Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

Среди неметаллических конструкционных материалов в обо­рудовании для жидкого водорода применяют стекло некоторых видов, стеклопластики и пластмассы типа политетрафторэтиле-на (фторопласт-4) и политрифторхлорэтилена. Эти пластмас­сы обладают наибольшей пластичностью при температуре жид­кого водорода. Особенно хорошие механические свойства при низких температурах имеют пластмассы, армированные стекло­волокном. Политетрафторэтилен и политрифторхлорэтилен ис­пользуют при изготовлении уплотнительных прокладок, колец и манжет, работающих в широком диапазоне температур.

В условиях производства, хранения и транспортирования необходимо учитывать такие свойства жидкого водорода, как высокую пожаро- и взрывоопасность в смеси с воздухом и кислородом, высокую скорость распространения и невидимость водородного пламени, а также возможность низкотемператур­ных ожогов.

Концентрационные пределы воспламенения водорода доста­точно широки: в смеси с воздухом они составляют 4—75% (об.) и в смеси с кислородом—4—96% (об.). Пределы взрываемости водорода в смеси с воздухом 18,3—74% (об.) и в смеси с кисло-

родом—15—94% (об.) [120]. В условиях проливов жидкого водорода пожары и взрывы могут возникать при наличии ис­точников воспламенения водородно-воздушных смесей. При от­сутствии таковых водород быстро испаряется и рассеивается в воздушной среде. Проливы больших объемов сопровождаются резким охлаждением окружающего воздуха и грунта, в резуль­тате чего вблизи почвы образуется и сравнительно долго со­храняется холодное водородное облако. При воспламенении водородно-воздушной смеси над пролитым водородом образуется неустойчивое шаровое пламя, которое, распространяясь вверх со скоростью около 6,5 м/с, приобретает грибовидную форму.

Горение водорода протекает спокойно, без взрыва. Хотя температура пламени достигает ж 1900 К, его излучающая спо­собность примерно в 10 раз ниже, чем у пламени углеводородно-воздушных смесей. В таких условиях для предотвращения ожогов обслуживающего персонала достаточно удаления его на расстояние не менее 55 м. Однако трудно определить мо­мент возникновения и направление распространения бесцветного пламени при сгорании водорода, что может вызвать серьезные последствия.

Для обеспечения безопасности при производстве, транспор­тировании и хранении жидкого водорода необходимо исполь­зовать оборудование специальной конструкции, изготовленное из материалов, механические свойства которых сохраняются при низких температурах. Перекачивать и хранить жидкий водород без тепловой изоляции запрещается. Трубопроводы должны быть снабжены компенсаторами, емкости—дыхательными предохранительными клапанами при минимальном числе флан­цевых соединений, а также дренажными устройствами, обес­печивающими отвод газообразного водорода на безопасное расстояние. Периодически следует выводить пары водорода во избежание закупорки льдом вентилей и линий газосброса. Кро­ме того, емкости должны иметь обваловку, покрытую по внут­ренней площади щебенкой, что обеспечивает быстрое испаре­ние продукта при его проливах.

В условиях производства и хранения на стартовых позициях следует строго соблюдать минимально допустимые расстояния между емкостями и опасными источниками воспламенения го­рючего [4]. Впускные и выпускные вентили емкостей должны иметь дистанционное управление на случай аварийной ситуа­ции. При возникновении пожара немедленно прекращается по­ступление жидкого или газообразного водорода в зону огня. Тушат горящий водород водой, жидким азотом либо водяным паром. Небольшие очаги пожара можно тушить с помощью углекислотных огнетушителей, можно использовать также па­ры, содержащие азот или бикарбонат калия.

Для предотвращения пожаров важно своевременно опреде­лить место утечки жидкого и газообразного водорода при его хранении, транспортировании и перекачивании. Утечка может

Рис. 5.3. Зависимость образования фак­тических смол от продолжительности хранения углеводородных ракетных го­рючих:

I — из бакинских нефтей с крекинг-компонен­том 2 — из туймазинской нефти с крекинг-компонентом, 3—из смеси бакинской и туй.-мазинской нефтей прямой перегонки

возникнуть в узлах уплотнения, фланцах и трубопроводах в результате термического сжатия материалов под действием температуры ~20 К, а также образования трещин из-за цик­лических тепловых ударов. Утечке и быстрому снижению кон­центрации водорода в этом районе способствуют малая вяз­кость водорода и его высокий коэффициент диффузии.

Для обнаружения утечки водорода за рубежом разработаны детекторы [121]. Действие некоторых из них основано на спо­собности водорода воспламеняться в смеси с воздухом при контакте с нагретым элементом, обладающим каталитическими свойствами. С помощью таких детекторов можно обнаружить утечку при концентрации водорода в воздухе 0,02%(об.). Тер­мические детекторы позволяют обнаружить водород при его содержании до 5•10^-4%; их действие основано на высокой теп­лопроводности водорода. Разработаны и другие высокочувстви­тельные детекторы [115].

При работе с жидким водородом во избежание низкотемпе­ратурных ожогов следует пользоваться спецодеждой, асбесто­выми или кожаными рукавицами. На ноги надевают высокие ботинки с отворотами, глаза и лицо защищают очками со щит­ками или прозрачными экранами. Работая с жидким водородом в помещении, необходимо обеспечить надежную вентиляцию с кратностью воздухообмена не менее 20—30 и обязательный контроль за содержанием газообразного водорода в воздухе

[47].

В производственных помещениях электрооборудование долж­но быть выполнено во взрывобезопасном исполнении. При пе­рекачивании жидкого водорода технологическое оборудование надежно заземляется; для предотвращения накопления стати­ческого электричества не рекомендуется работать в одежде из найлона, терилена и обуви на резиновой или синтетической по­дошве.

Углеводородные ракетные горючие хранят в стальных (из углеродистой стали) резервуарах разной емкости, наземных или заглубленных. Углеводородные горючие, полученные пря­мой перегонкой, в условиях длительного хранения достаточно стабильны. В них медленно накапливаются продукты окисле­ния, содержание которых не превышает 0,1—0,2%. Значитель-

но быстрее окисляются горючие, содержащие крекинг-компонен­ты. Как видно из рис. 5.3, в горючих накапливаются фактиче­ские смолы, и их содержание может достигать 900 мг/100 мл. Характеристика образующихся при хранении в углеводород­ных горючих продуктов окисления приведена ниже:

Эти продукты представляют собой сложную смесь спиртов, кислот, эфиров, соединений с карбонильной группой и смоли­стых веществ. Преобладают в продуктах окисления спирты и сложные эфиры; это продукты этерификации соединений с гид-роксильной и кислотной группами. Среди продуктов окисления углеводбродных горючих основную массу (96—97%) состав­ляют нейтральные соединения (преимущественно спирты и 20— 30% смолистых веществ); кислых соединений содержится

1-4% [4].

В процессе хранения в углеводородных горючих образуют­ся главным образом растворимые смолы нейтрального харак-

Рис 5 4. Зависимость образования осадков при хранении углеводородного! горючего с крекинг-компонентом от продолжительности хранения-

1—4—содержание продуктов окисления на свету (-) и в темноте (---) соот­ветственно 125, 50, 25 и 5 мг/100 см³

Рис. 5 5. Зависимость состава осадков при герметичном хранении углеводо­родного горючего с крекинг-компонентом от продолжительности хранения:

1—кислород, 2—смолы, 3— углерод, 4— зола, 5—железо; 6— азот

тера, в основном эфироспирты. На долю кислых смолистых продуктов и оксикислот приходится около 2%. Кроме того, при хранении горючего образуются и твердые нерастворимые смолы, которые находятся в нем в виде мелкодисперсных и коллоидных частиц, представленных полиоксиэфирами. Части­цы твердых смол в условиях хранения подвергаются коагуля­ции, в результате которой формируются микрочастицы более крупных размеров, достигающие 100 мкм и более. За счет этих частиц на дне резервуара и цистерн накапливается твердый осадок [64]. Чем больше концентрация в горючем продуктов окисления, тем интенсивнее развивается коагуляция микроча­стиц и больше осадка (рис. 5.4).

В процессе хранения углеводородного горючего, содержаще­го крекинг-компоненты, в осадках повышается доля смолистых соединений, которые играют главную роль в формировании твердой фазы. Как видно из рис. 5.5, через 3 года хранения крекинг-керосина содержание смол в осадках увеличивается с 11 до 42%. Твердые смолы углеводородных горючих, как пра­вило, нейтральные соединения, содержащие гидроксильные, сложно-эфирные и простые эфирные группы. Механизм обра­зования смолистых осадков в углеводородных горючих при их хранении можно представить следующей схемой [4]:

Углеводородные ракетные горючие характеризуются малой коррозионной активностью. Сухие углеводородные горючие пря­мой перегонки практически не вызывают коррозии сталей. Кор­розия в углеводородных горючих обычно развивается только в присутствии воды, находящейся в нерастворенном состоянии. Углеводородные горючие, содержащие крекинг-компоненты, обладают большей коррозионной агрессивностью по сравне­нию с прямогонными, так как содержат больше коррозионно-агрессивных кислых кислородсодержащих соединений (они накапливаются в процессе хранения горючего).

При хранении углеводородных горючих в резервуарах воз­можны потери их от испарения. Скорость испарения горючих типа керосина в наземных резервуарах не превышает в летний период 0,4 кг и в зимний период 0,02 кг в месяц на 1 м³ паро­вого пространства резервуара [4]. В подземных резервуарах скорость испарения составляет 0,003—0,019 кг/м³ в месяц.

Фильтруемость углеводородных ракетных горючих в усло­виях перекачивания при низких температурах зависит от тем-

Рис. 5.6. Зависимость пропускной способ­ности (температура забивки) фильтра от температуры помутнения (1) и содержа­ния воды (2} в горючем с крекинг-ком­понентом

пературы помутнения, начала кри­сталлизации и в меньшей степени от вязкости [64]. При фильтровании горючего типа керосина, охлажден­ного до —50 °С, уменьшение расхо­да горючего через 35-микронный фильтр наступает после 40 мин ра­боты. Увеличение в составе горючего содержания ароматиче­ских углеводородов резко ухудшает его фильтруемость в связи с большой гигроскопичностью ароматических соединений. Гид­равлические потери при перекачивании углеводородных ракет­ных горючих прямой перегонки в условиях их охлаждения до —60 °С невелики и не превышают 53,3 кПа [67]. Зависимость пропускной способности фильтров при отрицательных темпера­турах от температуры помутнения и содержания воды в горю­чем с крекинг-компонентами представлена на рис. 5.6 [64]. Ха­рактеристика отложений на фильтрах при фильтровании кре-кинг-керосинов в условиях охлаждения ниже их' температуры помутнения дана в табл. 5.1.

Отложения на фильтрах, образующиеся в условиях низких температур при фильтровании крекинг-керосинов, состоят из 46—49% кристаллов льда и 48—49% высококристаллических продуктов окисления диенов. При отрицательных температурах смолистые соединения и твердые загрязнения мало участвуют в формировании осадков. С увеличением продолжительности охлаждения горючего в составе низкотемпературных осадков возрастает доля продуктов окисления диенов и снижается со­держание кристаллов льда. Как видно из рис. 5.7, удаление из

Таблица 5.1. Характеристика низкотемпературных отложений на топливных фильтрах

Характеристики

Список файлов книги