Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fuel lubricity and its laboratory evaluation

Wojtyniak Małgorzata

Journal of civil engineering and transport

|

2022

|

Vol. 4, No. 1

47--59

EN

This literature review paper discusses the subject of lubricating properties of liquid hydrocarbon-based fuels and laboratory bench tests applied in lubricity evaluation. The analysis was made in order to highlight the importance of fuel lubricity evaluation, especially application of relatively rapid laboratory tests. Inadequate lubricity may lead to an excessive wear of fuel injection system components and in some cases - even to catastrophic failure what, in turn, manifests itself in higher replacement costs, shortened service life, inefficient engine performance and increased tailpipe emissions. Nowadays, when more and more rigorous emissions standards for transportation fuels are continuously established, the satisfactory fuel lubricity is of great importance. Lubricity determines the antiwear behaviour of the lubricant over the regime of boundary lubrication when the moving surfaces are separated only by a very thin fluid film adhering to them. The most important role in forming such films is played by polar compounds and aromatic hydrocarbons that are naturally present in crude oil derived fuels. However, the refinery processes applied in fuel production remove them, thus reducing the lubricity. Fuel lubricity problems were first defined in the mid-1960s and resulted from more severe refining and treatment processes applied in the production of aviation kerosene. In those days, injection equipment failures in aircraft turbine engines were reported. Then, in the late 1980s, similar problems were revealed after the implementation by US and NATO forces of “The Single Fuel Forward” policy which mandated that all military vehicles must be operable with kerosene-based fuel. Lubricity problems regarding diesel fuel emerged in the late 1990s when some countries set limits on the sulphur and aromatic hydrocarbon content in this fuel. The paraffinic diesel fuel produced by the Fischer-Tropsch synthesis or hydrotreatment process that is more commonly applied nowadays also possesses very low lubricating properties. Generally, to provide good fuel lubricity, various additives are applied andbench tests are mostly employed to estimatetheir effectiveness. Since 1960 many test rigs have been developed. Several interlaboratory test programs were carried out to select the best bench tests that would show good correlation with field experience. Among them, only BOCLE, HFFR, and SLBOCLE test methods become industry standards.

PL

W artykule przedstawiono tematykę właściwości smarnych ciekłych paliw węglowodorowych oraz przegląd laboratoryjnych metod oceny smarności. Celem przeprowadzenia niniejszej analizy była chęć podkreślenia ważności problematyki oceny smarności paliw, w szczególności za pomocą relatywnie szybkich metod laboratoryjnych. Niewłaściwa smarność może prowadzić do nadmiernego zużycia elementów układu wtrysku paliwa, a w pewnych przypadkach - nawet do uszkodzenia aparatury wtryskowej, co w konsekwencji powoduje wyższe koszty wymiany, krótszą żywotność, zmniejszone osiągi silnika i wzrost emisji. Obecnie, w sytuacji kiedy normy emisji są coraz bardziej restrykcyjne, smarność jest szczególnie istotnym parametrem określającym jakość paliw. Smarność określa właściwości przeciwzużyciowe w warunkach tarcia granicznego. Tarcie zachodzi wówczas pomiędzy bardzo cienkimi warstwami substancji smarującej zaadsorbowanymi na powierzchniach współpracujących. Najważniejszą rolę w tworzeniu takich warstw odgrywają związki polarne oraz węglowodory aromatyczne występujące w ropie naftowej. Jednakże, w wyniku procesów rafineryjnych stosowanych podczas produkcji paliw, większość związków polarnych jest usuwana, co w efekcie prowadzi do obniżenia smarności. Problem smarności paliw pojawił się po raz pierwszy wlatach sześćdziesiątych XX wieku i był spowodowany stosowaniem głębokiego rafinowania oraz procesów uszlachetniania stosowanych w produkcji nafty lotniczej. Konsekwencją stosowania tak wytwarzanego paliwa było wiele przypadków uszkodzeń aparatury wtryskowej turbinowych silników lotniczych. Później, w latach osiemdziesiątych, problemy wynikające z niedostatecznej smarności paliw pojawiły się po wdrożeniu przez Stany Zjednoczone i NATO tzw. koncepcji jednolitego paliwa pola walki (The Single Fuel Forward”), która polega na stosowaniu we wszystkich pojazdach wojskowych paliwa przeznaczonego standardowo do silników odrzutowych. Z kolei, problem smarności oleju napędowego pojawił się na początku lat dziewięćdziesiątych, kiedy zaczęto wprowadzać ograniczenia dotyczące zawartości siarki i węglowodorów aromatycznych w tym paliwie. Parafinowy olej napędowy produkowany metodą syntezy Fischera-Tropscha lub w procesach uwodornienia, który jest coraz powszechniej stosowany, również charakteryzuje się niską smarnością. Aby nadać paliwom odpowiednie właściwości smarne stosowane są różnego rodzaju dodatki. Ocenę skutecznościdziałania tych dodatków prowadzi się najczęściej za pomocą metod laboratoryjnych. Od momentu pojawienia się problemów wynikających z niedostatecznej smarności paliw zostało opracowanychwiele metod laboratoryjnych oceny tego parametru. Przeprowadzono również kilka programów badań międzylaboratoryjnych mających na celu wybranie testów wykazujących największą korelację z badaniami w warunkach rzeczywistych. Spośród ocenianych testów tylko BOCLE, HFFR oraz SLBOCLE uzyskały status metod badań normowych.

2

The influence of the chemical structure of synthetic hydrocarbons and alcohols on the lubricity of CI engine fuels and aviation fuels

Kulczycki A., Dzięgielewski W, Ozimina D.

Tribologia

|

2017

|

nr 3

91--100

EN

The paper covers the mechanism of lubrication layer formation by fuels containing synthetic hydrocarbons and alcohols. Development of alternative fuels containing FAME, alcohols, and synthetic hydrocarbons has increased the interest in the mechanism of lubrication of fuelling systems parts. Fuel lubricity tests have been conducted using the HFRR and BOCLE testing rigs. Fuels under testing, both for CI engines and for aviation turbine ones, contained synthetic components: saturated hydrocarbons both of even and odd number of carbon atoms, and butanol, isomers. These components have been added to conventional fuels, such as diesel fuel and Jet A-1 fuel at the concentration of 0–20% (V/V). All fuels under testing contained commercially available lubricity improvers (carboxylic acid). Test results were analysed using model αi described in [L. 6, 7]. As a result of the analysis, it has been found that the liquid phase, which is a lubricating film, should contain agglomerates or molecular clusters responsible for the transport of energy introduced into lubricating film by electrons emitted from metal surface. The mechanism enabling a description of the effect of base fuel without lubricity improvers on efficiency of such additives has been suggested.

PL

Przedmiotem artykułu jest mechanizm tworzenia warstwy smarującej przez paliwa zawierające syntetyczne węglowodory i alkohole. Rozwój paliw alternatywnych spowodował wzrost zainteresowania mechanizmem smarowania elementów układów zasilania silników. Badania smarności paliw prowadzono z użyciem aparatów HFRR i BOCLE. Badane paliwa do silników o ZS i paliwa do turbinowych silników lotniczych zawierały trzy serie syntetycznych komponentów: węglowodory parafinowe o parzystej liczbie atomów węgla, węglowodory parafinowe o nieparzystej liczbie atomów węgla oraz izomery butanolu. Powyższe syntetyczne komponenty były dodawane do mineralnych paliw: oleju napędowego i paliwa Jet A1 w ilości 0–20% (V/V). Wszystkie badane paliwa zawierały komercyjnie dostępne dodatki smarnościowe (kwas karboksylowy). Wyniki badań eksperymentalnych były analizowane z zastosowaniem modelu αi opisanego w publikacjach [L. 6, 7]. W rezultacie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że faza ciekła – film smarny powinna zawierać aglomeraty lub klastry molekularne, które są odpowiedzialne za transport energii wprowadzanej do filmu smarnego przez elektrony emitowane z powierzchni metalu. Zaproponowano mechanizm, który może wyjaśnić wpływ paliwa bazowego (bez dodatków smarnościowych) na efektywność działania dodatków smarnościowych.

3

The influence of oxygenates on lubricity of fuels for CI engines

Kulczycki A.

Journal of KONES

|

2015

|

Vol. 22, No. 2

121--128

EN

Lubricity of fuels for CI engines becomes one of very important parameter since the sulphur content was decreased to 50 and actually 10 ppm. To provide effective lubrication of fuel pumps and unit injectors elements, in case fuel does not contain organic sulphur compounds, the oxygen containing organic compounds are added as lubrication additives. Biocomponents are usually introduced into mineral diesel fuel containing additives package, which includes lubricating additive (organic acid). The aim of this paper is investigation of the influence of polar oxygenates added to petroleum diesel fuel in concentration between 5 and 20% (V/V) on lubricating additive effectiveness in protective layer creation. The results of HFRR tests obtained for blends of commercial diesel fuel containing lubricating additive with biobuthanol models (MB) leads to conclusion that: − generally the buthanol isomers addition increases wear of upper ball of HFRR apparatus, − wear of upper ball of HFRR apparatus depends on the average film thickness and does not depend on tested fuels viscosity at 40°C, − dilution of commercial diesel fuel by biobuthanol models and consequently decreasing of lubricating additive concentration cannot be the only reason of deterioration of tested blends lubricity. It was concluded, that the possible reason of lubricity deterioration by buthanol added to commercial diesel fuel in concentration between 5 and 20% (V/V) are antagonistic interactions between oxygenates (buthyl alcohol) and lubricating additive. These antagonistic interactions depend on the structure of buthanol isomers.

4

Analysis of the lubricity and calorific value of distillate fuels used on Polish fishing vessels

Rajewski P.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2011

|

nr 26 (98)

92-98

EN

Attempting to minimize operating costs to fishers, they sometimes decide to use the cheapest marine fuels. Their low quality adversely affects the durability of fuel injection equipment. Similarly, reduction of sulfur and aromatic hydrocarbons, increase the boiling point at normal pressure and cetane number of modern fuels leads to a significant deterioration in their tribological properties. Polish fishing vessels can be achieved by using biofuels, which is a mixture of diesel and rapeseed oil. To carry out comparative studies for diesel and biofuel engines used to power fishing vessels were needed data, specifying lubricity and calorific value of fuels used by Polish fishermen. The conclusions are based on the examination of the chosen parameters for randomly selected fuel samples from Polish suppliers or taken directly on fishing vessels.

PL

Próba minimalizacji kosztów eksploatacji dla rybaków powoduje, że często decydują się oni na używanie najtańszych paliw żeglugowych. Niska jakość tych paliw niekorzystnie wpływa na trwałość instalacji wtrysku paliwa. Podobnie, redukcja siarki i węglowodorów aromatycznych, silny wzrost temperatury wrzenia przy normalnym ciśnieniu i liczbie cetanowej nowoczesnych paliw, prowadzi do znacznego pogorszenia ich właściwości trybologicznych. Na polskich statkach rybackich można by stosować biopaliwa, które są mieszaniną oleju napędowego i oleju rzepakowego. Aby przeprowadzić porównanie oleju napędowego i biopaliw używanych w silnikach statków rybackich, potrzebne były dane określające wartości smarne i wartość opałową paliw stosowanych przez polskich rybaków. Wnioski zostały wyciągnięte na podstawie analizy parametrów losowo wybranych próbek dostarczonych przez dostawców lub pobranych bezpośrednio ze statków rybackich.

5

Przemiany tribochemiczne wybranych nienasyconych eterów stosowanych jako dodatki smarne do olejów napędowych

Molenda J., Makowska M., Leśniewska A.

Tribologia

|

2007

|

nr 5

97-107

PL

W artykule przedstawiono rezultaty badań smarności kompozycji oleju napędowego z wybranymi eterami nienasyconymi (eter allilowo-n--butylowy, eter allilowo-2,3-epoksypropylowy oraz eter allilowo-2,3--dihydroksy-propylowy), przeprowadzonych za pomocą HFRR. Zbadano także strukturę chemiczną deponowanych warstw granicznych. Do tego celu wykorzystano mikroskopię sił atomowych (AFM), skaningową mikroskopię elektronową sprzężoną z rentgenowską spektrometrią dyspersji energii (SEM/EDS) oraz rentgenowską spektrometrię fotoelektronową (XPS). Stwierdzono, że właściwości przeciwzużyciowe zbadanych dodatków wynikają z tworzenia się warstw granicznych, złożonych głównie z produktów organicznych o strukturze karboksylanów.

EN

It has been investigated lubricity of the compositions of diesel fuel and some unsaturated ethers (allyl-butyl ether, allyl-2,3-epoxypropyl ether, 3-allyloxy-1,2-propanodiol) by means of High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR) method. Moreover, chemical structure of the boundary layers formed on the friction surface was analyzed by Atomic Force Microscope (AFM), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersion Spectroscopy (SEM/EDS) and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Antiwear properties of the investigated additives result from formation of the boundary layers mainly consist of organie products such us carboxylates.

6

Wpływ wybranych estrów kwasów tłuszczowych na smarność olejów napędowych

Kędzierska E.

Problemy Eksploatacji

|

2002

|

nr 4

87-104

PL

W pracy dokonano syntezy estrów glicerynowych kwasów karboksylowych (oleinowy, dimer kwasu EMPOL 1062) oraz zbadano ich właściwości tribologiczne (smarność) w wybranych komponentach bazowego oleju napędowego wytwarzanego w PKN ORLEN SA. Badania tribologiczne przeprowadzono za pomocą standardowego urządzenia HFRR (Wielka Brytania) przeznaczonego do badania smarnośći olejów napędowych. Stwierdzono, że produkty estryfikacji kwasów tłuszczowych z gliceryną mają zdolność redukcji zużycia niskosiarkowych olejów napędowych. Redukcja zużycia jest zależna od rodzaju estru oraz warunków jego otrzymywania.

EN

This paper describes tribological characteristics (lubricity) of carboxylic acid glycerol ester additives in selected diesel fuel components, produced in PKN ORLEN SA. Oleic acid and dimer acid EMPOL 1062 were used for synthesis. Tribological tests were performed on the standard diesel fuel lubricity HFRR tester made in U.K. It was found that the synthesised ester products, applied as lubricity additives, reduce wear of the tested low-sulphur diesel fuel components. The wear reduction performancr depends on the ester types and synthesis conditions.