3.2 Электризация различного топлива

В известных условиях среднедистиллятные углеводородные топлива могут электризоваться. В этом случае в объеме жидкости накапливаются заряды электростатического электричества, раз­ность потенциалов которых может достигнуть большой величины, превысить пробивное напряжение и стать причиной электриче­ских искровых разрядов вблизи поверхности раздела фаз топли­во—воздух.

Анализ 63 несчастных случаев (рисунок 5), связанных с накоплением в нефтяных топливах статического электричества, выявил следую­щие причины взрывов и пожаров (в %):

Рисунок 5  Причины взрывов и пожаров (в %)

Взрыв паровоздушной топливной смеси из-за чрезмерного скопления статического электричества возникает лишь при определен­ных условиях. К их числу относятся следующие:

1. Накопление электрического заряда достаточной величины.

2. Наличие над жидким топливом паровоздушной смеси, в ко­торой топливные пары будут находиться в пределах взрывоопас­ных концентраций.

3. Электрический разряд должен быть настолько мощным, что­бы вызванная им искра явилась источником взрыва паровоздуш­ной топливной смеси.

Возникновение этих условий определяется многочисленными факторами, часть которых зависит, от физико-химической харак­теристики топлив, а часть —от условий их эксплуатации (преж­де всего от условий хранения, чистоты, скорости перекачивания, перемешивания и др.).

Пожарная безопасность топлив определяется главным образом их температурой вспышки. Именно этот показатель положен в ос­нову классификации топлив многих стран. Температура вспышки определяется пределами выкипания топлив, а следовательно, их фракционным составом. Взрывоопасные концентрации паровоз­душной топливной смеси также зависят от фракционного состава топлив. Для авиационных топлив пределы взрывоопасных концентрацией с увеличением высоты полета (понижения атмосферно­го давления) будут смещаться в сторону более низких температур.

Пределы взрывоопасных концентраций паровоздуш­ных топливных смесей обыч­но составляют от 1,3 до 7 объемн. %. Для легких ди­стиллятов этот предел опре­деляется весовым отноше­нием: пары топлива : воз­дух=1 : 8— 1 : 18.

Замечено, что из-за раз­личных условий (конфигура­ция топливного резервуара и парогазового пространства, повы­шенная концентрация растворенного кислорода в топливе, давле­ние в емкости, вспениваемость топлива из-за перемешивания, на­лива или перекачки) температура вспышки топлива приблизитель­но на 7°С ниже, чем по данным лабораторного определения.

Пожарная безопасность определяется также проводимостью топливом электричества. Углеводородная смесь плохой проводник электричества. Ее удельное сопротивление очень велико. Ниже приведены значения удельных сопротивлений (рисунок 6) некоторых нефте­продуктов (в ом•м):

Рисунок 6  Значения удельных сопротивлений некоторых нефте­продуктов

По мере накопления продуктов окисления проводимость топ­лива возрастает. Так, исследовано изменение проводимости ди­зельного топлива, метилдодецена и додецил бензол а в условиях поглощения ими кислорода (искусственного старения). Поглощение кислорода фиксировалось не только количественно, но и путем определения функциональных групп продуктов окисления: кислот, карбонильных и гидроксильных соединений. Из данных (таблицы 2) видно, что с увеличением количества поглощенного кислорода (окисление велось при 110°С в присутствии меди) проводи­мость топлив и углеводородов заметно возрастает.

Интересно, что проводимость возрастает и при индукционном периоде, когда количественно оценить поглощенный кислород не представляется возможным. В дизельном топливе индукционный период составляет около 20 ч, для метилдодецена более 40 ч, а для додецил бензол а более 20 ч.

Именно у додецилбензола проводимость после 44 ч окисления достигла такой величины, которая в дизельных топливах и метилдодецене наблюдалась лишь через 150 ч окисления. По-видимому, продукты окисления метилдодецена оставались преимущественно в виде истинного раствора в углеводороде, а в додецилбензоле в виде мелкодисперсной фазы с частицами размером, характерным для коллоидного раствора. Подобно додецил бензолу окислялись и дизельные топлива, содержавшие значительное количество аро­матических углеводородов.

Таким образом, длительность хранения топлив, степень их окисления оказывают большое влияние на проводимость и, следовательно, на скорость и величину накопления заряда электростатического электричества.

Релаксация (и в связи с этим последующее исчезновение на­копленного в топливе электрического заряда) является функцией времени и определяется проводимостью жидкости. Чем выше про­водимость, тем меньше времени необходимо для релаксации заряда, тем быстрее выравнивается разность потенциалов. Для топлив с одинаковой диэлектрической проницаемостью скорость рассеи­вания заряда тем больше, чем больше проводимость.

Таблица 2  Изменение проводимости в процессе окисления (старения) топлива и углеводородов