Марки ТРД - Хропотинский (1). Контрольная работа по дисциплине Химия и технология горючего на тему Современные марки топлив для реактивных двигателей в России и мире (номенклатура, состав, технология получения, основные отличия)
 Скачать 168.99 Kb.
|
|
Окончание таблицы 2.1 Температура начала кристаллизации Температура начала кристаллизации иначе называемая «низкотемпературное свойство», является для авиационных топлив очень важной эксплуатационной характеристикой, поскольку температура в верхних слоях атмосферы порядка минус 50°С и в случае образования кристаллов в топливе нарушится прокачиваемость топлива, начнут забиваться фильтры тонкой очистки топлива, и двигатель остановится (что чревато самыми тяжелыми последствиями). Поэтому для всех марок топлив эта температура начала кристаллизации нормируется «не выше минус 60°С» (кроме топлив РТ и Т-8В, для которых эта норма – «не выше минус 55°С» и «не выше минус 50°С»). Кстати, этот показатель для топлива JP-5 равен всего минус 46°С. 2.2 Нагарообразующие свойства Нагарообразующие свойства определяются такими показателями, как содержание смол и ароматических углеводородов и высота некоптящего пламени. Нагар может образовываться у устья форсунок и на стенках камер сгорания. При образовании нагара у устья форсунок искажается форма факела горения топлива, вместо соосного с камерой факел становится направленным под углом и «бьет» в стенку камеры. Это может привести к местному пережогу стенки и, как следствие, к пожару в двигателе. При отложении нагара непосредственно на стенках камеры сгорания растет термическое сопротивление стенок, что также приводит к перегреву стенок, их прогару и также к пожару. Наиболее нагарообразующим компонентом являются смолы (фактические). Их нормы различны и составляют ( в мг/100мл, не более): ТС-1…….3 Т-6……..4 Т-1………6 Т-8В……4 РТ……….4 Ароматические углеводороды также относятся к нагарообразующим компонентам, поскольку у них самое низкое отношение Н:С (обедненность водородом), вследствие чего при горении они дают сильно светящееся пламя, усиливающее лучистый теплообмен; все это ведет к отложению нагара и прогару камер сгорания. Особо вредны бициклические ароматические соединения, так как их нагарообразующие свойства значительно сильнее, чем у моноциклических ароматических углеводородов. Соответственно, нормы содержания ароматических углеводородов для топлив (в %, не более): ТС-1, Т-2, РТ……….22 Т-6…………………..10 Содержание бициклических ароматических соединений нормируется значением люминометрического числа, т.е. светимостью пламени: ТС-6………………… Не ниже 45 РТ, Т-8В……………. Не ниже 50 Наиболее характерный показатель нагарообразующих свойств – это высота некоптящего пламени (определяется в лабораторной фитильной лампе по высоте пламени без копоти). Чем выше высота некоптящего пламени (ВНП), тем меньше нагар. На рисунке 1 показано, что при увеличении ВНП от15 до 30 мм нагар уменьшается от 10 до 1гр.  Рисунок 1-Зависимость нагара от высоты некоптящего пламени (ВНП) Характеристики горения топлива, в том числе данные по нагару, приведены в таблице 2. Таблица 2 - Характеристики горения топлива  Нормы на ВНП ( в мм, не менее): ТС-1, РТ………………………...25 Т-1, Т-6, Т-8В…………………..20 Содержание серы косвенно характеризует нагарообразующие свойства, но в основном сера вредна из-за коррозии. Поэтому нормы на содержание серы минимальны и составляют ( в %, не более): ТС-1……………………………..0,2 Т-1, РТ, Т-8В……………………0,1 Т-6………………………………0,05 2.3 Термостабильность топлива Термостабильность характеризует топливо по его склонности к образованию смолистых веществ при контакте с воздухом при высокой температуре. При скорости самолета, в 2-5 раз превышающей скорость звука, топливные баки самолета разогреваются до 150-200°С, а отсюда – образование смол в топливе и, как следствие – отложение нагара при горении. Мерой термостабильности в статистических условиях является количество смол ( в мг ), образовавшихся в 100 мл топлива при 150°С и контакте с воздухом в течение 4 или 5 часов. Определяют для образцов топлива по 50 мл в металлических сосудах с крышками, помещенных в термостат, нагретый до 150°С, и выдерживаемых в течение указанного выше времени. Нормы по термостабильности ( в мг/100 мл, не более): ТС-1………………………………18 Т-6, РТ……………………………6 Для топлив, предназначенных к использованию в сверхзвуковой авиации, помимо термостабильности в статистических условиях определяется термоокислительная стабильность динамическим методом. В этих испытаниях топливо, нагретое до 150-180°С, прокачивается через специальный фильтр в течение 5 часов. Нормируется перепад давления на фильтре (не выше 10 кПа) и отложения на подогревателе не более 1-2 баллов. Энергетические свойства характеризуются низшей теплотой сгорания, плотностью и содержанием ароматических углеводородов. Массовая теплота сгорания топлива должна быть максимальной и для нее установлены нормы ( в МДж/кг, не менее): ТС-1, РТ……………………………43,12 Т-6, Т-8В…………………………….42,9 Но не менее важна и объемная теплота сгорания, т.е. количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 литра топлива (МДж/л), поскольку в самолете объемы баков ограничены и важно, сколько энергии даст единица объема топлива. Объемная теплота сгорания равна массовой теплоте, умноженной на плотность топлива, поэтому, чем выше плотность топлива, тем больше объемная теплота сгорания. Плотность же топлива тем выше, чем больше в топливе содержится нафтеновых и ароматических углеводородов. Ароматические углеводороды имеют наибольшую плотность и поэтому наиболее выгодны с точки зрения объемной теплоты сгорания. Но, с другой стороны, они имеют наименьшее отношение Н:С и наименьшую массовую теплоту сгорания, а также дают нагар при горении. Исходя из сказанного, подбирается оптимальный состав топлива, который бы обеспечивал его максимальные энергетические свойства. Этот оптимальный состав складывается из нафтенов (60-80%), изоалканов (15-30%) и ароматических углеводородов (5-10%). В таблице 3 приводятся сравнительные энергетические характеристики некоторых углеводородов и реактивных топлив. Таблица 3 - Энергетические характеристики некоторых УВ и топлив
Видно, что для веществ с плотностью, близкой к единице (тетрациклононан, ракетные топлива), массовая и объемная теплоты сгорания близки, а для н-алканов (н-тетрадекан) их разница максимальна. У топлива Т-6 и у некоторых топлив США разница составляет 3-6 МДж/л, что вполне удовлетворяет требованиям авиации. На рисунке 2 показано изменение массовой и объемной теплоты сгорания различных групп углеводородов от их температуры кипения. Кривые располагаются почти зеркально. Из этого рисунка следует, что нафтеновые углеводороды наиболее предпочтительны.  Рисунок 2 - Зависимость массовой (МДж/л) теплот сгорания от температуры кипения фракций для парафиновых (ПрУ), нафтеновых (НфУ) и ароматических (АрУ) углеводородов 3. ПРИСАДКИ К ТОПЛИВАМ Присадки к топливам вводятся для улучшения некоторых свойств, не обеспечиваемых групповым составом и технологией получения топлива. Обычно число присадок, вводимых в реактивные топлива, крайне ограничено – 1-2 присадки. 3.1 Антистатическая Многолетним опытом эксплуатации отечественного и зарубежного воздушного транспорта доказано, что при перекачке топлив или при заправке самолетов возможно накопление статического электричества. Из-за непредсказуемости процесса в любой момент существует опасность взрыва. Для борьбы с этим опасным явлением в топлива добавляют антистатические присадки. Они увеличивают электропроводность топлива до 50 пСм/м, что обеспечивает безопасность заправки самолетов и перекачки топлива. За рубежом используют присадки ASA-3 (Shell) и Stadis-450 (Innospec). В России получила распространение присадка Сигбол (ТУ 38.101741-78), допущенная к добавлению в топлива ТС-1, Т-2, РТ и Т-6 в количестве до 0,0005 %. Противоводокристаллизационная При заправке топливом с температурой −5…+17 °C за 5 часов полета температура в баке снижается до −35 °C. Рекорд падения температуры — −42 °C (ТУ-154) и −45 °C (баки, питающие крайние двигатели ИЛ-62М). При этих температурах из топлива выпадают кристаллы льда, забивающие топливные фильтры, что может привести к прекращению подачи топлива и остановке двигателя. Уже при содержании воды 0,002 % (масс.) начинают забиваться самолетные фильтры с диаметром пор 12-16 мкм. Для предотвращения выпадения кристаллов льда из топлива при низких температурах в топливо вводят противоводокристаллизационные присадки непосредственно в месте заправки самолета. В качестве таких присадок широко используют этилцеллозольв (жидкость И) по ГОСТ 8313-88, тетрагидрофуран (ТГФ) по ГОСТ 17477-86 и их 50%-е смеси с метанолом (присадки И-М, ТГФ-М). Присадки могут добавляться практически в любое топливо. Антиокислительная Вводятся в гидроочищенные топлива (РТ, Т-6, Т-8В) для компенсации сниженной в результате гидроочистки химической стабильности. В России применяют присадку Агидол-1 (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол) по ТУ 38.5901237-90 в концентрации 0,003-0,004 %. В таких концентрациях он почти полностью предотвращает окисление топлив, в том числе при повышенных температурах (до 150 °C). Противоизносная Предназначена для восстановления противоизносных свойств топлив, потерянных в результате гидроочистки. Вводится в те же топлива, что и антиокислительная присадка. В России применяют присадку Сигбол и композицию присадок Сигбол и ПМАМ-2 (полиметакрилатного типа — ТУ 601407-69). Для топлив РТ часто используется присадка «К» (ГОСТ 13302-77), которая по эффективности соответствует присадке Сигбол, а также, ввиду дефицита присадки «К» — присадка Хайтек-580 фирмы «Этил» 4. ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ Массовыми реактивными топливами в настоящее время практически являются топлива двух марок: ТС-1 (высшего и первого сортов), РТ ( высшей категории качества). Основное сырье для производства массовых реактивных топлив – среднедистиллятная фракция нефти, выкипающая в температурном интервале 140-280°С. Топливо ТС-1. В зависимости от качества перерабатываемой нефти (содержания меркаптанов и общей серы в дистиллятах) топливо получают либо прямой перегонкой, либо в смеси с гидроочищенным или демеркаптанизированным компонентом (смесевое топливо). Содержание гидроочищенного компонента в смеси не должно быть более 70% во избежание значительного снижения противоизносных свойств. Гидроочистку используют, когда в керосиновых дистиллятах нефти содержание общей и меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта, демеркаптанизацию – когда содержание только меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта. Топливо РТ получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов с пределами выкипания 135-280°С. В качестве сырья для гидроочистки используют дистилляты, из которых нельзя получить топливо ТС-1 из-за повышенного сверх нормы содержания общей и меркаптановой серы. Проблемы, связанные с топливами для реактивной авиации и ракет, в настоящее время заключается в следующем: Топлива можно получить не из всех нефтей, а только из специальных, которые обеспечивают нормируемые показатели качества; Низкий потенциал топливных фракций в нефтях (10-20%), что сильно уменьшает ресурсы топлива; Жесткие нормы по таким показателям, как содержание АрУ, температура начала кристаллизации, вязкость и фракционный состав, накладывают такие ограничения, что в итоге резко сокращаются ресурсы топлива. Использование потенциала топлива РТ составляет сейчас 70-75%, так как при увеличении этой доли не соблюдаются показатели качества дизельного топлива. На рисунке 3 показан практический отбор топлива от нефти за 30 лет (по данным США).  Рисунок 3 - Рост фактического отбора реактивных топлив по годам (по данным США) Из рисунка видно, что в ранние годы он был на уровне 6-7%, а затем неуклонно рос, составив 17-18% в 90-е годы ХХ века. Такой рост шел за счет совершенствования технологии и ослабления требований по нормам на некоторые показатели. Что же в перспективе? С учетом тенденции снижения добычи легких нефтей, пригодных для получения топлив ТС-1 и РТ, возможны следующие варианты. Повышение нормы на содержание АрУ до 23-25%. Тогда для получения РТ будут пригодны до 75% всех нефтей. Но это потребует некоторых конструктивных изменений турбореактивного двигателя, так как при этом увеличивается возможность нагароотложений. Повышение нормы на температуру начала кристаллизации до значений «не выше минус 50°С», а на некоторые марки топлива – до «не выше минус 40°С», поскольку топливо в баках никогда не охлаждается до минус 50°С. Это видно на примере двух лайнеров – ИЛ-62 и БОИНГ-747 (рисунок 4). Кривые изменения (снижения) температуры топлива в баках показывают, что у ИЛ-62 через 10 ч полета топливо в баках охлаждается до минус 43°С, а в баках БОИНГ-747 – до минус 48°С. В самолете ИЛ-86 топливо в баках охлаждается всего до минус 35°С. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||