Определение содержания противоводокристаллизационной (ПВК) жидкости в топливе.
Красноярск 2009
Цель работы: определить содержание ПВК жидкости в топливе.
Теоретическое введение.
Все углеводороды обладают гигроскопичностью, т. е. способностью растворять в себе воду. Растворимость воды в топливе зависит от химического состава, молекулярной массы углеводородов, влажности и температуры воздуха и атмосферного давления. Меньше всего воды растворяется в парафиновых углеводородах, больше всего — в ароматических и непредельных. С повышением молекулярной массы всех углеводородов растворимость воды уменьшается. С увеличением влажности воздуха, температуры и атмосферного давления растворимость воды в топливе возрастает.
Молекулы воды не вступают в химическое взаимодействие с молекулами углеводородов и удерживаются и топливе, т. е. молекулы воды находятся в межмолекулярном пространстве углеводородов. Такие растворы называют ограниченными. Они обладают обратимой гигроскопичностью, т. е. свойством поглощать в себя (растворить) или выделять (испарять) при изменении условий некоторое количество влаги. Существуют растворы с необратимой гигроскопичностью, когда вещества неограниченно растворяются друг в друге с образованием устойчивых химических связей, например, водно-спиртовые растворы. В этом случае вода не выделяется в свободном состоянии даже при резких колебаниях температуры и давления.
Вода в топливах может находиться в трех состояниях: растворенном, эмульсионном и свободном.
Топлива отличаются незначительной гигроскопичностью.
Количество растворенной воды в топливе ничтожно мало.
Главная опасность от присутствия эмульсионной воды заключается в том, что она может вызывать обмерзание фильтров и нарушить работу топливной системы ВС. Мельчайшие капельки воды склонны к сильному переохлаждению (капельки диаметром 10 мкм переохлаждаются до минус 400С). Такие капельки воды, сталкиваясь с твердой поверхностью фильтров, мгновенно превращаются в лед, вызывая обмерзание сетки фильтра. Кроме того, вода отрицательно влияет на работу топливомеров, различных клапанов, дренажной системы, топливорегулирующей аппаратуры. Кристаллы льда задерживаются на фильтрующих перегородках топливных систем, что приводит вначале к частичной, а потом и полной забивке фильтров, т. е. к прекращению подачи топлива в двигатель.
Вода попадает в топливо извне в виде инея, осыпающегося со стенок резервуаров и баков самолета и находится в свободном состоянии. Отстойная (свободная) вода вызывает также механические повреждения покрытий и швов топливных баков.
Учитывая большое влияние воды на надежность работы топливных систем, содержание ее в топливах при заправке ограничивают не более 0,003 % (т. е. 30 г/т). Для снижения содержания свободной воды топливо обезвоживают в фильтрах-сепараторах, а при температуре наружного воздуха в месте вылета плюс 5°С и ниже, полетах за полярный круг и полетах продолжительностью более 5 ч для предотвращения кристаллообразования воды в топливо вводят противоводокристаллизационные присадки — этилцеллозольв (жидкость «И»), этилцеллозольв и метанол, взятые в равных весовых частях (жидкость «И-М») тетрагидрофурфуриловый спирт (жидкость «ТГФ») и их смеси 1:1 с метанолом (жидкость «ТГФ-М»). Эти присадки взаимодействуют с водой, образуя низкозамерзающие растворы, предотвращая кристаллизацию (и частично конденсацию) воды в интервале эксплуатационных температур.
Присадки вводят в количестве от 0,1 до 0,3% в зависимости от типа ВС и характера рейса.
Жидкость «И» применяется для военных самолетов, жидкости «И-М», «ТГФ», «ТГФ-М» - для воздушных судов гражданской авиации.
В настоящее время жидкости «ТГФ», «ТГФ-М» не применяются.
Для определения содержания ПВК жидкостей в топливах применяется рефрактометрический, бихроматный и экспресс-метод.
Рефрактометрический метод основан на экстракции ПВК жидкостей из топлива с последующим измерением показателя преломления водной вытяжки при 200С по ГОСТ 18995.2-73.
Показатель преломления – это соотношение скорости света определенной длины волны в воздухе и в испытуемом продукте.
Рефрактометрический метод обеспечивает быстроту и высокую точность выполнения анализа, требует минимальной затраты анализируемого раствора (2-3 капли).
Практическая часть.
Аппаратура, реактивы и материалы.
Рефрактометр ИРФ-23, ИРФ-22 или других марок.
Воронка делительная вместимостью 100 см3 по ГОСТ 8613-75.
Цилиндры измерительные вместимостью 10 и 100 см3 по ГОСТ 1770—74.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709—72.
Подготовка к испытанию.
Перед измерением показателя преломления рефрактометр термостатируют: через камеры призм пропускают воду, имеющую постоянную температуру 20 ±0,1 °С.
В делительную воронку наливают 100 см3 топлива, содержащего исследуемую жидкость («И» или «И-М»), и добавляют 3 см3 дистиллированной воды.
Содержимое делительной воронки энергично перемешивают встряхиванием в течение 15 мин. После отстаивания от топлива отделяют водную вытяжку. Разрешается приготавливать водную вытяжку в стакане или колбе путем перемешивания ее содержимого с помощью механической или магнитной мешалки. В этом случае водную вытяжку отбирают стеклянной пипеткой, слегка наклонив сосуд.
Проведение испытания.
Сначала на горизонтальную поверхность нижней призмы рефрактометра наносят 2-3 капли дистиллированной воды при температуре 200С, используемой для приготовления водной вытяжки и определяют показатель преломления.
Затем измеряют показатель преломления исследуемой водной вытяжки при температуре 200С по ГОСТ 18995.2-73.
Обработка результатов.
Содержание жидкости «И» или «И-М» (А) в топливах в процентах (по объему) вычисляют по формуле:
(n20D1 - n20D2) * 3
А = ¾¾¾¾¾¾ + 0,02,
n20D3 - n20D1
где n20D1 – показатель преломления водной вытяжки при температуре 200С;
n20D2 - показатель преломления дистиллированной воды при температуре 200С,
равный 1,3330;
n20D3 - показатель преломления жидкости «И» или «И-М» при температуре 200С.
Если показатель преломления при температуре 200С (n20D3) определить невозможно из-за отсутствия исходных жидкостей «И» или «И-М», то за его величину допускается принимать для жидкости «И» - 1,4080, а для жидкости «И-М» - 1,3680. Показатель преломления дистиллированной воды n20D2 равен, как правило, 1,3330.
Допустимое содержание жидкости «И-М» в топливе от 0,1 до 0,15%.
Примечание.
Зависимость показателя преломления дистиллированной воды от температуры.
Температура, 0С | |||||||||||
Показатель преломления воды | 1,3334 | 1,3333 | 1,3333 | 1,3332 | 1,3331 | 1,3330 | 1,3329 | 1,3328 | 1,3327 | 1,3326 | 1,3325 |
Контрольные вопросы.
1. Дать понятие гигроскопичности.
2. В каких состояниях вода может находиться в топливе?
3. Почему недопустимо присутствие воды в топливах?
4. Какие методы существуют для определения воды в топливе?
5. Как предотвратить кристаллообразование воды?
6. Что происходит при добавлении присадки в топливо?
7. Какие присадки применяются в гражданской авиации?
8. На чем основан рефрактометрический метод? В чем преимущество этого метода?
9. Дать понятие показателя преломления.
Литература.
Методические рекомендации по анализу качества горюче-смазочных материалов в гражданской авиации. Часть 2. М.: Воздушный транспорт.