Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia độ dẫn điện đến chất lượng nhiên liệu phản lực jet a 1

Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - C XUN IP NGHIấN CU NH HNG CA PH GIA DN IN N CHT LNG NHIấN LIU PHN LC JET A-1 CHUấN NGNH: K THUT HểA HC LUN VN THC S K THUT NGI HNG DN: PGS.TS PHM THANH HUYN H Ni 2011 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Mục lục Trang Lời cảm ơn Lời mở đầu Phần I tổng quan 1.1 Nhiên liệu phản lực Tầm quan trọng nhiên liệu phản lực 1.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động động phản lực 1.2.1 Sơ đồ động tuabin 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.3 Quá trình cháy nhiên liệu động phản lực tuabin 1.3 Các tiêu chất lợng nhiên liệu phản lực 11 1.3.1 Tính bay nhiên liệu phản lực 11 1.3.2 Khả cháy nhiên liệu phản lực 14 1.3.3 Tính lu chuyển nhiên liệu phản lực 17 1.3.4 Tính ổn định hoá học nhiên liệu phản lực 19 1.3.5 Tính ăn mòn, mài mòn kim loại nhiên liệu phản lực 22 1.3.6 Tính an toàn cháy nổ 24 1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lợng nhiên liệu phản lực 29 1.5 Tiêu chuẩn tồn chứa nhiên liệu phản lực 32 1.5.1 Đờng ống bơm 33 1.5.2 Bể chứa 33 1.5.3 Hệ thống lọc tách tạp chất 34 1.6 Các thiết bị làm sản phẩm 34 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp 1.6.1 Thiết bị lọc 34 1.6.2 Thiết bị sử dụng muối khan 35 1.6.3 Thiết bị lọc tách nớc sử dụng keo tụ 36 1.6.4 Thiết bị sử dụng đất sét 36 1.7 Các phơng pháp nâng cao chất lợng nhiên liệu phản lực 37 1.7.1 Các biện pháp tăng số lợng, nâng cao chất lợng nhiên liệu 37 phản lực 1.7.2 Phụ gia cho nhiên liệu phản lực 38 Phần II Thực nghiệm phơng pháp nghiên cứu 42 2.1 Thực nghiệm pha phụ gia tăng độ dẫn điện 42 2.2 Các phơng pháp xác định tiêu chất lợng nhiên liệu Jet 44 A-1 2.2.1 Xác định màu saybolt 44 2.2.2 Xác định thành phần cất áp suất khí 46 2.2.3 Xác định điểm chớp cháy cốc kín thiết bị thử có kích thớc 47 nhỏ 2.2.4 Xác định điểm băng 49 2.2.5 Xác định khối lợng riêng 51 2.2.6 Xác định độ ăn mòn đồng phép thử đồng 53 2.2.7 Xác định hàm lợng nhựa phơng pháp bay 55 2.2.8 Xác định trị số tách nớc máy đo loại xách tay 57 2.2.9 Xác định độ dẫn điện 61 Phần III Kết thảo luận 63 Đại học bách khoa hà nội 3.1 Luận văn tốt nghiệp ảnh hởng nhiệt độ tới độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 63 pha phụ gia chống tĩnh điện Stadis 450 3.2 ảnh hởng hàm lợng phụ gia pha vào tới độ dẫn điện trị 67 số tách nớc nhiên liệu phản lực 3.3 ảnh hởng thời gian bảo quản mẫu tới độ dẫn điện trị số tách 73 nớc nhiên liệu phản lực ảnh hởng thông số công nghệ trình chiết nạp 74 nhiên liệu tới độ dẫn điện nhiên liệu phản lực 3.5 ảnh hởng thời gian bảo quản đên chất lợng nhiên liệu sử 80 dụng phụ gia tăng độ dẫn điện Kết luận 88 Tài liệu tham khảo 89 Lời cảm ơn Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Sau gần năm nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chuyên môn với hớng dẫn tận tình cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền em hoàn thành luận văn với đề tài "Nghiên cứu ảnh hởng phụ gia độ dẫn điện đến chất lợng nhiên liệu phản lực Jet A-1 Để hoàn thành luận văn này, nổ lực thân, em xin đợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền ngời hớng dẫn tận tình cung cấp cho em kiến thức để em có viết hoàn chỉnh nhiên liệu phản lực Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Viện kỹ thuật Hoá học trang bị cho em kiến thức cần thiết hoá dầu suốt trình học tập trờng Xin đợc cảm ơn đồng nghiệp công tác Phòng Thử nghiệm XN Xăng dầu Hàng không Miền Bắc cung cấp tài liệu, kinh nghiệm chuyên môn tạo điều kiện cho em công tác nghiên cứu đề tài phòng Thử nghiệm Xí nghiệp xăng dầu Hàng Không Miền Bắc Vì thời gian nghiên cứu có hạn vốn kiến thức hạn chế nên em cha thể sâu tìm hiểu hết vấn đề Và trình thực không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc góp ý Thầy Cô giáo để luận văn hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Ngày 12 tháng 10 năm 2011 Học viên Cù Xuân Điệp Lời mở đầu Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Dầu mỏ đợc ngời biết đến từ thời cổ xa, đến kỷ XVIII dầu mỏ đợc sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang kỷ XIX, dầu đợc coi nh nguồn nguyên liệu cho phơng tiện giao thông cho kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn lợng quan trọng quốc gia giới Khoảng 65 đến 70 % lợng sử dụng từ dầu mỏ, có 20 % dến 22% lợng từ than, đến % từ lợng nớc đến 12% từ lợng hạt nhân Một sản phẩm dầu mỏ đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân an ninh quốc phòng quốc gia nhiên liệu phản lực Công nghệ hàng không ngày phát triển với lên đất nớc giới, trình mở cửa ngoại giao hợp tác với nớc ngày rộng rãi vận tải hàng không cách nhanh để bên xích lại gần Ngành hàng không phát triển mạnh nhu cầu sử dụng nhiên liệu phản lực lại tăng nhiêu Điều cho thấy tầm quan trọng nhiên liệu phản lực Để đảm bảo an toàn cho chuyến bay, yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có phẩm chất tốt, điều đợc quốc gia đánh giá theo Chỉ tiêu chất lợng riêng dựa Tiêu chuẩn quốc tế chất lợng nhiên liệu hàng không nói chung Hầu hết chất lỏng không phân cực nằm điện trờng tơng đối cân nhng có số thành phần gọi tĩnh điện hoạt động nguy hiểm Chúng khiến điện tích chuyển động, gây nên dòng điện gây cháy nổ Trong nhiên liệu phản lực tĩnh điện dễ nguy hiểm đặc thù nhiên liệu có nhiều hợp chất dễ cháy đợc sử dụng với khối lợng lớn Vì nhà khoa học nghiên cứu sử dụng phụ gia có khả làm tăng độ dẫn điện chất lỏng tới mức độ tĩnh điện đợc kiểm soát an toàn cách đa Việc dùng phụ gia để pha vào nhiên liệu phản lực nói chung, pha phụ gia chống tĩnh điện có ý nghĩa quan trọng việc nâng cao chất lợng nhiên liệu phản lực Trong phạm vi luận văn này, em sâu nghiên cứu nhiên liệu phản Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp lực với đề tài Nghiên cứu ảnh hởng phụ gia chống tĩnh điện tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Phần I Tổng quan 1.1 nhiên liệu phản lực Tầm quan trọng nhiên liệu phản lực [1] Vào cuối chiến thứ 2, động đốt đợc coi loại động đạt tới phát triển toàn diện Việc đa động tuabin khí vào sử dụng tạo đột phá hoạt động ngành Hàng không Nó cho phép ngời vợt qua đợc tốc độ âm việc thực chuyến bay nửa vòng trái đất không nghỉ vài Nhng để tiến xa khó khăn ngời chinh phục vũ trụ Làm có đủ lợng để đẩy tàu vũ trụ thoát khỏi lực hút trái đất? Vấn đề trở lên đơn giản nhiều ngời phát minh động phản lực với nhiên liệu cho động phản lực Nhiên liệu phản lực loại sản phẩm đợc chng cất từ dầu mỏ đợc dùng cho loại máy bay, phi thuyền, tên lửa có sử dụng động phản lực kiểu tuabin khí Chức chủ yếu của nhiên liệu phản lực cung cấp lợng cho máy bay nên nhiệt trị chất lợng cháy tính chất hoạt động chủ yếu Các tính chất hoạt động quan trọng khác tính ổn định, tính bôi trơn, tính lu động, độ hoá hơi, tính ăn mòn độ Ngoài chức cung cấp lợng, nhiên liệu phản lực đợc sử dụng làm chất lỏng thuỷ lực hệ thống kiểm soát động chất làm mát cho số phận hệ thống nhiên liệu Có dạng nhiên liệu phản lực đợc sử dụng rộng rãi giới nhiên liệu phản lực dạng dầu hoả (KO) nhiên liệu phản lực dạng hỗn hợp với thành phần cất có phần xăng nớc ta nhiên liệu phản lực đợc sử dụng chủ yếu phục vụ cho ngành hàng không nớc quốc tế Để đáp ứng đợc yêu cầu động phản lực Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp điều kiện làm việc khắc nghiệt chất lợng nhiên liệu phản lực không ngừng đợc nâng cao 1.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động động phản lực 1.2.1 Sơ đồ động tuabin Vùng cháy Vùng nén Vùng tuabin Hình : Sơ đồ động tuốc bin [6] Không khí từ máy nén Vùng cháy Cốc xoay Bọt nhiên liệu Hình 2: Sơ đồ dòng không khí buồng cháy [6] Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp 1.2.2 Nguyên lý hoạt động [1] Nguyên lý làm việc động phản lực khác với nguyên lý làm việc động piston nhờ vào lợng dòng khí để biến đổi thành chạy tuabin Máy nén khí hút không khí tiến hành nén tới áp suất cao, thờng áp suất tăng 5, 10, 20 lần cao Không khí nén đợc đa từ buồng nén vào buồng cháy nhiên liệu đợc phun bay hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp cháy Tia lửa điện đợc bật lên lần làm toàn khối nhiên liệu bùng cháy Hỗn hợp cháy sinh công mạnh tuabin, biến đổi nội dòng khí thành công học Cơ nhận đợc trục tuabin dùng để quay máy nén Phần động quan trọng lại đợc giãn nở qua tuye với tốc độ lớn, đợc hoà trộn với không khí đa tới cánh tuabin qua ống có điều chỉnh làm quay tuabin tạo dòng khí ngợc đẩy máy bay chuyển động bay lên 1.2.3 Quá trình cháy nhiên liệu động phản lực tuabin [1] Khi động phản lực bắt đầu làm việc, luồng không khí đợc bơm hút vào ống hút khí với tốc độ tơng đơng tốc độ máy bay Không khí vào máy nén đợc nén tới áp suất 5at đồng thời nóng lên tới 200-300oC Không khí nóng áp suất cao chuyển vào buồng đốt hở, nhiên liệu đợc phun trực tiếp vào buồng không khí nóng Dới tác động nhiệt độ, nhiên liệu bay hoà trộn tạo hỗn hợp cháy với không khí Tia lửa điện bật lên lần làm khối nhiên liệu bay bốc cháy gần nh áp suất thờng Hỗn hợp khí tạo thành nhiên liệu cháy giãn nở theo ống dẫn khí tạo thành phản lực lớn đẩy máy bay lao phía trớc Nhiệt không khí trớc tuabin lên tới 1200 1300oK Không khí đợc đa thành dòng trớc vào buồng đốt Dòng không khí đầu qua làm xoáy vào khu vực vòi phun làm mát thân vòi phun ngăn tạo cặn muội nhiên liệu Dòng không khí thứ đợc đa vào buồng cháy qua lỗ truớc ống lửa, đảm bảo cháy hỗn hợp 2300 2500oK, sau giảm nhiệt độ xuống 2000oK Dòng không khí Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp 700 Độ dẫn điên, pS/m 600 500 Mẫu 05 400 Mẫu 06 Mẫu 07 300 Mẫu 08 Mẫu 09 200 Mẫu 10 100 0 20 40 60 80 100 Thời gian, ngày Hình 15 Độ dẫn điện theo thời gian bảo quản mẫu Qua bảng 12 đồ thị hình 15 ta thấy thời gian thay đổi độ dẫn điện mẫu 05, 06, 07, 08, 09 10 thay đổi không đáng kể Điều do: - Nhiên liệu Jet A-1 sạch, chứa tạp chất nên chúng độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 thay đổi theo thời gian - Do trình khuấy trộn đồng phụ gia ngấm hết vào nhiên liệu Vì phụ gia SDA thể tính chất gia tăng độ dẫn điện chúng 3.4 ảnh hởng thông số công nghệ trình chiết nạp nhiên liệu tới độ dẫn điện nhiên liệu phản lực 3.4.1 ảnh hởng lọc: Nh trình bày phần tổng quan, nhiễm bẩn nhiên liệu trình tồn chứa bảo quản điều tránh khỏi, nên luôn có hệ thống xử lý tạp chất bao gồm hệ thống lọc thô, lọc tinh để tách bỏ tạp chất Hệ thống lọc thờng đợc sử dụng đầu bể chứa sân bay hay trớc vào pha chế nhiên liệu Đôi khi, hệ thống lọc làm giảm lợng phụ gia nói chung phụ gia chống tĩnh điện nói riêng 74 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Khảo sát thay đổi độ dẫn điện qua lọc thô: Tiến hành đo độ dẫn điện mẫu nhiên liệu Jet A-1 bể trớc sau qua lọc thô, kết đợc trình bày bảng 13 hình 16 Bảng 13 Độ dẫn điện nhiên liệu bể trớc sau lọc thô Độ dẫn điện trớc lọc Độ dẫn điện sau lọc thô, pS/m thô, pS/m N1 316 315 N1 256 254 N1 198 196 Mẫu Hình 16 Sự thay đổi độ dẫn điện sau qua lọc thô Qua bảng 13 hình 16 ta thấy độ dẫn điện bể (3-N1, 4-N1 6N1) qua lọc thô thay đổi không đáng kể Điều lọc thô 75 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp có tác dụng giữ tạp chất nh cát bụi Còn phụ gia lọc thô hầu nh khả hấp phụ Khảo sát thay đổi độ dẫn điện qua lọc hấp phụ: Tiến hành đo độ dẫn điện mẫu nhiên liệu Jet A-1 bể N2, N2 N2 trớc sau qua lọc hấp phụ Kết đợc trình bày bảng 14 hình 17 Bảng 14 Độ dẫn điện nhiên liệu bể trớc sau lọc hấp phụ Độ dẫn điện trớc lọc hấp Độ dẫn điện sau lọc phụ, pS/m hấp phụ, pS/m N2 192 180 N2 286 204 N2 345 332 Mẫu Hình 17 Sự thay đổi độ dẫn điện sau qua lọc hấp phụ Qua bảng 14 hình 17 ta thấy độ dẫn điện bể (1-N2, 2-N2 3-N2) qua lọc hấp phụ có thay đổi đáng kể Điều lọc hấp 76 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp phụ hấp phụ phần phụ gia chống tĩnh điện Stadis 450 pha vào bể Độ chênh lệch độ dẫn điện trớc sau lọc hấp phụ lớn, lên tới 13 82 pS/m (18 pS/m mẫu bể N2, 82 pS/m mẫu N2 13 pS/m mẫu N2) Chính vậy, để đảm bảo an toàn bay, hầu hết loại nhiên liệu phải đợc pha phụ gia chống tĩnh điện trớc xuất nạp cho máy bay 3.4.2 ảnh hởng khuấy trộn: Khuấy trộn có chức làm tăng khả hòa tan phụ gia vào nhiên liệu phản lực Vì cấu trúc bể chứa dầu hệ thống khuấy trộn, thực tế để khuấy trộn phụ gia vào nhiên liệu tiến hành đổ phụ gia vào bể nhờ lực trình bơm nhiên liệu để tạo trình khuấy trộn bể chứa dầu Tiến hành đo độ dẫn điện mẫu nhiên liệu bể N1 trớc sau bơm với tốc độ khác nhau, kết đợc trình bày bảng 14 hình 18 Bảng 15 Độ dẫn điện nhiên liệu bể trớc sau bơm với tốc độ khác Tốc độ bơm, Độ dẫn điện trớc Độ dẫn điện sau Ký hiệu mẫu m3/h bơm, pS/m bơm, pS/m sau bơm 200 320 302 Mẫu 29 250 320 306 Mẫu 30 300 320 308 Mẫu 31 400 320 312 Mẫu 32 77 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Tốc độ bơm, Độ dẫn điện trớc Độ dẫn điện sau Ký hiệu mẫu m3/h bơm, pS/m bơm, pS/m sau bơm 500 320 316 Mẫu 33 600 320 318 Mẫu 34 Độ dẫn điện, pS/m 320 316 312 308 304 300 100 200 300 400 500 600 700 Tốc độ bơm, m /h Hình 18 ảnh hởng độ dẫn điện theo tốc độ bơm Từ bảng 15 hình 18 ta thấy, bơm với tốc độ nhỏ độ dẫn điện bể N1 thay đổi đáng kể Điều bơm với tốc độ nhỏ, không đồng khả khuấy trộn phụ gia vào nhiên liệu nhỏ giảm tính phụ gia Khi bơm với tốc độ lớn (>400 m3/h) độ dẫn điện bể N1 thay đổi Điều bơm với tốc độ vừa khả khuấy trộn phụ gia vào nhiên liệu tơng đối đáng kể tính phụ gia phần lớn đợc thể Tốc độ bơm tăng độ dẫn điện tăng Tuy nhiên, giới hạn công suất bơm nên tốc độ bơm khống chế tối đa 600 m3/h 78 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp Sau thời gian tháng tháng tiến hành đo độ dẫn điện mẫu 29 đến 34, kết thể bảng 15 hình 19 Bảng 16 Độ dẫn điện nhiên liệu sau bơm với tốc độ khác theo thời gian bảo quản Thời gian bảo Mẫu 29 Mẫu 30 Mẫu 31 Mẫu 32 Mẫu 33 Mẫu 34 302 306 308 312 316 318 307 309 310 313 316 318 307 309 310 313 316 318 quản (tháng) (sau bơm) Đ ộ d ẫn đ iện , p S /m 320 318 316 314 312 310 Mẫu 29 Mẫu 30 Mẫu 31 Mẫu 32 308 306 304 302 300 Mẫu 33 Mẫu 34 Thời gian, tháng Hình 19 Độ dẫn điện nhiên liệu sau bơm với tốc độ khác theo thời gian bảo quản Từ bảng 16 hình 19 ta thấy - Với mẫu mà tốc độ bơm nhỏ (mẫu 29, 30 31) sau tháng, độ dẫn điện mẫu thay đổi đáng kể Trong mẫu ứng với tốc độ bơm lớn độ 79 Đại học bách khoa hà nội Luận văn tốt nghiệp dẫn điện mẫu sau tháng thay đổi không đáng kể Điều do, với mẫu có tốc độ bơm nhỏ khả ngấm phụ gia chống tĩnh điện không cao sau tháng khả ngấm tăng lên, dẫn đến độ dẫn điện chúng thay đổi đáng kể Ngợc lại, mẫu có tốc độ bơm lớn khả phụ gia ngấm hết vào nhiên liệu, sau tháng độ dẫn điện mẫu thay đổi không đáng kể - Sau tháng độ dẫn điện tất mẫu không thay đổi Điều sau tháng phụ gia chống tĩnh điện ngấm hết vào nhiên liệu độ dẫn điện tất mẫu không thay đổi 3.5 ảnh hởng thời gian bảo quản đến chất lợng nhiên liệu sử dụng phụ gia tăng độ dẫn điện Tiến hành kiểm tra tiêu chất lợng mẫu số 13 17 Khảo sát ảnh hởng tiêu chất lợng (chớp lửa cốc kín, ăn mòn miếng đồng, hàm lợng nhựa, tỷ trọng, màu Saybolt ) pha phụ gia +) Mẫu số 13: Bảng 17 Kết kiểm tra chất lợng mẫu số 13 theo thời gian Sau Sau Sau Sau Sau Sau Sau Sau pha tuần tuần tháng tháng tháng tháng tháng Màu Saybolt 30 30 30 30 29 29 29 28 Tỷ trọng 793.2 793.3 793.4 793.3 793.3 793.4 793.2 793.3 108 108 109 110 112 110 105 102 96 96 96 96 97 97 97 98 -56.5 -56.0 -56.5 -56.0 -56.5 -56.0 -56.0 -56.5 Chỉ tiêu Độ dẫn điện, pS/m Trị số tách nớc Điểm băng, o C 80 Đại học bách khoa hà nội Chỉ tiêu Luận văn tốt nghiệp Sau Sau Sau Sau Sau Sau Sau Sau pha tuần tuần tháng tháng tháng tháng tháng 46.5 46.5 46.0 46.0 46.0 46.5 46.0 46.5