являться катализатором непрерывного сгорания. Бензин – горючая смесь легких углеводородов с температурой кипения от +30 градусов, летучее соединение, которое обладает повышенной пожароопасностью. Низкая температура вспышки способствует самодетонированию ТВС, что негативно сказывается на работе мотора. Максимальная температура вспышки бензинов составляет +40 градусов, ее можно снизить, повысив октановое число смеси.

Температура горения бензина

Температура горения бензина – это параметр, который отражает условия для стабильного горения топливно-воздушной смеси в рабочей камере. Внутри двигателя температура очень высока и составляет от +900 градусов вне зависимости от маркировки бензина.

Во время рабочего цикла температура горения может колебаться в зависимости от конструктивных особенностей автомашины. Например, клапаны системы рециркуляции отработанных паров и газов снижают нагрев цилиндровой группы, поэтому температура горения может опуститься ниже +900 градусов.

Меняется температура и от степени сжатия двигателя – отношения общего объема камеры сгорания, включая цилиндры, к номинальному объему камеры сгорания. Высокая степень сжатия способствует увеличению температуры горения вплоть до +1100 градусов.

Определить точное значение температуры горения внутри мотора эмпирически невозможно, расчет производится автоматически на основании имеющихся данных. Некоторые исследователи полагают, что показатель может достигать до +1500 градусов. При этом в открытом пространстве топливо горит с температурой в пределах +800 … +900 градусов.

#Бензин

Статьи по теме

10 лучших заправок по качеству бензина в 2022 году (Лукойл, Газпромнефть, Роснефть, Татнефть, Шелл)#Топливо#Бензин
36406 просмотров

Бензин Тебойл (Teboil): что это, бензин АИ 95, 98, 100, заправки, сеть АЗС, отзывы#Бензин#АЗС
22270 просмотров

Сколько литров бензина в тонне? Как перевести литры в тонны бензина: формула перевода, коэффициент перевода, зависимость от температуры#Бензин
19747 просмотров

Плотность бензина: АИ 92, АИ 95, таблица плотностей, измерение#Бензин
14236 просмотров

Какой бензин лучше Лукойл или: Газпром, Роснефть, Газпромнефть, Башнефть, Татнефть#Бензин#Топливо
11832 просмотра

Отравление парами бензина: симптомы, признаки, первая помощь, лечение#Бензин
11309 просмотров

Какое значение имеет топливо?

| How-To — Tech

Получение оценки

Тот факт, что вы читаете это сейчас, означает, что есть чертовски большая вероятность того, что вы заправите свою машину бензином. И из-за этого у вас под капотом машины стоит двигатель внутреннего сгорания. Конечно, некоторые из вас могут «заправиться», подключившись к зарядному устройству, и, если это так, это не относится к вам, но тем не менее, узнать немного больше не помешает. Для большинства автомобилей, находящихся в настоящее время на дорогах, сгорание воздуха и топлива в двигателе высвобождает энергию, используемую для вращения коленчатого вала, что придает транспортному средству подвижность. В случае повышения производительности, насколько вы можете увеличить мощность вашего двигателя (конечно), требуется правильная комбинация оборудования для калибровки управления двигателем, которая отслеживает жизненно важные параметры вашего двигателя, управляя синхронизацией зажигания и подачей топлива. Имейте в виду, что ваш двигатель должен быть спроектирован, изготовлен и откалиброван для более эффективных видов топлива, чтобы получить какие-либо преимущества. Простое заполнение бака гоночным топливом не приведет к чудесному увеличению мощности двигателя. В то же время использование топлива более низкого качества в двигателе, откалиброванном для высокой производительности, может быстро привести к повреждению двигателя.

Основы заправки топливом: объяснение октанового числа

Октановое число указано на каждой заправке, и, вопреки маркетинговой терминологии, «премиум» не обязательно указывает на то, что топливо «лучше» для вашего автомобиля, а скорее на то, является ли оно «лучше» для вашего автомобиля. «правильно» для вашего автомобиля. Топливо с октановым числом 87 сгорает быстрее, а топливо с более высоким октановым числом сгорает медленнее. В двигателях, предназначенных для стандартного неэтилированного топлива, эффективность и производительность оптимизированы для октанового числа 87 и могут фактически работать хуже с топливом с более высоким октановым числом, поскольку скорость сгорания ниже. Напротив, двигатель с более высокими характеристиками, который включает в себя двигатели с более высокой степенью сжатия и / или принудительной индукцией, требует более медленной скорости сгорания топлива с более высоким октановым числом для защиты от детонации двигателя. Детонация или преждевременное зажигание происходит, когда топливно-воздушная смесь воспламеняется раньше, чем предполагалось. Это происходит потому, что более высокие степени сжатия и давления в цилиндрах вызывают нагрев воздушно-топливной смеси и, в некоторых случаях, преждевременное воспламенение. Неконтролируемый стук неизбежно приводит к повреждению двигателя. Топливо с более высоким октановым числом помогает смягчить преждевременное зажигание, обеспечивая при этом правильное сгорание и более высокую мощность мощных двигателей.

Рекомендуемое топливо 1 Final — В некоторых автомобилях калибровка оптимизирована для неэтилированного бензина премиум-класса, но система управления двигателем может корректировать момент зажигания и рабочий цикл форсунки для безопасной работы на обычном неэтилированном бензине.

Рекомендуемое топливо 2 Final — Для этого автомобиля производитель требует исключительно неэтилированного топлива премиум-класса, указывая на то, что система управления двигателем не компенсирует качество топлива.

Дорогостоящие опции

Топливные решения класса производительности, доступные на заправке, начинаются с типичного неэтилированного бензина премиум-класса с октановым числом 91 и могут (в некоторых регионах) доходить до неэтилированного гоночного топлива с октановым числом 110. Неэтилированный бензин премиум-класса кажется разумным по цене по сравнению с гоночным топливом высшего уровня (например, с октановым числом 100). Например, в штате с жестким регулированием, таком как Калифорния, где бензин с октановым числом 91 стоит около 3,89 долларов за галлон, гоночное топливо с октановым числом 100 стоит более 10 долларов за галлон. Также доступно гоночное топливо с октановым числом выше 110; тем не менее, это топливо для бездорожья основано на свинце, который помогает повысить октановое число, и плохо работает с кислородными датчиками, быстро вызывая их загрязнение, неисправность и сокращение срока службы.

Идеальные соотношения

Процессы сгорания наиболее эффективны, когда все топливо израсходовано и не осталось дополнительного воздуха. Это состояние часто называют «стоическим». Если подается слишком много топлива (обогащенное соотношение воздух/топливо), избыточное количество топлива может смыть масло со стенок цилиндра (состояние, известное как смачивание стенок), что, в свою очередь, может привести к ускоренному кольцу и цилиндру. носить. Вскоре после этого произойдет потеря компрессии, прорыв газов и чрезмерный расход масла. Напротив, если это соотношение выше (известное как обедненное состояние), то подается недостаточное количество топлива, что приводит к более горячим событиям сгорания, которые могут привести к детонации, вызывающей повреждение двигателя. В безнаддувном двигателе стоическое соотношение воздух/топливо обычно составляет 14,7:1. В случае приложений с принудительной индукцией (с турбонаддувом или наддувом) более богатое соотношение примерно 11,5: 1 считается приемлемым.

Счетчик детонации — Если у вас есть Cobb Accessport или аналогичное устройство, контролирующее жизненно важные функции вашего двигателя, полезно отметить количество детонаций, так как это указывает на калибровку опережения зажигания и подачи топлива.

Богаче не всегда лучше

Существует множество способов предотвратить детонацию двигателя при калибровке двигателя для достижения оптимальной производительности. Один из них заключается в том, чтобы просто использовать более богатое соотношение воздух/топливо. Однако добавленное топливо не обязательно приводит к увеличению производительности. Скорее, он служит для охлаждения цилиндров и предотвращения детонации. Хотя эта стратегия обычно может решить проблему преждевременного зажигания, она приводит к двум отрицательным побочным эффектам: снижению эффективности использования топлива и ускоренному износу двигателя.

Когда в камеру сгорания поступает слишком много топлива, оно действует как растворитель, вымывая моторное масло, смазывающее стенки цилиндров и поршневые кольца. В результате происходит преждевременный износ стенок цилиндров и поршневых колец, затем снижение компрессии из-за прорыва газов и, наконец, перерасход масла. В конечном итоге интервалы между ремонтами становятся намного короче, что приводит к частым и дорогостоящим работам с двигателем и простоям.

Какой класс следует использовать?

В старом лозунге «Ты то, что ты ешь» есть доля правды. То же самое относится и к вашей производительности, поскольку качество топлива, подаваемого в ваш двигатель, сильно влияет на то, как он в конечном итоге работает. Конечно, невозможно заправлять бак гоночным топливом только для поездок на работу, но очень приятно, когда ваш двигатель работает на оптимальной мощности в любое время, независимо от того, находитесь ли вы на улице или на трассе. К счастью, есть доступные варианты, которые позволяют вам иметь оптимальную мощность под правой ногой, не нарушая банк.

E85 Final — Автомобили с гибким топливом оборудованы для работы на обычном неэтилированном топливе, E85 или любой их смеси.

Доступные стратегии для химического промежуточного охлаждения

К счастью, существуют доступные альтернативы для защиты от детонации без использования гоночного топлива. Одно решение — это модернизация с болтовым креплением, другое — альтернативное топливо, но в обоих случаях используется химическое промежуточное охлаждение двигателя. Впрыск водометанола дополняет существующую подачу топлива за счет химического промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, когда он поступает во впускной коллектор. Альтернативным топливом является этанол 85 или E85, полученный из кукурузы. Оба решения защищают от детонации и помогают увеличить мощность за счет более агрессивного опережения зажигания и увеличения давления наддува.

Актуальные страницы
  • Выпускники Tesla электрифицируют индустрию жилых автофургонов до бесконечности и дальше с помощью Lightship L1 Camper
  • NHTSA расследует проблему с отсоединяющимся рулевым колесом Tesla Hand
  • Ford F-150 Lightning Годовое обновление обзора: пора сворачивать ожидания?
  • Насколько безопасен ваш автомобиль? IIHS оценивает, и мы объясняем
Трендовые страницы
  • Выпускники Tesla Electrify RV Industry и Beyond с Lightship L1 Camper
  • NHTSA Investigating Tesla.

    Напиток в руку

  • Ford F-150 Lightning Годовой отчет: время сворачивать ожидания?
  • Насколько безопасен ваш автомобиль? IIHS оценивает, и мы объясняем

Выброс, распространение и сжигание СПГ, СНГ и бензина в воде

Авторы:
Дэвид В. Джонсон и Джон Б. Корнуэлл

140, Issue 3: pp. 535-540
20 февраля 2007 г.

Abstract

Текущий интерес к транспортировке сжиженного природного газа (СПГ) возобновил дебаты о безопасности транспортировки больших объемов легковоспламеняющегося топлива. Размер расширительного бассейна после сброса СПГ с танкера СПГ был предметом многочисленных статей и исследований, начиная с середины 19-го века.70-е годы. В нескольких статьях представлены идеализированные представления о том, как СПГ будет высвобождаться и распространяться по неподвижной водной поверхности. Существует значительное количество общедоступных материалов, описывающих эти идеализированные выбросы, но мало обсуждений того, как повели бы себя другие легковоспламеняющиеся виды топлива, если бы они были выброшены с кораблей аналогичного размера. Цель этой статьи состоит в том, чтобы определить, можно ли использовать модели, доступные в настоящее время в Федеральной комиссии по регулированию энергетики США (FERC), для моделирования выброса, распространения, испарения и воздействия пожара в бассейне для материалов, отличных от СПГ, и если да, то определить, какие специфические для материала параметры требуются.

Обзор основных уравнений и принципов в моделях выброса, распространения и горения СПГ FERC не выявил критической ошибки, которая препятствовала бы их использованию при оценке последствий выбросов других горючих жидкостей. При наличии правильных физических данных модели можно использовать с таким же уровнем достоверности для таких материалов, как СНГ и бензин, как и для СПГ.

Text

Загрузить файл в формате PDF

Нынешний интерес к транспортировке сжиженного природного газа (СПГ) возобновил дебаты о безопасности перевозки больших объемов легковоспламеняющегося топлива. Размер расширительного бассейна после сброса СПГ с танкера СПГ был предметом многочисленных статей и исследований, начиная с середины 19-го века. 70-е годы. В нескольких статьях представлены идеализированные представления о том, как СПГ будет высвобождаться и распространяться по неподвижной водной поверхности. Существует значительное количество общедоступных материалов, описывающих эти идеализированные выбросы, но мало обсуждений того, как повели бы себя другие легковоспламеняющиеся виды топлива, если бы они были выброшены с кораблей аналогичного размера. Целью данной статьи является определение того, можно ли использовать модели, доступные в настоящее время в Федеральной комиссии по регулированию энергетики США (FERC), для моделирования выброса, распространения, испарения и воздействия пожара в бассейне для материалов, отличных от СПГ, и если да, то , определите, какие специфические для материала параметры требуются.

Обзор основных уравнений и принципов в моделях выброса, распространения и горения СПГ FERC не выявил критической ошибки, которая препятствовала бы их использованию при оценке последствий выбросов других горючих жидкостей. При наличии правильных физических данных модели можно использовать с таким же уровнем достоверности для таких материалов, как СНГ и бензин, как и для СПГ.

1. Введение

Текущий интерес к транспортировке сжиженного природного газа (СПГ) возобновил дебаты о безопасности перевозки больших объемов легковоспламеняющихся видов топлива. Размер расширительного пула СПГ после сброса с танкера СПГ был предметом многочисленных статей и исследований, начиная с середины 19-го века.70-х [1, 2, 3, 4]. В 2004 году Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) заключила контракт с ABS Consulting на определение соответствующих методов анализа последствий для оценки расстояний, опасных для горючих паров и теплового излучения, для потенциальных выбросов СПГ из танкеров во время транзита и у причала.

Результаты исследования были первоначально опубликованы 13 мая 2004 г. После рассмотрения сотрудниками FERC и комментариев общественности 18 июня 2004 г. FERC выпустила пересмотренную методологию анализа последствий. 29 июня, 2004 г., выдано Уведомление о наличии подробных расчетов для методов оценки последствий происшествий, связанных с выбросами из газовозов, протокол № АД04-6-000 [5]. С 29 июня 2004 г. эти вычислительные методы стали «де-факто» стандартом для оценки опасностей выброса, распространения и пожара в бассейне, возникающих при морской транспортировке СПГ в Соединенных Штатах.

Было много комментариев общественности относительно моделей, рекомендованных в исследовании. В целом, модели страдают от отсутствия крупномасштабной проверки. Это нередкая проблема для любого из вычислительных методов, которые можно использовать для анализа последствий выбросов СПГ. На сегодняшний день не проводились крупномасштабные (т. е. бассейны диаметром более 35 м) эксперименты по выбросу СПГ, его растеканию, рассеиванию или испытаниям на возгорание.

СПГ перевозится морским транспортом в течение последних сорока лет. В этот же период также осуществлялись поставки других легковоспламеняющихся видов топлива, таких как сжиженный нефтяной газ (СНГ), сырая нефть, бензин и дизельное топливо, причем с гораздо большей частотой. Во многих случаях суда, которые перевозят эти легковоспламеняющиеся виды топлива, не уступают по размеру или больше, чем суда СПГ, используемые в настоящее время (от 18 000 до 145 000 м 3 ). Как и в случае крупномасштабных экспериментов с СПГ на воде, масштабных экспериментов с использованием сжиженного нефтяного газа, бензина или другого горючего топлива на воде не проводилось.

При рассмотрении моделей выброса, распространения и горения жидкости, включенных в модель FERC LNG, стоит выяснить, можно ли модифицировать эту модель, чтобы ее можно было использовать для прогнозирования последствий, связанных с выбросами других горючих видов топлива в воду.

2. Краткое обсуждение моделей анализа последствий FERC

Модели анализа последствий FERC рассчитывают скорость выброса из отверстия в защитной оболочке, последующее распространение выпущенной жидкости, испарение жидкости и, если воспламеняется жидкость, излучение огня возникает в результате столба пламени. Модель записывает файл времени-радиуса скорости испарения, пригодный для использования программой DEGADIS для рассеивания паров, но модель FERC не связана с программой DEGADIS.

2.1 Скорость выброса

Скорость выброса СПГ из защитной оболочки рассчитывается по следующей формуле для отверстия.

Уравнение (1) подразумевает наличие круглого отверстия с гладкими краями и не вспыхивающей жидкости на входе. Хотя можно утверждать, что пробоина в корпусе морского танкера СПГ, скорее всего, не будет круглой или с гладкими краями, фактическая форма пробоины не может быть окончательно определена заранее. Таким образом, круглое отверстие с гладкими краями является подходящей отправной точкой для расчетов потока.

Более серьезным ограничением уравнения (1) является пренебрежение незаполненным давлением в резервуаре. Типичное незаполненное давление 0,14 кг/см 2 (2 фунта на кв. дюйм) может увеличить эффективную высоту жидкости на 2,5 м.

2.

2 Растекание жидкости

Растекание СПГ по водной поверхности осуществляется по методике, разработанной Уэббером [6]. Управляющее уравнение:

Как первоначально предполагалось, коэффициент сопротивления трению, C f , относился к жидкости, находящейся в непосредственном контакте с подложкой. Это предположение было подвергнуто сомнению, поскольку известно, что СПГ образует тонкую паровую пленку при контакте с теплой поверхностью. Термин «сопротивление трению» был в конечном итоге изменен в окончательном отчете ABS (июнь 2004 г.) для учета образования паровой пленки с низким коэффициентом трения.

Решение уравнения (2) включает итеративный подход, добавляя и вычитая СПГ из резервуара на каждом временном шаге из-за происходящих разливов и испарений. В настоящее время уравнение (2) применимо только для криогенов, образующих паровую пленку. Для жидкостей, не образующих паровых пленок, можно использовать оригинальную разработку Веббера [6].

2.3 Испарение жидкости на открытой воде

Жидкость удаляется из бассейна СПГ путем испарения. Испарение происходит за счет двух механизмов: 1) теплопередачи от поверхности подложки к ванне и 2) теплопередачи от пламени к ванне, если ванну зажигают.

В отчете ABS рассматривается несколько теоретических моделей для расчета теплопередачи от большой водной поверхности. Однако модель FERC предполагает постоянное значение теплопередачи для СПГ в зависимости от того, горит бассейн или нет. Для негорящего бассейна СПГ используется постоянный поток теплопередачи 85 кВт/м 2 (0,167 кг/м 2 -с). Для горящего бассейна СПГ используется постоянный поток теплопередачи 143 кВт/м 2 (0,282 кг/м 2 -с). Поток парообразования при горении включает передачу тепла от жидкого субстрата и от пламени. Эти значения были выбраны на основе обзора доступной информации.

2.4 Излучение при пожаре

Модель FERC рассчитывает излучение от горящего бассейна СПГ с использованием модели твердого пламени. Излучение от пламени к приемнику можно рассчитать, используя следующую зависимость.

Интеграл, найденный в уравнении (5), оценивается по всей поверхности пламени. Физические размеры пламени (длина пламени, чистая длина пламени, угол наклона пламени и т. д.) рассчитываются с использованием методов, разработанных Rew [7] и AIChE (2000) [8], как указано в пересмотренной методологии анализа последствий, опубликованной FERC, 18 июня 2004 г.

Методология страдает от отсутствия валидации для крупных пожаров СПГ. Диаметр самого крупного пожара, для которого имеются экспериментальные данные, составляет примерно 35 м [9]. Далее алгоритм определения длины пламени предсказывает, что длина увеличивается со скоростью, пропорциональной D 0,74 .

2.5 Информация, необходимая для прогнозирования выделения, распространения и горения жидкостей с использованием моделей FERC.

На основе опубликованной информации о моделях FERC в таблице 2.1 приведены свойства материалов, необходимые для использования этих моделей.

Модели FERC использовались для расчета зон опасности, связанных с выбросами СПГ (как CH 4 ), СНГ (как C 3 H 8 ) и бензина (как n -Octane, C 8 H 18 ). Поскольку составы трех выбранных материалов варьируются от источника к источнику, в расчетах использовались чистые свойства компонентов. Свойства этих трех материалов представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Свойства материалов, используемые в расчетах

Собственность Значение шт.
Ч 4 С 3 Н 8 н-октан
Ч 0,250 0,375 0,444 нет
Е с 265,0 195,0 115,0 кВт/м 2
ч фг 509 332. 425 770. 301 260. Дж/кг
к в 0,0127 0,0140 0,0113 Вт/(м·К)
м б 0,282 0,142 0,074 кг/(м 2 ·с)
м ш 16,0 44,1 114,2 кг/кг-моль
д 6.3е-05 6.3e-05*
3.2e-05*
0.0*		 0,0 † м
м л 1.2е-04 2.0e-04 5.5e-04 Па·с
м в 4.4e-06 6.4e-06 6.8e-06 Па·с
р в 1,75 2,43 5,43 кг/м 3
правая л 422,5 570,0 688,3 кг/м 3
с 0,013 0,015 0,022 Н/м
  • * Диапазон толщины паровой пленки, используемый для оценки влияния этой переменной.
  • † Для жидкостей с толщиной пленки 0,0 мкм в этой оценке использовалась модель растекания из первоначального отчета ABS/FERC (13 мая 2004 г.)

Свойства материалов определялись при давлении в одну атмосферу и нормальной температуре кипения каждого материала. n — Октановые свойства определяли при давлении в одну атмосферу и температуре 291,4 К (65°F). Теплопроводность оценивалась при средней температуре между нормальной точкой кипения и предполагаемой температурой морской воды 291,4 К (65°F). Свойства материала CH 4 (СПГ) были такими же, как и у FERC.

3. Результаты

Расчеты были выполнены с использованием моделей FERC, обобщенных в Разделе 2, для двух сценариев выпуска. Для каждого сценария выпуска использовались свойства материалов, перечисленные в таблице 2.2. Предполагалось, что выбросы произойдут над морской водой в 291,4 К (65°F). Предполагалось, что распространение луж происходит в радиальном направлении без препятствий (т. е. круглые лужи).

3.1 Сценарий 1 – Равные объемы выброса

В этом сценарии предполагается, что жидкость выливается из грузового танка, содержащего 25 000 м 3 жидкости, из которых 12 500 м 3 жидкости находится выше ватерлинии . Во всех случаях предполагалось, что бассейн с жидкостью воспламеняется при выбросе. Напор жидкости над ватерлинией принимался равным 13 м. Предполагалась пробоина глубиной 1 м у ватерлинии. Для С 3 H 8 выбросы, толщина паровой пленки 6,3×10 -5 , 3,2×10 -5 и 0,0 м использовались для демонстрации чувствительности модели к этому параметру. В таблице 3.1 приведены результаты расчетов. Время, радиусы и расстояния во всех таблицах округлены до ближайших 5 (с, м, м).

На рис. 3.1 показана массовая скорость выброса для каждого материала. Как и следовало ожидать, в случае равных объемов и одинакового напора жидкости массовая скорость выделения бензина, жидкости с самой высокой плотностью, больше, чем для СНГ или СПГ. Базовое предположение о том, что горючий материал воспламеняется при выбросе, приводит к тому, что радиус горящей ванны меняется со временем, как показано на рис. 3.2. Бассейн горящего бензина увеличивается до большего максимального диаметра, чем бассейны СПГ и СНГ. Это в первую очередь связано с более низкой скоростью испарения бензина по сравнению с СПГ и СНГ. При одинаковых объемах выбросов бензиновый пул увеличивается до двойного диаметра пула СПГ.

Как видно из результатов, представленных в таблице 3.1 и на рисунке 3.3, выбор толщины пленки паров СУГ не оказывает существенного влияния на результаты.

На рис. 3.4 показана зависимость лучистого теплового потока от расстояния для каждого материала. Эти расчеты были сделаны для максимального радиуса каждого пула. Рассмотрение рисунков 3.2 и 3.4 и входных данных модели показывает, что сочетание большего радиуса бассейна, меньшей высоты пламени и меньшего потока излучения на поверхности для бензина приводит к такому же радиационному воздействию, что и пожары бассейнов СПГ и СНГ с их меньшими радиусами бассейнов, более высоким пламенем. высотах и ​​более высоких лучистых поверхностных потоках. Использование 5 кВт/м 2 в качестве общего предела радиационного воздействия, Таблица 3.1 показывает, что радиационное воздействие бензина и СПГ распространяется на 620 метров от центра бассейна, в то время как воздействие сжиженного нефтяного газа немного меньше.

Этот анализ показывает, что для равных объемов этих горючих материалов воздействие расширяющейся горящей ванны почти одинаково.

Рисунок 3.1

Равный объем высвобождения
Скорость высвобождения в зависимости от времени для скважины диаметром 1 м

Рисунок 3.2

Выпуски равного объема
Радиус бассейна в зависимости от времени для скважины диаметром 1 м

Рисунок 3.3

Равнообъемные выбросы
Диаметр бассейна в зависимости от времени для сжиженного нефтяного газа при различной толщине пленки

Рисунок 3.4

Выбросы равных объемов
Лучистый поток в зависимости от расстояния для отверстия диаметром 1 м

3.

2 Репрезентативные выпуски грузов

Этот сценарий основан на отсеках танкеров, которые более типичны для реальных танкеров, используемых сегодня: 125 000 м 3 СПГ-судно вместимостью 25 000 м 3 грузовые танки для СПГ (из них 12 500 м 3 жидкости над ватерлинией), 80 000 м СУГ (из них 7 415 м 3 жидкости над ватерлинией), и танкер для нефтепродуктов Panamax вместимостью 85 000 м 3 с 8 000 м 3 грузовых танков для бензина (из них 2460 м 3 жидкость выше ватерлинии). Из-за разной плотности жидкости эти допущения приводят к тому, что начальная высота жидкости над скважиной составляет 13 м для СПГ, 90,6 м для сжиженного нефтяного газа и 8 м для бензина. Для каждого грузового танка предполагалась 1-метровая пробоина у ватерлинии. Для выпусков C 3 H 8 использовалась толщина паровой пленки 3,2×10 -5 м. Таблица 3.2 суммирует результаты расчетов. Время, радиусы и расстояния во всех таблицах округлены до ближайших 5 (с, м, м).

Компромиссы, очевидные в выпусках равного объема, присутствуют в типичных выпусках грузов. Анализ Таблицы 3.2 и Рисунка 3.5 показывает, что радиус резервуара СПГ меньше радиуса резервуара бензина, хотя общий объем выпущенного СПГ в пять раз больше. Отчасти это связано с характером модели распространения. Бензиновая лужа продолжает распространяться и гореть до тех пор, пока топливо не будет исчерпано. Бассейны СПГ и СНГ распространяются и горят аналогичным образом, но алгоритм толщины пленки в модели FERC позволяет бассейну сжиматься, а не разрушаться, как обсуждалось Оттерманом [2].

Анализ Таблицы 3.2 и Рисунка 3.6 показывает, что выброс 2 460 м 90 150 3 90 151 бензина и выброс 12 500 м 90 150 3 90 151 СПГ приводят к аналогичным лучистым воздействиям для более высоких уровней потока. При рассмотрении результатов для более низкого (т. е. 5 кВт/м 2 ) уровня лучистого потока воздействие от пожара СПГ распространяется дальше. Это в первую очередь связано с большей высотой пламени, связанной с возгоранием СПГ.

4. Резюме

Обзор основных уравнений и принципов моделей выброса, распространения и горения СПГ FERC не выявил критической ошибки, которая помешала бы их использованию для оценки последствий выбросов других горючих жидкостей. При наличии правильных физических данных модели можно использовать с таким же уровнем достоверности для таких материалов, как СНГ и бензин, как и для СПГ. Ограничения, указанные в модели FERC, применимы и к другим материалам.

Наиболее важным результатом этого обзора является определение поведения горючих жидкостей в аналогичных условиях с использованием тех же инструментов моделирования. Различия в скорости распространения, скорости испарения и высоте пламени для трех обычно перевозимых горючих материалов показывают, что более летучий материал, СПГ, не окажет значительно большего радиационного воздействия, чем меньший выброс материала с более низкой летучестью, такого как бензин, при выбросах из оцениваются типовые грузовые контейнеры в аналогичных условиях. Более подробное исследование с учетом других факторов, включая размер отверстия, состав груза и инвентарные запасы, может дать другие результаты. 9Таблица 3.1

Пленка толстая. (м) Общий выпущенный объем (м 3 ) Время опорожнения (с) Время испарения всей жидкости (с) Макс. Радиус (м) Расстояние в метрах до лучистого потока в кВт/м 2 при скорости ветра 9 м/с 30 9 5 СПГ (CH 4 ) 6,3×10 -5 12 500 3 070 3 070 70 300 495 620 СНГ (C 3 H 8 ) 6,3×10 -5 12 500 3 070 3 085 100 275 445 555 3,2×10 -5 12 500 3070 3 085 105 280 455 560 0,0 12 500 3 070 3 085 115 305 490 605 Бензин (C 8 H 18 ) 0,0 12 500 3 070 3 135 155 375 530 620
Таблица 3.

2

Репрезентативные результаты грузового отсека для отверстия диаметром 1 метр

Материал Пленка толстая. (м) Общий выпущенный объем (м 3 ) Время опорожнения (с) Время испарения всей жидкости (с) Макс. Радиус (м) Расстояние в метрах до лучистого потока в кВт/м 2 при скорости ветра 9м/с
30 9 5
СПГ (СН 4 ) 6,3×10 -5 12 500 3 070 3 070 70 300 495 620
СНГ (C 3 H 8 ) 3,2×10 -5 7 415 2 115 2 130 95 260 420 520
Бензин (C 8 H 18 ) 0,0 2 460 770 935 110 280 400 465
Рисунок 3.

5

Репрезентативные объемы груза
Радиус бассейна в зависимости от времени для отверстия диаметром 1 м

Рисунок 3.6

Репрезентативный грузовой том
Лучистый поток в зависимости от расстояния для скважины диаметром 1 м

Каталожные номера

  1. Д.Р. Блэкмор, Дж.А. Эйр и Г.Г. Лето, рассеивание и горение газовых облаков, образующихся в результате крупных разливов СПГ и СНГ в море. Труды Института инженеров морского флота (ТМ), Vol. 94, Бумага 29, 1982
  2. Б. Оттерман, Анализ крупных разливов СПГ на воду – Часть 1: Распространение и испарение жидкости. Криогеника, август 1975 г.
  3. П. К. Радж, Модели поведения разливов криогенных жидкостей на суше и воде. Журнал опасных материалов, Vol. 5, 1981.
  4. П. Шоу и Ф. Бриско, Испарение от разливов опасных жидкостей на суше и воде. Управление по безопасности и надежности (SRD), Управление по атомной энергии Соединенного Королевства, SRD R 100, май 1978 г.