Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

дельных случаях перевозят в алюминиевых резервуарах, уста­новленных на железнодорожной платформе или в бортовом ав­томобиле [28, 111]. Все резервуары для Н2O2 снабжены пред­охранительными и вентиляционными устройствами, позволяю­щими удалять образующийся при разложении продукта кис­лород.

Крупные резервуары и цистерны оборудуют термопарами или термометрами, размещенными в гильзах из стойкого к пероксиду водорода материала. Контроль за температурой хра­нимого или перевозимого продукта обязателен, так как резкое повышение температуры указывает на его разложение. При раз­ложении пероксида водорода в закрытых объемах тепло реак­ции разложения не успевает рассеяться, и повышение темпера­туры продукта сопровождается самоускорением разложения. Попадание различных загрязнений из атмосферы может ката^ лизировать процесс разложения пероксида водорода, поэтому вентиляционные устройства оборудуют фильтрами.

Хранят и перевозят пероксид водорода при атмосферном давлении. В отдельных случаях допускается его хранение при достаточно высоком давлении, обычно в вертикальных резер­вуарах из легированной стали.

Стационарные резервуары для хранения этого окислителя (как правило, горизонтальные, алюминиевые) устанавливают на фундаменте и защищают от воздействия прямых солнечных лучей. Предусматривается система охлаждения резервуара во­дой при высоких температурах окружающего воздуха. Для слу­чая очень высокой скорости разложения пероксида водорода резервуары снабжены приспособлениями быстрого их опорож­нения и разбавления продукта до более низких концентраций-

Перекачивают пероксид водорода центробежными насоса­ми (из легированной стали) или методом передавливания су­хим, очищенным от всяких загрязнений газообразным азотом. В качестве прокладочного материала рекомендуются полихлор­винил, тефлон (политетрафторэтилен) [10, 141. Трубопроводы,. вентили, клапаны и другая арматура не должны иметь застой­ных зон, в которых создаются условия для разложения перок­сида водорода и опасного повышения давления. Конструкция:

резервуаров должна обеспечивать полное их освобождение от продукта после прекращения перекачивания.

Для перевозки окислителя используют специальные бочки. Затворы и воздушки устроены таким образом, что при опроки­дывании бочки любое количество вытекающей через вентиля­ционное устройство—воздушник—жидкости попадает в верх­нюю камеру, и утечка продукта исключается. Имеются также алюминиевые бочки без верхней камеры; их можно перевозить только в вагонах. Оба типа бочек снабжены предохранитель­ными клапанами. В верхних ободах бочек делаются сливные-отверстия, чтобы атмосферная влага не скапливалась вокруг отверстия воздушника [28].

Большая опасность при хранении может возникнуть при попадании в сосуды с пероксидом водорода загрязнений, спо­собных катализировать разложение Hz02. В этом случае целе­сообразно ввести в жидкий продукт дополнительное количе­ство стабилизатора—фосфорной кислоты. Если добавка не предотвратит разложение, следует немедленно разбавить кон­центрированный окислитель до 67%-й концентрации H2O2, при которой он уже не опасен [4, 112].

Все технические средства и их оборудование, контактирую­щее с пероксидом водорода, подвергают специальной обработ­ке—пассивации. Она заключается в очистке металлической поверхности от загрязнений, снятии химическим методом ста­рой оксидной пленки и формировании новой защитной оксидной пленки на поверхности металла.

Очищают металлические поверхности от различного рода загрязнений и удаляют старую оксидную пленку раствором азотной или серной кислоты. Предварительно алюминиевые поверхности протравливают раствором щелочи—гидроксида

-натрия. Окончательное формирование новой защитной пленки происходит при обработке очищенной поверхности раствором пероксида водорода.

Алюминиевые резервуары перед заполнением тщательно очищают, иногда с применением моющих растворов. Затем промывают слабоконцентрированным раствором NaOH, далее дистиллированной водой и заполняют раствором азотной кис-

-лоты (30—45%-и концентрации). Время выдержки резервуа­ра, заполненного азотной кислотой, определяется вместимостью резервуара и концентрацией кислоты. Для промывки можно использовать также 10%-ю серную кислоту высокой чистоты (несколько часов). Затем кислоту смывают дистиллированной водой. После такой обработки резервуар выдерживают запол­ненным 30%-м раствором пероксида водорода в течение 1— 3 сут для окончательного формирования защитной оксидной пленки. При повторном заполнении резервуара окислителем,

если сосуд не был загрязнен, перемывать и перепассивировать его не следует. Если пассивация проведена качественно, поте­ри пероксида водорода при температуре хранения, равной 20 °С, составляют менее 0,1% в год [4, 14]. Небольшие детали и узлы оборудования из алюминия пассивируют аналогичным образом [4].

Резервуары из легированной стали также подвергают пас­сивации. После очистки их заполняют водным раствором 10%-и азотной и 3%-й плавиковой кислот. Раствор выдержи­вают в течение 3 ч при 20 °С в пассивируемом резервуаре до получения необходимой по внешнему виду поверхности. Дета-

-ли и узлы из легированной стали обрабатывают аналогичным образом, изменяя концентрацию азотной кислоты и время об­работки. Все обработанные детали, узлы, прокладки, седла клапанов и другую арматуру после кислотной обработки вы­

держивают в концентрированном пероксиде водорода для окончательного удаления оставшихся загрязнений и формиро­вания на поверхности металла защитной пленки.

Часто в процессе изготовления и монтажа алюминиевая поверхность технических средств загрязняется железом, и для его удаления такую поверхность обрабатывают раствором кис­лот [112]. Как правило, пассивированные поверхности при контакте с пероксидом водорода не корродируют. Однако при загрязнении окислителя хлоридами или перхлоридом в концент­рации 5 мг/л наблюдается точечная коррозия алюминия. По­этому промывать обработанные кислотами алюминиевые по­верхности перед контактом с пероксидом водорода следует только дистиллированной водой [28, 112].

Наряду с пассивацией для защиты алюминия применяют анодирование металла. Стойкость алюминия в окислителе-можно повысить анодированием металла и последующим па-рафинированием его поверхности.

5.2. ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ, ПЕРЕКАЧИВАНИЕ И НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ГОРЮЧИХ

Жидкий водород транспортируют и хранят в специальных ре­зервуарах или цистернах различной вместимости—от 0,85 до-100 м³—с двойными стенками, пространство между которыми заполнено вакуумно-порошковой либо многослойной изоляцией^ Резервуары (цистерны) имеют цилиндрическую или сфериче­скую форму. Внутренний кожух резервуаров изготавливают из легированной стали, алюминия, титана или меди, а внешний— из углеродистой стали. Резервуары снабжены контролирую­щим, сливно-наливным и другим оборудованием [113]. За ру­бежом для хранения больших объемов жидкого водорода ис­пользуют сферические резервуары вместимостью 340 и 900 м³-с вакуумно-порошковой изоляцией.

Трубопроводы и арматура на стационарных резервуарах имеют изоляцию. Для присоединения к транспортным сред­ствам используют гибкие гофрированные шланги с высоко-ва­куумной изоляцией и металлической оплеткой. Присоедини­тельные устройства снабжены прокладками из фторопласта-4 [4].

Жидкий водород из резервуаров сливается самотеком, либо-

его передавливают избыточным давлением, или перекачивают центробежными насосами погружного или выносного типа с изолированными подшипниками. Перед заполнением резервуа­ров жидким водородом их освобождают от воздуха, продувая инертным газом, например азотом. Резервуары и их коммуни­кации при Приеме продукта предварительно охлаждают, пода­вая небольшую порцию жидкого водорода. При этом водород частично испаряется, и стенки резервуара охлаждаются. Пред­варительное охлаждение резервуаров можно осуществлять и

жидким азотом. Полное охлаждение резервуаров наступает через 16—24 ч после начала их заполнения. Степень заполне­ния резервуаров жидким водородом не должна превышать 0,9.

При перекачивании больших объемов жидкого водорода образуется значительное количество газа, который отводится в безопасное место и выбрасывается в атмосферу на высоту не менее 12 м. В некоторых случаях для обеспечения безопас­ности газы разбавляют азотом.

При опорожнении и заполнении резервуаров жидким водо­родом в нем могут накапливаться кристаллы растворенных кислорода и азота. Для их удаления резервуары периодически (1—2 раза в год) размораживают и зачищают. С целью умень­шения потерь жидкого водорода при длительном хранении ре­зервуары рекомендуется оборудовать системами обратной кон­денсации паров или переохлаждать продукт на несколько гра­дусов ниже температуры его кипения

Жидкий водород на большие расстояния перевозят автомо­бильным либо железнодорожным транспортом Толщина изо­ляции резервуара автоцистерны—3,17 см, потери продукта в них составляют 1% в сутки [114]. За рубежом для транспорти­рования жидкого водорода созданы специальные автомобиль­ные прицепы и полуприцепы вместимостью 25—55 м³. В ем­кости полуприцепа давление составляет 914 кПа, потери про­дукта не превышают 0,5% в сутки. Стравливание избыточного давления при перевозке не производится [115].

По "железной дороге жидкий водород транспортируют в ци­стернах вместимостью 60—125 м³ с многослойной изоляцией ^толщиной не менее 2,5 см). Потери жидкого водорода в таких цистернах составляют 0,25—0,5% в сутки [115] Для перевозки горючего водным транспортом разработаны специальные бар­жи вместимостью 1000 м³, в которых поддерживается темпе­ратура 19 К.

Заполнение цистерн жидким водородом и их опорожнение осуществляются передавливанием со скоростью 1,1 м3/мин при давлении 70 кПа. В этих условиях потери горючего для ци­стерны вместимостью 107 м³ составляют 2,6%. В такой цистер­не водород перевозят с закрытым вентилем газосброса. За вре­мя транспортирования в течение 9 дней давление в цистерне увеличивается незначительно — на 80 кПа. Железнодорожные цистерны оборудуют трубами большого диаметра для быстро­го слива и налива жидкого водорода.

Для транспортирования и хранения проблема тепловой изо­ляции жидкого водорода имеет первостепенное значение. Наи­большее распространение в оборудовании для жидкого водо­рода получили высоковакуумная, вакуумно-порошковая и мно­гослойная (вакуумно-многослойная, экранно-вакуумная) низко­температурные тепловые изоляции [116]. Известны также ком­бинированные способы изоляции, например вакуумно-порошко­вая с азотным экраном, многослойная и порошковая и др. [4].

За рубежом для тепловой изоляции баков жидкого водорода на космических кораблях предложено вместо многослойной экранно-вакуумной изоляции использовать тонкостенные двух­слойные гибкие вакуумированные оболочки с полыми микро­сферическими частицами, изготовленными из стекла с метал­лическим покрытием. Изоляция из микросферических частиц имеет меньшую массу, более стабильные характеристики и луч­шие теплоизоляционные свойства в условиях невесомости вви­ду малой поверхности контакта частиц [117].

При хранении жидкого водорода в условиях глубокого хо­лода прочностные характеристики металлов и сплавов (преде­лы прочности, текучести и упругости), а также твердость и модуль упругости, как правило, увеличиваются, а ударная вяз­кость, удлинение и сужение уменьшаются [48]. Внутренние кожухи оборудования для жидкого водорода рекомендуется изготавливать из широко известных легированных хромирован­ных сталей марок 12Х18Н10Т, ОХ18Н12Б и 10Х14Г14Н4Т. Сре­ди сплавов меди для изготовления ответственных узлов и де­талей оборудования для жидкого водорода могут использовать­ся латуни марок Л62, ЛС69-1, ЛЖМЦ 59-1№1, а из бронз— оловянно-фосфористая Бр. ОФ10-1, бериллиевая Бр. Б2 и алю­миниевые бронзы [118].

Большинство сплавов алюминия (АМц, АМг, АМг58, АМгб, А519) характеризуется улучшением механических свойств при понижении температуры. Поэтому алюминиевые сплавы широ­ко используют при изготовлении емкостей для хранения жид­кого водорода [119]. При пайке деталей оборудования употреб­ляют мягкие (оловянисто-свинцовые) припои марок ПОС 18, ПОС 30 и ПОС 40.

Характеристики

Список файлов книги