Навіщо потрібна сепарація

Що стосується основних забруднювачів, то вони є добре відомі – це органічні та неорганічні речовини, а також вода. Навіть якщо паливо, залите в бак, має високу якість очищення, там все одно буде деяка кількість бруду та води. В неякісному паливі можуть бути присутніми також асфальтити – важкі вуглеводні, які залишають на фільтруючому елементі чорні відкладення. Крім цього, в паливі зустрічаються частки металів, фарби, піску та ін., які значно прискорюють зношення високоточних елементів паливної системи.

Вода.

Вода в дизельному паливі викликає корозію паливної системи та, відповідно, утворення іржі. Взимку вода має властивість замерзати з утворенням кристалів льоду , які знаходяться в паливі у завислому стані та, потрапляючи на плунжерні пари ПНВТ та в форсунки, працюють як абразив. Окрім цього, вода є життєдайною середою для бактерій, які здатні засвоювати вуглеводні і продуктом життєдіяльності яких є кислоти, що руйнують металічні частини паливної системи.

Воду, що знаходиться в дизпаливі, можна розділити на два види – свободну та емульсовану.

Свободна вода, як правило, завжди присутня в паливному баці. Зазвичай вона потрапляє туди двома шляхами: із паливом під час заправлення та у вигляді конденсату, який утворюється при перепаді температур. При зростанні перепаду температур ззовні та всередині паливного баку, волога, із перебуваю чого там повітря конденсується на стінках бака, при цьому дрібні її частки, що утворилися, частково стікають на дно, утворюючи свободну воду, а частково, перемішуючись з паливом, утворюють так звану емульсовану воду, яка може знаходитись в паливі протягом достатньо тривалого часу.

Вважається, що краплі розміром більше 260 мкм одразу опускаються на дно, краплі розміром 180…260 мкм спадають через достатньо нетривалий проміжок часу, а краплі діаметром 5…180 мкм, власне, і являють собою емульсовану воду, котра може знаходитись у паливі у завислому стані тривалий час.

Під високим тиском впорскування, вода, що знаходиться у паливі, викликає кавітаційні процеси, які призводять до активної ерозії металу. Наслідком цього є швидкоплинний знос каліброваних розпилювачів форсунок, а це, в свою чергу, призводить зростання витрат палива, зменшення потужності та, відповідно, погіршення економічних та екологічних характеристик двигуна.

Особливо негативно наявність води у паливі почала відображатись при переході на більш високі екологічні стандарти. Чим більш досконала паливна апаратура, тим більший збиток, заподіяний водою. В даному випадку взаємозалежність прямо пропорційна, бо для більш кращого розпилення палива на сучасних авто довелося підвищити точність і тиск впорскування, а знос сопел розпилювачів, спричинений водою, знаходиться у квадратичній залежності від тиску впорскування. Так, якщо тиск палива в зоні плунжерної пари в двигунах стандарту EURO 2 у середньому складало 1200 атм, то в двигунах стандарту EURO 3 воно підвищилось до 1500 атм, а стандарту EURO 4 – вже до 1800…2000 атм.

Тому, при використанні палива з однаковим вмістом води форсунки на двигуні EURO 3 прослужать у півтора рази менше ніж на двигуні EURO 2, а на двигуні EURO 4 майже утричі менше.

Особливо важко боротися з водою в паливних системах обладнаних підкачувальними насосами, які є частиною конструкції паливоприймача і які перетворюють свободну воду в емульсовану.

Кристалізований парафін.

Треба окремо відмітити низькотемпературні (зимові, арктичні) сорти дизельного палива. Невід’ємною складовою дизельного палива є парафін, наявність якого обов’язкове, тому що він виконує функцію змащування частин паливної апаратури, що перебувають під тертям. Але має неприємну особливість кристалізуватися при температурах від -7⁰С і нижче, що призводить до забивання фільтруючого елементу парафінами і припиненню протоку палива з зупинкою двигуна. Для того, щоб знизити температуру експлуатації дизельного двигуна, пропонуються зимові сорти палива зі штучно зменшеною кількістю парафіну, а іноді і зовсім незначною (арктичні сорти). Хоча використання таких сортів палива і забезпечує функціонування двигуна при значно менших температурах навколишнього середовища (до -35⁰С для деяких сортів), але є і негативний ефект – прискорений знос ПНВТ і насос-форсунок внаслідок недостатнього змащування. А якщо додати наявність в паливі кристалів води та часток металів, то сумарний ефект – руйнівний.

Таким чином, єдиною можливістю уникнути прискореного зносу паливної апаратури та супутніх фінансових, часових і моральних збитків є якісна очистка дизельного палива від домішок безпосередньо перед потраплянням палива в паливний насос. Тим, хто використовує дизельну техніку в умовах негативних температур навколишнього середовища, необхідно надати перевагу використанню звичайних сортів палива з його підігрівом перед потраплянням в зону фільтруючого елементу.

• Гравітаційна сепарація – це відділення часток більшої ваги за рахунок впливу гравітаційних сил земного тяжіння. Використовується у разі тривалого відстою палива.
• Відцентрова сепарація – дозволяє збільшити частоту зіткнень крапель води з їх подальшою коалесценцією (злиттям) за рахунок сил, що виникають внаслідок обертового руху. Ефективність застосування відцентрової сепарації залежить від швидкості протоку палива та його густини. Чим більша густина, тим більшою повинна бути відцентрова сила, яка, в свою чергу, залежить від лінійної швидкості руху палива і радіусу обертання. Збільшення лінійної швидкості і зменшення радіусу обертання збільшує відцентрові сили, що з’являються в сепараторі.
• Турбулентна сепарація – дозволяє збільшити частоту зіткнень крапель води в паливі після омивання паливно-водною емульсією різноманітних пристроїв, що викликає завихрення емульсії. Більш важкі частки схильні залишатися в зоні завихрення, стикаються один з одним і осідають на поверхні завихрителя.
• Теплова сепарація – це теплове розшарування за рахунок різної теплоємності палива та води.
• Фільтрація – осідання крапель води на поверхнях різноманітних пористих матеріалів – паперу, сіток тощо.

Необхідно враховувати, що якщо видалення великих крапель води (від 300 мкм і більше) не являє великої складності, то розділення компонентів емульсії являє собою значно більш складне завдання і примушує використовувати увесь спектр методів. Також, необхідно розуміти, що процес перетворення емульсії в свободну воду відбувається виключно в умовах спокою, тобто у відстійнику, за відсутності будь-якого каламучення суміші. Це пов’язане зі значною міцністю капсули краплі води, оточеної паливом. Таким чином, завданням сепарації є створення умов, за яких частки води, що рухаються разом з потоком, будуть стикатися один з одною і «склеюватися», образуючи т.зв. агрегати, що складаються з декількох крапель.

Необхідно відмітити, що в сепараторах можуть одночасно застосовуватися різні принципи водовідділення – такі сепаратори називають двофазними, трифазними та ін.