Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Авторами работы [186] изучены кинетические закономерности окисления реактивных топлив в контакте с конструкционными материалами топливных систем летательных аппаратов. Среди исследованных металлов есть катализаторы и ингибиторы окисления. Металлы-катализаторы окисления по активности расположены авторами в следующий ряд: Pb>Cu> >Sn>Cr>Al>Fe, а металлы-ингибиторы окисления—в ряд:
Nb>Zn>Ni>W;>Mg>Mо. В определенной последовательности по удельной каталитической активности располагаются цветные сплавы и стали. Показано, что каталитическое действие материалов проявляется в ускорении распада гидропероксидов с образованием свободных радикалов, а тормозящее действие гетерогенных ингибиторов — в многократном обрыве цепей на их поверхности. Сделан вывод о существовании линейной зависимоети между окисляемостью топлива в присутствии контактирующих материалов и образованием продуктов уплотнения (осадков и смол) при окислении.
В работе [167] предложено общее кинетическое уравнение образования коллоидных систем при окислении реактивных топлив, исходя из подобия коагуляции коллоидных растворов и бимолекулярной реакции. Это уравнение выведено с большим
количеством допущений и требует дополнительного экспериментального определения влияния различных факторов (каталитических, объемных и других), от которых так же, как от входящих в уравнение температуры и энергии активации процесса коагуляции, зависят формирование коллоидных частиц и их рост.
В соответствии с общепринятыми представлениями окисление углеводородных топлив—это цепной процесс. Как было показано в работе [130], определение скорости окисления такой смеси углеводородов, какой является реактивное топливо» весьма затруднительно. Приближенные методы определения скорости процесса не дают представления о возможности и скорости образования в них второй фазы, а следовательно,. и склонности топлив к образованию отложений. Это свойство топлив в настоящее время наиболее достоверно оцениваю методами, с помощью которых непосредственно определяют изменение количества образующейся второй фазы в топливе при его нагревании. Для отечественных топлив предусмотрена оценка термоокислительной стабильности в статических и динамических условиях. В статических условиях определяют массы осадка, растворимых и нерастворимых смол, образующихся при окислении топлива кислородом воздуха при 150°С в приборах ЛСАРТ или ТСРТ-2. В динамических условиях регистрируют перепад давления на контрольном фильтре, время до полной забивки фильтра, наличие отложений на оценочной трубке при прокачивании нагретого топлива на установке ДТС-1, а также индекс термостабильности и температуру начала образования отложений—на установке ДТС-2. За рубежом стандартами на топлива предусмотрено определение аналогичных показателей. Исключение составляют два последних метода, которые впервые разработаны в нашей стране. В исследовательской практике используют и другие методы, но они не имеют особых преимуществ перед перечисленными выше.
Результаты исследования состава и термоокислительной стабильности некоторых конкретных образцов топлив показаны в табл. 9.8. Из всех перечисленных показателей, характеризующих склонность топлив к образованию отложений, лучше всего дифференцировать топлива по индексу термостабильности (ИТ), температуре начала образования отложений (tнo) и перепаду давления (АР) на фильтре за 5 ч испытания. Содержание фактических смол, иодное число, масса образующегося осадка при окислении в статических условиях очень грубо характеризуют указанное эксплуатационное свойство реактивных топлив. Практически совершенно не чувствительным к современным топливам является показатель, отражающий массу отложений на установке ДТС-1. По склонности к образованию отложений на нагретой поверхности, характеризуемой ИТ, в порядке ухудшения этого показателя реактивные топлива располагаются в ряд: Т-1 — TC-1 — РТ — Т-6. При этом следует учитывать, что
для каждой марки топлива индекс термостабильности изменяется в довольно широком диапазоне. В результате отдельные лучшие образцы топлив Т-1 и ТС-1 по этому показателю могут превосходить худшие образцы соответственно топлив ТС-1 и РТ.
Приведенные лабораторные результаты хорошо согласуются с данными использования указанных топлив на авиационной технике: именно на топливе Т-1 больше всего образуется отложений на внутренней поверхности топливомасляных радиаторов и других деталях топливной системы.
По температуре начала осадкообразования реактивные топлива довольно четко делятся на три группы в зависимости от технологии их получения: 1) Т-1 и ТС-1, не подвергающиеся гидрогенизационной обработке, или содержащие смесь прямо-гонной и гидроочищенной фракций (85—100 °С); 2) для гидро-очищенного топлива РТ—135—180 °С; 3) для глубокогидриро-ванного топлива Т-6 около 180 °С.
При удалении гетероатомных соединений из прямогонных топлив Т-1 и ТС-1 адсорбционной очисткой на силикагеле или оксиде алюминия их показатели ИТ и tн.o становятся такими же, как для топлива РТ:
Смешение гидроочищенных фракций с прямогонными приводит к снижению температуры начала образования отложений до уровня, свойственного прямогонным топливам, и к ухудшению индекса термостабилбности в пропорции взятых компонентов
смеси.
Соединения серы, в том числе меркаптаны, а также непредельные углеводороды в количествах, допустимых стандартами на топливо, незначительно влияют на показатели ИТ и tн.o. При наличии окисленных соединений в концентрациях, характерных для указанных товарных топлив, не сказывается на этих показателях и, содержание ароматических углеводородов. Их влияние можно проследить только в гидрогенизированных топливах, содержащих небольшое количество гетероатомных соединений. , Так, топлива РТ и Т-6 с содержанием ароматических углеводородов 15—18 и 5—7% соответственно значительно различаются по ИТ и tн.о, а топливо Т-8В, содержащее 12% ароматических углеводородов, находится в промежуточном положении (ИТ= =0,25, tно=180°С).
Влияние различных функциональных присадок на склонность реактивных топлив к образованию отложений на горячей поверхности проявляется по-разному. В отечественной и зарубежной практике распространение получили шесть типов (по функциональному назначению) присадок к реактивным топливам: антиокислительные, противоводокристаллизационные, про-тивоизносные, диспергирующие, защитные и антиэлектростати-ческие. С точки зрения термостабильности топлив наибольший интерес представляют противоокислительные и диспергирующие присадки. Проведенные исследования [190] показали, что антиокислители, подавляя окислительный процесс, воздействуют только на количество образующегося осадка, не изменяя температуры начала его образования (табл. 9.9). Таким же образом действует и замещение в топливе при испытании растворенного кислорода на азот (азотирование). При. введении антиокислителей в концентрации выше предельной, как и при азотировании, в топливе практически полностью подавляются окислительные процессы, а отложения в несколько меньшем количестве образуются за счет термического уплотнения имевшихся в топливе смолистых веществ и других гетероатомных соединений. Приве-' денные данные свидетельствуют о том, что с помощью только противоокислительных присадок нельзя получить значительного улучшения термостабильности реактивных топлив, особенно обладающих высокой склонностью к образованию отложений на нагретой поверхности.
Диспергирующие присадки в отличие от антиокислительных уменьшают ИТ и увеличивают tн.o (рис. 9.13). На эффективность диспергирующих присадок большое влияние оказывает их собственная окисляемость и стойкость к разложению при нагревании. Максимальный эффект достигается при одновременном использовании диспергирующей и противоокислительной приса-
док. Проблемы, связанные с обеспечением высокой термической стабильности топлив, как показали исследования, могут быть решены не только за -счет гидрогенизации топлив, но и с помощью комплексной присадки, обладающей антиокислительными и диспергирующими свойствами. Последний путь с точки зрения энергетических затрат может оказаться предпочтительным.
Присадки других функциональных назначений воздействуют на термоокислительную стабильность топлив в соответствии с тем, обладают ли они и в какой мере антиокислительными и диспергирующими свойствами. Так, противообледенительные присадки этилцеллозольв и тетрагидрофурфуриловый спирт практически не влияют на tн.o и несколько снижают ИТ прямо-гонных топлив, не изменяя этот показатель у гидрогенизирован-ных топлив. Противоизносные присадки «К» и сантолен «С», несмотря на то что обладают высокими поверхностно-активными свойствами, мало изменяют ИТ и практически не влияют на ts.o. Антистатические присадки Сигбол и ASA-3 несколько увеличивают ИТ и снижают tн.o. Ухудшение этих показателей в значительной степени снижается при одновременном введении ионо-ла. Наибольшее различие в своем влиянии на термоокислительную стабильность имеют защитные присадки, которые в зависимости от своих поверхностно-активных свойств могут как улучшать ИТ и tн.o, так и ухудшать эти показатели (табл. 9.10).
Проведенные на установке ДТС-2 исследования подтвердили отмеченный ранее экстремальный характер зависимости осадкообразования от температуры, что определяется в основном составом топлива и продуктов окисления, а не давлением его насыщенных паров и отсутствием доступа кислорода воздуха к топливу. В топливе на выходе из установки ДТС-2 присутствует значительное количество растворенного кислорода, достаточное для продолжения окислительного процесса. Осадкообразование наблюдается и при азотировании испытуемого топлива. В зависимости от температуры поверхности на ней откладываются продукты окисления только соответствующего состава. Такой процесс не зависит от давления насыщенных паров топлива и связанной с этим степенью поступления кислорода из газовой
фазы. Полученные результаты являются новым подтверждением высказанной ранее [181] точки зрения, что механизм образования отложений на нагретой поверхности имеет преимущественно гетерогенный характер, а наличие максимума отложений связано с изменением адсорбционной способности продуктов окисления при увеличении температуры. Продукты окисления в зависимости от строения молекул различны по адсорбционной способности, поэтому получаются максимумы отложений при разных температурах. Изменение химического (фракционного) состава топлива приводит к изменению адсорбционной способности продуктов окисления и за счет этого к смещению максимума отложений по длине нагревательного элемента.
Зольность. Этот показатель характеризует содержание в топливе минеральных примесей. Они представляют собой в основном продукты коррозии заводского оборудования, средств хранения и транспортирования, попавшую в топливо почвенную пыль, продукты износа топливной аппаратуры. Если топливо вырабатывают из нафтеновых нефтей и подвергают при производстве «защелачиванию», то при недостаточной водной промывке в нем может оставаться значительное количество натрия в виде нафтената. При сгорании топлива минеральные примеси в случае их большого количества могут образовывать отложения в проточной части ГТД и снижать к. п. д. двигателя за счет ухудшения его газодинамических свойств, а также оказывать коррозионное воздействие на лопатки турбин. Если же адгезионные-свойства образующихся после сгорания топлив минеральных соединений недостаточно высокие, эти соединения обычно не образуют отложений на деталях газового тракта ГТД и выносятся в виде твердых частиц вместе с отработанными газами. При
этом может наблюдаться повышенный эрозионный износ лопаток турбин и соплового аппарата. Содержащиеся в топливе минеральные примеси могут также при длительном его хранении выпадать в осадок и образовывать отложения на стенках емкостей. Содержание минеральных примесей в топливе обычно резко возрастает при нарушении правил его хранения и транспортирования, а также при увеличении коррозии и износа деталей топливной аппаратуры при повышенных температурах.
Зольность отечественных реактивных топлив всех марок {в соответствии с требованиями стандартов на них) не должна превышать 0,003%. В практике эксплуатации авиационной техники случаев превышения нормы зольности обычно не отмечается. Значение указанного показателя в основном вспомогательное — контроль за случайным попаданием в топливо посторонних примесей, но такие явления, как правило, с высокой чувствительностью обнаруживаются другими методами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
