Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 26
Текст из файла (страница 26)
При уменьшении давления в баке в случае растворения воздуха образуется газовая смесь, содержащая ббльшую долю кислорода, чем воздуха. Это создает опасность взрыва или вспышки газовой смеси в объеме над уровнем жидкости. Количество выделившегося газа зависит от упругости паров углеводорода. Для керосина, обладающего сравнительно малой упругостью пара, объем выделившегося воздуха значительно больше объема паров керосина. Серьезным недостатком углеводородных горючих является непостоянство их химического состава в различных партиях поставляемого горючего.
Нестабильность таких важнейших физико- химических показателей, как вязкость, упругость пара, плотность, зависит от группового состава горючих нефтяного происхождения, являющихся смесями очень большого числа индивидуальных углеводородов. Групповой состав, в свою очередь, зависит от месторождения нефти. Почти все углеводороды токсичны, но в разной степени.
Требования техники безопасности прн использовании углеводородов в основном те же, что и для нефтепродуктов, и более правильно рассматривать их в каждом конкретном случае. Многие углеводороды, и особенно нефтепродукты, опасны. Прн попадании на кожу они могут вызвать очень серьезные поражения. 114 Углеводороды вследствие большой летучести весьма опасны в пожарном отношении. Особенно огнеопасны их брызги и пары, которые легко воспламеняются в воздухе прн сравнительно низких температурах.
Пределы воспламеняемости по концентрации для углеводородов значительно меньше, чем для водорода, но все же достаточно широки, что усугубляет их пожаро- и взрывоопасность. Большинство углеводородов не вызывает коррозии металлов, и поэтому обычно нет ограничений по применению конструкционных материалов. Однако при длительном хранении в результате действия небольших количеств нафтеновых кислот и воды,растворенной в горючем, может начаться коррозия. Коррозии подвергаются в большей степени сплавы алюминия и стали в присутствии меди, латуни н свинца. Чистые алюминий и стали почти не корродируют. Прокладочные материалы пригодны почти все, кроме резины и ее композиций.
Все углеводородные горючие нефтяного происхождения, используемые в ракетных топливах, являются жидкостями, имеющими средние значения температуры застывания 213 К ( — 60' С) и температуры кипения 425 — 525 К (152 — 252' С). Указанный диапазон жидкофазного состояния углеводородов очень удобен для эксплуатации. Углеводородные горючие склонны к образованию осадков нерастворимых частиц и отложению плотной пленки смол на охлаждаемых поверхностях двигателя. Чем меньше степень образования осадков и выделения смол, тем выше «термодинамическая стабильность» данного горючего. Образование смол и осадков происходит под действием высоких температур и кислорода воздуха илн кислорода, находящегося в составе компонента. Причиной образования осадков может быть также процесс окисления сернистых и азотистых составляющих или уплотнения растворенных в горючем смол.
Образование осадков обычно увеличивается, т. е. термическая стабильность ухудшается, если в составе углеводородного горючего имеются в избытке нафталин и его производные, т. н. б ь циклические ароматические углеводороды. На образование осадков и смол существенно влияют свойства конструкционных материалов. Показатели термической стабильности определяются экспериментальным путем в лаборатории прн заданных температурных условиях. Результаты таких испытаний для керосинов приводятся в табл. 3.6. Состав осадков также представляет большой интерес, так для керосина Т-1 осадки прн нагреве до 425 К (!52' С) состоят нз элементов, указанных в табл.
3.7. Как видно из приведенных данных, осадки образуются главным образом за счет углерода, кислорода, серы и золы. В состав золы обычно входят чегко корродирующие конструкционные ма- Таблица З.б Осадок в мг7!00 мл Смолооб- разование Горючее без металла с~аль 18 бронза Т-1 1000 1200 1500 24 24 32 Т-2 нет нет 22 18 Креккнг-керосин Таблица 3.7 Состав осадков, % Горючее Зола О Т-1 33,73 3,41 5,99 1,03 46,56 7,28 В качестве присадок могут быть использованы алифатические амины, алкиламинофенолы и др. По данным США, наиболее стабильными по образованию смол являются горючие, полученные гидрокрекингом. Например, американское горючее типа ТР-5 при температуре 475 — 525 К (202 †2' С) стабильно довольно длительное время.
Стабильность углеводородов, используемых в качестве горючих ракетньгс двигателей, может быть повышена за счет очистки серной кислотой, сернистым ангидридом, адсорбентасми (например, активированной окисью алюминия) и с помощью гидроочистки. Рассмотрим свойства, энергетические и эксплуатационные характеристики некоторых конкретных углеводородных горючих, широко использующихся в ракетной технике.
Керосин Керосин — смесь индивидуальных углеводородов, получаемых при перегонке или крекинге нефти в интервале температур 425 †5 К (152 †3' С). Прозрачная, желтовато-зеленая жидкость с характерным запахом. Средняя плотность его 0,82— 116 териалы, главным образом медь и бронза. Для повышения термической стабильности углеводородных горючих рекомендуется: 1) абсолютная очистка горючего от сернистых и смолистых составляющих; 2) подбор наиболее стабильных углеводородов или их смесей; 3) введение специальных присадок, улучшающих термическую стабильность.
Таблица ЗЗ Т2 ~ ТС1 Т-1 Показатели не менее 0,775 ! 0,775 0,8 'С 150 К 425 'С 150 К 335 К 425 175 225 270 280 450 500 545 555 420 470 525 555 !65 195 230 250 440 470 505 525 Кннематич 1,о еская вязкость в сантистоксах 1,25 1,05 16,0 6,0 В,О 1,0 1,0 305 К (32' С) 213 К ( — 60' С) 2,0 3,5 3,5 25 22 22 0,25% 0,1% 0 25%о 0,01% 0,01% 0,0005 0,005 0,005 Выдерживает 117 Плотность, ггсмо Начало перегонки не выше 'Ого~ перегоняется ппн 50% перегоняется ярн 90% перегонястся при 98% перегоняется при Остаток и потери, % При 293 К (20'С) не менее Прн 263 К ( — 40' С) не более Кислотность, мг КОН на 1ОО мл горючего, не боле.
Температура вспышки не ниже Температура начала кристаллизвции, не вьане Иодное чнсло, не бо- лее Содержанке ароматнчеокнх углеводородов, %, не ньипе Содержание смол, мгг' 1СО мл, на месте производства Обшее сопержанее серы, в том чнсле серы мсркаптановой, не более Содержание водорастворнмых,ккслот и щело- чей Содержанне механических примесей н воды Золыность, %о (не более) Испытание на медной пластннке Фракционнын состав 'С не ниже 60 145 195 250 280 213 К ( — 60' С) 300 К (27' С) 213 К( — 60' С) 0,86 г(смз, молекулярный вес в зависимости от происхождения нефти 164 — !88.
Широко применяется в ракетной технике как горючее с окислхтелями: жидким кислородом, азотной кислотой, азотным тетраксндом и концентрированной перекисью водорода. Керосин весьма доступен и дешев, в нашей стране запасы его практически не ограничены. Керосин — нормальная жидкость, температура его застывания около 2!3 К ( — 60' С), кипения — около 425 К ( + !52' С), температурный диапазон жидкофазного состояния обеспечивает ему большие удобства в эксплуатации. Керосины, применяемые в СССР для реактивных двигателей в соответствии с ГОСТ 10227 62, обозначаются Т-!, Т-2 и ТС-1, имеют легкий фракционный состав и лучшую очистку. Керосины Т-1 и ТС-1 обычно являются продуктами прямой перегонки нефти, поэтому они достаточно стабильны и могут храниться длительный срок — до нескольких лет.
Керосин Т-2 содержит бензиновые фракции, поэтому он пожароопассн так же, как и бензин. Фракционный состав и характеристики основных показателей керосинов, применяемых в СССР в соответствии с ГОСТ 10227— 62, представлены в табл. 3.8. Важнейшие физико-химические константы и показатели качества керосинов существенно зависят от места добычи нефти, нз которой получается керосин. Зависимость упругости пара от температуры для керосинов из нефти различных месторождений приведена в табл.
3.9. Таблица 3.9 Упругость пара, мм рт. ст. Название керосина по месторожаению нефти 375 К (102' С) 425 К (152' С) 335 К (62' С) 50 42 ЗЗ 28 59 415 245 149 139 605 120 85 53 49 212 Бакинский Майкопский Эмбенский Грозненский Керосин Т-1 118 Данные для упругости пара керосина Т-1 включены в табл. 3.9 для сравнения, В зависимости от места добычи нефти меняются вязкость, упругость паров для парожндкостного состояния керосинов, его плотность, молекулярный вес и ряд других свойств. Эти данные приведены в справочном материале в конце книги, наиболее существенные для эксплуатации показатели керосинов рассматриваются ниже. Растворимость воды в керосине зависит от содержания ароматических углеводородов и может быть проиллюстрирована данными табл.
3.10. Таблица З.И Пределы температуры кипения Содержание ароматическил Растворимость углеводородов, оды п~и воды п и о Плотность при 15'С, г/сма 457 †5 431 †5 416 †5 184 †2 158 †2 143 †2 0,825 0,806 0,834 0,003 0,006 0,008 4,4 8,6 2!,9 Температура самовоспламенения керосина при впрыске в камеру понижается с повышением давления среды в пределах, показанных в табл. 3.!1. Таблица 3.1! р, кгс/смт 3,0 4,0 9,0 15,0 20,0 30,0 11,0 б ОС Т, К 205 480 275 550 420 695 400 675 260 535 210 485 220 495 119 Минимальная температура самовоспламенения на воздухе при атмосферном давлении около 535 К (260' С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
