ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Топлива, получаемые с применением гидрогенизационных процессов из "Окисление и стабилизация реактивных топлив" Непрерывное улучшение эксплуатационных качеств реактивных топлив, совершенствование методов их исследования, контроля и испытаний, а также увеличение производства явилось основным направлением развития в области реактивных топлив в СССР в последние десять лет. Наряду с улучшением эксплуатационных свойств стандартных топлив, в этот период были разработаны и внедрены в эксплуатацию новые реактивные топлива, получаемые с применением гидрогенизационных процессов. В стандарты на топлива введены дополнительные показатели и методы их оценки, отвечающие возросшим требованиям эксплуатации. Разработан ряд квалификационных и специальных лабораторных методов испытаний, что создало возможность в ряде случаев допускать реактивные топлива к применению в авиации, минуя дорогостоящие испытания на авиадвигателях. [c.11] По эксплуатационным показателям эти топлива несколько различаются. Топливо Т-1 имеет более высокую плотность и более низкую термическую стабильность. Топливо ТС-1, вырабатываемое из сернистых нефтей, уступает топливу Т-1 по про-тивоизносным свойствам и коррозионной агрессивности по отношению к конструкционным материалам топливных систем. Указанные различия в качестве топлив не являются принципиальными, поэтому в авиации эти топлива взаимозаменяемы. Сведения о химическом составе, физико-химических и эксплуатационных свойствах прямогонных топлив ТС-1 и Т-1, технологии их производства приведены в специальной литературе [1— 11]. [c.12] В настоящее время производство топлива Т-1 практически прекращено, а ТС-1 по-прежнему остается наиболее массовым топливом для реактивной авиации. Однако в 70-х годах в сырьевой базе, технологии производства и качестве топлива ТС-1 произошли существенные изменения. Наряду с прямогонным применяют компаундированное топливо ТС-1, получаемое смешением прямогонного и гидроочищенных компонентов, а также топливо, очищенное от тиолов (меркаптанов) с помощью процессов селективной демеркаптанизации [12]. [c.12] Компаундирование и демеркаптанизация способствовали расширению сырьевой базы топлив, поскольку в переработку были вовлечены нефти с высоким содержанием тиолов в керосиновых фракциях. Снижение содержания в топливе коррозионно-активных сернистых соединений в результате этих процессов позволило улучшить качество топлива ТС-1 по показателю коррозионная агрессивность . Вовлечение в переработку менее сернистых нефтей Западной Сибири также способствовало снижению коррозионной агрессивности топлива ТС-1. В результате исключения из технологического процесса защелачивания и водной промывки улучшены противоизносные свойства топлива ТС-1 [13]. [c.12] В шестидесятых годах стало очевидным, что эксплуатационные свойства топлив ТС-1 и Т-1 не могут в полной мере отвечать все возрастающим требованиям авиационной техники. Характерная черта развития авиатехники — непрерывное повышение температур топлива в топливных системах летательных аппаратов, что связано с повышением теплонапряженности авиадвигателей и скоростей полета. Увеличение теплонапряженности двигателей, обусловленное повышением температур воздуха за компрессором и газа перед турбиной — закономерный процесс, без которого невозможно улучшение их экономичности, тяговых и весовых характеристик. Чем выше теплонапряженность двигателя, тем больше отдача тепла от двигателя в топливо. При-мертъи уровень температур топлива в баках и агрегатах некоторых типов дозвуковых и сверхзвуковых самолетов показан на рис. 1.1. Если при дозвуковом полете топливо ахлаждается в баках самолета, то при сверхзвуковом полете происходит обратное явление вследствие аэродинамического нагрева конструкции летательного аппарата. Чем больше скорость и длительность сверхзвукового полета, тем выше температура топлива в элементах топливной системы самолета. Температура топлива в агрегатах двигателей некоторых сверхзвуковых самолетов в настоящее время достигает 200 °С и выше. [c.13] Механизм образования осадков и смол при термоокислении прямогонных топлив достаточно хорошо изучен и освещен в литературе [14, 15]. В стандартах на отечественные реактивные топлива склонность к образованию отложений в топливных системах характеризуется показателем термическая стабильность . [c.14] Нормы и фактические данные о термической стабильности топлив Т-1 и ТС-1 приведены в табл. 1.1 (см. с. 18—21). [c.14] Повышенная склонность к образованию отложений в топливных системах является основным недостатком топлив ТС-1 и Т-1, что существенно ограничивает область их применения. В настоящее время топливо ТС-1 используют только в дозвуковой авиации и сверхзвуковой авиации (в самолетах с ограниченной скоростью и продолжительностью полета), когда температура топлива в топливной системе не превышает допустимых пределов. [c.14] Общие требования к топливам для воздушно-реактивных Двигателей неоднократно рассматривались в литературе [3—5, И]. Целесообразно остановиться на тех эксплуатационных свойствах топлива, которые приобрели особое значение в последние годы в связи с повышением теплонапряженности двигателей, ужесточением требований к их надежности и ресурсу, а также увеличением скоростей и дальности полетов. [c.14] Как уже указывалось, современное реактивное топливо не должно образовывать отложений в топливных системах во всем диапазоне рабочих температур двигателей, включая двигатели сверхзвуковых летательных аппаратов. Это достигается удалением из нефтяных дистиллятов гетероатомных соединений различыми способами очистки. [c.14] Наиболее эффективны широко распространенные в СССР и за рубежом в производстве реактивных топлив процессы каталитической гидрогенизационной обработки дистиллятов [16— 18]. Эти процессы позволяют с одной стороны улучшить эксплуатационные свойства топлив (по ряду показателей), с другой, — расширить сырьевую базу реактивных топлив путем вовлечения в переработку высокосернистых и ароматизированных нефтей (гидроочистка и гидродеароматизация), тяжелых нефтяных дистиллятов, продуктов переработки нефти (гидрокрекинг). [c.14] Ресурс работы топливных насосов авиационных двигателей во многом определяют противоизносные свойства реактивных топлив. Особенно чувствительны к этому показателю насосы-регуляторы плунжерного типа, работающие при повыщенных давлениях топлива. Насосы такого типа широко применяют в двигателях сверхзвуковых самолетов. В связи с повыщением требований к ресурсу авиационных двигателей улучшению про-тивоизносных свойств топлив в последние годы уделялось много внимания. Больше всего это касается гидрогенизационных реактивных топлив, так как в них, в отличие от прямогонных, практически отсутствуют поверхностно-активные вещества, обеспечивающие топливу смазывающие свойства. Улучшить противоизносные свойства гидрогенизационных топлив можно только введением присадок. В результате большой исследовательской работы и обширных испытаний в СССР была разработана высокоэффективная противоизносная присадка К , ее применение способствовало приданию гидрогенизационным топливам про-тивоизносных свойств, удовлетворяющих современные требования авиатехники [19]. [c.15] С повышением высоты и дальности полета сверхзвуковых летательных аппаратов важное значение при их эксплуатации приобрели давление насыщенных паров топлива и его объемная теплота сгорания. При полете со сверхзвуковой скоростью давление паров топлива в баке самолета повышается в результате нагрева. На определенной высоте оно может стать выше атмосферного, и топливо закипает. Для предотвращения кипения топлива баки сверхзвуковых самолетов делают герметичными, а топливо в них находится под давлением воздуха, подаваемого от компрессора двигателя, или нейтрального газа, например азота. Чем выше давление насыщенных паров топлива, тем выше должно быть давление наддува. При высоком давлении в баках требуется дополнительное увеличение их прочности, что приводит к увеличению веса самолета. Кроме того, при работе на топливе с высоким давлением насыщенных паров на определенных высотах в топливной системе могут образоваться паровые пробки. При сверхзвуковом полете на таком топливе трудно обеспечить бескавитационный режим работы насосов. Поэтому у топлив, предназначенных для сверхзвуковых полетов, давление насыщенных паров регламентируют. Для понижения давления насыщенных паров утяжеляют фракционный состав используемых топлив, в первую очередь повышая температуру начала их кипения. [c.15] Важное значение имеют также характеристики горения топлива. Топлива с плохими характеристиками горения вызывают нагарообразование в камерах сгорания, дымление двигателей, а также могут привести к повышению излучения пламени. Нагарообразование и высокая теплорадиация пламени приводят к уменьшению ресурса работы камер сгорания. Повышенный интерес к характеристикам топлива по дымлению объясняется большим вниманием, уделяемым в последнее время борьбе с загрязнением окружаюш,ей среды. Улучшение характеристик горения достигается обеспечением соответствующего фракционного состава топлива, а при заданном фракционном составе — снижением содержания в топливе ароматических (прежде всего бициклических) и нафтено-ароматических углеводородов, а также повышением содержания изопарафиновых углеводородов. Содержание ароматических углеводородов в реактивных топливах снижают подбором соответствующего сырья, а также проведением процессов гидродеароматизации. [c.16] Таким образом, к современным реактивным топливам предъявляется ряд требований, которые в известной мере являются взаимоисключающими друг друга. Действительно, снижение давления насыщенных паров и повышение плотности топлив достигается утяжелением фракционного состава, что вызывает ухудшение характеристик горения. С другой стороны, снижение содержания в топливе ароматических углеводородов для улучшения характеристик горения приводит к понижению плотности, т. е. ухудшению качества по показателю объемная теплота сгорания. Противоречия такого рода можно обнаружить, если детально рассмотреть и другие требования к реактивным топливам. Поэтому каждый сорт реактивного топлива является компромиссом между различными требованиями, выдвигаемыми авиационной техникой. [c.16] С учетом требований, предъявляемых авиатехникой к современным реактивным топливам, в последние годы в СССР разработаны и внедрены в эксплуатацию топлива РТ (ГОСТ 16564—71), Т-8 (ТУ 38—1—257—69), Т-8В (ТУ 38101560—80), Т-6 (ГОСТ 12308—80 и ТУ 38101629—82). Нормы и фактические данные по показателям качества топлив приведены в табл. 1.1. Для сравнения в таблице приведены данные о топливах Т-1 и ТС-1. Показатели общие и одинаковые для всех топлив (например содержание воды и механических примесей, зольность, и др.) в таблице не рассматриваются. [c.17] Топлива РТ, Т-8, Т-8В и Т-6 вырабатывают с применением каталитических гидрогенизационных процессов [18, 20, 21] гидроочистки (топлива РТ и Т-8), гидрокрекинга (Т-8В), гидро-деароматизации (Т-6). В указанных топливах гетероатомные соединения содержатся в незначительных количествах, поэтому топлива характеризуются малой склонностью к образованию отложений в топливных системах и низкой корроэнонной агрессивностью. Например, осадок при испытании по методу ГОСТ 11802—66 в этих топливах не пре шнз Т мг/100 в-то время как в топливе ТС-1 он достигает 18 мг/100 мл, а в топливе Т-1-—35 мг/100 мл. Потеря массы медной пластинки при оценке коррозионных свойств этих топлив по ГОСТ 18598—73 не превышает 1 г/м , а в топливах ТС-1 и Т-1 она достигает 10 и 3 г/м соответственно. Малая склонность к образованию отложений и низкая коррозионная агрессивность гидрогенизационных топлив позволяет использовать их на сверхзвуковых самолетах с температурой топлива в топливных системах существенно выше 100°С (критической для прямогонных топлив). [c.17] Для обеспечения необходимых смазывающих свойств в топлива РТ, Т-8В и Т-6 (ТУ 38101629—82) вводят противо-износную присадку К в концентрации 0,003% (масс.). Износ сфер плунжеров натурного насоса-регулятора НР-21Ф2 при испытании этих топлив не превышает 0,1 мм, при аналогичном испытании разных партий топлива ТС-1 износ сфер плунжеров колеблется в пределах 0,1—0,5 мм. Гидрогенизационные топлива без присадок (за исключением топлива Т-6, выпускаемого по ГОСТ 12308—80) вызывают износ сфер плунжеров до 0,7 мм. [c.17] Примечание. В дальнейшем в целях расширения ресурсов и унификации топлив отдельные показатели, например влияющие на характеристики горения, могут изменяться. [c.20] на топливе Т-8 эксплуатировался сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. Топливо РТ вследствие высокого давления насыщенных паров можно применять на этом самолете только при ограничении скорости сверхзвукового полета [21]. Плотность топлива Т-8В также выше (не менее 800 кг/м ), чем топлива РТ (ие менее 775 кг/м ). Топливо Т-6 превосходит остальные топлива по плотности (ие менее 840 кг/м ) и давлению насыщенных паров (не более 18,6 кПа при 150 °С). Температура выкипания топлива находится в пределах 195—308°С. При таком фракционном составе массовая теплота сгорания и характеристики горения мало отличаются от аналогичных показателей топлив облегченного фракционного состава. Это достигается оптимизацией углеводородного состава топлива, в частности низким содержанием ароматических углеводородов 5—9% (масс.) моноциклических и менее 0,5% (масс.) бициклических. [c.20] Вернуться к основной статье