5 Газонасыщение компонентов топлива

Газонасыщение компонентов топлива (окислителя и горючего) нейтральными газами, обычно азотом, производится для обеспечения стабильного давления в заправленных ампулизированных баках при изменении температуры окружающей среды, например, в цикле «зима-лето». Зависимость давления в газовой подушке от температуры окружающей среды особенно заметно при больших степенях заполнения баков и соответственно малых газовых подушках. Здесь и - объемы заправленного КТ и бака.

В ампулизированном баке давление складывается из парциального давления газа (азота) и парциального давления насыщенного пара КТ : .

При этом следует иметь в виду, что давление определяется изменяющейся температурой свободной поверхности (зеркала) жидкости , так как длительное хранение жидкости в условиях теплообмена с окружающей средой (особенно при нагреве) сопровождается температурным расслоением жидкости, или иначе – тепловой стратификацией, т.е. . С повышением температуры давление растет, следовательно, растет полное давление .

Зимой температурное расслоение намного меньше, чем летом, так как охлажденная жидкость из верхних слоев опускается вниз, перемешивается с другими слоями и перепад температуры по высоте значительно сокращается.

Если жидкость не была газонасыщена, то газ из газовой подушки, куда он был подан перед ампулизацией, постепенно будет за счет диффузии растворяться в жидкости до установления равновесного состояния между концентрацией растворённого газа и давления над жидкостью . Величина определяется законом Генри: æ где æ – коэффициент растворимости Генри, зависящий от температуры и свойств жидкости и газа. Давление в газовой подушке уменьшится и в дальнейшем будет определяться условиями теплообмена бака с окружающим воздухом в сооружении.

В случае предварительного насыщения жидкости азотом до равновесного состояния таким образом, чтобы давление было несколько больше атмосферного, влияние составляющей при изменении на величину будет меньше и диапазон изменения от до сократится.

Насыщение компонентов топлива газом можно производить следующими способами:

• адсорбцией молекул газа жидкостью при наддуве емкости до некоторого избыточного давления, чтобы была избыточная концентрация в газе по отношению к жидкости; в данном случае является движущей силой, заставляющей газ диффундировать в жидкость;

• перемешиванием;

• барботированием;

• душированием.

Первый способ (рис.1.11,а) требует большого времени, так как диффузионные процессы протекают медленно и поэтому на практике этот способ не применяется.

Второй способ (рис.1.11,б) (перемешивание) заключается в том, что емкость надувается до равновесного состояния при данной средней температуре КТ, с которой он будет заправляться в бак изделия. Подача газа прекращается и происходит интенсивное перемешивание жидкости с помощью центробежного насоса при перекачивании по замкнутому контуру до тех пор, пока по манометру не установится постоянное давление. Напорная труба, проложенная в нижней части емкости, имеет ряд отверстий, через которые жидкость вытекает в виде струй. Напор насоса и конструкция отверстий должны быть такими, чтобы затопленные струи достигали поверхности жидкости. Тогда захват частиц газа и перенос их во всю массу жидкости будет происходить интенсивно.

К ак только давление понизится до какой-то установившейся величины, снова подают порцию газа и т.д., пока жидкость не насытится до расчетного равновесного давления.

Третий способ (барботирование) (рис.1.11,в) состоит в пропускании газовых пузырей через слой жидкости. Недостатки способа: а) необходимо нейтрализовать большое количество удаляемых паров КТ; б) усложняется контроль за окончанием газонасыщения – возможен только по результатам лабораторных анализов.

Ч

Рис.1.11. Возможные схемы насыщения жидкостей:

а) молекулярная диффузия; б) перемешивание; в) барботирование;

г) душирование

етвертый способ (душирование) (рис.1.11,г) заключается в распылении жидкости через форсунки в напорной трубе при наддуве емкости до равновесного давления (как при перемешивании). При перемешивании жидкости преобладает конвективный перенос массы газа и скорость массообмена возрастает во много раз.

Окончание насыщения определяется по так называемому «контрольному перемешиванию». Когда давление в емкости при перемешивании перестает понижаться, то можно считать жидкость насыщенной до равновесного состояния с необходимым давлением в емкости и затем выполняют «контрольное перемешивание» - дополнительно перемешивают жидкость в течение 10-15 минут. Давление при этом должно быть практически постоянным. Затем делается выдержка жидкости примерно в течение суток для окончательного растворения пузырьков газа.

При выдачи газонасыщенного КТ в бак изделия необходимо для сохранения заданной концентрации обеспечить одинаковое давление во всех емкостях. Рабочие емкости должны соединяться параллельно. Бак перед заправкой должен надуваться до давления в рабочих емкостях. Проверить величину концентрации растворенного газа в рабочих емкостях перед заправкой можно с помощью манометра и датчиков температуры. Класс точности манометров должен быть не ниже первого, а количество датчиков температуры по объему жидкости должно позволять достаточно точно оценивать действительную среднюю температуру жидкости (не менее 6 штук).

Если в процессе транспортировки КТ к месту заправки прошло много времени, за которое КТ нагрелся, расслоился и давление по манометру стало выше расчетного, то КТ в емкостях следует перемешать, отчего понизится и соответственно .