Разработка способа обезвоживания топлив для реактивных двигателей

4. СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ

При попадании в авиационные топлива, вода ухудшает их низкотемпературные свойства, понижает термоокислительную стабильность топлив, повышает их коррозинную активность, способствует увеличению загрязненности топлив механическими частицами и продуктами окисления, а также микроорганизмами, ухудшает противоизносные свойства, снижает теплоту сгорания топлив, ухудшает их распыление и испарение в процессе горения [1]. Согласно ГОСТ 10227-2013 [2], вода и механические примеси в реактивных топливах отсутствуют, но топлива обладают таким свойством как гигроскопичность - способность обогащаться влагой из воздуха, поэтому очень важно следить за количеством воды в топливе. При полетах ВС топлива подвергаются воздействию быстроизменяющихся температур, давлений и влажности воздуха. При темпера- турах ниже нуля вода замерзает, и мелкие кристаллики льда могут забить топливные фильтры, что грозит аварийной ситуацией. Для исключения таких ситуаций, топливо перед заправкой обезвоживают. Существуют химические, физико-химические и физические методы обезвоживания [3]. Наиболее разнообразны физические методы обезвоживания, которые можно разделить на три большие группы: обезвоживание под воздействием силовых полей; обезвоживание с применением пористых перегородок (фильтрация); обезвоживание с использованием теплофизических и массообменных явлений. Научный интерес представляет обезвоживание авиационных топлив в электрическом поле [1], оно недостаточно широко применяется на практике, хотя рассмотрение электрокинетических свойств нефтепродуктов, являющихся диэлектрическими жидкостями, показывает целесообразность удаления из них воды. Преимуществами электрообезвоживания топлив по сравнению с другими методами обезвоживания в силовом поле, являются [1]: - непрерывность процессов (возможность обезвоживания в потоке); - сокращение необходимого объема аппаратуры по сравнению с отстаиванием; - отсутствие движущихся деталей, характерных для центрифугирования; - постоянство пропускной способности и гидравлического сопротивления; 17 - возможность полной автоматизации. Грановским М. Г. и Ляминым В. М. [4], разработана конструкция электростатического сепаратора, в котором используется неоднородное электрическое поле. (Рис 1).

Рис. 3. Электрический сепаратор: 1, 3- электроды; 2 - корпус; 4 - проставка; 5 - сборник воды.

В данном сепараторе используются силы воздействия на диполи дисперсной фазы неоднородного электростатического поля в канале с электродами, имеющем в сечении форму двух сопряженных сообщающихся окружностей, срезанных со стороны, перпендикулярной сопряжению, причем электрод 1 установлен по срезу канала, а второй электрод 3 перпендикулярно к нему по месту сопряжения. Между электродами установлена диэлектрическая проставка 4. Неоднородное электростатическое поле создается электродами 1 и 2 в корпусе канала сепаратора, изготовленного из диэлектрика. На боковых поверхностях проставки 4 под воздействием электростатического поля, интенсивно идет процесс коагуляции дисперсной фазы. В нижней части канала имеется сборник 5, из которого удаляется отделившаяся и собравшаяся дисперсная фаза. Наличие проставки 4 предотвращает диспергирование в области наибольшей напряженности поля, Кроме того, диполи дисперсной фазы, имея конечные размеры, перемешаются к ближайшему электроду, что ускоряет процесс разрушения жидких неоднородных систем. Главным достоинством электростатического сепаратора перед фильтрами- водоотделителями, имеющими съемные и периодически заменяемые фильтрующие, коагулирующие и сепарирующие пакеты, является снижение трудоемкости по их ре- монту и техническому обслуживанию, за счет отсутствия таковых, а также затрат на покупку данных пакетов.

4.1 Стационарные установки FAS

Установка для очистки реактивного авиационного топлива от воды и загрязнений, рисунок 4 представляет собой многоступенчатую систему, построенную на основе фильтров/коагуляторов и фильтров/сепараторов.

Рисунок 4. - Стационарные установки FAS

По принципу работы установки являются механическими устройствами.

Очищаемое топливо подается под давлением на фильтр MF (VMF), где происходит предварительная очистка от частиц с номиналом до 5 мкм. Далее топливо подается в фильтр FCS. Это двухступенчатый вертикальный или горизонтальный фильтр коагулятор / сепаратор, предназначенный для фильтрации твердых частиц, свободной и эмульсированной воды из топлива. Топливо проходит через мультимедийный картридж фильтра, где улавливаются твердые частицы размером до 0,5 мкм. В тоже время происходит слияние мелких капель воды в более большие и тяжелые капли, которые оседают на дно коагулятора. Затем топливо поступает на вторую ступень-сепаратор, где происходит доочистка от мелких капель воды. Правильное сочетание картриджа коагулятора (коалесцера) и картриджа сепаратора, обеспечит высокую степень удаления воды (до 2-5 ppm) и твердых частиц. Далее топливо подается в фильтр тонкой очистки -- VМF, в котором установлены картриджи с элементами глубокой фильтрации с номиналом 0,5 мкм. По требованию может быть установлен фильтр-монитор с абсорбирующими картриджами.

Все внутренние картриджевые элементы соответствуют стандарту API 1581 категория C, тип S (Международный авиационный стандарт)

Установки полностью автоматизированные. Панель управления типа NEMA 7 (Взрывозащищенное исполнение). Все контрольно-измерительные приборы и датчики, насосные агрегаты во взрывозащищенном исполнении. Все фильтры, стрейнер фильтр, трубопровод и арматура выполнены согласно нормам ASME кода и ТУ. Коалесцирующие сепараторы выполнены согласно международного авиационного стандарта по API 1581.

Производительность одной установки до 800 м3/ч. Производительность установки в рабочем диапазоне регулируется с помощью блока частотного регулирования двигателя насоса.

Электропитание 380 В/3/50 Гц. Соединение вход/выход -- фланцевое по ГОСТ или ANSI. Рабочая температура: -60*С +120*С. Климатическое исполнение УХЛ1 -- УХЛ3.

4.2 Компактные стационарные установки FASC

Рисунок 5.- Компактные стационарные установки FASC

Установки для очистки реактивного авиационного топлива от воды и загрязнений представляет собой двухступенчатую/трехступенчатую систему, построенную на основе коалесцирующих фильтров сепараторов и фильтров тонкой очистки. Все фильтры выполнены согласно нормам ASME кода и ТУ. Коалесцирующие сепараторы выполнены согласно международного авиационного стандарта по API 1581.

Производительность установок до 100 м3/ч. Электропитание 380 В/3/50 Гц. Полностью автоматизированные. Панель управления -- типа NEMA 7. Исполнение системы управления и контроля -- взрывозащищенное. Соединение вход/выход -фланцевое по ГОСТ или ANSI, или замковое. Комплектуются армированными шлангами.

Установки могут комплектоваться промежуточной емкостью для авиатоплива. Рабочая температура: -60*С +120*С. Климатическое исполнение УХЛ1 -- УХЛ3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Специфические требования к качеству реактивных топлив диктуются жесткими условиями работы топливной системы (фильтры, форсунки, насосы и др.) двигателей реактивных самолетов и мощных вертолетов, для которых отказ двигателя (в том числе при повторных его запусках в воздухе) может повлечь крупные аварии с большими человеческими жертвами. Именно во избежании всего выше перечисленного существует такой строгий этап контроля топлива перед его непосредственным применением. В целом это ведет к ухудшению пусковых свойств и показателей работы двигателя, особенно в период прогрева и при работе на переходных режимах.

Отрицательное влияние на эксплуатационные свойства топлив оказывает эмульсионная вода. Вода в топливе бывает гигроскопичная и эмульсионная, а при отрицательных температурах и суспензионная.

Наиболее простой способ удаления воды из нефти на промыслах -- термохимическое обезвоживание при атмосферном давлении. К нефти добавляется деэмульгатор, после чего она подогревается и поступает в резервуар для отстаивания. При такой обработке нефти возможны большие потери легких нефтепродуктов во время отстаивания в негерметичных резервуарах.

Существуют химические, физико-химические и физические методы обезвоживания. Наиболее разнообразны физические методы обезвоживания, которые можно разделить на три большие группы: обезвоживание под воздействием силовых полей; обезвоживание с применением пористых перегородок (фильтрация); обезвоживание с использованием теплофизических и массообменных явлений. Научный интерес представляет обезвоживание авиационных топлив в электрическом поле, оно недостаточно широко применяется на практике, хотя рассмотрение электрокинетических свойств нефтепродуктов, являющихся диэлектрическими жидкостями, показывает целесообразность удаления из них воды. Преимуществами электрообезвоживания топлив по сравнению с другими методами обезвоживания в силовом поле, являются: непрерывность процессов (возможность обезвоживания в потоке); - сокращение необходимого объема аппаратуры по сравнению с отстаиванием;

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Насиров, Р.К. Керосин для Боингов. Производство конкурентоспособных реактивных топлив на заводах России / Р.К. Насиров // Химия и технология топлив и масел. - М.: Изд. Нефть и Газ, 1998, №1, с. 10-14.

2. Теоретические основы химмотологии. / Под ред. А.А. Браткова. - М.: Химия, 1985

3. Химитология реактивных топлив Е.А. Коняев, М.Л.Немчиков, М.Г. Голубева Москва 2009.

4. Impuritiesinpetroleum,``PetrecoManual``. Houston. 1968. 368p.

5. Каштанов А.А., Жуков С.С. Оператор обезвоживающей и обессоливающей установки: Учебн. Пособие. М.: Недра, 1985

6. ГОСТ Р 51858-2002 `` Нефть. Общие технические условия``. ИПК Издательство стандартов, 2002.

7.. Теоретические основы химмотологии. Под редакцией Браткова А.А. - М.:Химия, 1984

8 Яновский Л.С., Дмитриенко В.П. и др. Основы авиационной химмотоло- гии.- М.:МАТИ,2005.

Размещено на Allbest.ru