Очищення авіаційних палив

ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

(пояснювальна записка) Випускника освітньо-кваліфікаційного рівня «Спеціаліст «

Тема:

Технічні засоби для розподілення хімічних реагентів на аеродромні покриття Київ 2007

ЗМІСТ

Вступ

1. Сучасні технології та засоби очищення авіаційних палив

1.1 Огляд літературних даних про процес відстоювання нафтопродуктів

1.2 Джерела забруднення палив

1.3 Фільтрація авіаційних палив

2. Методи очищення авіаційних палив в силових полях

2.1 Відцентрові очисники

2.2 Магнітні очисники

2.3 Очищення рідини в електричному полі

2.4 Гравітаційний метод очищення

3. Результати дослідження процесів відстоювання механічних забруднень в резервуарній групі аеропорту

3.1 Аналіз результатів

4. Охорона праці

4.1 Небезпечні та шкідливі виробничі фактори при очищенні авіаційних палив в резервуарній групі складу ПММ

4.2 Технічні та організаційні заходи для зменшення рівня впливу небезпечних та шкідливих виробничих факторів при очищенні авіаційних палив в резервуарній групі складу ПММ

4.3 Забезпечення пожежної та вибухової безпеки при очищенні авіаційних палив в резервуарній групі складу ПММ

4.3.1 Прогнозування наслідків аварії, пов’язаних з пожежами

5. Охорона навколишнього середовища при очищенні авіаційних палив в резервуарній групі складу ПММ Висновки Список літературних джерел Додатки

Реферат

Запропонована дипломна робота має обсяг 80 сторінок, 9 таблиць, 2 додатки, 37 літературних джерел.

авіаційне паливо, фільтроелементи, фільтрація, очищення палив, відстоювання палива, резервуарна група, забруднення, механічні домішки В дипломній роботі проведено огляд літературних джерел про очищення авіаційних палив в Україні та за кордоном.

Проведено статистичний аналіз різних методів очистки палив: фільтрацію, відцентровий магнітний, електричний, гравітаційний методи.

Проведено статистичну обробку даних дослідження осадження палива в резервуарні групі складу ПММ.

Обґрунтовано доцільність застосування спеціальних технологій із забезпечення чистоти авіаційних палив.

Розглянуті питання охорони праці і охорони навколишнього середовища.

вступ

Сучасні повітряні судна мають складні паливні та інші системи, агрегати яких негативно реагують на наявність забруднень в рідинах цих систем. Про це свідчить зокрема те, що за статистичними даними 33% всіх аварій і катастроф повітряних суден, 50% відмов реактивних двигунів трапляються внаслідок забруднення палива. Тому підвищення ефективності експлуатації повітряного транспорту пов’язане з забезпеченням необхідного рівня чистоти авіаційних пально-мастильних матеріалів.

Забезпечення необхідного ступеня чистоти реактивних палив являється однією з основних складових досягнення високої надійності і довговічності авіаційної техніки, так як забруднення викликають підвищений знос пар тертя, призводить до забивання фільтрів і порушення роботи паливорегулюючої апаратури, сприяє окисленню палива і значно підвищує затрати матеріальних засобів.

Забруднення в паливо потрапляє різними шляхами: з атмосферного пилу з повітря, внаслідок корозії цистерн і трубопроводів; при обслуговувані систем, монтажі агрегатів, гнучких шлангів і трубопроводів; незаглушені з'єднувальні вузли, із-за забруднення інструмента, заправних засобів. Паливо частково забруднюється і в наслідок окислення, активність якого підвищується зі збільшенням температури і при наявності в ньому розчиненого повітря. В результаті окисних процесів утворюються розчинні і нерозчинні високомолекулярні продукти, які здатні коагулювати і утворювати механічні домішки в паливах.

Своєчасна і правильна підготовка систем заправки і її окремих елементів здійснює суттєвий вплив на її роботоспроможність і безперебійність подачі палива в літаки.

Підготовка спеціального технологічного обладнання, його своєчасне обслуговування і ремонт проводиться службою ПММ згідно затвердженим інструкціям і керівництвом. Обслуговування обладнання проводиться по графікам, а технічний стан окремих елементів фіксується в спеціальних журналах і формулярах. Ретельному огляду і перевірці підлягають фільтри, насосні агрегати, регулюючі та запірні органи, контрольно-вимірювальні прилади, гідрантні колонки тощо.

Підготовка до заправки починається з першого її елемента — витратних резервуарів, із яких паливо подається на заправку. Паливо, що залите в резервуари перед видачею на заправку літаків піддають обов’язковому відстоюванню; після чого перевіряється його якість в лабораторії і при позитивних результатах аналізу видає паспорт якості по встановленій формі, що дає право на подачу палива на заправку з даного резервуару.

РОЗДІЛ 1. Сучасні технології та засоби ОЧИЩЕННЯ АВІАЦІЙНИХ ПАЛИВ

Цивільна авіація оснащена сучасними реактивними та турбогвинтовими літаками, які здатні літати на великих швидкостях і висотах. На цих літаках встановлені потужні двигуни з точною паливною та паливо регулюючою апаратурою. Вміст в авіаційних паливах більше 0,0002% по масі забруднень з розмірами більше 5 мкм стало недопустимим.

1.1 Огляд літературних даних про процес відстоювання нафтопродуктів

Результати досліджень, проведених в роботі показують, що процес відстоювання частинок менше 2−5 мкм являється малоефективним. Частинки менше 1 мкм із н/пр видалити практично неможливо. Це пояснюється тим, що із зменшенням розмірів частинок, їх маса зменшується значно швидше, ніж сила тертя, так як сила тяжіння для сферичних частинок пропорційна третій степені їх діаметра, а сила тертя — тільки першій степені. Крім того, мілкі частинки характеризуються Броунівським рухом. Вони легко переміщуються в середовищі н/пр, в якому відбуваються конвективні токи, викликані перепадом тиску, викликані перепадом температур, вібрацією, штовханням і іншими причинами. В результаті цього мілкі частинки осідають або дуже повільно, або зовсім не осідають.

В якості прикладу приведені дані по швидкості осідання сферичних частинок кварцу в паливі (табл. 1.1), звідки видно, що зміна розмірів частинок на один порядок призводить до зміни швидкості осідання частинок на два порядки. Із зменшенням діаметра частинок вплив Броунівського руху збільшується.

Таблиця 1.1

На рис. 1.1 та 1.2. представлені експериментальні дані по швидкості відстоювання частини забруднень в паливах, отриманих методом світлорозсіювання безпосередньо в процесі відстоювання. Із представлених графіків випливає, що швидкість відстоювання частини натуральних забруднень сильно залежить від властивостей палива і розмірів частинок.

Розмір частинок, мкм: 1−2-3; 2−5-7; 3−8-10; 2−12−15; 5−17−20; 6−20−25; 7−30−40

Рис. 1.1 Швидкість відстоювання частинок забруднення в бензині при 20 °C Частинки з розміром 30 — 40 мкм осідають в першу чергу. В бензині вони осідають повністю майже за 1 годину, в палива ТС-1 і Т-1 — через 1,5 — 2,5 години. Частинки менших розмірів осідають зі значно меншою швидкістю.

В таблиці 1.2. приведені дані про ефективність відстоювання протягом 20 годин в підземних резервуарах. Із даних таблиці випливає, що через 20 годин кількість забруднень в середній пробі палива зменшується в 2,3 — 2,5 рази. Частинки, що більші 15 — 20 мкм, осідають на 40 — 45%. Значно повільніше осідають більш мілкі частинки.

Рис. 1.2 Швидкість відстоювання частинок забруднення в паливі ТС-1 (а) та Т-1 (б) при 20 °C Час, що необхідний для відстоювання, залежить від висоти наливу н/пр. З її збільшенням час, що необхідний для відстоювання, збільшується. В розглянутих літературних даних слідує, що процес відстоювання мілких частинок забруднення малоефективний і йому перешкоджає наявність конвективних токів, коливання температури н/пр і наявність в них диспергуючих присадок.

Таблиця 1.2

Швидкість осідання частинок кварцу в паливі ТС-1

Ефективним засобом підвищення швидкості осідання частинок і покращення тим самим чистоти палив являється штучне збільшення їх розмірів за рахунок коагуляції. Мілкі частинки, що не осідають, коагулбованні в більш крупні, швидше осідають в процесі відстоювання. Процес коагуляції можна викликати введенням в суспензію емульсії різних речовин: поверхнево-активних (ПАР), електролітів і неелектролітів, механічним впливом (вібрацією або перемішуванням), пропусканням електричного струму, температурним впливом (охолодженням і нагріванням), впливом променевої енергії. На НПЗ для первинного очищення нафт від солей, води і механічних домішок широко застосовують різні миючі речовини і препарати.

Повільна коагуляція відбувається при зберіганні н/пр — мілкі частинки коагулюються в більш крупні, накопичуються на дні резервуару у вигляді смолистого осаду. На практиці використовувати процеси природної коагуляції неможливо, тому що одночасно з ними відбувається утворення дуже мілких нових частинок забруднень за рахунок окислення н/пр. Суттєвого збільшення чистоти палива можна досягнути тільки при швидкій коагуляції мілких частинок у відділенні зкоагульованої фази.

1.2 Джерела забруднення палив

Забруднення в авіаційних паливах призводять до передчасного забивання паливних фільтрів, зносам і заклинюванням теплорегулюючої апаратури, що стало джерелом причин і катастроф літаків, тому питанням підвищення чистоти авіаційних палив в останні роки стали приділяти виключну увагу у всіх країнах світу.

В теперішній час очищення нафтових палив від забруднень і води здійснюється методами відстоювання, фільтрації, центрифугування та хімічними. Найбільше поширення для очищення авіаційних палив в умовах аеропортів і на літальних апаратах отримав метод фільтрації, оснований на плині палива через пористу перегородку і затримувані на ній крапель води. В якості фільтраційних перегородок використовуються різні типи тканин, нетканинні матеріали, папір, сітки, кераміка, металокераміка тощо. Аеродромні фільтри і ті, що використовуються на літаках, для очищення палив являють собою апарати періодичної або напівнеперервної дії з фільтроелементами дискового, корозійного, спірального, циліндричного та інших типів.

Дослідженнями і розробкою фільтрів для очищення авіаційних палив від забруднень і емульсійної води в теперішній час займаються у всіх провідних країнах світу. Так, у США цими питаннями займається більше 40 крупних фірм, такі як Millipor Filter Corp., Fram Corp. та інші, у Великобританії більше 10 крупних фірм, такі як Millipor Filter Corp., Stream Line Filter Ltd. та інші, які досягли певних успіхів.

Своєчасне очищення робочих рідин гідросистем підвищує надійність і довговічність гідравлічного обладнання, а також строк служби безпосередньо робочої рідини.

Виробничій досвід показує, що лише за рахунок якісного очищення робочої рідини довговічність гідравлічної системи і обладнання збільшується в 2 — 3 рази.

Відомо, що основні відмови гідравлічних систем обумовлені забрудненістю робочих рідин. Вирішення проблеми чистоти рідин — важка комплексна задача, вирішувати яку можна тільки при одночасному виконанні очистки агрегатів і систем від забруднення, робочої рідини від механічних домішок і контролю забрудненості рідни.

Для отримання чистих авіаційних ПММ застосовуються різноманітні фільтри та фільтрувальні системи. Рідини підлягають фільтрації фільтруванню як на землі при підготовці їх до заправки, так і на борту повітряного судна в процесі роботи тієї чи іншої системи.

В кожній рідині є забруднення, «успадковані», від сировини в процесі виробництва і «набуті», тобто ті, що потрапили в рідину в результаті зносу пар тертя агрегатів, контакту з навколишнім середовищем або з’явилися в результаті фізико-хімічних змін і появи продуктів розпаду. В нафті, що являється основою більшості рідких палив, моторних масел і рідин гідравлічних систем, присутні небажані компоненти, такі як ненасичені вуглеводні, асфальто-смолисті речовини, зольні елементи, нафтенові кислоти, азотні і сірчисті сполуки, тверді парафіни, церезини тощо. В ній можуть бути присутні стронцій, барій, марганець, титан та інші хімічні елементи.

Рис. 1.3 Характеристика забруднень нафтопродуктів При експлуатації, зберіганні і перевезені забруднення нафтопродуктів відбувається постійно. Основним джерелом забруднення являється пил, що потрапляє в рідини через систему дренажу, при малому і великому «диханнях» резервуарів, через заливні горловини при відкритій заправці баків.

Проблема забезпечення чистоти робочих рідин може бути вирішена лише при комплексному підході. Питання захисту систем від забруднень повинна закладатися при проектуванні, чистота повинна повністю забезпечуватися в процесі зберігання і перевезення нафтопродуктів, при виготовлені і монтажі апаратури, постійно підтримуватися при експлуатації.

Для вирішення проблеми чистоти робочих рідин необхідно: для кожної паливної, масляної і гідравлічної систем визначити гранично допустиму забрудненість рідини, при якій забезпечуються розрахункова надійність системи; розробити конструкцію приладів, що дозволяють швидко і з достатньою точністю оцінити характер і величину забрудненості рідини; мати фільтри і очисники, що дозволяють при малих затратах отримати чисті рідини з рівнем забрудненості нижче гранично допустимого, застосовувати конструкції агрегатів і матеріали для пар тертя, що мало чуттєвий до забруднень в рідині; розробити систему заходів, що захищають рідину від забруднень при виготовлені, ремонті та експлуатації.

Чистота являється однією з найважливіших експлуатаційних властивістю нафтопродуктів. Вимоги до чистоти передбачені відповідними державними стандартами і технічними умовами і залежать від умов застосування нафтопродуктів. Згідно ГОСТ 17 216–71 визначено 19 класів чистоти рідин в залежності від дисперсного стану твердих забруднювачів табл. 1.3. Введення цього ГОСТу дає можливість вибирати чистоту нафтопродуктів для машин і механізмів з відповідними допусками, посадками і чистотою обробки робочих поверхонь.

Для забезпечення необхідного класу чистоти необхідні відповідні засоби, що гарантують очищення палива по даному класу чистоти: фільтри, фільтри-сепаратори, центрифуги, а також методи і прилади для визначення забрудненості палив.

Класи чистоти дають безперечну перевагу і зручність. Дійсно, якщо для паливної системи літального апарата вимагається 6 або 7 клас чистоти палива, то немає необхідності вимагати чистоту цього ж класу від палива, що випускається з нафтопереробного заводу. В процесі транспортування, зберігання і заправки це паливо буде забруднюватися і всі затрати на його очищення в заводських умовах будуть невиправдані. Підвищення чистоти палив на шляху від нафтопереробного заводу до паливної системи літака повинно бути ступеневим.

Таблиця 1.3

Класи чистоти

Активними джерелами забруднення являються гідроциліндри, які не оснащені брудознімачами. Безперервно в рідину потрапляють продукти зносу гідроагрегатів (особливо насосів і гідромоторів) і корозії. Рідина містить також багато часточок забруднення, що потрапили в неї із-за зносу і старіння гумовотехнічних виробів (рукавів, гнучких шлангів, ущільнень).

При експлуатації гідравлічних систем на деталях з чорних і кольорових металів спостерігається корозія і лущення поверхонь. Часточки іржі мікронних розмірів випадають в осад. Однією з причин корозії є наявність в паливі різних продуктів окислення — перекисів, органічних кислот, а також сірки і сірчистих сполук. Сильний корозійний вплив здійснює волога, яка може бути присутня в паливі та маслі. Нагрівання рідини підсилює корозійні процеси.

Пил в атмосфері являє собою типову дисперсну систему з розміром частинок до 100 мкм. Вимірювання показали, що в одному літрі повітря кількість частинок пилу може змінюватись від 10 до 200 000 штук. Пил неперервно переміщується при русі повітря, частково осідаючи на поверхні землі, або навпаки, піднімаючись під дією висхідних потоків повітря, поривів вітру і руху транспорту. Щільність дорожнього пилу, не дивлячись на різне його походження, коливається у вузьких межах від 2,6 до 3,0 г/см³. склад мінеральної частини атмосферного пилу, твердість деяких його компонентів і гранулометрична характеристика наведена в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4

Таблиця 1.5

Гранулометричні характеристики пилу [7]

Дані таблиць 1.4 і 1.5 вказують на те, що більша частина частинок пилу співрозмірна з зазорами в рухомих вузлах гідроагрегатів (5…30 мкм), а твердість деяких його компонентів значно перевищує твердість матеріалів для виготовлення пар тертя. Для порівняння можна вказати, що твердість по шкалі Мопса встановлюється: для алмаза — 10; заліза — 4,4; міді - 3,0; алюмінію — 2,9.

Форма частинок пилу залежить від мінерального складу. Так, частинки супіщаного пилу по формі наближається до тетраедрів і мають гострі грані. Пил усадочних порід складається з частинок овальної форми.

Частинки забруднення залишаються в системі та її елементах після виготовлення і ремонту: пісок, що потрапляє при литті,; пил, що осідає на стінках; окалина від зварювання, кування чи термічної обробки; залишки машинної обробки деталей; задирки від трубопроводів тощо.

Забруднення в рідину потрапляють при обслуговувані систем, при недбалому монтажі агрегатів, гнучких шлангів і трубопроводів, через незаглушені з'єднувальні вузли, із-за забрудненості інструментів, заправних засобів, одягу обслуговуючого персоналу.

Забруднення можуть з’явитись також при наливанні паливо-мастильних матеріалів в недостатньо чисті ємності, при перекачуванні по погано промитих трубопроводах.

Джерелами забруднення палив і масел в деяких випадках можуть бути самі фільтр, що призначені для очищення рідини. В процесі роботи фільтроелементи частково руйнуються і їх компоненти вимиваються потоком рідини. Такого типу забруднення спостерігаються у всіх фільтрах з волокнистими наповнювачами, виготовлених, наприклад, з паперу, шерсті, целюлози, скловолокна тощо. Крім того, при використані волокнистих наповнювачів, які можуть змінити пористість при збільшені перепаду тиску, при гідроударах і пульсації тиску, затримані фільтром часточки забруднення повільно проходять через фільтроелемент і знову потрапляє в робочу рідину.

Сучасні гідравлічні системи працюють при різному тиску, який досягає 100 МПа, володіють потужністю до 6500 кВт і містять у собі сотні агрегатів різного призначення і тисячі ущільнюючих пристроїв.

В рідині будь-якої гідравлічної системи не дивлячись на наявність фільтрів і захисту систем від потрапляння забруднення знаходяться мільйони механічних часточок різних розмірів і твердості. Рухаючись разом з потоком, вони викликають підвищений знос гідроапаратури, втрату герметичності, порушення регулювань, збільшення сил тертя, а в деяких випадках і заклинювання рухомих деталей. Часточки провокують кавітаційні явища в системі, засмічують калібровані отвори і фільтри, сприяють накопиченню статичної електрики, підвищують окисніть масла та його нагароутворенню. Використання забруднених рідин призводить не тільки до різкого скорочення строків служби гідроапаратури (в окремих випадках в десятки разів), але й до швидкої втрати ними властивостей, необхідних для роботи в гідравлічних системах і, таким чином, до їх частої заміни.

Технологія отримання чистої рідини вимагає великих матеріальних затрат. Слід відмітити, що з покращенням якості і тонкості очищення рідини зростають і затрати на її здійснення. Тому для здешевлення цього процесу техніка фільтрації розвивається в основному по двом напрямкам:

1 — це створення фільтрів багаторазового використання з міцних матеріалів, які можуть неодноразово підлягати промиванню (регенерації), не втрачаючи своїх міцнісних властивостей; розробка методів і засобів, що дозволяють здійснювати більш повну регенерацію фільтроелементів з найменшими економічними витратами. По такому шляху розвиваються бортові фільтри рідинних систем повітряних суден;

2 — це розробка фільтроелементів одноразового використання з найбільш дешевих матеріалів і створення таких технологій виготовлення фільтроелементів, які забезпечують економічно доцільну техніку отримання чистої рідини. Цей напрям розвитку очищення рідин в наш час домінує і наземних засобах фільтрації авіаційних палив. Фільтроелементи таких фільтрів, як правило, виготовляють з паперу, тканини, штучних і природних волокон.

Існує і третій шлях — це очищення рідин в силових полях: гравітаційному, відцентровому, електричному і магнітному.

Відцентрове очищення рідин — це відділення часточок забруднення з рідини, що очищується, в полі відцентрових сил. Відцентрове силове поле штучно створюється шляхом швидкого обертання рідини в роторі відповідного виконання. Основною характеристикою відцентрового поля є його напруженість:

де Е — напруженість відцентрового поля;

— кутова частота обертання;

п — частота обертання ротора, об/хв.;

R — радіус обертання точки, що розглядається (відстань від центра обертання до точки, що розглядається).

Очищення рідин в магнітному полі можливо застосувати тільки для феромагнітних матеріалів. Часточки такого походження, потрапивши в магнітне поле, можуть отримати силу, що перевищити силу тяжіння на декілька порядків.

Теоретичної залежності для розрахунку процесів очищення в магнітному полі не існує, тому на практиці використовують експериментальні дані.

В промислових установках очищення рідин використовують як правило постійні магніти, так як застосування електромагнітів суттєво збільшують вартість засобів очищення, а обслуговування обладнання вимагає високої кваліфікації. Розміри і маса обладнання помітно збільшуються.

Магнітне очищення рідин дозволяє видалити з рідини, що очищується, феромагнітні часточки розміром до 0,5 мкм, тобто забезпечують високу точність очищення, подовжуючи ресурс роботи звичайних фільтрів тонкого очищення. Магнітна обробка рідини, що очищується, корисна ще й тим, що дуже маленькі часточки забруднення, будучи намагніченими, коагулюються і утворюють конгломерати достатньо великих розмірів (порядку 20−50 мкм) і добре затримуються звичайними фільтрами.

Крім феромагнітних часточок магнітні фільтри уловлюють часточки і іншого не феромагнітного походження — пісок, абразивні частинки і частинки органічного походження.

Основою осадження часточок в електричному полі є взаємодія заряджених тіл. Відмінною особливістю всіх електроочисників є невелика затрата електричної енергії на одиницю об'єму рідини, що очищується. Мале енергоспоживання електричними очисниками пояснюється тим, що затрата енергії в основному йде на переміщення тільки часточок забруднення. А у відцентрових очисниках розкручується маса очищеної рідини.

До недоліків електричних очисників слід віднести високу робочу напругу електричного струму, що обумовлює особливу технологію їх експлуатації і високу кваліфікацію обслуговуючого персоналу.

Очищення рідин в гравітаційному полі відбувається під дією сили тяжіння. При усталеному русі на сферичну часточку діють такі сили:

— сила тяжіння;

— виштовхуюча сила;

— сила лобового опору.

Найбільш поширеним гравітаційним відстійником є резервуари для зберігання рідин. На практиці для гарантованого осадження часточок розміром більше 10 мкм на глибину 1 м необхідно 4 год. для гасу і 1 год. для бензину.

У наземних резервуарах часточки розміром менше 10 мкм практично не осаджуються. Цьому заважають конвективні потоки, що викликані різницею температури рідини в різних місцях резервуару. Кращих результатів гравітаційного очищення можна досягнути в підземних резервуарах, так як на глибині більше 0,5 м температура практично постійна. Резервуари (або інші ємності) відносяться до статичних гравітаційних очисників періодичної дії.

Основними причинами і джерелами забруднення авіаційних палив є: мінеральні домішки з нафт, що перероблюються, технологічні забруднення, залишкові забруднення, продукти корозії транспортних ємностей і трубопроводів, залишкові забруднення транспортних засобів; атмосферний пил і волога, що потрапляють в ємності транспортних засобів при наливанні, зливанні і їх русі. В нафті є також небажані компоненти такі, як ненасичені вуглеводні, асфальтосмолисті речовини, зольні елементи, нафтенові кислоти, азотні і сірчисті сполуки, тверді парафіни, церезини. Крім того, в нафті можуть бути присутні стронцій, барій, марганець, титан і інші хімічні елементи[2].

На складах аеропортів забруднення в паливо потрапляють у вигляді продуктів корозії ємностей і технологічного обладнання, зносу спряжених пар перекачуючих засобів, руйнування і вимивання прокладочно-ущільнюючих матеріалів, пил волога, що потрапляють в резервуари при великих і малих диханнях резервуарів, а також при заповненні засобів заправки.

Приблизний перелік основних забруднювачів приведено в таблиці 1.6.

Таблиця 1.6

Перелік основних забруднювачів гідросистем, їх вплив на гідрообладнання, джерело забруднення

Забруднення з’являються і накопичуються в паливах і маслах в процесі виробництва, транспортування, зберігання і застосування. Склад, характер і кількість забруднень, а також стадії, на яких відбувається їх утворення, залежать від властивостей нафтопродуктів та умов їх застосування[6].

Наявність твердих забруднень в паливах на заводах-виробниках залежить головним чином від складу промивочної води і чистоти засобів зберігання і перекачування. При промиванні палив технічною водою кількість твердих забруднювачів збільшується за рахунок частинок розміром 1 — 3 мкм. При промиванні палив конденсатом кількість забруднювачів зменшується майже вдвічі. Крім того, з палив в цьому випадку також видаляються сполуки заліза, кальцію, натрію та алюмінію.

Нафтопродукти значно забруднюються в процеси виробництва в результаті корозії заводського обладнання гетероорганічними сполуками. В продуктах корозії поряд зі значною кількістю заліза міститься кремній, кальцій, алюміній, магній та інші метали. Забруднення мають високу зольність, що досягає майже 80%, відносно малий вміст вуглецю, значний — сірки, азоту і кисню.

1.3 Фільтрація авіаційних палив

Одним із методів видалення забруднень з робочих рідин є фільтрація. Фільтрація — метод очистки рідини від твердих, а в деяких випадках і рідких, забруднень при пропусканні її через пористу перегородку.

Задача видалення забруднень вирішується з допомогою фільтрів, що встановлюються безпосередньо в гідросистемі машин і механізмів.

Досвід експлуатації складів ПММ аеропортів і паливних систем літаків показує, що застосування окремо взятих навіть дуже ефективних фільтрів не може забезпечити необхідну чистоту авіаційних палив, а отже, і безпеки польотів. Тільки раціональне, комплексне використання заходів по попередженню і зниженню забрудненості палив, що складають систему фільтрації, може забезпечити необхідну чистоту авіаційних палив.

Технічні характеристики фільтрів визначаються властивостями фільтроматеріалів, що в них використовуються: тканин, нетканинних матеріалів, паперу, волокон, сіток. Тонкість фільтрації і пропускна спроможність — основні експлуатаційні характеристики фільтрів і фільтрів-водовідділювачів. По тонкості фільтрації фільтри для авіаПММ поділяють на фільтри грубого та тонкого очищення.

Ефективність очищення палива забезпечується при виконані наступних вимог:

— фільтрація палив повинна бути ступінчатою, з поступовим підвищенням тонкості фільтрації;

— прокачування палива не повинне перевищувати пропускної спроможності фільтрів і фільтрів водовідділювачів;

— перепад тиску повинен бути не вище і не нижче встановлених меж для даного пристрою.

В аеропортах ЦА визначена така послідовність фільтрації [27]:

· при зливанні із залізничних цистерн і наливних суден проводиться фільтрація авіабензинів через сітчасті фільтри грубого очищення, а авіагасів — через сітчасті фільтри ФГН-120;

· при видачі із витратних резервуарів фільтрація палива проводиться через фільтри ТФ-10 з чохлами ТФЧ, СТ.-500−2М і ТФ-10 з фільтроелементами ТУБ або через фільтри ТФ-10 з чохлами ТФЧ, СТ.-2500 та інші;

· при заправці ПК паливо очищується у фільтрах паливозаправників, пересувних і стаціонарних заправних агрегатів системи ЦЗЛ.

В таблиці 1.7 приведені технічні характеристики деяких фільтрів, що застосовуються в наземних системах очищення палива.

Таблиця 1.7

Технічні характеристики фільтрів

Системи очищення палива повинні забезпечувати безперебійну заправку ПК кондиційним паливом. Система паливозабезпечення а/п ЦА включає три зони очищення палива: в першій зоні проводиться приймання, попереднє очищення і зберігання палива; у другій — зберігання, відстоювання, основне очищення і видача палива на заправку, в третій зоні - заправка Пк паливом.

В першій зоні повинні бути видалені з палива механічні домішки розміром більше 40 мкм і відстійна вода; у другій зоні повинне забезпечуватися видалення всіх механічних часточок розміром більше 5…8 мкм і основна маса вільної води.

Рис. 1.4. Технологічна схема заправних пунктів:

Стаціонарні (а, б) заправні пункти та пересувний заправний агрегат (в):

1 — напірний патрубок; 2 — кран; 3 — сепаратор; 4 — фільтр тонкого очищення; 5 — дозатор; 6 — засувка; 7 — лічильник; 8 — шланговий барабан; 9 — наконечник; 10 — гідроамортизатор; 11 — трубопровід зворотного зливу; 12 — ручний насос; 13 — зворотний клапан; 14 — шланговий візок; 15 — приєднувальний штуцер.

Вміст механічних домішок повинен бути не більше 0,0002%, вільної води — не більше 0,003% по масі. В третій зоні проводиться очищення палива в паливо заправниках і стаціонарних заправних агрегатах системи ЦЗЛ. Паливо, що заправляється в ПК повинне містити не більше 0,003% вільної води і не більше 0,0002% механічних домішок.

На паливозаправниках встановлюють фільтри тонкого очищення з фільтроелементами ТУБ. В системах ЦЗЛ пересувні і стаціонарні заправні агрегати обладнуються фільтрами с паперовими фільтроедементам типу ТУБ і фільтрами-сепараторами. В окремих випадках, як виключення, дозволяється експлуатація заправних агрегатів, що обладнані тільки фільтрами тонкого очищення і паперовими фільтроелементами.

Рис. 1.5 Схема автоматизованої системи централізованої заправки літаків паливом авіаційний паливо очищення безпека

Розділ 2. методи очищення авіаційних палив в силових полях

Очищення авіаційних палив в силових полях дозволяє вилучати із рідини частинки будь-яких розмірів при малих затратах енергії. Силові очисники, як правило, мають велику брудомісткість, створюють малі гідравлічні опори, легко піддаються регенерації і мають невелику вартість.

2.1 Відцентрові очисники

Процес розділення рідких неоднорідних систем під дією відцентрових сил називається центрифугуванням. Відцентрове очищення рідин — це відділення частинок забруднень в полі відцентрових сил [5, 7, 12].

Відцентрове поле штучно створюється шляхом швидкого обертання рідини в роторі відповідного виконання (рис. 3.1)

Рис. 2.1 Відцентрове силове поле: 1 — силові лінії; 2 — еквіпотенціальні лінії силового поля Створити відцентрове поле для очищення рідини можна двома шляхами: обертанням потоку рідини в нерухомому пристрої і обертанням ротора разом з рідиною, що в ньому знаходиться. Апарати першого типу називаються гідро циклонами, а другого — центрифугами або відцентровими очисниками.

Рис. 2.2 Схема відцентрового очисника: 1 — патрубок для входу забрудненої рідини; 2, 6 — опорні підшипники; 3 — корпус очисника; 4 — ротор; 5 — центральне тіло; 7 — патрубок для виходу чистої рідини.

Гідро циклони характеризуються рядом позитивних якостей: в них відсутні рухомі частини і тому немає необхідності в їх ущільненні і обслуговуванні; їх відрізняє простота конструкції, великий строк служби; відносно велика пропускна спроможність і низький гідравлічний опір (в порівнянні з фільтрами) дозволяють застосовувати їх в якості пристроїв попередньої фільтрації і встановлювати на лініях зливання малов’язких нафтопродуктів із транспортних засобів.

Центрифуги являються апаратами, в яких в обертання приводиться так званий ротор. Якщо він отримує обертання від якого-небудь механічного приводу (електродвигуна, двигуна внутрішнього згорання тощо), то такі центрифуги називають активними.

На відміну від активних центрифуг існують центрифуги реактивні. Ротор таких центрифуг обертається, використовуючи енергію потоку рідини, що протікає через його внутрішню порожнину.

Відцентрове очищення робочих має ряд переваг [5]:

— немає необхідності в процесі експлуатації замінювати окремі вузли, центрифуги, як, наприклад, в паперових та інших фільтрах тонкого очищення;

— в процесі центрифугування із робочої рідини видаляються в першу чергу забруднюючі частинки, які мають високу щільність (абразивні, металічні тощо), тобто ті частинки, які викликають інтенсивний знос деталей гідравлічного обладнання;

— пропускна здатність центрифуги по мірі накопичення в ній забруднень практично не змінюється;

— при відцентровому осаджені по складу забруднень можна судити про стан зносу окремих вузлів і деталей гідравлічного обладнання, що дозволяє оцінити технічний стан гідроприводу без його розбирання (діагностика гідроприводу);

— з робочих рідин гідросистем і процесі центрифугування не видаляються активні присадки, а при використанні, наприклад, паперових фільтрів тонкого очищення з масла видаляються до 3% облагороджувальних присадок.

Працездатність відцентрових очисників різко знижується при очищенні сильнов’язких масел, а також в тих випадках, коли щільність частинок забруднення або їх конгломератів близька до щільності рідини, що очищується.

2.2 Магнітні очисники

Очищення рідин в магнітному полі застосовується лише тільки для феромагнітних матеріалів. Частинки такого походження, потрапивши в магнітне поле, можуть відчувати силу, що перевищує силу тяжіння на декілька порядків [5, 12].

Магнітне очищення робочої рідини гідросистем дозволяє видаляти забруднюючі мілкі феромагнітні частинки розміром 0,5 — 5 мкм, наявність яких приводить до забруднення фільтрів тонкого очищення (особливо паперових), значно знижуючи строк служби, тобто забезпечують високу тонкість очищення, подовжуючи ресурс звичайних фільтрів тонкого очищення. Крім того, такі частинки являються активним каталізатором при окисленні робочої рідини, зменшуючи строк її служби в гідроприводі. Крім феромагнітних частинок, магнітні фільтри вловлюють органічні засмічення, абразивні частинки, пісок і інші забруднення. Цьому сприяє ефект електризації немагнітних частинок.

Теоретично залежності для розрахунку процесу очищення в магнітному полі не існує, тому не практиці використовують експериментальні дані.

В промислових пристроях очищення рідин використовують як правило постійні магніти, так як застосування електролітів суттєво збільшує вартість засобів очищення, а обслуговування обладнання вимагає високої кваліфікації.

Магнітні фільтри можна створювати для досить значних витрат робочих рідин в гідросистемах. В гідроприводах успішно застосовують магнітні фільтри з витратою робочої рідини до 1000 л/хв. і більше.

Рис. 2.3 Конструкція магнітного очисника: 1 — корпус; 2 — кришка; 3 — траверси; 4 — трубчатий магніт; 5 — латунна трубка; 6 — феромагнітна вставка; 7 — шайба При проектуванні очисників слід враховувати, що ефективність процесу магнітного очищення залежить від ряду факторів:

— потік рідини повинен проходити тонкими шарами через область з максимальною напруженістю магнітного поля;

— режим течії рідини повинен бути ламінарним;

— чим менша в’язкість рідини, тим ефективніший процес очищення;

— сила, що діє на частинку з боку магнітного поля, обернено пропорційна квадрату відстані;

— напрям потоку рідини повинен співпадати з напрямком силових ліній магнітного поля.

Магнітні фільтри можна створювати для досить значних витрат робочих рідин в гідросистемах. В гідроприводах успішно застосовують магнітні фільтри з витратою робочої рідини до 1000 л/хв. і більше.

2.3 Очищення рідини в електричному полі

Великі можливості для очищення робочих рідин від частинок забруднення закладені і застосуванні сильних електричних полів. Рідке паливо, моторне масло, робоча рідина гідравлічної системи являються типовими діелектриками, а частинки забруднення в них зазвичай несуть на собі заряд. Якщо рідина разом частинками забруднення, що в неї потрапляють, піддаються силовому впливу електричного поля, то частинки, згідно з законами електростатики, почнуть здійснювати рух, яким можна керувати: осаджуватися на поверхню електродів, відокремлюватися від основного потоку рідини, укрупнюватися. Частинки, що не несуть електричний заряд, потрапляючи в електричне поле, поляризуються, а величина заряду на них, як правило, підвищується, що інтенсифікує процес[5,7].

Ця фізична закономірність — рух заряджених частинок під силовим впливом електричного поля лягла в основу розробок конструкцій електроочисників.

Рис. 2.4 Найпростіша схема електроочисника: 1 — шар електроізоляції; 2 — металічна пластинка; 3 — «ланцюжки» частинок забруднення Складнощі при створені електростатичних очисників викликані необхідністю утримувати на поверхні електродів забруднюючі частинки, що втратили заряд в результаті торкання з електродом. При втраті заряду зникають і сили електричного протягування. Н.Н. Белянін запропонував [14, 15] застосовувати пористі керамічні пластини (уловлювачі) змінної щільності, які запобігають змиванню робочою рідиною притягнутих до електродів забруднюючих частинок. Пористі пластинки надійно утримують забруднюючі частинки навіть при вимкненому електростатичному очиснику. По мірі накопичення забруднювачем пористі пластинки виймають із очисника, очищують і встановлюють знову.

Чим більше напруженість електричного поля, тим ефективніше буде працювати електричний очисник, так як в тому випадку забруднюючі частинки, що мають невеликий заряд, будуть притягуватися до електродів. Але величина напруженості електричного поля обмежується діелектричними характеристиками робочих рідин гідросистем. Гранично допустима різниця потенціалів на електродах залежить від відстані між електродами і будь-якому випадку не повинна перевищувати 90−95% напруження пробивання рідини.

Розрахунок електростатичного очисника зводиться в основному до визначення діаметра забруднюючої частинки, що надійно утримується на електроді. В наш час електростатичні очисники не застосовують для очищення робочих рідин гідросистем промислових гідроприводів.

2.4 Гравітаційний метод очищення

Просто і достатньо ефективно можна очистити від забруднень і води нафтопродукти, використовуючи сили гравітації. Пристрої, в яких для відокремлення частинок забруднення із палива використовується гравітаційне поле Землі, називаються відстійниками. Розрізняють відстійники періодичної (рідина деякий час не рухається) і безперервної (відстоювання відбувається при рухомій рідині) дії.

Очищення рідин в гравітаційному полі відбувається під впливом сили тяжіння. При встановленому русі на сферичну частинку діють такі сили:

— сила тяжіння;

— виштовхуючи сила;

— сила лобового опору, що залежить від числа Рейнольдса.

Якщо прирівняти всі ці три сили, то можна визначити встановлену швидкість осадження частинки. Але як показали вимірювання, фактична швидкість осадження менше розрахункової. Цю обставину можна пояснити, по-перше: наявністю конвективних потоків в очищуваній рідині, а по-друге — відмінністю форми частинки від кулеподібної.

Ряд дослідників пропонують для розрахунку швидкості осадження частинок більш точні формули, які враховують вплив форми частинки на швидкість осадження. Але і ці формули не відображають реальної картини, так як не враховані конвективні потоки рідини.

Найбільш поширеними гравітаційними відстійниками являються резервуари для зберігання рідин. На практиці для гарантованого осадження частинки розміром більше 10 мкм на глибину 1 м необхідно 4 години для гасу і 1 година для бензину. Цей час регламентується інструкцією.

В наземних резервуарах частинки розміром менше 10 мкм практично не осаджуються. Цьому заважають конвективні потоки, що викликані різницею температур рідини в різних місцях резервуару. Кращі результати гравітаційного очищення можна досягнути в підземних резервуарах, так як на глибині більше 0,5 м температура практично постійна.

З метою зменшення часу відстоювання рідин в резервуарах застосовують верхні пристрої (плаваючі) для забору рідини (рис. 2.5, в). Це дає можливість через 4 год відбирати верхній шар рідини товщиною в 1 м.

Рис. 2.5 Схеми різних ГО: а — статичний очисник; б — динамічний прямоточний очисник; в — резервуар (статичний відстійник) з верхнім пристроєм забору рідини; г — тонкошаровий ГО з плоскими тарілками; д — тонкошаровий ГО з конічними тарілками.

Резервуари (або інші ємності) відносяться до статичних ГО періодичної дії.

Більш ефективними, з точки зору продуктивності є динамічні очисники (рис. 2.5, б). Відстійники такого типу вигідно відрізняються від перших тим, зо в них процес очищення і видачі очищеної рідини відбувається безперервно. По такому принципу відстійників побудовано більшість нафтопасток і пісколовок на складах ПММ а/п.

З метою підвищення продуктивності ГО доцільно виконувати багатошаровими, для чого внутрішню частину розділюють на декілька шарів (рис. 2.5, г). прокачування через такий ГО може бути збільшене в стільки разів, на скільки шарів розділена його внутрішня порожнина. При невеликій товщині шару рідини, що очищується, їх може бути дуже багато. Такі очисники отримали назву тонкошарових або багатошарових ГО. В деяких випадках їх внутрішню порожнину розділяють конічними поверхнями (тарілками) (рис. 2.6). Це конструктивне рішення дозволяє забезпечити більш легке видалення осаду за рахунок оборотного потоку рідини. В деяких випадках можу використовуватися і вібрація осаджувальних тарілок.

Рис. 2.6 Схема ГО з нахиленими осаджувальними пластинами Гравітаційні очисники, як правило, використовують для очищення малов’язких рідин від крупних частинок. Їх встановлюють в системах фільтрації в якості приладів, що забезпечують попереднє очищення і подовжують строк служби фільтрів тонкого очищення.

Спеціально створені тонкошарові очисники дозволяють досягнути більш високої тонкості очищення в порівнянні з очищенням в резервуарах ы відстійниках. Ще кращої якості очищення рідини від механічних домішок можна досягнути, якщо забезпечити зниження впливу таких негативних факторів, як вібрація, пульсація потоку рідини в очиснику і гідроудари, зниження конвективних потоків.

В цілому при правильному здійснені процесу гравітаційного очищення можна досягнути 8…11 класів чистоти згідно ГОСТ 17 216.

розділ 3. результати дОслідження процесів відстоювання механічних забруднЕНЬ в резервуарній групі аеропорту

В нормативних документах регламентується чистота авіаційного палива, що заправляється — вміст механічних домішок не більше 0,0002% по масі, що відповідає 8 класу згідно ГОСТ 17 216–71 (табл. 3.1)

Таблиця 3.1

В закордонних стандартах поділяють вимоги до чистоти робочих рідин в залежності від умов, при яких проводиться очищення. Інші стандарти встановлюють класи чистоти до яких доводять очищення палив. Регламентується також і максимальне число частинок забруднень певного розміру або сумарну кількість всіх частинок механічних домішок. Міжнародною організацією по стандартизації рекомендується клас чистоти встановлювати по кількості частинок з розміром більше 5 мкм. В різних галузях промисловості існують свої нормативи по допустимому вмісту механічних домішок певного розміру.

Жорстокі вимоги до чистоти робочих рідин в авіації викликані необхідністю забезпечення високої надійності і безпеки авіаційної техніки. Але з підвищенням ступеню очищення значно підвищуються затрати на його здійснення. Затрати на фільтрацію рідини приблизно подвоюються при переході до кожного наступного класу чистоти.

В підрозділах ЦА одним із етапів підготовки авіа палив до заправки є його відстоювання в резервуарній групі складу ПММ.

При закачуванні палива в резервуар відбувається різке його забруднення механічним домішками. Це пояснюється тим, що на дні і на стінках резервуару постійно накопичуються механічні домішки від попередніх об'ємів палива, корозією самого резервуару і розміщеного в ньому обладнання, проникнення через нещільно закриті люки і клапани, при «малих» і «великих диханнях» резервуару, атмосферного пилу. Як показали дослідження, показник класу чистоти палива підвищується при накачуванні в середньому від 9 до 12, тобто кількість частинок в кожному розмірному діапазоні, встановленого ГОСТ 17 216–71, збільшується приблизно в 6…8 разів. Таким чином, в певний момент (період закачування палива) являється об'єктом, що генерує забруднення.

Вміст механічних домішок після закачування палива в резервуар приблизно однаковий на всіх рівнях, але вже через 3 год після закінчення закачування конкретно простежується зміна вмісту забруднюючих домішок по його висоті. За цей період конвективні токи, викликані паливо, що в нього поступає, сповільнюються і самі крупні частинки забруднення осідають із верхній шарів в його нижні шари.

На рис. 3.1 представлені результати вимірювань вмісту забруднень в паливі відразу після закачування і через 20 год відстоювання на рівень 1 метр від дна резервуару. Із приведених даних видно перерозподілення в загальному складі забруднень значимості кожної розмірної групи частинок. Кількість частинок розміром 5…10 мкм скоротилося незначно — зі 107 до 100 тисяч в об'ємі 100 см³ палива, розміром 10…25 мкм — з 22 до 11 тисяч, найбільший темп осадження спостерігається для частинок діаметром 25…50 мкм і вище.

Частинки забруднюючих домішок мають різну природу і форму, але при їх підрахунках приймається припущення, що частинка — кулеподібна. Об'єм кулі знаходиться в прямій кубічній залежності від діаметра. Таким чином, перерахувавши який об'єм складають частинки певного розміру, отримаємо характеристику об'ємної концентрації забруднення. Криві представлені на рис. 3.1 ломаною лінією відображають об'ємну характеристику забруднень кожного розмірного діапазону. Із цієї характеристики забрудненості палива видно, що найбільшу частину із всієї суми забруднень складає об'єм частинок розміром 10…25 мкм як в початковий період відстоювання, так і по всій його тривалості.