CC BY
57
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта
№ 147
УДК 665.7.035
ОБОСНОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВВОДА АНТИВОДОКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПРИСАДОК В ТОПЛИВО ПРИ ЗАПРАВКЕ ВС
Е.А. КОНЯЕВ, О.П. ОСИПОВ, А.О. ОСИПОВ
Рассматриваются проблемы, возникающие при вводе противоводокристаллизационных жидкостей в цистерну топливозаправщика, связанные со взаимодействием присадки с пропиткой фильтровальных картонов топливных фильтров ТЗ.
Ключевые слова: заправка топливом, антиводокристаллизационные присадки.
Известно, что химические соединения, предлагаемые для предотвращения образования кристаллов льда или растворения их в топливе, должны обладать следующими основными свойствами:
- растворятся в топливе;
- повышать растворимость воды в топливной смеси и удерживать ее избыточное количество;
- частично переходить из топлива в выделяющуюся водную фазу, т.е. хорошо растворяться в воде и давать при этом концентрированные растворы с низкими температурами кристаллизации.
Опыт применения антиводокристаллизационных (АВК) присадок в эксплуатации показал, что они не полностью удовлетворяют вышеперечисленным требованиям. Одни присадки («И» и ТГФ) существенно повышают растворимость воды в топливе, удерживая ее до более низких температур, чем это характерно при тех же условиях равновесного состояния. Но из-за сравнительно низкого коэффициента распределения этих присадок между водой и топливом не могут образовывать высококонцентрированный раствор с выделяющейся водой из топлива.
Другие присадки (ТГФ-М и И-М) обладают меньшей способностью удерживать растворенную воду в топливе; однако, имея высокий коэффициент распределения, они обеспечивают достаточную концентрацию в выделившемся водном растворе, который кристаллизуется при более низких температурах.
Результаты наблюдения за опытом эксплуатаций самолетов Ил-62 подтверждают, что при использовании топлива с присадкой «ТГФ-М» и «И-М» в слитом отстое бака содержится присадки в 2,5 раза больше, чем в топливе с присадкой «И». Причем компонента М (метанол) в 3 раза больше, чем компонента («ТГФ» и «И»). В связи с этим концентрированный раствор в воде компонентов присадки (ТГФ-М и И-М) и имеет температуру кристаллизации более низкую, чем с присадкой «И» и «ТГФ», что в конечном итоге подтверждает большую эффективность присадок ТГФ-М и И-М по сравнению с присадками (ТГФ и И) во время полетов.
Однако в случае применения АВК присадок ТГФ-М и И-М охлажденное топливо мутнеет интенсивнее, чем с присадками «И» или ТГФ. Объясняется это следующими причинами. По мере охлаждения топлива с ТГФ-М или И-М из него переходят в жидкую фазу растворенные компоненты М и вода. Чем глубже охлаждение, тем этот процесс протекает более интенсивно. Компонент М с каплями воды образует дисперсную фазу мелко диспергированных капель, которая при визуальной оценке регистрируется как помутнение топлива за счёт эффекта дифракции света. Вследствие постепенного охлаждения топлива поверхностное натяжение топлива и капель концентрированного водного раствора присадки ТГФ-М и И- М возрастает, дисперси-
онная фаза сохраняется в топливе в виде капелек, которые по мере увеличения их количества усиливают эффект помутнения топлива.
По мере повышения температуры топлива его поверхностное натяжение уменьшается в большей степени, чем концентрированного раствора присадки с водой. Это способствует уменьшению энергии Гиббса, приводящей к протеканию самопроизвольных процессов в направлении сокращения суммарной поверхностной дисперсионной фазы (И-М и воды) и, как следствие, к укрупнению капель.
Из вышесказанного следует, что при эксплуатации воздушного судна на топливах, содержащих присадки ТГФ-М или И-М, помутнение топлива после прилета или после дозаправки неопасно и не может считаться браковочным признаком, чего нельзя сказать о влиянии эффекта помутнения в средствах наземной заправки.
В настоящее время, по ряду объективных обстоятельств, ведущие предприятия по производству фильтроэлементов в России и за рубежом вынуждены использовать фильтровальные картоны, пропитанные высоко молекулярными эпоксидной и фенолформальдегидной пропитками. Это обстоятельство предопределяет необходимость изменения технологии ввода АВК присадок в борт при заправке воздушных судов в условиях отрицательных температур и повышенной влажности.
Рассмотрим природу явления. Известно, что полимерные материалы, к которым относятся эпоксидные и фенолформальдегидные смолы, имеют низкоэнергетическую поверхность, которая хорошо смачивается малополярными жидкостями, такими как углеводородные топлива. Краевой угол смачиваемости 9 топлива при нормальных условиях менее 200 при поверхностном натяжении 16 мН/м. При этом необходимо отметить, что поверхностное натяжение метанола на 76 % выше, а этилцелозольва на 42 % выше, чем у топлива при тех же условиях.
При температурах выше -90 С коллоидного раствора топлива и АВК присадок краевой угол смачиваемости последней не превышает 900, Cos 9 положительный. Система представляет собой прозрачный молярный раствор. При прокачке присадки смачивают фильтровальную штору и вместе с топливом проходят через неё.
При снижении температуры коллоидного раствора топлива и АВК присадок ниже минус 10.. .15° С, краевой угол смачиваемости АВК присадок увеличивается, начинает превышать 900. Cos 9 становится отрицательным и происходит процесс создания эмульсионного раствора. Образуется так называемое «помутнённое» топливо. Образовавшаяся эмульсия в течение длительного времени может не коагулировать и не расслаиваться до видимых значений.
Переходя к пониманию эксплуатационных режимов необходимо констатировать, что образовавшаяся в резервуаре топливозаправщика эмульсия не будет являться браковочным показателем по имеющимся руководящим документам.
После слива отстоя, отбора проб с положительным результатом, производится заправка ВС имеющейся в резервуаре топливозаправщиков (ТЗ) эмульсией. При этом малополярное углеводородное топливо смачивает поверхность полимерных пропиток, а полярные метанол и этил-целлозольв сепарируются фильтровальной шторой. Происходит процесс вторичной коагуляции и сепарации присадок от топлива на поверхности фильтроэлементов. АВК присадки осаждаются на фильтрующих элементах до уровня 50% и представляют собой концентрированный бинарный растворитель на основе метанола. При этом возможно адсорбционное взаимодействие пропитки фильтровальной шторы АВК присадками с последующим вымыванием растворённой пропитки потоком топлива и попаданием её, в конечном итоге, на бортовые фильтроэлементы. Это приводит к забивке бортовых фильтров, возрастанию перепада давления на фильтрах, срабатыванию аварийного табло, а также к залипанию золотников топливорегулирующей аппаратуры и отказу (самовыключению) двигателей.
Воздействие на фильтроэлементы концентрированного бинарного растворителя на основе метанола может приводить к изменению цвета бумаги, уменьшению величины структурного
сопротивления, разрушению или ослаблению сцепления привулканизированных уплотнений крышек фильтроэлементов и т.п.
Касаясь истории вопроса, следует напомнить проблему вымываемости волокон на бумагах с бакелитовыми пропитками. Растворяемый концентрированным бинарным растворителем на основе метанола бакелит «освобождал» молекулы целлюлозы и, обладая малой молярной массой примерно 100 моль, легко проходил сквозь сетки бортовых фильтроэлементов, не «забивая» их и не задерживаясь на них. Переход на импортные бумаги с пропитками из макромолекуляр-ных эпоксидов и фенолформальдегидов снял проблему вымываемости волокон, но возникла проблема «забивки» саржевой сетки бортовых фильтроэлементов макромолекулами пропитки бумаг, усугубляемая полимеризацией полимеров керосиновым контактом Петрова в потоке топлива. Результат - бортовой фильтроэлемент, покрытый непроницаемым слоем янтарного или бурого цвета полимером.
ЛИТЕРАТУРА
1. Осипов О.П., Санников С.Г. Применение критерия смачиваемости фторполимеров, используемых для сепарации жидкости / Нефтепереработка и нефтехимия, 2001.
2. Энглин Б.А. Применение моторных топлив при низких температурах. - М.: ГосНИИ ГА 1963.
TEHNOLOGY OF INPUTING ANTIWATERCRISTALLIZATION ADDITIVE IN AVIATION FUEL CHANGE SUBSTANTIATION DURING AIRCRAFT FUELING
Koniaev E. A., Osipov O. P., Osipov A. O.
The article considers the problems, arising during antiwatercrystallization liquid input in the fueler’s tank, and connected with additive and filter cardboards dip of fuel filters TZ interaction.
Сведения об авторах
Коняев Евгений Алексеевич, 1937 г.р., окончил Рижский институт гражданской авиации (1959), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой авиатопливообеспечения и ремонта ЛА МГТУ ГА, автор более 200 научных работ, область научных интересов - диагностика авиационных ГТД, авиационная химмотология топлив и масел.
Осипов Олег Петрович, 1953 г.р, окончил МХТИ (1975), кандидат технических наук, директор научно-производственной фирмы НПФ «АГРЕГАТ», автор более 20 научных работ, область научных интересов - химмотология авиационных топлив.
Осипов Артем Олегович, 1981 г. р., окончил Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (2003), аспирант кафедры АТО и РЛА МГТУ ГА, автор 6 научных работ, область научных интересов - физико-химическая механика, несмешивающиеся жидкости, технология авиатопливообеспечения.
