Способ контроля распределения воды в топливе Советский патент 1992 года по МПК G01N33/22 

(Л

С

Использование: на складах хранения и аэродромном контроле. Сущность изобретения: измеряют количество фактических количеств растворенной воды (Враств.) и микроэмульсионной воды (Вмкэ) в топливе. Смешивают навеску топлива с заданным количеством воды (В). Замеряют предельное количество растворенной (В раств) и микроэмульсионной (В мкэ) воды в топливе Замеряют количество отстойной воды после смешения. Определяют количество воды (By), удержанной под слоем топлива на стенках внутренней поверхности сосуда по формуле By В + Враств. + Вмкэ Вмкэ - Враств - Вост. % к топливу. Общую обводненность топлива (Вобщ..) определяют по формуле Вобщ. (1,05- ,40)В0тст., % к топливу. 1 з. п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области контроля эксплуатационных свойств нефтяных дистиллятных топлив, в частности для оценки важнейшего показателя качества топлива ,- его обводненности при хранении, и можег быть использовано на складах хранения и при аэродромном контроле.

Известно, что обводненность топлив характеризуется тремя видами воды: отстойной, растворенной и микроэмульсионной.

Даже при точном контроле количеств отстойной, растворенной, микроэмульсионной воды, в практике известны случаи аварий, тщательное изучение которых позволяет сделать вывод о наличии неучтенной воды, попадающей с топливом в зону сгорания, что может являться причиной срыва пламени в газотурбинном двигателе.

Была поставлена задача повысить точность контроля, путем выявления неучтенной воды. В основу был положен метод обследования материального баланса воды в топливе и в системе, в которой оно хранится.

Проводили исследования на современных стандартных реактивных топливах марок: ТС-1, РТиТ-6.

Известен способ определения в топливах отстойной воды, включающий визуальный контроль, слив отстоя и замер его количеств.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля обводненности топлива, включающий определение наличия и содержания отстойной воды о емкостях хранения и летательных аппаратов, а также количеств растворенном и микро 1

2 ifo

сл

01

эмульсионной воды. Недостатком известного способа является значительная погрешность в определении общей обводненности.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение контроля.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе контроля распределения воды в топливе, включающем измерение количества отстойной избыточной воды (Вотст.) и фактических количеств растворенной (Враств) и микроэмульсионной (Вмкэ) воды, навеску топлива смешивают с заданным количеством воды (В), с последующим замером предельных количеств растворенной

(Враств-) И МИКРОЭМУЛЬСИОННОЙ (В мкэ) ВОДЫ В

топливе и определяют количество воды (By), удержанной под слоем топлива на стенках внутренней поверхности сосуда, по следующей зависимости

By В + В раств. + В мкэ Враств. Вмкэ В отст, мае. % к товливу, где By - вода, удержанная под слоем топлива на стенках внутренней поверхности сосуда;

В - вода, для смешения с навеской топлива;

Враств. - предельное количество воды, растворяющейся в топливе при данной температуре;

В;мкэ - предельное количество микроэмульсионной воды в топливе при данной температуре;

Вмкэ - фактическое количество микроэмульсионной воды в исходном топливе при данной температуре;

Враств. - фактическое количество растворенной воды в исходном топливе при данной температуре;

Вотст. - количество отстойной воды в топливе после смешения, а также замеряют количество отстойной воды (Вотст), а общую обводненность топлива (Вобщ) определяют по следующей формуле:

Вобщ. (1,05 - 1,40) . Вотст., мае. % к топливу,

где Вобщ - общая вода, содержащаяся в топливе и в системе, в которой оно хранится.

Новое по отношению к прототипу является измерение предельных при данной температуре количеств растворимой

(Враств.) И МИКРОЭМУЛЬСИОННОЙ (В мкэ) ВОДЫ И

расчет количества в настоящий момент неконтролируемой воды, удерживаемой под слоем топлива на стенках внутренней поверхности сосуда (By), как бы адгезионной, наплывной.

На чертеже представлена установка для контроля распределения воды в топливе.

Установка состоит из:1 - стеклянного реактора для топлива с водяной рубашкой; 2 - мешалки для гомогенизации топлива с водой; 3 - микробюретки, для дозирования

воды в топливо; 4 - мерного цилиндра, для отбора и замера объема отстойной воды; 5 - водяного термостата, для подачи в рубашку реактора воды с заданной температурой. Способ контроля распределения воды в

0 топливах (РВТ) осуществляется следующим образом.

В стеклянный прибор лабораторной установки (см. чертеж) загружают 100 мл взвешенной на весах средней пробы топлива.

5 Предварительно из средней пробы отбирается навеска для определения суммы факти- чески растворенной воды (Враств,) и микроэмульсионной (Вмкэ), в мае. % к топливу при заданной температуре, методом К.

0 Фишера (ГОСТ 14870-77). Затем, в таких же условиях определяют в отдельной пробе топлива, но после фильтрации через бумажный фильтр содержание растворенной воды. Разница между первым и вторым

5 определениями дает содержание микроэмульсионной воды.

В стеклянном реакторе топливо через зарубашечное пространство термостатиру- ют водой, поступающей из термостата 5.

0 Температура воды в термостате поддерживается с точностью + 0,5° С. Обычно замеры проводят при 25° С, если не преследуется цель исследования влияния температур. После установления в топливе заданной

5 температуры включают механическую мешалку с регулируемым числом оборотов 2 для его гомогенизации. Перемешивание топлива должно проводиться с достаточной силой и частотой вращения мешалки, чтобы

0 по высоте слоя топлива образовался устойчивый конус. Равномерно, в течение 30 мин гомогенизации в центр топливного конуса по каплям приливают из микр9бюретки 3 с делениями 0,01 мл 2 мл дистиллированной

5 воды, Это минимальное количество воды, при котором ее распределение (отстойная, растворенная, микроэмульсионная, на- плывно-адгезионная) происходит в постоянном и воспроизводимом соотношении.

50 Через 30 мин после добавления в топливе воды, мешалку останавливают. Часть воды отстаивается. Со стеклянных стенок реактора несколькими толчками мешалки переводят в отстой капли воды, слабо удер55 живзющиеся на стеклянной поверхности. Количество прочно удерживающейся на стенках реактора воды отвечает наплывной

(By).

Не изменяющийся, установившийся объем отстойной воды (Вотст.) отделяется в

мерный цилиндр 4 с ценой деления 0,1 мл, в котором замеряется.

Из отстоявшегося в течение 2 ч топлива в реакторе 1 шприцем отбирают навеску для установления предельного содержания рас- творенной и микроэмульсионной воды при данной температуре. Определения произ- .водят так же, как и фактические их количества, в образце исходного топлива.

Полученные данные используются для составления водного баланса. Баланс составляется, мас.% для воды по отношению к топливу и, если необходимо, к общему содержанию воды в системе, по типу:

ПриходРасход

растворенная вода растворенная вода

в топливе

в топливе

Результаты замеров хорошо воспроиз- водились. Максимальное отклонениепарал- лельных.определений от средней величины,

о/ . /о.

отстойной воды±0,015

наплывной воды±0,001

растворенной воды±0,0001

микроэмульсионной воды ±0,0001 Наплавная вода определяется по разнице в балансе воды. Рассчитанные ее количествабылиподтвержденыэкспериментально аналитически. Для этого, после гомогенизации топлива с водой и проведения замеров (см. выше), отстойная вода осторожно сливалась. Топливо и внутренние стенки реактора обрабатывали взве- шенным количеством метанола, в котором предварительно определяли содержание воды по ГОСТу 14870-77. По увеличению количества воды в метаноле до и после обработки им гомогенизированного топлива и внутренней поверхности реактора, подсчитывали количество наплывной воды, т. е. задержанной на стеклянных стенках реактора. Это количество наплывной воды, пол- ученное аналитическим путем, сопоставлялось с ее количеством, вычисленным по балансовой разнице (см. табл. 1).

Как это видно, количества наплывной воды, полученные балансовым расчетом и

аналитическим путем - растворением воды в метаноле, близкие; расхождения параллельных определений тем и другим методами менее 1 %, при параллельной сходимости в пределах одного метода определения - около 0,2%.

В табл. 2 представлены данные, полученные способом РВТ, а для наплывной воды и аналитическим методом, для товарных реактивных топлив, при двух существенно различающихся температурах.

Из данных табл, 2 видно, что количество наплывной воды, установленное по рассогласованию баланса (см. графу 6), близко к количеству наплывной воды, определенному аналитически.

Таким образом, весьма точным методом К. Фишера (ГОСТ 14870-77), которым определяют содержание воды с точностью до 10 , также подтверждено наличие неучитываемой в настоящее время наплывной (адгезионной) воды.

Оказалось, что количество наплывной воды в топливной системе достаточно вели-. ко, чтобы представлять опасность для плуатации летательных аппаратов.

Способом РВТ установлено, что количество наплавной воды сильно изменяется с температурой топлива; с понижением температуры, т. е. с подъемом самолета оно увеличивается. При 10° С количество наплывной воды достигает 20-25% от общего содержания воды в топливной системе, в то время как при 25° С эта величина составляет лишь 10-15% (см. таблицу 3).

Таким образом, применение изобретения не только упрощает количественную оценку распределения воды в топливе и в системе.его хранения, но и позволяет выявить неучитываемую до настоящего времени наплывную воду, количество которой достаточно велико, что представляет опасность в условиях эксплуатации летательных аппаратов, особенно с понижением температуры.

Сумев выявить еще одну составляющую воды в топливе - под слоем топлива на стенках системы, удалось найти пути снижения опасности обводнения топлива. Так, например, оказалось, что в присутствии известной антиводокристаллизующей присадки Жидкость И (этилцеллозольв) достигается дополнительный эффект - существенно снижается количество наплывной воды, задерживающейся под слоем топлива (см. табл. 4). Происходит это за счет некоторого увеличения отстоя, растворенной и микроэмульсионной воды.

Эти свойства широкопримснчющейся присадки, предотвращающей образование

кристаллов льда в топливе, до сих пор не были известны и выявлены при помощи способа РВТ.

Эффект применения изобретения состоит в следующем:

способ РВТ позволяет количественно контролировать распределение воды в топливе и в системе его хранения, включая скрытую, до сих пор не контролируемую на- .плывную (адгезионную) воду, количество ко- торой достаточно велико, чтобы представлять опасность при эксплуатации летательных аппаратов, увеличивающееся с понижением температуры топлива;

способ РВТ позволяет по количеству слитого отстоя воды, что обязательно в системе МГА прогнозировать содержание в системе скрытой наплывной воды, что, в случае необходимости, позволит включить в действие предупредительные меры. Формула изобретения 1. Способ контроля распределения воды в топливе, включающий измерение количества отстойной избыточной воды и фактических количеств растворенной и мик- роэмульсионной воды отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, навеску топлива смешивают с заданным количеством воды с последующим замером предельных количеств растворенной и микроэмульсионной воды в топливе и определяют количество воды, удержанной под слоем топлива на стенках внутренней

Сопоставление наплывной воды, определенной на топливе ТС-1, по балансовой разнице и

аналитическим путем

поверхности сосуда, по следующей формуле:

Bv В + В

раств

+ Вмкэ Вмкэ В

раств

-Вотст, мас.% к топливу, где Ву- вода, удержанная под слоем топлива на стенках внутренней поверхности сосуда;

В - вода, принятая для смешения с навеской топлива;

Враств - предельное количество растворенной воды в топливе при данной температуре;

Вмкэ - предельное количество микроэмульсионной воды в топливе при данной температуре;

Вмкэ - фактическое количество микроэмульсионной воды в исходном топливе при данной температуре;

Враств - фактическое количество раство- ренной воды в исходном топливе при данной температуре;

Вотст - фактическое количество отстойной воды в топливе после смешения.

Вобщ (1,05 - 1,40) Вотст, мае. % к топ- ливу,

где Вобщ-общая вода, содержащаяся в топливе и в системе, в которой оно хранится.

Таблица2 Оценка распределения воды в реактивных топливах

ТаблицаЗ

Изменение доли наплывной воды при различных температурах топлива

Топливо ТС-1 0,5622,2

0,2811,1

Топливо РТ 0,5622,2

0,3112,2

Топливо Т-6 0,572,2

0,3113,3

28,5 12,0

29,0 14,0

32,0

15,0

13

Влияние антиводокристаллизущей присадки Жидкость И на распределение воды в топливной системе (по данным РВТ, при )

177425514

Таблица