Реактивные топлива

Современная авиация в основном оснащена воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этих двигателях топливо в камеру сгорания подается непрерывно, и вследствие этого процесс горения протекает постоянно. Лишь для запуска двигателя используют постороннее зажигание. Также непрерывно поступает в камеру сгорания ВРД и воздух (требуемый для сжигания топлива), предварительно сжатый и нагретый в компрессоре. Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания поступают в турбину, где часть тепловой энергии превращается в механическую работу вращения колеса турбины, от вала которого приводится в движение ротор компрессора, а также топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания топлива в виде газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем, создают реактивную силу тяги, с помощью которой и осуществляется полет самолета.
В ВРД топливо из баков самолета под небольшим давлением (0,02-0,03 МПа) подается подкачивающим насосом через систему фильтров тонкой очистки к основному топливному насосу-регулятору высокого давления (0,8-1,0 МПа). С помощью последнего топливо, проходя через форсунки, распыливается в камерах сгорания в нагретый и сильно завихренный воздушный поток, что обеспечивает увеличение поверхности испарения топлива и равномерное распределение его паров по всему объему камеры сгорания двигателя.
В турбореактивных двигателях топливо, проходя через топливомасляный радиатор, снижает температуру смазочного масла, т.е. выполняет функцию охлаждающей среды. Помимо этого, топливо используют и для смазывания деталей трения топливных насосов. Кроме того, изменяя подачу топлива с помощью топливорегулирующей аппаратуры, регулируют скорость полета самолета.

Основные свойства реактивных топлив:

Основная электризация происходит на фильтрах, особенно на фильтрах тонкой очистки. Электризация топлива при фильтрации может возрастать в 200 раз. Поэтому с повышением требований к чистоте топлива, т.е. с увеличением тонкости фильтрации опасность воспламенения топливовоздушных смесей от разрядов статического электричества значительно возрастает.
Существуют различные технические способы защиты от статического электричества: нейтрализаторы, азотирование воздушных подушек над топливом, антиэлектризующие фильтры. Однако они лишь локально решают проблему.
Единственным способом, обеспечивающим и гарантирующим безопасность прокачки топлив и заправки авиатехники и танкеров, является применение антистатических присадок.

Ассортимент, качество и состав реактивных топлив

Реактивные топлива вырабатывают для самолетов дозвуковой авиации по ГОСТ 10227-86 и для сверхзвуковой авиации по ГОСТ 12308-89. Согласно ГОСТ 10227-86 предусмотрено производство пяти марок топлива: ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ. По ГОСТ 12308-89 производят две марки топлива: Т-6 и Т-8В.
Массовыми топливами в настоящее время практически являются топлива двух марок: ТС-1 (высшего и первого сортов), РТ (высшей категории качества).
Основное сырье для производства массовых реактивных топлив - среднедистиллятная фракция нефти, выкипающая в пределах температур 140-280°C.

Топливо ТС-1. В зависимости от качества перерабатываемой нефти (содержания меркаптанов и общей серы в дистиллятах) топливо получают либо прямой перегонкой, либо в смеси с гидроочищенным или демеркаптанизированным компонентом (смесевое топливо). Содержание гидроочищенного компонента в смеси не должно быть более 70 % во избежание значительного снижения противоизносных свойств. Гидроочистку используют, когда в керосиновых дистиллятах нефти содержание общей и меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта, демеркаптанизацию - когда только содержание меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта. Из процессов демеркаптанизации практическое применение в нашей стране и за рубежом нашел процесс "Мерокс" и его модификации. В процессе "Мерокс" общее количество серы не уменьшается, при этом содержащиеся в дистиллятах меркаптаны окисляются в дисульфиды кислородом воздуха в присутствии специального катализатора. Процесс идет в щелочной среде.

Топливо Т-1 продукт прямой перегонки малосернистых нефтей нафтенового основания с пределами выкипания 130-280 °С. Содержит большое количество нафтеновых кислот и имеет высокую кислотность, поэтому его подвергают защелачиванию с последующей водной промывкой (для удаления образующихся в результате защелачивания натриевых мыл нафтеновых кислот).
Наличие значительного количества гетероатомных соединений, в основном кислородсодержащих, обусловливает, с одной стороны, относительно хорошие противоизносные свойства и достаточно приемлемую химическую стабильность топлива, с другой - низкую термоокислительную стабильность.
Длительный опыт применения топлива Т-1 в авиации показал, что вследствие его низкой термоокислительной стабильности имеют место повышенные смолистые отложения в двигателе НК-8, установленном на основных типах самолетов гражданской авиации (ТУ-154, ИЛ-62, ИЛ-76), в результате чего резко (почти в 2 раза) сокращаются сроки службы двигателя. Производство топлива Т-1 очень ограничено, и его вырабатывают только по первой категории качества.

Топливо Т-2 (первой категории качества) - продукт прямой перегонки широкого фракционного состава, выкипающий при температуре от 60 до 280 °С; содержит до 40 % бензиновой фракции, что обусловливает высокое давление его насыщенных паров и низкие вязкость и плотность.
Повышенное давление насыщенных паров топлива Т-2 создает опасность образования паровых пробок в топливной системе самолета, что ограничивает высоту его полета.
Низкая вязкость обусловливает плохие противоизносные свойства топлива, что ограничивает срок службы топливных агрегатов, а низкая плотность ограничивает дальность полетов. Топливо Т-2 является резервным по отношению к топливам ТС-1 и РТ.

Топливо РТ получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов с пределами выкипания 135-280 °С. В качестве сырья для гидроочистки используют дистилляты, из которых нельзя получить топливо ТС-1 из-за повышенного сверх нормы содержания общей и меркаптановой серы.
При гидроочистке из нефтяного дистиллята удаляются агрессивные и нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород, при этом повышается термическая стабильность, как было указано ранее, и снижается коррозионная агрессивность топлива.
Для улучшения пониженных в результате применения гидрогенизационных процессов химической стабильности и противоизносных свойств в топливо вводят антиокислительные и противоизносные присадки.
При переработке малосернистых западносибирских нефтей топливо РТ может быть получено прямой перегонкой с введением антиокислительной и противоизносной присадок для сохранения высокого уровня эксплуатационных показателей.
Топливо РТ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к реактивным топливам высшей категории качества, и находится на международном уровне, превосходя его по отдельным эксплуатационным свойствам. Оно имеет высокие противоизносные свойства, химическую и термоокислительную стабильность, не агрессивно в отношении конструкционных материалов, практически не содержит меркаптанов и содержит менее 0,02 % общей серы, может храниться до 10 лет без изменения качества и полностью обеспечивает ресурс работы двигателя.

Топливо Т-6 получают, применяя процессы глубокого гидрирования.

Топливо Т-8В получают из дистиллятов прямой перегонки нефти с применением процесса гидроочистки. При переработке малосернистых нефтей топливо может быть получено прямой перегонкой нефти. В топливо Т-6 и Т-8В для улучшения химической стабильности и повышения противоизносных свойств вводят присадки: антиокислительную Агидол-1 - 0,003-0,004 % (мас. доля) и противоизносную "К" - 0,002-0,004 % (мас. доля).

Характеристики реактивных топлив, предназначенных для сверхзвуковой авиации, - топлив Т-6 и Т-8В, вырабатываемых по ГОСТ 12308-80, приведены в таблице.

Характеристики реактивных топлив

Показатели

ТС-1*

Т-1

Т-1С

Т-2

РТ

Т-6

Т-8В

Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее

780(775)

800

810

755

775

840

800

Фракционный состав:

  температура начала перегонки , °С:

    не ниже

-

-

-

60

135

195

165

    не выше

150

150

150

-

155

-

-

  отгоняется при температуре, °С, не выше:

    10 %

165

175

175

145

175

220

185

    50 %

195

225

225

195

225

255

Не норм.

    90 %

230

270

270

250

270

290

Не норм.

    98 %

250

280

280

280

280

315

280

Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре:

  20 °С, не менее

1,30(1,25)

1,50

1,50

1,05

1,25

<4,5

>,5

  -40 °С, не более

8

16

16

6

16

60

16

Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее

43120(42900)

42900

42900

43100

43120

42900

42900

Высота некоптящего пламени, мм, не менее

25

20

20

25

25

20

20

Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива

<0,7

<0,7

<0,7

<0,7

0,2-0,7

0,4-0,7

0,4-0,7

Йодное число, г I2/100 г топлива, не более

2,5 (3,5)

2,0

2,0

3,5

0,5

0,8

0,9

Температура, °С:

  вспышки в закрытом тигле, не ниже

28

30

30

-

28

62

45

  начала кристаллизации, не выше

-60

-60

-60

-60

-55

-60

-50

Термоокислительная стабильность в статических условиях при 150 °С, не более:

  содержание осадка, мг/100 см3 топлива

18

35

6

18

6

6

6

  содержание растворимых смол, мг/100 см3 топлива

-

-

-

-

30

60

-

  содержание нерастворимых смол, мг/100 см3 топлива

-

-

-

-

3

Отс.

-

  содержание фактических смол, мг/100 см3, не более

3(5)

6

6

5

4

4

4

Массовая доля, %, не более:

  ароматических углеводородов

22

20

20

22

22

10

22

  общей серы

0,20(0,25)

0,10

0,10

0,25

0,10

0,05

0,10

  меркаптановой серы

0,003(0,005)

-

0,001

0,005

0,001

Отс.

0,001

  нафталиновых углеводородов

-

-

-

-

1,5

0,5

2,0

Зольность, %, не более

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

Люминометрическое число, не ниже

-

-

-

-

50

45

50

Термоокислительная стабильность динамическим методом при 150-180 °С:

  перепад давления на фильтре за 5 ч, кПа, не выше

-

-

-

-

10

10

10

  отложения на подогревателе, баллы, не более

-

-

-

-

2

1

1

Взаимодействие с водой, баллы, не более:

  состояние поверхности раздела

1

-

-

-

1

1

1

  состояние разделенных фаз

1

-

-

-

1

1

1

Удельная электрическая проводи мость, пСм/м:

  при температуре заправки техники, не менее

50

-

-

50

50

-

50

  при 20 °С, не более

600

-

-

600

600

-

600

Давление насыщенных паров, гПа не более,

-

-

-

133

-

-

-

* В скобках приведены значения показателей для ТС-1 первого сорта, отличные от значений для высшего сорта.

Примечания.
1. Для всех топлив: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыл нафтеновых кислот, механических примесей и воды - отсутствие; испытание на медной пластинке при 100 °С в течение 4 ч - выдерживает.
2. Удельная электрическая проводимость нормируется только для топлив, содержащих антистатическую присадку "Сигбол".
3. Топлива ТС-1 высшего и первого сорта, Т-2 и РТ, предназначенные для применения во всех климатических зонах, за исключением района I 1 (по ГОСТ 16350-80), допускается вырабатывать с температурой начала кристаллизации не выше -50 °С. Допускается применять в климатическом районе I 1 (ГОСТ 16350-80) топлива ТС-1 и РТ с температурой начала кристаллизации не выше -50 °С при температуре воздуха у земли не ниже -30 °С в течение 24 ч до вылета. Топливо для применения в климатическом районе I 1 с температурой начала кристаллизации не выше -55 °С (РТ) и -60 °С (ТС-1) вырабатывают по требованию потребителей.
4. Топливо Т-1С предназначено для специального потребления.
5. В топливе после длительного хранения (более 3 лет) допускается отклонение от норм, указанных в таблице: по кислотности - на 0,1 мг КОН/ 100 см3 топлива; по содержанию фактических смол - на 2 мг/100 см3 топлива; по количеству осадка при определении термоокислительной стабильности в статических условиях - на 2 мг/100 см3 топлива.

Отечественные марки топлив не уступают по качеству топливам других стран, а по некоторым показателям превосходят их.