Wasser ist der Feind des Diesels Engines│Donaldson Motoren und Fahrzeuge

Dieselkraftstoff wird immer einen bestimmten Prozentsatz an Wasser enthalten. Ziel ist es, den Wasseranteil in akzeptablen Grenzen – weit unter dem Sättigungspunkt – zu halten. Die Abscheidung von übermäßigem Wassergehalt aus dem Kraftstoff kann eine Herausforderung sein; daher besteht der effektivste Ansatz darin, Wasser am Eindringen in Ihren Tank zu hindern und diesen regelmäßig zu überwachen. Auf diese Weise kann die Notwendigkeit der Wasserabscheidung auf ein Minimum reduziert werden. Um eine gute Strategie für den Umgang mit Wasser zu entwickeln, ist es wichtig zu verstehen, wie man den Wassergehalt misst und die Ergebnisse auswertet.

Das Problem

Wasser hat schon immer Rost und Korrosion an Kraftstoffsystemkomponenten und Infrastruktur verursacht. Moderne Kraftstoffsysteme sind deutlich intoleranter als Niedrigdrucksysteme, sodass die Hersteller jetzt angeben, dass nur Reinstwasser den Motor erreichen darf.

Durch Wasser verursachte direkte Schäden

Wasser verursacht in Kraftstofftanks sowie Motorteilen Schäden. Rost und Korrosion im Tank erzeugen harte Partikel, die mit dem Kraftstoff n den Motor gelangen und dort Verschleiß verursachen. Die Lebensdauer der Komponenten wird auch durch Wasserätzung, Erosion, Kavitation und Abplatzen verkürzt, wie:

Rost: In Kontakt mit Eisen- und Stahloberflächen bildet Wasser Eisenoxid (Rost). Rostpartikel, ebenso wie andere harte Partikel, die in den Kraftstoff gelangen, verursachen einen abrasiven Verschleiß der Teile. Vorzeitiger Verschleiß kann zum Ausfall von Teilen führen.

Korrosion: Korrosion ist eine der häufigsten Ursachen für Einspritzdüsenprobleme. Wasser verbindet sich mit Säuren im Kraftstoff, um sowohl Eisen- als auch Nichteisenmetalle zu korrodieren. Dies wird noch verschlimmert, wenn durch Abrieb frische Metalloberflächen freigelegt werden, die leicht korrodieren. Die rechts abgebildete Einspritzdüse wurde neu installiert, fiel jedoch in weniger als 300 Stunden aufgrund schneller Korrosion aus.

Abrieb: Wasser weist eine niedrigere Viskosität als Dieselkraftstoff auf und bildet daher kaum ein schmierendes „Polster“ zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen beweglicher Teile. Dies führt zu erhöhtem abrasiven Verschleiß.

Ätzung: Ätzung wird durch wasserinduzierte Kraftstoffverschlechterung verursacht, wobei Schwefelwasserstoff und Schwefelsäure erzeugt werden, die Metalloberflächen „fressen“.

Lochfraß und Kavitation: Lochfraß wird durch freies Wasser verursacht, das auf heißen Metalloberflächen glänzt. Kavitation wird durch Dampfblasen verursacht, die sich bei plötzlich auftretendem hohen Druck rasch zusammenziehen (implodieren), wodurch sie wieder zu einer Flüssigkeit kondensieren. Diese Wassertröpfchen treffen mit großer Kraft auf einen kleinen Bereich auf und verursachen Oberflächenermüdung und Erosion.

Abplatzen: Entsteht durch Wasserstoffversprödung und Druck. Wasser wird in mikroskopisch kleine Risse in Metalloberflächen gepresst. Dann, unter extremem Druck, zersetzt es sich und setzt Wasserstoff in einer „Mini-Explosion“ frei, die die Risse vergrößert und Verschleißpartikel erzeugt.

Eis: Freies Wasser im Kraftstoff kann gefrieren und Eiskristalle bilden, die sich wie jeder andere harte Partikel verhalten. Sie können Verschleiß in Kraftstoffsystemen verursachen und (in großen Mengen) Kraftstofffilter verstopfen. Ein Kraftstofffilter hat die Aufgabe, den Motor zu schützen, indem er harte Partikel zurückhält. Bei Motoren und Filtern wird nicht zwischen Schmutz und Eis unterschieden. Schäden, die durch Eis verursacht werden, können schwer korrekt zu diagnostizieren sein, da das Eis schmelzen und verschwinden wird, lange bevor eine Laboruntersuchung stattfinden kann.

Durch Wasser verursachte indirekte Schäden

Wasser trägt auch zu einer Reihe weiterer Probleme bei oder verschärft diese, wie z. B.:

Weiche Feststoffe: Wasser ist polar. Bestimmte Chemikalien in Additiven sind polar. Kohlenwasserstoffe sind unpolar. Das bedeutet, dass Wasser und polare Chemikalien voneinander angezogen werden. In Gegenwart von freiem Wasser lösen sich die chemischen Moleküle manchmal von der Kohlenwasserstoffkette des Additivs ab und verbinden sich mit Wassermolekülen zu einer neuen Substanz. Das neue Material ist ein weicher Feststoff, der sich aus dem Kraftstoff abscheidet und Filter schnell verstopfen oder Motorablagerungen bilden kann. Weiter Informationen dazu finden Sie unter Additivstabilität.

Mikrobielles Wachstum: Wie die meisten lebenden Organismen brauchen Bakterien und Pilze (Schimmelpilze) sowohl Nahrung als auch Wasser, um zu überleben. Wenn freies Wasser vorhanden ist, kann es vermehrt zu mikrobiellem Wachstum kommen, wodurch Schleime entstehen, die Ihren Kraftstoff verunreinigen, und Säuren, die Ihren Tank und Ihr Kraftstoffsystem korrodieren.

Kraftstoffoxidation: Freies Wasser beschleunigt den Oxidationsprozess und fördert die Bildung von Säuren, Gummi und Sedimenten, die allgemein als Kraftstoffabbauprodukte bekannt sind.

Formen von Wasser in Diesel

Jeder Dieselkraftstoff enthält einen gewissen Prozentsatz an gelöstem Wasser. Die Wassermoleküle bleiben so lange Teil des Treibstoffs, bis es zu viele davon gibt. Der Punkt, an dem der Kraftstoff kein Wasser mehr aufnehmen kann, wird als Sättigungspunkt bezeichnet. Die Wassermenge im Kraftstoff wird in ppm (parts per million) gemessen. Solange das Wasser als gelöstes Wasser unter dem Sättigungspunkt bleibt, ist es normalerweise kein allzu großes Problem. Erhebliche Probleme entstehen, wenn sich Wasser vom Diesel trennt und zu freiem oder emulgiertem Wasser wird. Emulgiertes Wasser ist eine weitere Form von freiem Wasser; die Tröpfchen sind dabei so klein und so gut in den Kraftstoff eingemischt, dass sie darin schweben und sich nicht auf dem Boden abscheiden. Es gibt keine „Tröpfchen“, wenn Wasser vollständig im Kraftstoff gelöst ist.

Wie kommt Wasser in den Kraftstoff?

Wasser kann aus einer Vielzahl von Quellen stammen, von denen einige äußerst schwierig zu kontrollieren sein können.

Bei der Lieferung vom Lieferanten
Abscheidung von freiem Wasser (bei Überschreiten des Sättigungspunktes)
Kondensation im Tank
Leckage in den Tank (Regen, Hochdruckreinigung, Grundwasser ...)
Eindringen aus der Atmosphäre (Feuchtigkeit)
Menschliches Versagen (ungeschützte Entlüftungen, Füllanschlüsse, Dichtungen ...)

Die Lösung

Messen des Wassergehalts

Es gibt mehrere Methoden zur Messung des Wassergehalts im Kraftstoff. Einige werden in einem Labor durchgeführt, andere können vor Ort durchgeführt werden. Es ist wichtig, die Art der Informationen zu verstehen, die diese verschiedenen Tests liefern können. Die vielleicht gebräuchlichste Methode zur Prüfung auf Wasser in Kraftstofftanks ist das „Eintauchen“ einer speziellen Indikatorpaste in den Tank auf einem langen Peilstab. Diese Methode ist schnell, einfach und kann vor Ort durchgeführt werden. Sie zeigt Ihnen an, ob sich freies Wasser auf dem Boden des Tanks befindet.

Wasserüberwachungsgeräte (Sensoren) können inline installiert werden und liefern zuverlässige Ergebnisse in Echtzeit. Sie messen den Gehalt an gelöstem Wasser im Kraftstoff und geben die relative Feuchtigkeit des Dieselkraftstoffs in Prozent an. Das maximale Ergebnis liegt bei 100 %, was bedeutet, dass der Kraftstoff seinen Sättigungspunkt erreicht hat und kein Wasser mehr in Lösung halten kann. Diese Prüfmethode sagt Ihnen nicht, wie viel freies Wasser sich im Tank befindet.

Die Karl-Fischer-Titrationsmethode ist ein Labortest, der seit 1935 zur Bestimmung des Wassergehalts in einer Flüssigkeitsprobe verwendet wird. Der Test ist hochpräzise und erfordert nur eine kleine Probengröße. Er weist selbst geringe Mengen an gelöstem Wasser nach, bis zu etwa 50 ppm in Dieselkraftstoff. Er kann den Wassergehalt sowohl unterhalb als auch oberhalb der Sättigungsgrenze (gelöstes und freies Wasser) messen. In der Laborpraxis kann er zur Bestimmung des Wassersättigungsgrades von Kraftstoff unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden. Labortests sind zwar in der Regel präziser als Feldtests, können jedoch wesentlich ungenauer sein. Dies mag verwirrend erscheinen. Der Grund dafür, dass der Labortest möglicherweise weniger genau ist, liegt darin, dass sich die Probe selbst zwischen dem Zeitpunkt, an dem sie aus dem Tank entnommen wurde, und dem Zeitpunkt, an dem sie im Labor getestet wird, verändert haben könnte.

Eines der Merkmale von Dieselkraftstoff ist, dass er im warmen Zustand mehr Wasser bis zur Sättigung aufnimmt, als wenn er kalt ist. Wenn der Dieselkraftstoff in Ihrem Tank kalt ist, kann er über dem Sättigungspunkt liegen. In diesem Fall wird freies Wasser in Ihre Geräte eindringen, was zu großen Problemen führen kann. Wenn Sie dieselbe Probe an ein Labor schicken, wird sie im Labor wahrscheinlich wärmer sein als in Ihrem Tank. Der Kraftstoff erwärmt sich und das Wasser löst sich darin wird wieder, und es kann so aussehen, als hätten Sie überhaupt kein Problem. Die gleiche Art von Diagnoseschwierigkeiten kann bei Eiskristallproblemen auftreten. Der „Beweis“ verschwindet bei Raumtemperatur.

Wie viel Wasser ist in Ordnung?

Die einfachste Antwort wäre: gar keins. Aber das ist weder praktisch noch realistisch. Jeder Dieselkraftstoff enthält einen gewissen Prozentsatz an Wasser. Es kommt vor allem darauf an, das Wasser unter dem Sättigungspunkt zu halten, damit es gelöst bleibt und nicht als freies Wasser in Ihre Geräte gelangt. Die Gerätehersteller geben an, dass überhaupt kein freies Wasser den Motor erreichen darf. Die Sättigungspunkte variieren von etwa 50 ppm bis 1800 ppm, abhängig von der Temperatur und dem Verhältnis von Dieselkraftstoff/Biodiesel. Wie Sie auf der Grafik sehen können, kann Biodiesel in gesättigtem Zustand wesentlich mehr Wasser enthalten als sein Petro-Äquivalent. Das Mischen von Bio- und Dieselkraftstoff zusammen ergibt jedoch keinen mathematisch proportionalen Feuchtigkeitsgehalt. Die Mischung wird weniger in Lösung halten als die Summe der Teile, was bedeutet, dass freier Wasserniederschlag auftreten kann, wenn die beiden gemischt werden.

Wie man freies Wasser im Kraftstoff verhindert

Um zu verstehen, wie man das Eindringen von Wasser verhindern kann, muss man zuerst verstehen, wie es hinein gelangt. Wasser kann aus einer Vielzahl von Quellen stammen, von denen einige äußerst schwierig zu kontrollieren sein können.

Bei der Lieferung vom Lieferanten: Diesel ist relativ sauber und wasserfrei, wenn er die Raffinerie verlässt, dennoch enthalten Diesellieferungen unterschiedliche Mengen an Wasser. Die Wassermenge, die Sie von Ihrem Lieferanten erhalten, hängt weitgehend von den Umständen und den Handhabungspraktiken ab. Was können Sie kontrollieren? Außer der Möglichkeit, den Lieferanten zu wechseln oder einen Vertrag auszuhandeln, der die Verantwortung auf den Händler legt, können Sie Folgendes versuchen:

Lassen Sie sich als erster beliefern, denn Sie wollen nicht das Wasser und die Verunreinigungen bekommen, die sich auf dem Boden des Tanks ansammeln.
Installieren Sie ein Entwässerungssystem am Einlass Ihres Lagertanks.

Eindringen aus der Atmosphäre: Ebenso wie die Luft weist auch Diesel eine relative Feuchtigkeit auf, und beide neigen dazu, sich auszugleichen. Das heißt, wenn die Luft feuchter ist als der Kraftstoff, dann wird der Kraftstoff Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Wenn die Luft jedoch trockener als der Kraftstoff ist, verdunstet die Feuchtigkeit wieder in die Luft, bis die relative Feuchtigkeit beider gleich ist.

Abscheidung von freiem Wasser: Diesel enthält eine bestimmte Menge an Wasser in Lösung (d. h. gelöstes Wasser). Wenn der Wassergehalt über den Sättigungspunkt steigt, wird das überschüssige Wasser als freies Wasser abgeschieden. Dies tritt auf, wenn der Gesamtwassergehalt steigt oder wenn der Dieselkraftstoff abkühlt. Ihr Dieselkraftstoff kann möglicherweise 90 ppm gelöstes Wasser aufnehmen, wenn er warm ist, aber nur 60 ppm, wenn er aufgrund kälteren Wetters abkühlt. Die Differenz von 30 ppm wird als freies Wasser abgeschieden und setzt sich auf dem Boden des Tanks ab.

Kondensation im Tank: Wenn es außerhalb des Tanks wärmer ist als innerhalb, bildet sich Kondenswasser und dieser „Schweiß“ gelangt in den Kraftstoff. Dies kann wiederholt auftreten und jedes Mal entsteht dadurch mehr freies Wasser.

Leckage in den Tank: Regen, Hochdruckreinigung oder Grundwasser können Quellen sein, durch die Wasser in einen beschädigten oder unsachgemäß abgedichteten Tank gelangt. Untergrundtanks (z. B. an Tankstellen) können manchmal Einlässe unter dem Bodenniveau haben. Der Bereich um den Deckel kann sich leicht mit Regenwasser füllen. Befindet sich der Wasserspiegel über dem Deckel, wenn dieser entfernt wird, fließt das Wasser aufgrund der Schwerkraft direkt nach unten in den Tank.

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Wasser aus Kraftstoff entfernen

Die Wasserentfernung ist in Regionen, in denen Diesel mit einem Schwefelgehalt von mehr als 500 ppm verwendet wird, leichter als bei ULSD (unter 15 ppm Schwefel). Die Filterkufe links wurde zum Beispiel für den Einsatz in Südafrika entwickelt, wo sie recht effektiv ist. Koaleszer und Wasserabscheider funktionieren bei Kraftstoffen mit höherem Schwefelgehalt wesentlich effektiver. Dies liegt daran, dass Diesel mit höherem Schwefelgehalt viel weniger Additive benötigt folglich viel weniger Tenside enthält.

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