Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

/ — кожух, 2 — емкость для жидкого азота, 3 — емкость для жидкого фтора, 4 — тру­бопровод слива жидкого фтора; 5—вентиляционный трубопровод емкости 1, 6 — трубопровод налива жидкого фтора

подачей сухого азота [25]. Материал резервуаров—легирован­ная сталь или алюминиевый сплав, например сплав АМц.

Жидкий кислород, получаемый на промышленных предприя­тиях, доставляется потребителям автомобильным, железнодо­рожным или воздушным транспортом.

Автомобильные транспортные резервуары имеют различную вместимость. Автоцистерны снабжают жидкостным насосом, а полуприцепы, обычно его не имеют. Вместимость автоцистерны достигает 8—9 м³, а полуприцепов — 20—25 м³ [25]. Транс­портные резервуары для жидкого кислорода представляют собой горизонтальные цилиндрические сосуды с вакуумно-порошковой изоляцией. Внутренний сосуд изготавливают из легированной стали или алюминиевого сплава, кожух—из уг­леродистой стали. Рабочее давление во внутреннем сосуде со­ставляет 0,2—0,35 МПа; потери при испарении не превышают 0,5% в сутки. Жидкий кислород транспортируют с открытым вентилем газосброса [23, 25].

Жидкий фтор транспортируют автомобильным и железно­дорожным транспортом в специальных цистернах. Автомобиль­ная цистерна для перевозки жидкого фтора представляет собой три горизонтальных цилиндрических резервуара, смонтирован­ных один в другом и установленных на полуприцепе. Общая масса автоцистерны, вмещающей 2,5 т жидкого фтора, равна 10 т. Центральный (внутренний) резервуар заполняют жидким фтором. Кольцевое пространство между центральным и вторым резервуарами заполняют жидким азотом, а между вторым и наружным резервуарами — перлитовым порошком или диокси­дом кремния и вакуумируют. Таким образом, резервуары с жидким фтором имеют двойной слой изоляции: первый—экран жидкого азота, второй—вакуумная порошковая изоляция (рис. 5.2).

Жидкий фтор передавливают газообразным гелием, кото­рый подают при небольшом давлении в автоцистерну [106]. Перевозят жидкий фтор с закрытым вентилем газосброса. Как при хранении, так и при транспортировании жидкий фтор дол­жен быть переохлажден по сравнению с температурой кипения парами жидкого азота на 8 К. В качестве материалов для ре-

зервуаров жидкого фтора рекомендуется монель-металл, леги­рованная сталь (например, 12Х18Н10Т) или алюминий [107]. Жидкий фтор можно транспортировать и в специальных же­лезнодорожных цистернах, вмещающих до 25 т окислителя

[14]!.

Хранить жидкий фтор довольно сложно, так как пары фто­ра очень токсичны и бурно взаимодействуют с различными веществами, накапливающимися в процессе хранения (отложе­ниями). Чтобы предотвратить попадание паров фтора в атмо­сферу, перед заполнением проверяют герметичность резервуа­ров, затем очищают их от загрязнений, обрабатывают тра­вильными растворами, промывают и сушат.

Для обезжиривания поверхностей, соприкасающихся со фтором, используют щелочные растворы (для стальных, мед­ных, никелевых и алюминиевых резервуаров) и органические растворители. Обработку растворами проводят в течение 10— 15 мин при температуре 333—363 К [25]. Для стали применяют раствор, содержащий гидроксид натрия (50—100 г/л) и кон­такт Петрова (30—50 г/л). Никель, медь и ее сплавы лучше обезжиривать смесью гидроксида натрия (20—30 г/л), бикар­боната натрия (25—30 г/л) и жидкого стекла или мыла (3— 10 г/л). Ржавчину и окалину удаляют 5—10%-м раствором HaS04 и 10—15%-м раствором НС1. Обезжиренные поверхности промывают водой, сушат и пассивируют газообразным фтором. Пассивация необходима для того, чтобы на поверхности ме­талла образовалась стойкая к последующему воздействию жидкого фтора пленка фторида металла [25, 108]. Эта пленка уменьшает или предотвращает коррозию и разрушение деталей при контакте с жидким фтором.

Крупные резервуары и трубопроводы перед пассивацией продувают газообразным азотом, создают внутри резервуара разрежение и затем заполняют газообразным фтором (давле­ние в резервуаре 0,02—0,05 МПа). После выдержки в течение

1 ч избыток фтора отводят в систему нейтрализации и обору­дование заполняют фтором (давление 0,2 МПа). По истечении

2 ч давление снижают до атмосферного. После такой обработ­ки давление фтора вновь повышают до рабочего (с промежу­точной выдержкой).

Стационарный резервуар для хранения жидкого фтора, как и автоцистерна, состоит из трех концентрически расположен­ных сосудов. Жидкий фтор хранят в переохлажденном со­стоянии практически без потерь, так как при притоке тепла вначале испаряется жидкий азот. Давление в резервуаре со фтором (0,035—0,042 МПа) обычно на 0,007 МПа выше атмо­сферного.

При хранении жидкого фтора может возникнуть необходи­мость улавливания и нейтрализации паров фтора. В таких случаях выделяющийся фтор стремятся превратить в менее-агрессивные и токсичные и легко улавливаемые соединения.

Например, пары фтора сжигают при недостатке воздуха в пламени природного газа [4, 25, 39]. Для улавливания и нейт­рализации фтора используют ракушечник или известковый по­глотитель [39].

Фторные окислители. Монооксид фтора OF2 транспортируют и хранят аналогично жидкому фтору. Материалы, применяемые в контакте с монооксидом фтора, и методы работы те же, что и при работе со фтором. Трифторид хлора ClF3 хранят и пере­возят в США в специальных цельнотянутых стальных резервуа­рах под давлением. В качестве материала для прокладок ис­пользуют медь, алюминий, тефлон, пропитанный фторидом меди. Перекачивают окислитель с помощью диафрагменных насосов. Подготовка технических средств к заполнению и нейт­рализации мало чем отличается от подобных работ со фтором [4].

Азотнокислотные окислители хранят и транспортируют в ре­зервуарах, бочках, автомобильных и железнодорожных цистер­нах, выполненных из алюминия и его сплавов, а также из ле­гированной стали. Резервуары и цистерны оборудуют сливно-наливными трубами, предохранительными клапанами, маномет­рами и уровнемерами. Перекачивают азотнокислотные окисли­тели насосами—центробежными или поршневыми, выполнен­ными из кислотостойкой хромоникелевой стали [4, 17].

Обычные прокладочные материалы, рукава и шланги из текстильных материалов и резины для указанных окислителей непригодны. Для этих целей применяют металлические рукава из гофрированной легированной стали, а также из фторопласта или полиэтилена. Для уплотнения деталей насосов, а также для запирающих элементов и седел клапанов и прокладок наи­более пригоден алюминий, а из неметаллических материалов— фторопласт и фторопласт с прессованным асбестом [4, 10].

В процессе хранения азотной кислоты в алюминиевых ре­зервуарах или при перевозках в алюминиевых цистернах окис­литель может загрязняться продуктами коррозии. Исследования показали, что загрязнение на 90% состоит из оксида алюми­ния Аl2О3, остальные 10% представляют собой частицы окали­ны, песок и т. п. При обводнении азотной кислоты резко уско­ряется коррозия металлов, в том числе и легированной стали. Загрязняется азотная кислота в основном при контакте ее раз­бавленных растворов или паров обводненного конденсата с металлами. Подавляющее большинство твердых частиц имеют размеры до 5 мкм, хотя встречаются и частицы размером 70— 100 мкм [НО]. В связи с этим при приеме и выдаче азотнокис­лотные окислители фильтруют, используя фильтры из проволоч­ной сетки легированной стали, а также металлокерамики или стойких к окислителю полимерных материалов.

Хранят окислители обычно в сварных горизонтальных ре­зервуарах—подземных, полуподземных или наземных. Для защиты резервуаров от агрессивного воздействия окисли-

телей предпочтительно заглублять резервуары в землю, так как при этом обеспечивается постоянство температуры окислителя в летний и зимний периоды (нет резкого перепада температур) и тем самым уменьшается скорость коррозии стенок резервуа­ра. Однако при таком виде хранения следует тщательно защи­щать сварные швы, которые более подвержены коррозии, чем основной материал резервуара.

Важным при хранении является герметизация резервуара и его оборудования. При отсутствии герметичности пары окис­лителя вместе с влагой воздуха образуют разбавленную азот­ную кислоту, которая разрушает даже чистый алюминий (при разбавлении кислоты увеличивается степень диссоциации ее молекул и повышается интенсивность процессов электрохими­ческой коррозии). Негерметичность технических средств ухуд­шает качество окислителя, способствует образованию солей— продуктов коррозии—и коррозионному разрушению металла. Поэтому следует обеспечивать герметичность всех технических средств (резервуаров, бочек, цистерн, трубопроводов и насосов), не допускать попадания паров окислителя на контактирующие с воздухом поверхности и влаги (разбавленной азотной кисло­ты) в окислитель. Для контроля герметичности оборудования применяют краски-индикаторы и различные составы, которые при попадании на них паров окислителя изменяют цвет i[4].

Резервуары для хранения азотнокислотных окислителей обо­рудуют фланцем для снижения давления паров окислителя, ко­торый обычно соединяют с системой нейтрализации. При упот­реблении окислителя возможны его проливы на оборудование или грунт, а также образование слабых растворов азотной кислоты в результате взаимодействия паров окислителя с вла­гой воздуха. Азотнокислотные окислители, их растворы — не только агрессивные, но и токсичные вещества. Во избежание коррозионного разрушения оборудования и для обеспечения безопасности работающего персонала технические средства после работы с окислителем освобождают от его остатков и обезвреживают. Очистка считается законченной, если поверх­ность после очистки остается чистой и сухой, а рН воды при смачивании ею обезвреженной поверхности равен 6—8.

Очищают технические средства от остатков окислителя раз­личными способами в зависимости от их конструкции, объема остатков окислителя, требуемой чистой очистки и т. д. Для очи­стки могут быть использованы вакуумная сушка, паровая очистка и продувка инертным газом, но все эти способы не обеспечивают полного удаления с поверхности пленки окисли­теля и оксидов азота.

Полного удаления остатков окислителя можно достичь при промывке средств водой, но в промываемых объектах имеются тупиковые зоны, в которых может оставаться окислитель или его пары. Кроме того, промывную воду по окончании обработ­ки необходимо обезвреживать. Для нейтрализации окислителей

ц их паров применяют щелочные растворы NaOH, Na2CO3, Са(ОН)2, NaHCO3 или СаСО3. Улавливание оксидов азота "щелочными растворами используют во многих системах при производстве азотной кислоты [29]. Продукты такой нейтра­лизации—нетоксичные вещества. После обработки технических средств водными щелочными растворами их промывают водой для удаления щелочного раствора и продуктов нейтрализации и высушивают. Окончательную промывку водой ведут до нейт­ральной реакции. Нейтрализацию щелочными растворами про­водят главным образом для обезвреживания остатков окисли­теля и оборудования из легированной стали. Щелочные раство­ры агрессивны по отношению к алюминию и его сплавам.

Аммиак и его водные растворы (эти растворы можно ис­пользовать не только летом, но и зимой) обеспечивают полную нейтрализацию остатков окислителя, даже в застойных зонах [4]. Однако продукты нейтрализации — кристаллические соли, которые в дальнейшем необходимо удалить водой. Для погло­щения оксидов азота можно применять водные растворы ам­миака или карбоната аммония [29], сульфата и бисульфата аммония и др. [4, 29].

Один из способов нейтрализации окислителей на основе азотной кислоты и их паров — сжигание с каким-либо горю­чим [4]. Достоинством метода является возможность одновре­менной нейтрализации и окислителя, и горючего. Но при сжи­гании не исключена вероятность образования токсичных про­дуктов сгорания из-за наличия в окислителе ингибитора кор­розии—фторида водорода или других токсичных фторсодер-жащих добавок. Кроме того, с точки зрения экономии такой способ нейтрализации не всегда выгоден. При использовании водных растворов аммиака для обезвреживания азотной кис­лоты и оксидов азота продукты нейтрализации можно в даль­нейшем использовать как минеральные удобрения. При сжига­нии же окислителей затрачивается дорогостоящее горючее [4].

При проливах окислителя на металл последний необходимо обильно полить водой, нейтрализовать остатки кислоты щелоч­ным раствором и проверить нейтральность реакции индикато­ром. Ввиду высокой агрессивности разбавленной азотной кис­лоты нельзя спускать в канализацию кислоту и промывную воду без их предварительной нейтрализации, в противном слу­чае произойдет разрушение труб [16]. Пролитый на грунт окислитель нейтрализуют водными щелочными растворами.

Четырехокись азота. Самыми стойкими в среде четырехоки­си азота являются алюминий и легированная сталь. Поэтому большие количества этого окислителя хранят в резервуарах, изготовленных из указанных материалов. Оборудование резер­вуаров, в которое может проникнуть влага, выполняют из ле­гированной стали, наиболее стойкой к действию 60%-й азотной кислоты. Четырехокись азота, не содержащая технологических примесей в виде воды и азотной кислоты, не вызывает корро-

зии малоуглеродистой стали при обычной температуре. При хранении окислителя должна быть обеспечена герметич­ность, так как четырехокись азота гигроскопична, а наличие влаги делает окислитель некондиционным и повышает его кор­розионную агрессивность.

Для снижения потерь конструкционных материалов из-за коррозии технические средства подвергают предварительной пассивации. При этом на поверхности легированной стали об­разуется пассивированная пленка, обладающая хорошими за­щитными свойствами и позволяющая значительно снизить кор­розионные потери. Для пассивации применяют 30%-ю НМОз 30%-ю НNО3+2% К2Сг2О7, 5%-ю НNО3+0,5% K2Cr2O7 и дру­гие растворы [36] при температуре 18—20°С [4, 36]. Обраба­тываемую поверхность выдерживают в указанных растворах в течение 4 ч.

Как и при хранении азотнокислотных окислителей, не сле­дует допускать попадания N2O4 в окружающую атмосферу. Пары и жидкую четырехокись азота нейтрализуют теми же ме­тодами, что и азотнокислотные окислители. Перекачивают че­тырехокись азота насосами либо перелавливают сухим возду­хом (с точкой росы не выше —40°С) или инертным газом-азотом. При передавливании азотом четырехокиси азота, со­держащей как добавку оксид азота, следует контролировать (и не допускать) превышения в азоте содержания кислорода, который может окислить оксид азота.

В отличие от азотнокислотных окислителей температурный диапазон нахождения четырехокиси азота в жидком состоянии более узкий, что должно учитываться при ее хранении и транс­портировании. При замерзании четырехокиси азота затруд­няется ее перекачивание, однако разрушения трубопроводов и резервуаров при этом. не происходит, так как, затвердевая, че­тырехокись азота сжимается. Резервуары с N2O4 обычно раз­мещают в подземных или полуподземных хранилищах [4], а для средств транспортирования предусматривают тепловую изо­ляцию и систему подогрева перевозимого окислителя.

Хранение окислителя при температуре выше температуры его кипения не требует специального охлаждения, так как жид­кое состояние окислителя обеспечивается при умеренных дав­лениях. Во всем остальном средства транспортирования и хра­нения не отличаются от аналогичных средств для азотнокис­лотных окислителей.

Высококонцентрированный пероксид водорода. Лучшим кон­струкционным материалом для транспортирования и хранение пероксида водорода считается алюминий высокой степени чи­стоты. Из него изготовляют резервуары для перевозки и хра­нения этого продукта. Для транспортирования пероксида водо­рода используют алюминиевые бочки вместимостью 100—120кг окислителя, автоцистерны-заправщики вместимостью до 15 м³ и железнодорожные цистерны вместимостью 15—30 м³; в от­

Характеристики

Список файлов книги