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February 2012
Jayadi Lukito
Untersuchungen zur Stabilität von flüssigen Brennstoffen
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Stabilität von Brennstoffen und von Blends mit zwei zu entwickelnden Untersuchungsmethoden vorherzusagen. Die erste Methode ist eine praxisnahe Methode, welche kritische Brennstoffe zur Gewährleistung der Betriebssicherheit von kommerziellen Ölbrennerpumpen mittels einer tribologischen Prüfapparatur identifizieren kann.
Mit der tribologischen Prüfapparatur konnten reproduzierbar für den Pumpenbetrieb kritische Brennstoffe innerhalb eines einundzwanzigstündigen Testlaufs identifiziert werden.
Durch die Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen und Probenkörper, welche maßgeblich die tribologische Belastung des Brennstoffes bestimmen, konnte eine gute Differenzierbarkeit der Prüfmethode erzielt werden.
Mit dem optimierten Probenkörper wurden das Potenzial und die Reproduzierbarkeit der Prüfmethode durch eine erweiterte Brennstoffmatrix, die kritische Brennstoffe enthielt, dargestellt. Mit der Auslegung der tribologischen Prüfapparatur und den gewählten Bedingungen konnte ein Reklamationsheizöl reproduzierbar als kritisch eingestuft werden, da im Mittel ein Anstieg des Anlaufdrehmoments von 30 % beobachtet wurde. Unkritische Heizöle zeigen dahingegen keine Erhöhung des Anlaufdrehmoments. Die tribologische Prüfapparatur stellt somit eine eigenständige Methode zur Bewertung der Betriebssicherheit von Ölbrennerpumpen dar.
In einer weiteren Methode wurde die Tauglichkeit eines Verfahrens untersucht, welches mit Hilfe der Chemilumineszenz die Hydroperoxidbildung erfasst. Die Hydroperoxidbildung konnte als wesentliches Zwischenprodukt bei der Alterung FAME-haltiger und mineralölstämmiger Brennstoffe aufgezeigt werden.
Die vom Hersteller vorgeschlagene Oxidations-Induktions-Zeit Bestimmung durch den Schnittpunkt zwischen der Steigungslinie und der Grundlinie ist wegen der unzureichenden Wiederholbarkeit der Untersuchungsergebnisse bei Einsatz von Brennstoffen nicht als Auswertungskriterium geeignet. Stattdessen wurden weitere passende Parameter wie z.B. die Peakzeit betrachtet, die eine gute Wiederholbarkeit zeigt und die die Zeit der maximalen gemessenen Intensität als Nachweis der gebildeten Hydroperoxid-Moleküle wiedergibt.
Ein neuer Stabilitätskennwert wurde aus der Peakzeit, die beim letzten Intensitätsmaximum ermittelt wurde, und der dazugehörigen Fläche berechnet. Er wird als „SCM Wert“ bezeichnet und hat die Einheit von V -1 . Die Größe ist physikalisch plausibel, weil stabilere Brennstoffe weniger Alterungsprodukte bzw. Hydroperoxidmoleküle produzieren.
Mit der tribologischen Prüfapparatur konnten reproduzierbar für den Pumpenbetrieb kritische Brennstoffe innerhalb eines einundzwanzigstündigen Testlaufs identifiziert werden.
Durch die Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen und Probenkörper, welche maßgeblich die tribologische Belastung des Brennstoffes bestimmen, konnte eine gute Differenzierbarkeit der Prüfmethode erzielt werden.
Mit dem optimierten Probenkörper wurden das Potenzial und die Reproduzierbarkeit der Prüfmethode durch eine erweiterte Brennstoffmatrix, die kritische Brennstoffe enthielt, dargestellt. Mit der Auslegung der tribologischen Prüfapparatur und den gewählten Bedingungen konnte ein Reklamationsheizöl reproduzierbar als kritisch eingestuft werden, da im Mittel ein Anstieg des Anlaufdrehmoments von 30 % beobachtet wurde. Unkritische Heizöle zeigen dahingegen keine Erhöhung des Anlaufdrehmoments. Die tribologische Prüfapparatur stellt somit eine eigenständige Methode zur Bewertung der Betriebssicherheit von Ölbrennerpumpen dar.
In einer weiteren Methode wurde die Tauglichkeit eines Verfahrens untersucht, welches mit Hilfe der Chemilumineszenz die Hydroperoxidbildung erfasst. Die Hydroperoxidbildung konnte als wesentliches Zwischenprodukt bei der Alterung FAME-haltiger und mineralölstämmiger Brennstoffe aufgezeigt werden.
Die vom Hersteller vorgeschlagene Oxidations-Induktions-Zeit Bestimmung durch den Schnittpunkt zwischen der Steigungslinie und der Grundlinie ist wegen der unzureichenden Wiederholbarkeit der Untersuchungsergebnisse bei Einsatz von Brennstoffen nicht als Auswertungskriterium geeignet. Stattdessen wurden weitere passende Parameter wie z.B. die Peakzeit betrachtet, die eine gute Wiederholbarkeit zeigt und die die Zeit der maximalen gemessenen Intensität als Nachweis der gebildeten Hydroperoxid-Moleküle wiedergibt.
Ein neuer Stabilitätskennwert wurde aus der Peakzeit, die beim letzten Intensitätsmaximum ermittelt wurde, und der dazugehörigen Fläche berechnet. Er wird als „SCM Wert“ bezeichnet und hat die Einheit von V -1 . Die Größe ist physikalisch plausibel, weil stabilere Brennstoffe weniger Alterungsprodukte bzw. Hydroperoxidmoleküle produzieren.
Keywords: Stabilität; Brennstoffe; Kraftstoffe; Chemilumineszenz; SCM; Alterungsmechanismus; FAME; biogene Komponente; ; Blends; Ölbrennerpumpen; Pumpenblockade; tribologische Prüfapparatur; Heizöl; Bioheizöl; Oxidationsstabilität
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