ناخالصیهای سوخت گازوئیل و تأثیر آن بر عملکرد موتورهای دیزلی
منشأ آلودگی سوخت گازوئیل
کیفیت سوخت، یکی از عوامل تعیینکننده در عملکرد، بازده و عمر مفید موتورهای دیزلی است. وجود ناخالصی در گازوئیل میتواند باعث کاهش راندمان موتور، افزایش مصرف سوخت، فرسایش قطعات سیستم سوخترسانی و در نهایت خرابی انژکتورها و پمپهای فشار بالا شود.
مهمترین آلایندههای موجود در سوخت گازوئیل عبارتاند از:
- ذرات جامد معلق
- آب
- آلودگیهای میکروبی
- سوخت اکسیدشده یا کهنه (سوخت با کیفیت پایین)
- ذرات معلق
ذرات جامد، متداولترین آلاینده موجود در گازوئیل هستند. این ذرات میتوانند شامل گردوغبار، ماسه، زنگزدگی، برادههای فلزی، محصولات خوردگی مخازن و سایر آلودگیهای محیطی باشند.
بخش عمده این آلودگیها در مراحل مختلف تولید، انتقال، ذخیرهسازی و توزیع سوخت وارد آن میشوند. مسیر طولانی انتقال سوخت از پالایشگاه تا مصرفکننده، شامل خطوط لوله، مخازن ذخیره، تانکرهای جادهای، واگنهای ریلی و کشتیهای حمل سوخت، فرصتهای متعددی برای ورود آلایندهها فراهم میکند.
مخازن فلزی قدیمی، بهویژه مخازن فولادی بدون پوشش مناسب، در اثر خوردگی داخلی ذرات زنگزدگی تولید میکنند که بهراحتی وارد سوخت میشود.
همچنین لرزش و تلاطم هنگام حملونقل باعث معلق شدن رسوبات کف مخازن شده و احتمال انتقال آنها به مخازن بعدی و در نهایت سیستم سوخترسانی موتور را افزایش میدهد.
آلودگی ناشی از آب
وجود آب در گازوئیل یکی از مهمترین عوامل کاهش قابلیت اطمینان موتورهای دیزلی است.
آب معمولاً بدون انجام آزمایشهای تخصصی بهراحتی قابل تشخیص نیست، اما حتی مقادیر اندک آن نیز میتواند خسارت قابل توجهی به سیستم سوخترسانی وارد کند.
آب از راههای مختلف وارد سوخت میشود، از جمله:
- میعان بخار آب در مخازن ذخیره
- نفوذ آب از طریق درپوشها یا اتصالات معیوب
- آلودگی هنگام حمل و توزیع سوخت
- جذب رطوبت هوا توسط برخی سوختهای زیستی
در مخازنی که بهطور مداوم نیمهپر هستند، حجم هوای داخل مخزن بیشتر بوده و احتمال تشکیل میعان افزایش مییابد. در نتیجه، قطرات آب در کف مخزن تجمع پیدا میکنند.
وجود آب در سوخت میتواند پیامدهای زیر را به همراه داشته باشد:
- کاهش کیفیت احتراق
- افت توان موتور
- خوردگی پمپ و انژکتورها
- کاهش خاصیت روانکاری سوخت
- افزایش احتمال یخزدگی در دماهای پایین
- آسیب به سامانههای سوخترسانی فشار بالا
در موتورهای دیزلی مجهز به سیستم Common Rail، ورود آب به انژکتورها میتواند خسارتهای بسیار سنگینی ایجاد کند.
آب آزاد (Free Water)
بخشی از آب موجود در سوخت بهصورت محلول باقی میماند، اما زمانی که مقدار آن افزایش یابد یا دمای سوخت تغییر کند، آب بهصورت لایهای مجزا در کف مخزن تهنشین میشود که به آن آب آزاد (Free Water) گفته میشود.
آب آزاد مهمترین عامل رشد میکروارگانیسمها در مخازن سوخت است.
آلودگی میکروبی
باکتریها، قارچها و مخمرها در مرز تماس آب و گازوئیل رشد میکنند و از هیدروکربنهای موجود در سوخت تغذیه میکنند.
فعالیت این میکروارگانیسمها موجب تشکیل لجن زیستی (Bio-sludge)، اسیدهای آلی و ترکیبات خورنده میشود که پیامدهای زیر را به همراه دارند:
- گرفتگی فیلترهای سوخت
- خوردگی مخازن
- انسداد خطوط انتقال
- کاهش کیفیت سوخت
- آسیب به تجهیزات تزریق سوخت
به همین دلیل، حذف آب آزاد نخستین و مؤثرترین راهکار برای جلوگیری از آلودگی میکروبی محسوب میشود.
کاهش کیفیت سوخت در اثر نگهداری طولانی
گازوئیل محصولی با عمر نگهداری محدود است و در صورت ذخیرهسازی طولانیمدت، بهتدریج دچار اکسیداسیون و تغییرات شیمیایی میشود.
سوخت تازه معمولاً شفاف و روشن است، اما با گذشت زمان ممکن است تیره، کدر و حاوی رسوبات صمغی و ترکیبات سنگین مانند آسفالتین شود.
این فرآیند باعث تشکیل رسوبات، افزایش ویسکوزیته و کاهش کیفیت احتراق میشود.
بهطور کلی، پایداری سوخت به عوامل زیر بستگی دارد:
- کیفیت اولیه سوخت
- میزان گوگرد
- درصد سوخت زیستی (Biodiesel)
- دمای نگهداری
- وجود آب و اکسیژن
- تمیزی مخزن
گازوئیلهای حاوی گوگرد بالا و برخی مخلوطهای بیودیزل معمولاً پایداری کمتری نسبت به گازوئیلهای کمگوگرد (ULSD) دارند.
در شرایط مناسب نگهداری، حداکثر زمان توصیهشده برای ذخیرهسازی گازوئیل معمولاً بین شش ماه تا یک سال است. برای نگهداری طولانیتر، پایش کیفیت سوخت و استفاده از سامانههای تصفیه و گردش سوخت توصیه میشود.
روشهای تصفیه و فیلتراسیون سوخت
سامانههای تصفیه سوخت با حذف آلایندهها، کیفیت گازوئیل را حفظ کرده و از تجهیزات گرانقیمت سیستم سوخترسانی محافظت میکنند.
فیلتراسیون ذرات
در این مرحله، ذرات جامد مانند گردوغبار، زنگزدگی، برادههای فلزی و رسوبات توسط فیلترهایی با درجه فیلتراسیون مشخص (بر حسب میکرون) از سوخت جدا میشوند.
انتخاب اندازه منافذ فیلتر متناسب با نوع سیستم سوخترسانی، نقش مهمی در حفاظت از پمپ و انژکتورها دارد.
جداسازی آب
جداکنندههای آب، آب آزاد را از گازوئیل جدا میکنند. این جداسازی ممکن است به کمک نیروی گریز از مرکز، اختلاف چگالی، صفحات همجوشکننده (Coalescer) یا ترکیبی از این روشها انجام شود.
حذف آب، علاوه بر جلوگیری از خوردگی، از رشد میکروارگانیسمها و آسیب به سیستم تزریق سوخت نیز جلوگیری میکند.
جداسازی ذرات فلزی
در برخی سامانههای تصفیه سوخت از آهنرباهای دائمی برای جذب ذرات فرومغناطیسی مانند برادههای فولادی و ذرات زنگزدگی استفاده میشود.
این تجهیزات تنها قادر به جذب ذرات فلزی مغناطیسی هستند و از ورود آنها به پمپ و انژکتورها جلوگیری میکنند.
برخی تولیدکنندگان، برای سامانههای موسوم به Magnetic Fuel Conditioner مزایایی مانند بهبود خواص سوخت یا تغییر آرایش مولکولی آن را نیز مطرح میکنند؛ با این حال، این ادعاها تاکنون بهطور گسترده در پژوهشهای مستقل و استانداردهای معتبر صنعت موتورهای دیزلی تأیید نشدهاند. بنابراین، عملکرد اثباتشده این تجهیزات را باید عمدتاً در جمعآوری ذرات فلزی مغناطیسی دانست.
جمعبندی
پاکیزگی سوخت، یکی از مهمترین عوامل در افزایش عمر موتورهای دیزلی و کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری است. استفاده از فیلترهای مناسب، جداکنندههای آب، کنترل کیفیت سوخت در زمان ذخیرهسازی و بازرسی دورهای مخازن، نقش مهمی در جلوگیری از خرابی سیستم سوخترسانی، افزایش قابلیت اطمینان و حفظ عملکرد بهینه موتور ایفا میکنند.
یادداشتها
[۱] آب آزاد (Free Water): آبی که از سوخت جدا شده و به دلیل اختلاف چگالی در کف مخزن تجمع مییابد. [۲] آسفالتین (Asphaltene): ترکیبات سنگین و آروماتیکی موجود در نفت خام و فرآوردههای نفتی که در اثر اکسیداسیون یا تغییر شرایط شیمیایی میتوانند رسوب تشکیل دهند. [۳] Magnetic Fuel Conditioner: تجهیزی که از میدان مغناطیسی برای جذب ذرات فلزی فرومغناطیسی موجود در سوخت استفاده میکند. برخی سازندگان مزایای دیگری نیز برای این سامانهها مطرح میکنند، اما این موارد هنوز اجماع علمی و صنعتی گستردهای ندارند.