Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97

1.13. Низшая теплота сгорания углеводородов реактивных топлиа, О"-10

теплоты сгорания топлива на его плотность. Для топлив, предназначенных для сверхзвуковых самолетов, необходимо иметь более высокие значения объемной теплоты сгорания. Поэтому плотность таких топлив уста-нааливается на более высоком уровне, чем топлив пяя самолетов с дозвуковой скоростью полета.

Теплота сгорания топлив определяется углеводородным составом (табл. 1.13). Массовая теалота сгорания обусловливается соотно1пением водорода и углерода (И/С): наибольшее для парафиновых и наименьшее д/ля ароматических углеводородов.

Объемная теплота сгорания углеводородов зависит от их массовой теплоты сгорания и плотности. Ароматические углеводороды имеют наиболее высокие значения плотности, особенно нафталиновые, их объемная теплота сгорания сушественно выше, чем нафтеновых и парафиновых углеводородов.

Влияние массовой (кДж/кг) и объемной (кДж/л) теплот сгорания реактивных топлив на относительную дальность полета самолета иллюстрируют данные, приведенные в табл. 1.14 (за 100 % принята дальность полета на топливе Т-1, образец 1).

Прокачиваемость - способность бесперебойной подачи топлива в строго определенном объеме. Прокачиваемость реактивных топлив при их перекачках и заправке самолетов, а также прохождение по топливной системе самолета и двигателя, включая фильтруемость через

1.14. Влияние низшей теплоты сгорания на дальность полета

фильтры, определяется в основном вязкостью топлив, наличием в них примесей и воды, образованием паровых пробок в топливной системе самолета (см. выше).

При положительных температурах вязкость реактивных топлив не лимитирует их прокачиваемость. При охлаждении вязкость топлив возрастает и может достичь значений, при которых юpмaльнaя заправка самолетов топливом и его подача в двигатель могут быть нарушены. Прокачка высоковязких топлив по топливной системе самолета и двигателя сопровождается высокими гидравлическими потерями, уменьшением подачи подкачивающих топливных насосов, нарушением нор-мальной работы топливорсгулирующей аппаратуры, снижением дааления впрыска топлива и ухудшением качества его распыливания в камере сгорания, т.е. снижением полноты сгорания.

Отрицательные последствия высокой вязкости топлива проявляются не только для топлив, предназначенных пяя дозвуковой авиации, но и для топлив сверхзвуковых самолетов при перекачках и заправке, в условиях взлета и набора высоты, а также в тех случаях, когда температура топлива не успевает повыситься, например, при аэродинамическом нафеве фюзеляжа самолета при сверхзвуковом полете.

Так как конструктивное оформление топливных систем самолетов и двигателей различно, их нормальная работа может лимитироваться разными значениями вязкости топлива. Как правило, вязкость реактивных топлив регламентируют при двух температурах: +20 и -40 "С. Для всех реактивных топлив, кроме топлива Т-6, во избежание повышенного износа топливной аппаратуры, ограничивают нижний предел вязкости при 20 "С.

В виде твердой фазы в топливах могут содержаться механические примеси, предстааляющие собой продукты коррозионного воздействия топлив на конструкционные материалы, или твердые вещества, образующиеся при окислении нагретого топлива.

При низкой температуре в топливе могут содержаться кристаллы льда или может наблюдаться выпадение кристаллов углеводородов из топлив при их охлаждении, что обусловлено ограниченной растворимостью в топливах н-парафиновых углеводородов. Наличие твердой фазы в топливе отражается прежде всего на его фильтруемости, определяемой как размерами частиц твердой фазы, так и величиной пор фильтрующего элемента и конструкцией фильтра.

Температура, при которой из реактивных топлив выделяются кристаллы н-парафиновых углеводородов - температура начала

кристаллизации - зависит от содержания и температуры плавления н-парафиновых углеводородов.

Реактивные топлива, получаемые из нефтей парафинового основания и содержащие в связи с этим повыщенное количество н-парафиновых углеводородов по сравнению с топливами, вырабатываемыми из нефтей нафтенового основания, при одинаковом фракционном составе имеют более высокую температуру начала кристаллизации. Этим обстоятельство.м, прежде всего, и объясняется более низкая температура конца кипения топлива ТС-1 (не выше 250 °С), получаемого, как правило, из сернистых парафинистых нефтей.

Максимально допустимая температура начала кристаллизации реактивных топлив обусловлена условиями их применения и конструкцией топливной системы самолетов. На самолетах с дозвуковой скоростью полета топливо охлаждается во время полета, и степень охлаждения зависит от исходной температуры топлива, длительности и высоты полета (температуры окружающей среды), а также от места расположения топливных баков (фюзеляжные, крыльевые или консольные, подвесные).

При заправке самолетов топливом, имеющим температуру в пределах -5...+17 °С, после 5-часового полета самолета температура топлива снижалась максимум до -35 °С. Более низкие значения минимальной температуры топлива были зафиксированы при полетах самолетов ИЛ-

62М и ТУ-154 на внутрисоюзных линиях--42 °С в расходном баке

самолета ТУ-154 и -48 °Св расходных баках, питающих крайние двигатели самолета ИЛ-62М. Температура топлив, предназначенных ДJя сверхзвуковых самолетов, в полете повышается, и только при их заправке, а также при взлете и наборе высоты она равна температуре окружающей среды.

Кристаллы льда могут образовываться в реактивных топливах при отрицательных температурах в результате замерзания воды, присутствующей в топливе в э.мульсионном или растворенном состоянии, либо конденсирующейся из воздуха на поверхности топлива. Кристаллы льда могут также попадать в топливо извне в виде инея, осыпающегося со стенок резервуаров и баков самолета. При подаче топлива по топливной системе самолета кpиcтaJлы льда задерживаются на топливном фильтре и, накапливаясь, вначале частично, а затем полностью забивают его, и подача топлива в камеру сгорания нарушается или прекращается. Забивка фильтров кристалла.ми льда зависит от содержания воды в топливе и размера пор самолетных фильтров:

Размер пор фильтров, мкм........................................12-16

Содержание нр, при котором фильтры

забиваются кристаллами льда, % (мае. доля)........0,0020

РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА

ад-50

20-30

0,0035 0,0065 0,0100

Растворимость воды в топливах зависит от их углеводородного и фракционного состава и от температуры. Наибольшую растворимость имеют ароматические углеводороды и наименьшую - парафиновые; с увеличением молекулярной массы углеводородов растворимость воды в них понижается и наиболее интенсивно в аро.матических углеводородах. С повышением температуры топлив растворимость воды в них возрастает и тем в большей степени, чем выше температура топлива. Для предотвращения образования кристаъюв льда в процессе эксплуатации самолета применяют антиводокристаллизационные присадки.

Механические примеси или микрозагрязнения в реактивных топливах в условиях эксплуатации авиационной техники могут засорять и зак;1инивать прецизионные пары топливорегулируюшей аппаратуры, забивать топливные фильтры и форсунки, способствовать увеличению отложений в агрегатах топливных систем, повышать абразивный износ деталей топливных агрегатов, усиливать коррозию топливного оборудования, оказывать каталитическое воздействие на окисление топлива в зонах повышенных температур, способствовать накоплению статического электричества при перекачках и фильтровании топлива.

Загрязнение топлива механическими примесями может иметь место на нефтеперерабатывающих предприятиях (примеси, попадающие из нефти в процессе ее переработки, продукты коррозии оборудования), при транспортировании (продукты коррозии стенок железнодорожных цистерн, загрязнения, попадающие в цистерны из воздуха при наливе и сливе топлива), на аэродромных складах горючего.

Состав механических примесей в топливах непостоянен и определяется источниками загрязнений. В состав неорганической части (62-74 %) входят продукты коррозии и износа (Fe, Sn, Си, Ti, Mn, Cd), почвенная пыль, в которой присутствуют Si, Са, Mg, А1 и Na. Органическая часть загрязнений (22-30 %) состоит из смолистых веществ, твердых продуктов окисления топлив, инфедиентов резиновых Технических изделий и герметиков и в основно.м содержит углерод. Кислород и водород. Механические примеси включают до 4-8 % воды. Для удаления воды и загрязнений топлива фильтруют на нефтеперерабатывающих предприятиях, в аэродромных условиях и в топливной системе самолсзрв.

Склонность к образованию отложений. Отложения в реактивных топливах - это продукты различного характера, образующиеся в результате окислительных процессов, которые протекают в топливе при разных температурах. В реактивных топливах практически нет непредельных углеводородов, и склонность их к окислению при температуре окружающей среды, имеющей место при Д/Тительно.м хранении топлив, или их химическая стабильность обусловливается степенью окисления углеводородов других классов, а также наличием в них гетероатомных соединений (серу-, кислород- и азотсодержащих). Ск.,1оиность топлив к окислению при повышенных температурах с образованием таких продуктов, прежлс всего осадков, характеризуется термоокислительной стабильностью.

Термоокислительная стабильность прямогонных реактивных топлив улучшается при удалении из них гетероатомных соединений в результате гидроочистки. Однако при гидроочистке нз топлива удаляется не только основная масса соединений серы (меркаптаны - полностью), но и природные антиоксиданты, в результате химическая стабильность топлива ухудшается: повышается склонность его к окислению в условиях хранения и при повышенных температурах. Степень окисления гидроочищенных топлив определяется их углеводородным составом; наиболее склонны к окислению нафтено-ароматические углеводороды и углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле. Первичными продуктами окисления, как правило, являются гидропероксиды, которые быстро, особенно при повышенных температурах, подвергаются дальнейшему окислению с образованием растворимых в топливе кислородсодержащих соединений нейтрального и кислотного характера.

Несмотря на то что при окислении реактивных топлив, полученных гидрогенизанионными процессами, твердые осадки не образуются, длительному хранению и применению такие топлива (без присадок) не подлежат. Это связано с тем, что образующиеся гидропероксиды разрушают резиновые технические изделия и герметики, используемые в топливной системе самолетов, а кислотные продукты корродируют конструкционные материалы.

Используемый и стандартах на реактивные топлива термин «термическая стабильность» является условным, так как при отсутствии кислорода топлива при температурах до 200-2.SO "С разложению не подвергаются.

Оценивают тер.моокислительную стабильность реактивных топлив в статических и динамических условиях. В комплексе методов квалификационной оценки для топлив ТС-1 и T-i установ-тены менее жесткие по сравнению с топливами РТ, Т-8В и Т-6 нормы по термоокислительной стабильности, определяемой как в статических условиях (масса осадка, прибор ТСРТ-2, ГОСТ 11802-88), так и в динамических (перепал давления на фильтре и отложения на трубке, установка ДТС-1,

ГОСТ 17751-79).

Косвенным показателем, характеризующим термоокислительную стабильность реактивных топлив, является содержание в них фактических смол (по массе остатка в стаканчике после испарения топлива в струе воздуха или водяного пара). В зависимости от марки топлива оно не должно превышать 3-6 мг/100 см\

Окисление топлив при повышенных температурах ускоряется вследствие каталитического воздействия металлов и сплавов, применяемых д.1я изготовления топливных агрегатов, особенно меди, бронзы и латуни. Наиболее «опасная» температурная зона, в пределах которой масса осадков, образующихся при окислении топлив, и скорость забивки ими фильтров максимальные - от 140 до 190 X (рис. 1.1).

Совместимость с материалами. Реактив}1ые топлива при их хранении, транспортировании и применении могут корродировать

материалы (металлы и сплавы), воздействовать на резиновые технические изделия и герметики, применяемые в топливной системе самолетов. Коррозионное воздействие на стенки камеры сгорания и лопатки газовой турбины или газовую коррозию способны оказывать и продукты сгорания реактивных топлив.

Коррозионная агрессивность топлива зависит от характера и количества гетероатомных соединений, в том числе серусодержащих, температуры и продолжительности контакта топлива с материалами.

Рис. 1.1. Зависимость термоокислительной стабильности (но массе осалка при окислении в бомбе) реактивных топлив от температуры:

/ - ТС-1; 2 - Т-1; .? и 4 - соответственно ТС-1 и Т-1 в присутствии бронзы

тд.мг/ЮОм/!

100 150 200 250 Т