Защита топлив и материалов топливных систем самолетов от микробиологического поражения Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

При вертикальной ориентации ребер жесткости, вследствие большой вертикальной протяженности появляется эффект «дымовой трубы» - образовавшиеся газообразные продукты быстро выносятся на поверхность, а вместо них в полости каналов образца поступает воздух, кислород которого начинает взаимодействовать как с твердым полимером, усиливая процессы термоокислительной деструкции, так и с образовавшимися горючими газообразными продуктами. Вследствие этого увеличивается скорость выделения тепла.

Следовательно, вертикальная ориентация ребер жесткости в элементах конструкций является нежелательной, так как приводит к повышению тепловыделения. Таким образом, элементы структуры трехслойной панели, такие как газопроницаемая обшивка, а также вид и ориентация заполнителя оказывают влияние на пожаробезопас-ность, определяемую методом тепловыделения при горении. Показано, что перечисленные факторы изменяют кинетику процесса горения и могут оказывать существенное влияние на регистрируемые параметры - максимальную скорость тепловыделения и общее количество выделившегося при горении тепла. Представленные эксперименты показывают существенное влияние факторов структуры элемента конструкции на скорость выделения тепла. Учет влияния этих составляющих на пожаробезопасность необходим как в процессе разработки структуры типовой трехслойной панели на этапе выбора типа заполнителя или состава тыльной обшивки, так и непосредственно при конструировании интерьера пассажирских салонов (учет ориентации создаваемых внутренних каналов в элементе конструкции) и позволит повысить пожаробезопасность пассажирской авиационной техники.

УДК 663.18

О.И. Емельянов, А.В. Полякова

ЗАЩИТА ТОПЛИВ И МАТЕРИАЛОВ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ ОТ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ

Микробиологическое поражение топлив и топливных систем самолетов в настоящее время привлекает большое внимание специалистов многих стран. Это связано с увеличением поставок нашей техники в страны с влажным тропическим климатом. Микроорганизмы, питающиеся углеводородами, в ряде случаев могут стать причиной серьезных проблем, возникающих при применении нефтепродуктов. Известны случаи, когда воздействие микроорганизмов, вызывая значительное поражение топлива, коррозию материалов топливных систем, забивку топливных фильтров биомассой, приводило к авариям.

Особая трудность в обеспечении длительной и безотказной работы авиационной техники возникает при ее эксплуатации во влажных тропических и субтропических зонах, в том числе и странах азиатского региона, куда в последние годы увеличились поставки изделий авиационной промышленности российского производства.

Установлено, что в топливных системах самолетов чаще всего встречаются следующие микроорганизмы:

- грибы: Cladosporium resinae, Amorphotheca resinae;

- бактерии: Pseudomonas eruglonosa, Baacillus species, Desulphovibrio desulphuricaus, Aerobacter aerogenes, Alternaria tenius, Desulphovibrionas deruginosa.

Наиболее часто в топливных системах встречаются: гриб Cladosporium resinae, так называемый «керосиновый гриб»; бактерии рода Pseudomonas и сульфатредуциру-ющие бактерии (СРБ).

Микроорганизмы, попадая в топливо и развиваясь в нем, используют углеводороды керосина в качестве единственного источника углерода. Помимо топлива, существенному поражению подвергаются и полимерные материалы - герметики, грунтовки, ЛКП, используемые в качестве защитных покрытий, которые также могут служить питательной средой для микроорганизмов. Коррозии подвергаются и металлические материалы - особенно сплавы, содержащие повышенные концентрации магния, что связано с потребностью микроорганизмов в специфических металлах.

Рост и развитие микроорганизмов в топливе приводит к его засорению, так как образуются различные осадки, слизистые пленки (обрастание топливных фильтров, стенок бак-кессонов, трубопроводов). Кроме того, происходит накопление продуктов жизнедеятельности - вторичных метаболитов, в основном органических кислот, что вызывает сильное подкисление топливной среды до рН=2,8. Это вызывает дополнительную коррозию топливных резервуаров и магистралей.

Для предотвращения микробиологического поражения необходима разработка специальных мероприятий, выполнение определенных профилактических мер, к которым относятся:

- своевременный и полный слив отстоя из топливных баков, определение наличия и характера загрязнений в отстое;

- применение на складах горючего средств и порядка фильтрации, обеспечивающих необходимую степень чистоты горючесмазочных материалов (ГСМ), заданную соответствующей технической документацией;

- регулярная проверка состояния фильтров с целью определения наличия и природы загрязнений на фильтрующих элементах, качественная их очистка (промывка).

Но, как показывает практика, проведение только предупредительных и профилактических мероприятий оказывается недостаточным, и требуются специальные методы по предотвращению микробиологического поражения. К таким методам относятся:

- дезинфекция топливных баков специальными рецептурами;

- термическая обработка - продувка топливной системы горячим воздухом (в отсутствие топлива), нагретым до 70°C;

- обработка УФ излучением при помощи специальных ламп;

- применение биоцидных присадок (добавок) - к топливу и пропиток - к неметаллическим материалам.

В настоящее время наиболее эффективным из вышеупомянутых методов по предотвращению микробиологического поражения является применение биоцидных присадок к топливу, подавляющих развитие микроорганизмов, так как они постоянно находятся в топливе и материалах, а другие методы можно применять лишь периодически.

За рубежом в последние годы применяются присадки Biobor и Katon FP 1.5, из них наибольшим биоцидным эффектом, по совместным исследованиям ВИАМ и ЦИАМ, обладает присадка Katon FP 1.5 производства фирмы Rohm&Haas. Минимальная эффективная концентрация этого препарата составляет 0,01% (по массе). Кроме того, он может быть использован для дезинфекции топливных баков.

В нашей стране до настоящего времени биоцидные присадки в эксплуатации пока не применяются, и исследования в данном направлении начались сравнительно недавно.

Проведенные в ВИАМ исследования применяемых в авиации антиобледени-тельных присадок «ТГФ», «И» и других показали, что они не обладают биоцидным эф-

фектом. Разработанные в институте им. Губкина присадки «АИД» и «ТС-011» показали хорошие результаты, но промышленное производство их пока не налажено.

Анализ литературных данных по способам получения наиболее распространенных биоцидов показал, что в основе их синтеза лежат реакции высших алифатических и ароматических кислот или их производных с низшими полуфункциональными аминами типа этиленаминов и этаноламинов. Особый интерес представляют биоцидные присадки на основе алкилимидозолинов, к которым относится и вышеупомянутая присадка Ка1оп БР 1.5.

В 2001 г. в лаборатории ВИАМ проводились исследования по выбору отечественных биоцидных присадок под общим названием БКР-Т, одиннадцати различных модификаций: 5с, 27г, 28а, 28б, 29г, 30в, 21а, 31б, 32в, 34г, 35г, синтезированных ОАО «Синтез ПАВ», также относящихся к классу алкилимидозолинов на основе катионных ПАВ, содержащих в своем составе алифатические, ароматические и гетероциклические фрагменты. Минимальная эффективная концентрация данных присадок ниже, чем для Ка1оп БР 1.5, и составляет 0,001-0,005% (по массе).

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к биоцидным присадкам, из полученных 11-ти были отобраны только 6 модификаций: 5с, 27г, 28б, 30в, 31б, 32в.

Рабочие концентрации присадок в топливе были 0,005 и 0,01% (по массе). В качестве контроля использовались следующие жидкостные системы - чистое топливо (без присадок) и чистое топливо + вода.

Эксперименты проводили на трех образцах.

В течение 30 сут осуществлялся промежуточный визуальный осмотр - через каждые 7 сут. При этом фиксировалось изменение цвета, прозрачности как топливной, так и водной фазы, наличие пленки микроорганизмов на разделе фаз топливо-вода, наличие роста микроорганизмов.

Через 30 сут были получены следующие результаты (табл. 1).

Как показывают данные (см. табл. 1) наиболее эффективными оказались следующие модификации присадок: 5с (концентрация 0,01%), 28б (0,01%), 31б (0,01%), З2в (0,005%). Были рассмотрены и другие эксплуатационные характеристики - растворимость в топливе, консистенция исходной эмульсии (чистой присадки), наличие осадка после добавления присадки в топливо.

Таблица 1

Исследование биоцидного эф< >екта присадок класса БКР-Т

Модификации присадок Концентрация, % (по массе) Наличие* роста микроорганизмов при количестве образцов

1 2 3

5с 0,005 0,01 + — +

27г 0,005 0,01 + + + + + +

28б 0,005 0,01 + + +

30в 0,005 0,01 + + + + + +

31б 0,005 0,01 + — —

32в 0,005 0,01 — + —

Ка1оп БР 1.5 0,005 0,01 + + +

* Знак «+» означает наличие роста микроорганизмов; знак «-» его отсутствие.

Кроме биоцидного эффекта присадок БКР-Т в топливе, параллельно проводились исследования биоцидного влияния на неметаллические материалы топливных систем. Для этого были выбраны следующие неметаллические материалы, применяемые в топливных системах самолетов, - герметик У-30МЭС-5М, грунтовка ЭП-076, пенопласт ППУ-Э0-100.

Как показала эксплуатация и ранее проведенные исследования, герметик У-30МЭС-5М является нестойким к воздействию микроорганизмов. В связи с этим для повышения стойкости была изменена рецептура и получены его 4 модификации - ДФГ, НАФ, АГМ-9, АГ-3, разработанные в ВИАМ.

Исследования проводились согласно разработанной авторами методике, изложенной в СТП «Материалы металлические и неметаллические. Метод определения стойкости к микробиологическому поражению в топливах».

В качестве контроля использовали систему: образец материала + чистое топливо (без присадок) + жидкая минеральная среда.

В течение 30 сут через каждые 7 дней проводили визуальный осмотр. При этом фиксировалось изменение цвета и прозрачности как топлива, так и водной фазы, наличие пленок, слизей, хлопьев, обусловленных присутствием микроорганизмов, наличие роста микроорганизмов, в том числе на поверхности неметаллических материалов.

Через 30 сут были получены результаты (табл. 2), которые показывают, что наиболее устойчивыми к воздействию микроорганизмов оказались следующие неметаллические материалы: герметик У-30МЭС-5М модификации ДФГ; ЛКП; пенопласт.

Наибольшим биоцидным эффектом обладали следующие модификации присадок класса БКР-Т: 28б (концентрация 0,005%), 31б (0,01%), 32в (0,01%).

Таблица 2

Исследование биоцидного влияния присадок класса БКР-Т на неметаллические материалы топливных систем

Присадка Концентрация, % (по массе) Результаты* биоцидного воздействия на материалы

грунтовка пенопласт герметик У-30МЭС-5М модификации

АГ-3 АМГ-9 НАФ ДФГ

5с 0,005 0,01 + + + + + + + —

27г 0,005 0,01 — + + + + + + + — + — + —

28б 0,005 0,01 + + + + + + + + + —

30в 0,005 0,01 — + + + + + + + + +

31б 0,005 0,01 + + + + + + +

32в 0,005 0,01 + + + + + + + —

Контрольный образец без — — — + + + —

присадок

Е^т FP 1.5 0,005 0,01 + + — + + +

* Знак «+» означает наличие роста микроорганизмов; знак «-» его отсутствие.

Оказалось, что исходные эмульсии модификаций 5с и 28б загустели, модификации 31б и 32в остались без изменений (сохранили нужную консистенцию). В топливном растворе модификация 5 с выпадала в осадок.

Учитывая полученные показатели - биоцидный эффект и эксплуатационные характеристики - для дальнейших исследований были выбраны три модификации присадок - 28б, 31б и 32в.

Дальнейшие исследования по выбору отечественных биоцидных присадок были продолжены в 2002 г. В ОАО «Синтез ПАВ» был осуществлен химический синтез биоцидных реагентов под общим названием «БИКАИР» - усовершенствованные модификации присадок БКР-Т. Авторами получено 11 различных модификаций, из которых отобраны 4 модификации: «БИКАИР»-1, «БИКАИР»-3, «БИКАИР»-4, «БИКАИР»-7, так как удовлетворяли требованиям, предъявляемым к данному виду продукции. Минимальная эффективная концентрация присадок 0,001-0,005% (по массе), что на порядок ниже, чем для присадки Ка1оп БР 1.5 (табл. 3).

Таблица 3

Лабораторные и натурные испытания присадок в топливе ТС-1 в течение 3 мес

Присадка Концентрация, % Рост микроорганизмов, балл (ГОСТ 9023)

(по массе) лабораторные испытания испытания в естественных условиях

«БИКАИР»-1 0,001 0,005 2 1-2 2 1-2

«БИКАИР»-3 0,001 0,005 2-3 2 2 1-2

«БИКАИР»-4 0,001 0,005 2 1-2 1-2 1

«БИКАИР»-7 0,001 0,005 1-2 1 1 0-1

Ка1оп БР 1.5 0,01 0,005 2 1-2 1-2 0-1

Проведенные в лабораторных условиях исследования стойкости неметаллических материалов (резина 3826НТА, герметики У-30-МЭС-5 и УТ-32, лакокрасочные покрытия (ЛКП) ЭП-076 и ЭП-02150) к воздействию микроорганизмов в среде топлива ТС-1 с биоцидными присадками «БИКАИР»-1, «БИКАИР»-3, «БИКАИР»-4, «БИКАИР»-7 показали, что рост микроорганизмов составил не более 2 баллов, при этом состояние материалов не изменилось.

Кроме исследований биоцидного эффекта присадок, проводились испытания на коррозионную активность в соответствии с СТП 1-595-5-328-2-2001. Для данного вида испытаний были выбраны присадки «БИКАИР»-1 и «БИКАИР»-7, так как они обладали наибольшим биоцидным эффектом. В результате данных исследований было установлено, что топливо ТС-1 с биоцидными присадками «БИКАИР»-1 и «БИКАИР»-7 в концентрации 0,001 и 0,005% (по массе) не оказывает коррозионного воздействия на материалы топливных систем и может быть использовано при работе с конструкционными материалами.

Испытание коррозионной агрессивности двух образцов топлива ТС-1 с добавлением 0,005% (по массе) присадок «БИКАИР»-1 и «БИКАИР»-7 по отношению к металлам и гальваническим покрытиям проводилось по методике, входящей в СТП 1-595-5-328-98, при температурном режиме:

- 100оС, 80 ч + 120°С, 20 ч (всего 100 ч);

- 60°С, 500 ч.

Результаты испытаний представлены в табл. 4.

Таблица 4

Коррозионное воздействие топлива ТС-1 с добавлением 0,005% (по массе) _ присадок «БИКАИР»1 и «БИКАИР»-7_

Металл Потери массы металла*, г/см3, после воздействия

топлива ТС-1 с присадкой (0,005%) допустимые потери массы

«БИКАИР»-1 «БИКАИР»-7

Сталь углеродистая 0/0 0/0 <0,1/0

Сталь оцинкованая 0/0 0/0 <0,1/0

пассивированная

Магниевый сплав МЛ5 0/0 0/0 <0,1/0

оксидированныи

Медь М1 0,3/0,5 0,3/0,4 1,5/0

Латунь ЛС59-1 0/0 0/0 <0,1/0

Латунь Л62 0/0 0/0 <0,1/0

Бронза ВБ-23НЦ 0,6/0,8 0,9/0,8 3,0/0,5

Бронза БрОС 10-10 0,4/0,4 0/0,3 2,0/0

Свинец 4,2/1,2 1,8/1,0 Не норм./0,5

* В числителе после нагрева по режиму: 100°С, 80 ч + 120°С, 20 ч; в знаменателе — по режиму: 60°С, 500 ч.

Установлено, что образцы топлива ТС-1 с добавлением 0,005% (по массе) присадок «БИКАИР»-1 и «БИКАИР»-7 не оказывают коррозионного воздействия на испытуемые материалы. Следует отметить, что в результате испытаний топливо желтеет и появляется осадок — особенно большое его количество обнаружено при испытании топлив с медью, медными сплавами и свинцом.

На основании проведенных исследований в процессе выполнения работы была подобрана биоцидная присадка отечественного производства «БИКАИР», которая по биоцидному эффекту значительно превосходит Ка1оп БР 1.5. Минимальная эффективная концентрация, используемая для дезинфекции, составляет (% по массе): 0,005—0,01 и 0,005 для присадок Ка1оп БР 1.5 и «БИКАИР» соответственно. Кроме того, присадка «БИКАИР» значительно дешевле.

Разработана технологическая рекомендация «Дезинфекция топливных баков с использованием биоцидной присадки «БИКАИР», предотвращающая микробиологическое поражение топливных систем».

Исследования, проведенные в ВИАМ, показали, что присадки «БИКАИР» пока могут быть рекомендованы только для дезинфекции топливных баков самолетов от микробиологического поражения. Для того чтобы данные составы могли быть рекомендованы в качестве присадок к топливу, требуются дополнительные исследования их в условиях эксплуатации.