КАЧЕСТВО ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ВЫХОДА ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ИЗ КОНДИЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ

THE QUALITY OF FUELS AND LUBRICANTS AND THE PREVENTION OF LONG-TERM STORAGE OF FUELS AND LUBRICANTS FROM THE CONDITIONED STATE

Zaripov Baurzhan Slyamgazhievich

ьaster's student, Department of Chemistry and Chemical Technologies, NJSC "Toraigyrov University",

Republic of Kazakhstan, Pavlodar

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен обзор исследований применения горюче-смазочных материалов. Различные причины старения топлива, возможные последствия и пути решения возникающих инцидентов, классические механизмы старения. Возможные меры по контролю за качеством топлива, проводимые анализы. Рассмотрены стандарты для контроля за качеством топлива.

ABSTRACT

This article presents an overview of research on the use of fuels and lubricants. Various causes of fuel aging, possible consequences and solutions for incidents that arise are discussed, as well as classic aging mechanisms. Potential measures for fuel quality control and the analyses performed are discussed. Fuel quality control standards are also discussed.

Ключевые слова: горюче-смазочные материалы, топливо, хранение, старение топлива, методы анализа.

Keywords: fuels and lubricants, fuel, storage, fuel aging, analysis methods.

Горюче-смазочные материалы (ГСМ) являются критически важным ресурсом для функционирования транспортных, энергетических, промышленных и оборонных систем. В условиях длительного хранения ГСМ подвержены деградации, связанной с окислительными, гидролитическими, биологическими и физико-химическими процессами. Это ведёт к снижению их эксплуатационных характеристик, ухудшению надежности техники, увеличению рисков аварий и дополнительным экономическим затратам [1].

В процессе хранения топливо и смазочные материалы подвергаются естественным изменениям, связанным с химическими, физико-химическими и биологическими процессами. Среди наиболее распространённых процессов деградации можно выделить окисление, гидролиз, испарение лёгких фракций, образование осадков и смолистых соединений, изменение кислотности и повышение коррозионной активности. Эти факторы приводят к ухудшению эксплуатационных свойств ГСМ, снижению их стабильности и могут стать причиной выхода материала из кондиционного состояния. Последствия применения некондиционных ГСМ могут выражаться в нарушении работы двигателей и механизмов, увеличении износа оборудования, сокращении межремонтных интервалов, росте аварийности и существенных экономических потерях.

К основным факторам деградации относят: окисление, гидролиз, воздействие влаги, каталитическое влияние металлов, а также микробиологическую активность. Окисление является доминирующим процессом, приводящим к образованию перекисей, кислот и смолистых продуктов [2]. Влага ускоряет гидролиз и способствует коррозии [3].

Данные отчета Национального центра возобновляемой энергетики [4] показывают, что после 2 лет хранения наблюдается снижение окислительной стабильности на 40–70 %, рост осадка до 150 %, увеличение вязкости и ухудшение низкотемпературных свойств. Исследования европейских авторов подтверждают, что добавление биокомпонентов (FAME) ускоряет процессы старения [5].

В связи с этим определение качества ГСМ, разработка современного комплекса методов анализа и поиск способов замедления старения нефтепродуктов приобретает особую актуальность. Данная статья посвящена анализу современных подходов к контролю качества горюче-смазочных материалов, изучению механизмов их деградации при хранении, а также методам предотвращения выхода ГСМ из кондиционного состояния.

Современные стандарты управления топливными ресурсами требуют внедрения научно обоснованных методов анализа качества ГСМ, а также разработки технологий предотвращения их выхода из кондиционного состояния. Особую значимость проблема приобретает для предприятий, поддерживающих стратегические запасы, где срок хранения достигает 5–20 лет.

Исследования показывают, что даже при нормативных условиях хранения качество топлива заметно снижается уже в течение первого года, а далее процессы ускоряются [6].

Современная литература подчёркивает необходимость сочетания классических лабораторных методов с цифровыми системами мониторинга и предиктивной аналитикой для своевременного выявления процессов деградации и принятия профилактических мероприятий [7].

Несмотря на наличие отдельных исследований, комплексные методики оценки качества ГСМ в многолетнем хранении и разработки превентивных мероприятий всё ещё недостаточно систематизированы. Это определяет высокую актуальность выполнения работы.

В связи с этим определение качества ГСМ, разработка современного комплекса методов анализа и поиск способов замедления старения нефтепродуктов приобретает особую актуальность. Данная обзорная статья посвящена анализу современных подходов к контролю качества горюче-смазочных материалов, изучению механизмов их деградации при хранении, а также методам предотвращения выхода ГСМ из кондиционного состояния.

Классические механизмы старения включают окисление углеводородов, гидролиз, испарение летучих фракций, полимеризацию и образование нерастворимых продуктов (пероксидов, кислот, смол). Окисление — ключевой путь деградации для дистиллятов и смазочных масел: образование кислотообразующих продуктов повышает TAN, снижает стабильность и способствует образованию лака (varnish) (ASTM D2274 описывает ускорённый тест для оценки склонности к образованию нерастворимых продуктов) [8]. Добавление биокомпонентов (биодизель) значительно снижает окислительную стабильность смеси, что подтверждается экспериментальными исследованиями и отчётами [9]. Биологическое загрязнение (бактерии, грибки) наиболее характерно для дизельных топлив и служит фактором ухудшения фильтруемости и коррозии.

В литературе выделяются несколько ключевых механизмов старения ГСМ:

• Окислительные процессы. Окисление углеводородов приводит к образованию кислородсодержащих продуктов (пероксидов, кетонов, кислот), росту кислотного числа, образованию полимеризатов и осадков. Для дистиллятов и дизелей широко применяются ускоренные методы оценки окислительной стабильности (ASTM D2274, D4625) как индикаторы склонности к образованию нерастворимых продуктов при хранении (5 ист) [8, 10].
• Физико-химические изменения фракционного состава. Выпаривание лёгких фракций (фракционный сдвиг), изменение вязкости и потеря летучих составляющих приводят к изменению температурных и вязкостных характеристик топлива.
• Гидролиз и взаимодействие с водой. Наличие воды в резервуаре ускоряет гидролитические процессы и коррозию, а также служит средой для биологического роста.
• Биологическое загрязнение. Для дизельных топлив известна проблема бактериального и грибкового загрязнения, образующего биопленки и ухудшающего фильтруемость топлива.
• Взаимодействие с присадками и материалами ёмкостей. Электрохимическая коррозия, влияние поверхности резервуара и взаимодействия с элементами уплотнений могут инициировать каталитическое разрушение компонентов топлива или масел.

Качество топлив регламентируется стандартами ASTM, ISO, EN 590, а также ГОСТами 32511, 305, 2517 для СНГ. Однако регламенты не предоставляют информации о механизмах предотвращения деградации ГСМ, что подчеркивают исследователи [3].

Основными методами являются: использование антиоксидантных присадок [11], применение азотной подушки для снижения доступа кислорода [12], контроль влажности и фильтрация загрязнений, а также цифровой мониторинг качества топлива с использованием IoT-датчиков [13].

В таблице 1 представлены одни из самых распространенных лабораторных методов анализа качества ГСМ.

Таблица 1

Лабораторные методики анализа качества ГСМ

Существуют ускоренные методы оценки стабильности топлив: ASTM D2274 — тест окислительной стабильности при 95°C, ASTM D4625 — модель длительного хранения при 43°C (ASTM, 2019). Методы ASTM D445, ISO 3104 используются для оценки вязкости, а ASTM D86 — для анализа фракционного состава [11]. Хроматографические методы позволяют точно диагностировать продукты деградации топлива [14].

Обобщающие исследования по старению дизельных и биодизельных смесей показывают, что присутствие биокомпонентов обычно снижает окислительную стабильность, а продукты старения способны формировать отложения и осадки, влияя на работу систем впрыска и фильтрации.

Литература подтверждает, что комплексный подход, сочетающий лабораторные стандартизированные тесты (ASTM D2274, D4625 и пр.), регулярный отбор проб, цифровой мониторинг полевых условий и предиктивную аналитику, является наиболее перспективным для обеспечения кондиционного состояния ГСМ при длительном хранении. Для практической реализации требуется разработка адаптированных протоколов отбора и пороговых критериев, а также экономически обоснованных схем внедрения сенсорики и регенерационных технологий. Именно в этой зоне — методологическая интеграция и валидация подходов — видится научная ниша и практическая значимость предлагаемой диссертации.

Заключение

Обеспечение стабильного качества горюче-смазочных материалов при длительном хранении является важной технологической задачей, требующей комплексного подхода. Старение ГСМ обусловлено множеством факторов — физическими, химическими и биологическими процессами, протекающими в условиях хранения. Современные методы анализа, включающие стандарты ASTM и ГОСТ, позволяют объективно оценить степень деградации нефтепродуктов, тогда как применение антиоксидантных присадок, улучшение условий хранения и внедрение цифровых систем мониторинга существенно увеличивают срок их кондиционного состояния.

Дальнейшее развитие исследований по данной тематике будет связано с внедрением высокоточных методов онлайн-аналитики, цифровых двойников для прогнозирования качества нефтепродуктов и инновационных присадок, повышающих стабильность топлива и масел при длительном хранении.

Список литературы:

1. Gary, J.H. and Handwerk, G.E. (2001) Petroleum Refining Technology and Economics. Marcel Dekker Incorporated, New York.  4th Edition. 2001. P456 https://doi.org/10.1201/9780824745172.
2. Jason S. Gordon1, John B. Auel1, Nia Blair-Agyeman2, Iris B. Montague3, Rubin Shmulsky / Infrastructure Enhancement to Support Value-Added Bioproduct Recovery. Natural Resources, 2018, 9, 129-149.  https://doi.org/10.4236/nr.2018.94009.
3. Bacha J., Freel J., Gibbs A., Gibbs L., etc. Diesel Fuels Technical Review. Chevron Corporation, 2007. — 109 p.
4. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Fuel Stability in Long-Term Storage: Final Report. 2006. Golden, Colorado.
5. Siddharth Jain and M.P. Sharma. Thermal stability of biodiesel and its blends: A review / Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 15, Issue 1, January 2011, Pages 438-448. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.08.022
6. Stanislaus, A., Ganesan, T., Kadam, J.. Fuels and Fuel-Additive Chemistry. Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36(3), 367-387.
7. Parker Hannifin. (2021). IoT and condition monitoring: How to achieve cleaner fuel and savings. https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/.../IoT-and-Condition-Monitoring_How-to-achieve-cleaner-fuel-and-savings.pdf
8. ASTM D2274-14 (Reapproved) — Standard Test Method for Oxidation Stability of Distillate Fuel Oil (Accelerated Method). (PDF). img.antpedia.com
9. McCormick, R. L., et al. (2006). Oxidation stability of biodiesel and its impact on deterioration. NREL. https://docs.nrel.gov/docs/fy06osti/40356.pdf
10. ASTM International. (n.d.). ASTM D4625. Standard test method for middle distillate fuel storage stability at 43°C (110°F). Retrieved from https://kelid1.ir/FilesUp/ASTM_STANDARS_971222/D4625.PDF
11. Speight, J.G. The Chemistry and Technology of Petroleum, 5th ed. / J. G. Speight. - Boca Raton: CRC Press, 2014. - 408 р.
12. Wauquier, J.P. Petroleum refining:crude oil, petroleum products, process flowsheets. V.1. / J.P. Wauquier. - Paris: Technip, 1995. - 504 p.
13. Vijayakumar P., Ganesan V., Pratik Patwari, Rajnandini Singh and etc. IoT Based Smart Fuel Monitoring System / International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), Volume-8 Issue-2, 2019. DOI:10.35940/ijrte.A1146.078219.
14. Maya Kochman, Alexander Gordin, Tal Alon, Aviv Amirav. Flow modulation comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry with a supersonic molecular beam. October 2006. Journal of Chromatography A 1129(1):95-104. DOI:10.1016/j.chroma.2006.06.079