Prevence proti zamrznutí nafty

Nejlepší by bylo, kdyby současná mírná zima bez poklesu teplot pod -15 °C trvala až do jara. Ale příroda si stejně udělá, co chce, a arktické mrazy se rok co rok dostaví.

Prevencí proti zamrzání nafty je aditivace nafty ve výrobě, kdy jsou rafinerie povinné vyrábět tzv. zimní nafty, a dále je možno aplikovat aditiva při distribuci na čerpací stanice, a nakonec mohou aditivační přípravky aplikovat motoristé individuálně při tankování. Vícenásobná aplikace aditiv ale nemusí přinést kýžený účinek.

Odpovědnost prodejce zimní nafty končí na -20 °C

Právě v zimním období se řada řidičů zabývá otázkou, co se dá udělat proti tomu, aby v nadcházejícím období neměli problémy se zamrzlou naftou. V Česku může být mráz i méně než -25 °C a realita pak vypadá tak, že právní předpis ukládá všem prodejcům nafty, aby v období od 1. prosince do 28. února dodávali zákazníkům zimní motorovou naftu třídy F s filtrovatelností maximálně -20 °C, přičemž teplota filtrovatelnosti přibližně odpovídá operabilitě, tedy provozní schopnosti vozidla, ale skutečně jenom přibližně. S ohledem na nejistotu měření je ještě přijatelný výsledek laboratorní zkoušky filtrovatelnosti nafty vydávané z pistole u čerpací stanice -17 °C. Provozní schopnost vozidel nezávisí pouze na teplotě filtrovatelnosti paliva, ale i na stavu jejich palivových filtrů. Pokud je filtr příliš citlivý nebo už zanesený nečistotami, může provozní schopnost skončit už při -15 °C.
Pochopitelně úroveň nízkoteplotních vlastností není vždy a všude dostatečná, protože v některých oblastech republiky dosahují poklesy teplot třeba -30 °C nebo i méně. Extrémně nízké teploty se ale obecně vyskytují za zimní období jednou nebo dvakrát a obvykle netrvají déle než týden. Bylo by proto naprosto neekonomické vyrábět a prodávat po celé tříměsíční období pouze arktický typ nafty a kupovat ji za vyšší cenu.
V souhrnu je tedy situace taková, že podle právního předpisu končí odpovědnost prodejce nafty u filtrovatelnosti -20 °C a dále se musí starat provozovatel vozidla. Někteří prodejci nafty mu vycházejí vstříc tím, že u vybraných čerpacích stanic prodávají také arktickou naftu třídy 2 s filtrovatelností alespoň -32 stupňů Celsia nebo značkové prémiové nafty s filtrovatelností obvykle -25 až -30 °C, ovšem za vyšší ceny. Tyto nafty jsou ale k dispozici pouze u některých čerpacích stanic.

Proč u nafty v zimě hrozí zamrznutí?

Motorová nafta může obsahovat uhlovodíky destilující v rozmezí přibližně 170 až 360 ° Celsia z téměř všech homologických řad, alkány, alkény, cyklany a aromáty, přičemž všechny mají z hlediska požadavků na kvalitu nafty své výhody i nevýhody. V souvislosti s nízkoteplotními vlastnostmi je důležitý obsah a druh parafinických uhlovodíků - n-alkánů s bodem varu nad 250 °C, které jsou při nižších teplotách než 0° Celsia tuhé.
Při velmi nízkých teplotách krystalují i některé další typy uhlovodíků. I když je v naftě jen několik procent n-alkánů, vyloučí se při jejím ochlazování jako objemné krystaly plochého tvaru, jež už v malé koncentraci vytvářejí na palivovém filtru málo propustnou vrstvu (filtrační koláč) omezující jeho průchodnost pro kapalné podíly nafty. Nakonec filtr zcela ucpou, i když je nafta obsahující krystaly ještě poměrně dobře tekutá a čerpatelná. Jenom pro doplnění lze dodat, že při dalším ochlazování pak v konečné fázi přechází nafta do masťovité struktury, která zcela znemožňuje její pohyb, a tím končí možnost čerpání, například z nádrže do palivového filtru v motorovém prostoru. Lidově se tomu říká zamrzání nafty.

Zamrzaní nafty v technické praxi

Termín zamrzání říká o provozních vlastnostech v zimním období jen velice málo, a proto se v technické praxi a v normách používají jiné charakteristiky:

1. teplota vylučování parafínů (v současné době uváděná v normě jako Cloud Point, tedy bod zákalu)
2. filtrovatelnost (v normě jako CFPP)
3. bod tuhnutí

Jak už bylo uvedeno, přibližnou teplotní hranici provozní schopnosti vozidla udává teplota filtrovatelnosti. Parafíny se začínají vylučovat při teplotách přibližně o 10 až 15 °C vyšších, než je teplota filtrovatelnosti, takže například u nafty s filtrovatelností (CFPP) -20 °C už při -8 °C. K tuhnutí pak dochází přibližně při teplotách pět až deset stupňů pod teplotou filtrovatelnosti - tedy při -25 °C.
Z toho vyplývá, že nafta se slabým zákalem, jenž vznikl na začátku procesu vylučování krystalů parafínů, nemusí ještě způsobovat provozní problémy. Naproti tomu motor při provozu za teplot, kdy nafta ještě zdaleka netuhne, může začít "hladovět", z toho důvodu slábnout a posléze se úplně zastavit, protože palivo, ač ještě tekuté, už neprojde ucpaným filtrem.

Modifikace nafty aditivací

Krystaly parafínů, respektive n-alkánů jsou v zimní motorové naftě přítomné pouze v malé koncentraci, ale ucpávají palivový filtr proto, že mají již zmíněný plochý tvar krystalů s poměrně velkými rozměry. Chemici však zjistili, že malým přídavkem některých látek do nafty předtím, než začala krystalizace, se dá tento nevhodný tvar krystalů, jež při ochlazování vzniká, modifikovat tak, že místo velkých plochých krystalů vznikají menší, trojrozměrné, jejichž zachycená vrstva na filtru i při větší tloušťce zůstává průchodná. Navíc pak ještě existují látky modifikující tvar krystalů do tak malých rozměrů, že prakticky nedochází k jejich usazování u dna nádrže. Jsou označovány zkratkou WASA (Wax Anti Settling Additive - přísada proti usazování parafínů). To má ten význam, že v nádrži vozidla, jež je ponecháno na mrazu delší dobu v klidu, tyto malé krystaly parafínů nesedimentují. Při následném startu tak není do palivového filtru nasávána ze dna nádrže směs velmi bohatá na parafíny, které by mohly v krátké době způsobit jeho ucpání.

Účinnost podvýrobní a individuální aditivace

Jak bude přípravek účinný, tedy o kolik sníží teplotu filtrovatelnosti a teplotu provozní schopnosti, to závisí na několika podmínkách. Jako první je vhodné zmínit uhlovodíkové složení nafty, které je ovlivněno původem zpracovávané ropy, použitými technologickými procesy a zejména pak frakčním složením. Pokud je nepříznivé, nelze počítat s dobrým účinkem a následná aditivace by se velmi prodražila. Určitým indikátorem je zde právě Cloud Point, jenž je nevýznamný pro letní a přechodový druh nafty, ale neopomenutelný pro zimní a arktické nafty i v souvislosti s jejich aditivací. Praktický závěr z toho je, že aditivací nelze z letní nafty udělat zimní. Pokud je rozdíl mezi teplotou filtrovatelnosti a teplotou vylučování parafínu větší než 12 nebo 15 °C, je nutné počítat s tím, že vozidlo nebude schopné provozu ani třeba při teplotě 10 °C nad uvedenou teplotou filtrovatelnosti nafty.

Riziko vícenásobné aditivace

Zmíněné přísady proti usazování parafínů jsou pak základem jednak přísad dodávaných pro průmyslovou (takzvanou výrobní) aditivaci, jednak pro aditivaci povýrobní, prováděnou v průběhu distribuce, a také základem přípravků pro provádění individuální aditivace. Z toho vyplývá důležitá informace, že při prodeji u čerpací stanice může být motorová nafta buď vůbec neaditivovaná, nebo aditivovaná jednou či dokonce dvakrát - v tom případě by pak individuální aditivace byla už třetí v pořadí. Důležitou roli hraje fakt, zda už byl aditiv použit při výrobě nebo dokonce při výrobě i při distribuci. Každým přidáním aditivu se sice filtrovatelnost snižuje, ale zároveň se zvětšuje rozdíl mezi filtrovatelností a teplotou vylučování parafínu a další přídavek je už méně a méně účinný.
U každé čerpací stanice by měly být k dispozici přípravky pro individuální aditivaci, které zlepšují nízkoteplotní vlastnosti nafty. Jejich výhodou je, že je provozovatel vozidla může použít kdykoliv a kdekoliv, bezprostředně po tom, co meteorologové ohlásí extrémní poklesy teplot. Jakmile velké mrazy ustoupí, může okamžitě aditivaci ukončit.

Individuální aditivace nemusí být vždy účinná

Určitou nevýhodou je, že nafty různého původu reagují na přídavek přípravku nestejně, v některých je účinnější, v některých méně. Ani všechny přípravky nabízené na trhu aplikované do nafty stejného složení, respektive do nafty z jedné dodávky nejsou stejně účinné. Také palivové systémy a konstrukce motorů prodělaly od sedmdesátých let dříve nepředstavitelný vývoj, jenž má za následek jak zlepšení, tak zhoršení podmínek pro filtrovatelnost. Zlepšení je především v tom, že se alespoň u velkých motorů používají filtry s větší filtrační plochou, někteří výrobci motorů zavedli různé způsoby ohřevu nafty (zejména jako vybavení pro Skandinávii - vyhřívané filtry, vyhřívání potrubí, hnízdový ohřev v palivové nádrži).
Individuální aditivace prémiových naft, které již prošly výrobní a povýrobní aditivací, může být ve výsledku kontraproduktivní. Nejen že se snižuje účinnost aditivace, ale zejména pak její efektivita. Peníze vložené do pořízení aditiva se pak mohou jednoduše minout účinkem. Zde hraje velmi důležitou roli kompetence prodejců, kteří musí nakupujícím řidičům podat kvalitní informace, i přestože možná budou nuceni neuvážený nákup aditiva zákazníkovi rozmluvit.

Dovedete správně poradit zákazníkovi?

Zásady individuální aditivace

Prodejci u čerpacích stanic musí být schopni řidičům při prodeji aditiv správně poradit. Nakupující často nečtou návody, které jsou na balení většinou natištěny titěrným písmem. Aktivní dotaz, zda nakupující ví, jak se správně přípravek aplikuje, a další upozornění na velmi důležité aspekty individuální aditivace si každý zákazník rád vyslechne. Nespokojený řidič, který učiní špatnou zkušenost se zakoupeným přípravkem i přesto, že jej sám nesprávně aplikoval, trvale ztrácí důvěru v produkt, jeho výrobce a především v jeho prodejce.

1. Aplikace do "teplé" nafty

Aby mohl přípravek ovlivnit krystalickou strukturu parafínu, musí být do nafty přidán předtím, než začaly krystaly vznikat, to znamená při teplotě vyšší, než je Cloud Point (nafta není zakalená). Někdy bývá uváděno, že se má přidávat do teplé nafty, čímž není rozuměno, že by se musela před aditivací nahřívat, ale to, že je-li teplá na konci jízdy nebo během jízdy tím, že se vrací do nádrže ohřátá zpětným tokem od motoru, není to na závadu, spíše naopak. Poslouží totiž k dokonalejší homogenizaci. Prakticky lze říct, že nafta, do níž se přídavek přidává, musí být ještě čirá bez zákalu, například s teplotou, při které je skladována v podzemní nádrži (přibližně +5 °C). Jinou teplotu ale může mít malé množství nafty, jež se před začátkem tankování nacházelo v měřidle, v čerpadle a v hadici výdejního stojanu, když venku silně mrzne a od předchozího výdeje nafty uplynula delší doba.

2. Dbát na promísení

Přidaný přípravek se musí v naftě před vznikem krystalů dobře rozpustit, tedy musí dojít k homogenizaci. Ta se zajistí tím, že po přidání přípravku do nádrže bude vozidlo, nebo alespoň motor ještě určitou dobu v provozu.

3. Teplota zákalu se nemění

Modifikátory krystalické struktury parafínů, jež jsou účinnou složkou přípravků, nesnižují Cloud Point (tedy teplotu vylučování parafínů, respektive teplotu zákalu) a mají schopnost snížit pouze teplotu filtrovatelnosti a bod tuhnutí.

4. Účinné přípravky často tuhnou

Problém může nastat v případě, že některý přípravek je za mrazu špatně tekutý nebo úplně ztuhne, takže ho nelze z lahve nalít do nádrže. Problém je řešitelný tak, že se před tankováním ponechá přípravek po nějakou dobu ve vytápěné části vozidla nebo v místnosti, kde se topí. Špatná tekutost za mrazu nemusí znamenat horší účinnost přípravku, naopak je průvodní vlastností koncentrovaných multifunkčních přípravků a je způsobena tím, že je přípravek doslova "narvaný" účinnými složkami a obsahuje minimální množství ředidla. Naproti tomu pro monofunkční přípravky zlepšující zimní vlastnosti je typické, že obsahují převážně ředidlo zajišťující dobrou tekutost přípravku až pod -20 ° Celsia, takže nepůsobí aplikační problém, ale na druhou stranu není zaručena maximální účinnost.