Результати дослідження процесів відстоювання механічних забруднень в резервуарній групі аеропорту

5. 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 17216–71

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 17216–71, збільшується приблизно в 6…8 разів. Таким чином, в певний момент 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 100см³ палива, розміром 10…25 мкм – з 22 до 11 тисяч, найбільший темп осадження спостерігається для частинок діаметром 25…50 мкм і вище.

Рис. 3.1. Розподіл забрудненості палива по гранулометричному складу і об’ємній концентрації при різному часі відстоювання

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.

Результати дослідження показали, що при максимальному рівні забрудненості, який відповідає початковому моменту процесу відстоювання, найбільша частина розміром 10…25 мкм і складає близько 42% від загального об’єму, частинки 5…10 мкм – 7…8%, 25…50 мкм – 12%, 50…75 мкм – 3…4%, 75…100 мкм – 19% і вище 100 мкм – 16%. Тобто в початковий період відстювання найбільшу долю в загальному об’ємі забруднюючих частинок складають частинки розміром 10…25, 25…50, 75…100 і більше 100 мкм.

Через 20 год відстоювання забрудненість палива стала значно меншою і зі всього об’єму забруднень частинки розміром 5…10 мкм складають 16%, 10…25 мкм – 70%, 25…50 мкм – 8%, 50…75 мкм – 3,5%, 75…100 мкм –1,5%, більше 100 мкм – 1,5%. Таким чином після 20 год відстоювання із палива майже повністю осіли частинки більше 50 мкм, практично без змін залишилася кількість частинок розміром до 10 мкм, тим не менше відносний їх об’єм в загальному балансі об’ємної концентрації підвищився з 7,5% до 16%, а частинок10…25 мкм з 42% до 70%. Скоротилася кількість і об’ємна концентрація частинок розміром 25…50 мкм, з 12% до 8%.

Результати гранулометричних аналізів відібраних проб з різних висот палива також після тривалого відстоювання виявили наявність в них частинок забруднень розміром 25…100 мкм і більше. Їх вміст в паливі можливо пояснюється тим, що природний склад забруднень сильно відрізняється. Питома вага забруднюючих частинок може коливатися від величини співрозмірної з питомою вагою палива величини 3,78 г./см³, тому і швидкості однакових за розміром частинок можуть значно відрізнятися. Тим більше, що з процесом відстоювання одночасно протікають процеси коагуляції мілких частинок, на стінки бака впливають вібраційні навантаження, температурні напруження, в результаті чого з паливом можуть поступати додаткові частинки забруднення різного розміру і з різних рівнів відстоювання.

При оцінці гранулометричної характеристики забрудненості палива на різній висоті резервуару визначилася чітка залежність ефективності процесу відстоювання від початкової концентрації забрудненості палива. Дані приведені в табл. 3.2 показують, що чим вища початкова концентрація забрудненості палива, тобто сума об’ємів забруднюючих частинок, тим триваліше необхідно відстоювати паливо для отримання одного і того ж значення ступеня чистоти.

Таблиця 3.2

Разом з тим навіть значне збільшення часу відстоювання не дає можливості досягнути того ступеня чистоти палива, який можливо отримати при відстоюванні палива з більш низькою початковою концентрацією забруднюючих домішок.

Так, наприклад, при початковій об’ємній концентрації 1800 мм³·10^-4/100см³ забруднень. Ця величина понижується в 2 рази через 50 год відстоювання і далі, із збільшенням часу відстоювання, не понижається. Того ж рівня чистоти досягає паливо з початковою концентрацією з 1300 мм³·10^-4/100см³ через 8 год.

Із приведених даних випливає, що після майже повного осадження крупних частинок забруднень, основна маса забруднень, що міститься в паливі, – частинки менше 10 мкм, які знаходяться у зваженому вигляді або мігрують під впливом конвективних токів. Для їх видалення з палива шляхом осадження необхідно застосовувати спеціальні методи, які б привели до їх коагуляції і, звичайно, маси. Це можливо досягнути шляхом застосування спеціальних присадок, які в той же час, не повинні погіршувати інші показники кондиційності палива.

Рис. 3.2. Гранулометричні характеристики механічних домішок по висоті наливу палива, що відстоюється

На рис. 3.2 представлені результати вимірювань приведені у вигляді залежності кількості частинок забруднень різних розірів по висоті відстоювання палив. Поверхня, утворена гранулометричними характеристиками забруднень по рівнях відстоювання палива, дає наглядне представлення про розподіл забрудненості в різних шарах палива, що відстоювалося протягом 10 годин.

Отримані дані в результаті статистичної обробки результатів вимірювань дають можливість не тільки встановлювати характер процесу відстоювання забруднень, але і дозволяють прогнозувати вміст забруднюючих домішок в паливі на різній висоті резервуару. Для цього необхідно знати гранулометричну характеристику проби палива, відібраної з конкретної висоти резервуару після закачування.

Рис. 3.3. Дисперсний склад механічних домішок авіа палива в залежності від тривалості його відстоювання

На рис. 3.3 представлені результати вимірювань дисперсного складу забруднення в залежності від часу відстоювання палива в резервуарі на рівень в один метр. На цьому графіку відмічається найбільша ефективність в перші години відстоювання, потім відбувається зниження його темпу і поступова стабілізація на певному рівні. Найбільш швидко осаджуються крупні частинки, кількість же частинок розміром до 10 мкм зменшується на невелику величину і подовження часу відстоювання не являється ефективним засобом для їх видалення із маси палива, що знаходиться в резервуарі. Частинки більше 10 мкм, особливо розміром 10…25 мкм, з найбільшою інтенсивністю осаджуються в перші 40 – 60 годин. Частинки більше 25 мкм за 20 – 40 годин. Тобто, приблизно 7,5…2,5 години на метр взливу приходиться на найбільш інтенсивний період осадження забруднюючих домішок із шару палива висотою у 8 метрів.

Рис. 3.4. Зміна кількості частинок механічних домішок авіа палива у процесі відстоювання в залежності від величини їх діаметра

Отримана в результаті досліджень залежність кількість частинок забруднення від часу відстоювання і розмірів частинок дає можливість проводити розрахунки необхідного часу відстоювання палива в резервуарі з певною величиною наливу. Для цього необхідно визначити гранулометричну характеристику проби палива з конкретного рівня відбору проби і висоту залитого в резервуар палива.

Розподілення забруднень палива по висоті резервуару в залежності від тривалості відстоювання, представлено на рис. 3.5. Ці дані повністю відповідають встановленим раніше закономірностям процесу відстоювання палива, що знаходиться в резервуарі. Із приведеної тримірної залежності видно, що найбільш ефективно паливо очищується в початковий період відстоювання, при чому найбільш ефективно цей процес протікає в верхній шарах палива.

Рис. 3.5. Розподіл забруднень палива по висоті резервуару в залежності від тривалості відстоювання

По мірі зменшення висоти шару палива темп зміни вмісту забруднюючих його домішок зменшується, так як відбувається постійне поповнення механічними частинками нижніх шарів палива із верхніх. Тобто, відбувається одночасний процес уходу з цих шарів власне свого бруду і поповнення їх частинками, що осідають, з шарів палива, що знаходяться за ними. Можна вважати, що в початковий момент спостерігається рівноважний баланс частинок, що потрапляють і виходять, з однієї розмірної групи в шарі, що розглядається, протягом часу, за рахунок меншої швидкості осідання більш менших частинок з одночасним уходом в осад найбільш крупних частинок, все ж таки відбувається сумарне скорочення об’єму забруднень по всій масі палива, що відстоюється.

Отримані в результаті досліджень результати, приведені на рис. 3.5 дають можливість визначати рівень забрудненості палив на будь-якій висоті резервуару і при будь-якій заданій тривалості відстоювання палива. Для визначення цих параметрів, на основі аналізів статистичної обробки результатів, розроблена номограма.

Номограмою можна користуватися для розрахунків при умові, коли визначена гранулометрична характеристика забруднень палива, відібраного з певної висоти резервуару при відомому значенні часу, що пройшов після закачування палива на відстоювання. Проба для аналізу повинна бути відібрана або відразу ж після закінчення закачування, або не менше ніж через 3 години після його закінчення.

Рис. 3.6. Залежність вмісту забрудненості палива по висоті наливу від тривалості відстоювання

Дослідження процесів відстоювання в природних умовах складу ПММ дають об’єктивні дані, які враховують весь комплекс умов, що здійснюють вплив на ефективність осадження забруднюючих частинок. В результаті дослідження встановлено, що найбільш ефективно осаджуються частинки розміром більше 10 мкм, частинки меншого діаметра відстоюються більш триваліше і майже не осаджуються забруднення розміром до 2 мкм. Набільшу частину всього об’єму забруднень, що містяться в паливі, що відстоюєстья, складають частинки розміром 10…25 мкм. Швидкість осадження частинок забруднення цього розмірного діапазону в найбільшому ступені визначають ефективність відстоювання палива в резервуарах складу ПММ. Протягом досліджуваних періодів відстоювання палива була виявлена залежність ступеня очищення палива від початкової концентрації забруднень. Встановлено, що чим більше забруднене палива поступає в резервуар, тим менша можливість його відстоювання до потрібного рівня чистоти. Це пов’язано з тим, що навіть при повному видалені з палива крупних частинок, в ньому знаходиться велика аса мілких частинок, смолоподібних речовин, питома вага яких мало відрізняться від палива. Навіть подовження часу відстоювання не приводить до позитивного результату, так як в цей період в паливі йдуть паралельні процеси: коагуляції мілких частинок і їх осадження, а також поява нових частинок, що утворюються внаслідок окислення палива.

Підвищення рівня забрудненості палива, відразу після закачування в резервуар, на 2…3 класи пояснюється перш за все технічним станом внутрішніх поверхонь резервуарів, ступінню їх корозії, а також наявністю на дні резервуару осаду забруднення, що утворюється після кожного циклу відстоювання палива. Внаслідок бурного перемішування, в момент закачування, паливо насичується додатковими продуктами забруднення.

Як було встановлено найбільший темп відстоювання відбувається в верхніх шарах палива і на перших 20…40 годинах відстоювання. Далі, по мірі збільшення стовпа палива, що відстоюється, ефективність осадження знижується за рахунок опускання забруднення з верхніх шарів в більш низькі. З цього випливає, що зменшуючи висоту наливу палива в резервуар можна досягнути більш швидкого його відстоювання.

Як видно з отриманих результатів, найбільша концентрація забруднень в паливі міститься в придонній частині резервуару і у вигляді осаду на дні. Тому при постановці резервуару на видачу неможна допускати його повного опорожнення. При залишку в резервуарі палива на висоті приблизно 1 метр необхідно здійснити переключення видачі палива на інший резервуар. Паливо, що залишилося в придонній частині резервуару необхідно інтенсивно перемішати, перекачуючи його по замкненому циклу, а потім злити в окрему ємність для більш тривалого відстоювання і додаткового очищення засобами фільтрації або сепарації. Цей захід дозволить запобігти накопичуванню забруднень в резервуарі і попередити потрапляння додаткової маси механічних домішок у паливо, що відстоюється.

Отримані дані про більшу концентрацію забрудненості палива в придонній зоні резервуару говорять про необхідність розробки спеціальних засобів, які б в період закачування палива в резервуар могли ізолювати цю зону, запобігаючи таким чином перемішуванню палива, що закачується, з тим, що залишилося на дні. В процесі відстоювання ці засоби повинні забезпечувати можливість вільного проходження через них частинок в придонну зону резервуару. При витраті палива з резервуару придонна зона резервуару також ізолюється.

В результаті статистичної обробки даних дослідження отримані об’ємні графіки і розроблені номограми з допомогою яких можна проводити інженерні розрахунки величини забрудненості палива на різних висотах і тривалості відстоювання. На основі інформації про забрудненість палива складу ПММ, технічного стану кожного конкретного резервуару, характеристики забрудненості палива, що поступає на відстоювання його тривалості в використовуваних резервуарах у фіксований момент часу можна скласти найбільш оптимальний графік видачі палива зі складу.