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

Vì thế các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng phụ gia có khả năng làm tăng độ dẫn điện của chất lỏng tới một mức độ nào đó và tĩnh điện được kiểm soát an toàn bằng cách đưa ra ngoài Việc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

CÙ XUÂN ĐIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA

ĐỘ DẪN ĐIỆN ĐẾN CHẤT LƯỢNG NHIÊN

LIỆU PHẢN LỰC JET A-1 CHUÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS.TS PHẠM THANH HUYỀN

Hà Nội – 2011

Mục lục Trang

Phần I tổng quan 7

1.1 Nhiên liệu phản lực Tầm quan trọng của nhiên liệu phản lực 7

1.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực 8

1.2.1 Sơ đồ động cơ tuabin 8

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 9

1.2.3 Quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ phản lực tuabin 9

1.3 Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu phản lực 11

1.3.1 Tính bay hơi của nhiên liệu phản lực 11

1.3.2 Khả năng cháy của nhiên liệu phản lực 14

1.3.3 Tính lưu chuyển của nhiên liệu phản lực 17

1.3.4 Tính ổn định hoá học của nhiên liệu phản lực 19

1.3.5 Tính ăn mòn, mài mòn kim loại của nhiên liệu phản lực 22

1.3.6 Tính năng an toàn cháy nổ 24

1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực 29

1.5 Tiêu chuẩn về tồn chứa nhiên liệu phản lực 32

1.5.1 Đường ống và bơm 33

1.5.3 Hệ thống lọc tách tạp chất 34

1.6 Các thiết bị làm sạch sản phẩm 34

1.6.1 Thiết bị lọc 34 1.6.2 Thiết bị sử dụng muối khan 35 1.6.3 Thiết bị lọc tách nước bằng sử dụng keo tụ 36 1.6.4 Thiết bị sử dụng đất sét 36 1.7 Các phương pháp nâng cao chất lượng nhiên liệu phản lực 37 1.7.1 Các biện pháp tăng số lượng, nâng cao chất lượng nhiên liệu

phản lực

37

1.7.2 Phụ gia cho nhiên liệu phản lực 38 Phần II Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu 42 2.1 Thực nghiệm pha phụ gia tăng độ dẫn điện 42 2.2 Các phương pháp xác định chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Jet

A-1

44

2.2.1 Xác định màu saybolt 44 2.2.2 Xác định thành phần cất ở áp suất khí quyển 46 2.2.3 Xác định điểm chớp cháy cốc kín bằng thiết bị thử có kích thước

nhỏ

47

2.2.4 Xác định điểm băng 49 2.2.5 Xác định khối lượng riêng 51 2.2.6 Xác định độ ăn mòn đồng bằng phép thử tấm đồng 53 2.2.7 Xác định hàm lượng nhựa bằng phương pháp bay hơi 55 2.2.8 Xác định trị số tách nước bằng máy đo loại xách tay 57 2.2.9 Xác định độ dẫn điện 61 Phần III Kết quả và thảo luận 63

3.1 ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ dẫn điện của nhiên liệu Jet A-1

khi pha phụ gia chống tĩnh điện Stadis 450

63

3.2 ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia pha vào tới độ dẫn điện và trị

số tách nước của nhiên liệu phản lực

67

3.3 ảnh hưởng thời gian bảo quản mẫu tới độ dẫn điện và trị số tách

nước của nhiên liệu phản lực

73

3 4 ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình chiết nạp

nhiên liệu tới độ dẫn điện của nhiên liệu phản lực

74

3.5 ảnh hưởng của thời gian bảo quản đên chất lượng nhiên liệu sử

dụng phụ gia tăng độ dẫn điện

80

Tài liệu tham khảo 89

Lời cảm ơn

Sau gần một năm nghiên cứu và tìm hiểu các tài liệu chuyên môn cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền em đã hoàn thành luận văn với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia độ dẫn điện đến chất lượng nhiên liệu phản lực Jet A-1”

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nổ lực hết mình của bản thân, em xin

được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền người đã hướng dẫn tận tình và cung cấp cho em những kiến thức để em có một bài viết hoàn chỉnh

về nhiên liệu phản lực Em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Viện

kỹ thuật Hoá học đã trang bị cho em những kiến thức cần thiết về hoá dầu trong suốt quá trình học tập tại trường Xin được cảm ơn các đồng nghiệp đang công tác tại Phòng Thử nghiệm – XN Xăng dầu Hàng không Miền Bắc đã cung cấp tài liệu, kinh nghiệm chuyên môn và tạo mọi điều kiện cho em trong công tác nghiên cứu đề tài tại phòng Thử nghiệm Xí nghiệp xăng dầu Hàng Không Miền Bắc

Vì thời gian nghiên cứu có hạn và vốn kiến thức còn hạn chế nên em chưa thể

đi sâu tìm hiểu hết các vấn đề Và trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy Cô giáo để luận văn này hoàn chỉnh hơn

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ

được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồn nguyên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 đến 70 % năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có

20 % dến 22% năng lượng đi từ than, 5 đến 6 % từ năng lượng nước và 8 đến 12% từ năng lượng hạt nhân

Một trong những sản phẩm dầu mỏ đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh

tế quốc dân và an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia đó là nhiên liệu phản lực

Công nghệ hàng không ngày càng phát triển cùng với sự đi lên của đất nước

và thế giới, quá trình mở cửa ngoại giao hợp tác với nước ngoài ngày càng rộng rãi thì vận tải hàng không là cách nhanh nhất để 2 bên có thể xích lại gần nhau Ngành hàng không càng phát triển mạnh bao nhiêu thì nhu cầu sử dụng nhiên liệu phản lực lại càng tăng bấy nhiêu Điều này cho thấy tầm quan trọng của nhiên liệu phản lực

Để đảm bảo an toàn cho mỗi chuyến bay, yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có phẩm chất tốt, điều đó được mỗi quốc gia đánh giá theo các “Chỉ tiêu chất lượng” riêng dựa trên những “Tiêu chuẩn quốc tế” về chất lượng nhiên liệu hàng không nói chung

Hầu hết các chất lỏng không phân cực nằm trong một điện trường tương đối cân bằng nhưng trong đó có một số thành phần gọi là tĩnh điện hoạt động rất nguy hiểm Chúng khiến các điện tích chuyển động, gây nên dòng điện và có thể gây cháy nổ Trong nhiên liệu phản lực thì tĩnh điện càng rất dễ nguy hiểm bởi đặc thù của nhiên liệu này là có nhiều hợp chất dễ cháy và được sử dụng với khối lượng lớn Vì thế các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng phụ gia có khả năng làm tăng độ dẫn điện của chất lỏng tới một mức độ nào đó và tĩnh điện được kiểm soát an toàn bằng cách đưa ra ngoài

Việc dùng phụ gia để pha vào nhiên liệu phản lực nói chung, và pha phụ gia chống tĩnh điện có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng nhiên liệu phản lực Trong phạm vi bản luận văn này, em sẽ đi sâu nghiên cứu nhiên liệu phản

lực với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia chống tĩnh điện tới chất lượng nhiên liệu Jet A-1”

Phần I Tổng quan 1.1 nhiên liệu phản lực Tầm quan trọng của nhiên liệu phản lực [1]

Vào cuối thế chiến thứ 2, động cơ đốt trong được coi là một loại động cơ đã

đạt tới sự phát triển toàn diện Việc đưa động cơ tuabin khí vào sử dụng đã tạo ra đột phá trong hoạt động của ngành Hàng không Nó cho phép con người vượt qua được tốc độ âm thanh và việc thực hiện các chuyến bay nửa vòng trái đất không nghỉ chỉ trong vài giờ Nhưng để tiến xa hơn nữa thì một trong những khó khăn nhất của con người vẫn là chinh phục vũ trụ Làm sao có đủ năng lượng để đẩy các con tàu vũ trụ thoát khỏi lực hút của trái đất? Vấn đề đó trở lên đơn giản hơn nhiều khi con người phát minh ra động cơ phản lực và cùng với nó là nhiên liệu cho động cơ phản lực Nhiên liệu phản lực là một loại sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ và được dùng cho các loại máy bay, phi thuyền, tên lửa có sử dụng động cơ phản lực kiểu tuabin khí Chức năng chủ yếu của của nhiên liệu phản lực là cung cấp năng lượng cho máy bay nên nhiệt trị và chất lượng cháy là những tính chất hoạt động chủ yếu Các tính chất hoạt động quan trọng khác là tính ổn định, tính bôi trơn, tính lưu động,

độ hoá hơi, tính ăn mòn và độ sạch

Ngoài chức năng cung cấp năng lượng, nhiên liệu phản lực còn được sử dụng làm chất lỏng thuỷ lực trong hệ thống kiểm soát động cơ và chất làm mát cho một số

bộ phận của hệ thống nhiên liệu

Có 2 dạng cơ bản của nhiên liệu phản lực được sử dụng rộng rãi trên thế giới

đó là nhiên liệu phản lực dạng dầu hoả (KO) và nhiên liệu phản lực dạng hỗn hợp với thành phần cất có một phần xăng

ở nước ta nhiên liệu phản lực được sử dụng chủ yếu phục vụ cho ngành hàng không trong nước và quốc tế Để đáp ứng được yêu cầu của động cơ phản lực trong

những điều kiện làm việc khắc nghiệt thì chất l−ợng của nhiên liệu phản lực không ngừng đ−ợc nâng cao

1.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực

1.2.2 Nguyên lý hoạt động [1]

Nguyên lý làm việc của động cơ phản lực khác với nguyên lý làm việc của

động cơ piston đó là nhờ vào năng lượng dòng khí để biến đổi thành cơ năng chạy tuabin

Máy nén khí hút không khí và tiến hành nén tới áp suất cao, thường áp suất tăng 5, 10, 20 lần hoặc cao hơn Không khí nén được đưa từ buồng nén vào buồng cháy ở đây nhiên liệu đã được phun và bay hơi hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp cháy Tia lửa điện được bật lên một lần làm toàn khối nhiên liệu bùng cháy Hỗn hợp cháy sinh công rất mạnh ở tuabin, biến đổi nội năng dòng khí thành công cơ học Cơ năng nhận được trên trục tuabin dùng để quay máy nén Phần động năng quan trọng còn lại được giãn nở qua tuye và ra ngoài với tốc độ lớn, được hoà trộn với không khí đưa tới cánh tuabin qua ống phụt có điều chỉnh làm quay tuabin tạo dòng khí ngược đẩy máy bay chuyển động và bay lên

1.2.3 Quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ phản lực tuabin [1]

Khi động cơ phản lực bắt đầu làm việc, luồng không khí được bơm hút vào ống hút khí với tốc độ tương đương tốc độ máy bay Không khí vào máy nén và

được nén tới áp suất 3 – 5at đồng thời nóng lên tới 200-300oC Không khí nóng ở áp suất cao sẽ chuyển vào buồng đốt hở, ở đó nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng không khí nóng này Dưới tác động của nhiệt độ, nhiên liệu bay hơi hoà trộn tạo hỗn hợp cháy với không khí Tia lửa điện bật lên một lần làm khối nhiên liệu bay hơi và bốc cháy gần như ở áp suất thường Hỗn hợp khí tạo thành do hơi nhiên liệu cháy giãn nở ra và phụt theo ống dẫn khí ra ngoài tạo thành một phản lực rất lớn đẩy máy bay lao về phía trước

Nhiệt không khí trước tuabin lên tới 1200 – 1300oK Không khí được đưa thành dòng trước khi đi vào buồng đốt Dòng không khí đầu đi qua làm xoáy vào khu vực vòi phun làm mát thân vòi phun ngăn tạo cặn muội nhiên liệu Dòng không khí thứ 2 được đưa vào buồng cháy qua lỗ truớc trong ống lửa, đảm bảo cháy hỗn hợp ở 2300 – 2500oK, rồi sau đó giảm nhiệt độ xuống còn 2000oK Dòng không khí

thứ 3 đưa vào buồng đốt qua dãy lỗ sau vào vùng hoà trộn, làm giảm nhiệt độ tới giá trị bảo đảm độ bền của cánh quạt tuabin

Nhiệt độ của hỗn hợp khí khi ra khỏi buồng đốt lên tới 850 – 900oC với vận tốc khoảng 160 – 200m/s Để giảm bớt nhiệt độ của hỗn hợp khí thải, không cho vượt quá giới hạn làm cháy cánh tuabin, người ta phải tăng hệ số sử dụng không khí lên 3,5 – 4,0 lần so với khối lượng nhiên liệu sử dụng Khoảng 20 – 30% lượng không khí này được dùng để đốt cháy hơi nhiên liệu, phần còn lại dùng để làm nguội động cơ

Như vậy đặc điểm làm việc của động cơ phản lực là biến trực tiếp nhiệt năng thành động năng để máy bay có thể chuyển động mà không cần có các bộ phận truyền lực như piston, trục guồng, thanh truyền như ở động cơ đốt trong Quá trình cháy trong động cơ phản lực không theo những chu kỳ lặp đi lặp lại mà là quá trình liên tục Vì vậy mà lượng tiêu thụ và công suất động cơ lớn Do đó việc tiếp liệu từ két chứa tới buồng đốt phải được đảm bảo liên tục không ngừng, kịp thời đầy đủ và chính xác tuyệt đối không được gây lên một trục trặc nhỏ nào ảnh hưởng tới quá trình tiếp liệu và đốt cháy động cơ

Chính vì vậy nhiên liệu cho động cơ phản lực phải tuân thủ những yêu cầu kỹ thuật cơ bản sau:

- Bất cứ trong trường hợp nào nhiên liệu cũng được phun liên tục với số lượng cần thiết vào buồng đốt của động cơ

- Quá trình cháy của hơi nhiên liệu trong buồng đốt phải ổn định và dễ điều chỉnh Nhiên liệu cháy dễ dàng và không tạo ra muội than

- Nhiên liệu khi cháy phải tạo ra một lượng nhiệt đủ lớn để đảm bảo cho động cơ hoạt động với tốc độ cao

- Trong bồn chứa nhiên liệu phải ổn định hoá học, không bị biến chất, không hút

ẩm, không ăn mòn kim loại

Để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật của động cơ phản lực, phải có sự quy chuẩn về thành phần và những chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu phản lực

1.3 Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu phản lực [1]

Để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật của động cơ phản lực khi làm việc, nhiên liệu phản lực phải đạt được các chỉ tiêu chất lượng như sau:

- Bảo đảm an toàn, chống cháy nổ

1.3.1 Tính bay hơI của nhiên liệu phản lực

Cũng tương tự như đối với xăng và nhiên liệu diezen, để đánh giá tính bay hơi của nhiên liệu người ta sử dụng chỉ tiêu thành phần cất phân đoạn và tỉ trọng hay khối lượng riêng

1.3.1.1.Thành phần cất phân đoạn

Tiêu chuẩn xác định TCVN 2698 hay ASTM D86

Thành phần cất phân đoạn là thành phần cất ở một giá trị phần trăm thể tích mẫu nhiên liệu cất cụ thể cho phép xác định nhiệt độ sôi lớn nhất ứng với giá trị thể tích mẫu cất đó Thành phần cất đặc trưng cho tính bay hơi của nhiên liệu, giúp ta thấy được tính chất nặng hay nhẹ của nhiên liệu

Thành phần cất 10%, 20%, 50%, 90% cho ta thấy các cấu tử nhẹ và nặng

được phân bố trong nhiên liệu vì ứng với mỗi phần trăm thể tích thu hồi cho ta một nhiệt độ xác định Từ nhiệt độ sôi đó ta biết được thành phần nhiên liệu nặng hay nhẹ để từ đó đưa ra những lựa chọn thích hợp nhất trong quá trình cung cấp nhiên liệu cho động cơ Với những động cơ nhiên liệu phản lực dân dụng cần nhiên liệu có nhiều cấu tử nhẹ Với những động cơ phản lực bay ở tốc độ siêu âm thì yêu cầu

nhiên liệu có nhiều cấu tử nặng hơn tránh sự bay hơi quá nhanh khi máy bay hoạt

động ở nơi có khí hậu nóng

Nhiệt độ sôi cuối là nhiệt độ cao nhất đọc được trên nhiệt kế mà tại đó chất lỏng thôi ngưng tụ và nhiệt độ bắt đầu hạ xuống Mỗi loại nhiên liệu đều có nhiệt độ sôi cuối trong giới hạn cho phép Nếu nhiệt độ sôi này nằm ngoài giới hạn cho phép thì nhiên liệu không đạt yêu cầu

* ý nghĩa của từng thành phần cất:

- Điểm sôi đầu và điểm sôi 10%V biểu thị khả năng bay hơi của nhiên liệu và quan hệ tới tính an toàn cháy nổ, tính khởi động và khuynh hướng tạo thành nút hơi trong hệ thống tiếp liệu, hiện tượng khí xâm thực trong máy bơm Nếu điểm sôi này càng thấp thì các khuynh hướng trên càng mạnh, phá vỡ chế độ làm việc ổn định của

động cơ, làm tăng hao hụt khi bảo quản

- Điểm sôi 50%V xác định tính bay hơi của hợp phần trung bình của nhiên liệu

và trong sự kết hợp với các điểm nhiệt độ sôi khác của đường cong chưng cất, nó

đặc trưng cho sự ổn định thành phần của các hợp phần của cùng một nhãn hiệu nhiên liệu phản lực

- Điểm sôi 90%V và điểm sôi cuối biểu hiện cho sự tồn tại của những hợp phần nặng trong nhiên liệu Do nhiên liệu được phun mạnh vào luồng không khí xoáy với tốc độ và nhiệt độ cao giúp nhiên liệu dễ dàng bay hơi và cháy Vì vậy trong thành phần của nhiên liệu phản lực cho phép có mặt các thành phần nặng để tăng nhiệt trị cho nhiên liệu và tăng nguồn nguyên liệu cho sản xuất Tuy nhiên phải hạn chế nhiệt độ sôi cuối vì nếu nhiệt độ sôi cuối cao quá nhiên liệu cháy không hoàn toàn

sẽ tạo nhiều muội than xả khói đen làm bẩn buồng đốt ảnh hưởng tới hoạt động của

động cơ

Hiện nay phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất khí quyển của nhiên liệu phản lực là TCVN 2698:2007 hay ASTM D 86 – 05 với yêu cầu nhiệt độ sôi cuối không lớn hơn 3000C

1.3.1.2 Khối lượng riêng và tỉ trọng

Tiêu chuẩn xác định TCVN 6594, ASTM D 1298

Khối lượng riêng của nhiên liệu là khối lượng của một đơn vị thể tích của nó

ở một nhiệt độ ổn định Tỉ trọng của nhiên liệu là tỉ số giữa khối lượng riêng của nó với khối lượng riêng của nước ở một nhiệt độ xác định(150C)

Tỉ trọng của nhiên liệu phản lực phụ thuộc vào thành phần chưng cất và thành phần hoá học của nó Tỉ trọng là một tính chất vật lý cơ bản đặc trưng cho phân

đoạn nhẹ và nặng của dầu mỏ cho phép đánh giá chất lượng của sản phẩm Tính chất bất thường của tỉ trọng cho thấy sản phẩm đang xác định có thể lẫn sản phẩm khác

Việc xác định tỉ trọng là cần thiết để chuyển đổi giữa trọng lượng và thể tích Nếu biết tỉ trọng và nhiệt độ chưng cất của sản phẩm dầu mỏ ta sẽ xác định được đó

là loại nhiên liệu gì Nếu cùng có nhiệt trị như nhau nhưng nhiên liệu nào có tỉ trọng lớn hơn sẽ làm tăng thời gian hoạt động của động cơ

Hiện nay ta đang xác định tỉ trọng theo tiêu chuẩn ASTM D 1298:2007 với quy định tỉ trọng cho phép trong khoảng 0,775 – 0,840 Cũng như với xăng, tỉ trọng của nhiên liệu phản lực có ý nghĩa về mặt thương mại hơn là ý nghĩa để đánh giá chất lượng

1.3.1.3 Màu sắc nhiên liệu phản lực

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 156

Trong tiêu chuẩn chất lượng không quy định phải xác định màu của nhiên liệu phản lực có nghĩa là nhiên liệu phản lực không màu, trong suốt Tuy nhiên với khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì nhiên liệu dễ bị chuyển sang màu vàng do tác dụng của vi sinh vật

Trị số màu thu được bằng cách xác định chiều cao cột mẫu nhiên liệu, quan sát chiều dài cột mẫu nhìn thấy màu phù hợp với một trong ba tấm kính màu chuẩn

và tra bảng theo tiêu chuẩn Màu trên thang đo có dải từ -16 (sẫm nhất ) đến +30 (sáng nhất)

1.3.2 Khả năng cháy của nhiên liệu phản lực [1]

Tính cháy của nhiên liệu phản lực là một chỉ tiêu chất lượng rất quan trọng,

do vậy cần chú trọng đánh giá tính chất này qua nhiều chỉ tiêu chất lượng như nhiệt cháy, chiều cao ngọn lửa không khói, trị số phát quang và hàm lượng naphtalen

1.3.2.1 Nhiệt trị

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 240, ASTM D 4809

Nhiệt trị là lượng nhiệt toả ra khi đốt hoàn toàn 1kg chất cháy (nhiệt cháy khối lượng), hay 1lít nhiên liệu (nhiệt cháy thể tích)

Nhiệt trị là một tính năng sử dụng quan trọng của nhiên liệu để xác định lượng nhiệt tiêu thụ trong động cơ Lượng nhiệt tiêu thụ tỉ lệ nghịch với nhiệt trị, nó

được dùng để đánh giá về nhiệt của nhiên liệu Có 2 loại nhiệt trị là nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp

Nhiệt trị cao là lượng nhiệt toả ra khi đốt hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu ở áp suất 760mmHg và sản phẩm cháy là các khí CO2, N2, SO2 và nước ở dạng lỏng Nhiệt độ ban đầu của nhiên liệu và O2 cũng như nhiệt độ cuối của sản phẩm cháy đều ở 250C Nhiệt trị thấp của nhiên liệu cũng tương tự như nhiệt trị cao nhưng không đưa vào nhiên liệu lượng nhiệt làm ngưng tụ hơi nước tạo thành khi

đốt cháy nghĩa là các sản phẩm cháy CO2, N2, SO2 và nước đều ở dạnh khí Nhiệt trị thấp là một yếu tố xác định trong đặc tính sử dụng của tất cả các loại nhiên liệu phản lực Nhiệt trị thấp của nhiên liệu phản lực biến đổi trong khoảng 9700 – 10400kcal/kg

Nhiệt trị của nhiên liệu phụ thuộc vào tỉ lệ của cacbon và hidro và tuỳ thuộc vào các nhóm hidrocacbon có mặt trong nhiên liệu Nhiệt trị khác nhau là vì thành phần hoá học của từng phần khác nhau Nhiên liệu có nhiều parafin thì nhiệt trị rất cao vì parafin có đặc tính cháy tốt Các hợp chất naphtalen có đặc tính cháy trung bình và các hidrocacbon thơm có đặc tính cháy kém nhất Cần khống chế hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh vì các sản phẩm cháy tạo thành SO2 ,SO3 gây ăn mòn thiết bị, ô nhiễm môi trường và độc hại cho người sử dụng Hơn nữa nhiên liệu càng

nhiều lưu huỳnh thì nhiệt trị sẽ càng giảm vì thực nghiệm cho thấy cứ 1% lưu huỳnh cháy thì giảm đi mất 85 kcal/kg nhiệt trị Nhiệt cháy của thành phần chính trong nhiên liệu được trình bày trong bảng 1

Bảng 1: Nhiệt cháy thấp của các hidrocacbon của nhiên liệu phản lực

Nhiệt trị của nhiên liệu được tính theo phương pháp ASTM D 4529 và ASTM

D 1405 Theo phương pháp ASTM D 4529 nhiệt trị thấp được tính theo các giá trị

điểm anilin, tỉ trọng, hàm lượng lưu huỳnh Còn theo phương pháp ASTM D 1405 xác định nhiệt cháy thấp của nhiên liệu bằng bom nhiệt kế Theo phương pháp này mẫu được đốt trong một nhiệt lượng kế bom oxi dưới các điều kiện quy định, nhiệt trị được tính từ các nhiệt độ đo được trước và sau khi đốt

1.3.2.2 Chiều cao ngọn lửa không khói

Tiêu chuẩn xác định TCVN 3754, ASTM D 1322

Chiều cao ngọn lửa không khói còn được gọi là điểm khói được biểu diễn bằng chiều cao của ngọn lửa không có khói đo bằng mm khi thử nghiệm đốt nhiên liệu trong ngọn lửa chuyên dụng

Điểm khói của nhóm hidrocacbon parafin là cao nhất, còn của nhóm hidrocacbon thơm là thấp nhất

Điểm khói của một loại nhiên liệu càng cao chứng tỏ hàm lượng nhóm hidrocacbon thơm càng thấp và ngược lại Điều đó cho thấy nhiên liệu phản lực có

điểm khói cao thì khi cháy sẽ tạo nhiều nhiệt lượng và ít tạo muội

Điểm khói của nhiên liệu phản lực được xác định theo phương pháp ASTM D

1322 với yêu cầu điểm khói của các loại nhiên liệu phản lực tối thiểu phải đạt từ 19

đến 25 mm

1.3.2.3 Trị số phát quang

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 1740

Trị số phát quang biểu hiện cho tính bức xạ ngọn lửa khi đốt cháy nhiên liệu phản lực cũng như các loại nhiên liệu khác trong đèn huỳnh quang tiêu chuẩn Người ta đo mức tăng nhiệt độ khi nhiên liệu cháy rồi so sánh với nhiên liệu chuẩn rồi từ đó rút ra trị số phát quang của nhiên liệu thử Trị số phát quang tính theo tỉ lệ

% so với nhiên liệu chuẩn Trị số phát quang càng cao chứng tỏ nhiên liệu cháy tốt, toả nhiệt nhiều Tiêu chuẩn ASTM D 1740 yêu cầu trị số phát quang của nhiên liệu phản lực không thấp hơn 45%

1.3.2.4 Hàm lượng nhóm hidrocacbon thơm

Tiêu chuẩn xác định ASTM 1319

Hàm lượng hidrocacbon thơm được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 1319

là phương pháp phân tích nhóm hidrocacbon trong sản phẩm dầu lỏng bằng hấp thụ chỉ thị huỳnh quang Hàm lượng hidrocacbon cho phép không được quá 20-22% trong nhiên liệu phản lực Nếu hàm lượng hidrocacbon thơm vượt quá giới hạn cho phép sẽ làm giảm chất lượng nhiên liệu phản lực cụ thể làm giảm điểm khói, giảm nhiệt trị Vì nhiên liệu phản lực yêu cầu nhiên liệu khi cháy không tạo ra cặn, cốc bám trong buồng đốt, bám vào cánh tuabin gây rỗ bề mặt kim loại, gây mài mòn hư hại đến các động cơ Do vậy để đảm bảo được những yêu cầu này cần hạn chế tới

mức tối thiểu sự có mặt của các hidrocacbon thơm

1.3.3 Tính lưu chuyển của nhiên liệu phản lực [1]

Với lộ trình hoạt động trên cao ở nhiều vùng áp thấp khác nhau nên yêu cầu nhiên liệu phản lực cần có tính lưu chuyển tốt ngay ở điều kiện nhiệt độ không khí rất thấp Tính chất này được đánh giá bằng các chỉ tiêu độ nhớt động học ở -20 0C, nhiệt độ vẩn đục và nhiệt độ kết tinh như đối với xăng máy bay

1.3.3.1 Độ nhớt động học

Tiêu chuẩn xác định TCVN 3171, ASTM D 445

Nhiên liệu phản lực được phun qua vòi phun vào buồng đốt của động cơ tuốcbin dưới áp suất cao Hệ thống đó được thiết kế để tạo ra độ phun mịn, các hạt nhỏ nhiên liệu bốc hơi nhanh chóng khi hỗn hợp vói không khí Cách phun và kích thước hạt chịu ảnh hưởng của độ nhớt nhiên liệu Nếu độ nhớt quá cao động cơ khó khởi động lại trong khi bay Vì vậy nhiên liệu phản lực phải đưa ra giới hạn trên của

độ nhớt

Độ nhớt của nhiên liệu ảnh hưởng đến độ chênh áp suất trong các đường dẫn của hệ thống nhiên liệu Độ nhớt cao có độ chênh áp suất lớn hơn, buộc bơm nhiên liệu làm việc căng hơn để duy trì lưu lượng dòng nhiên liệu ổn định Độ nhớt của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến hoạt động của bộ phận kiểm soát nhiên liệu

Độ nhớt động học được xác định theo phương pháp đo thời gian chảy của một lượng nhiên liệu lỏng xác định qua một ống mao quản của ống đo độ nhớt

V=C.t (cSt)

Trong đó: V: độ nhớt động học (mm2/sec)

C: Hằng số ống đo độ nhớt

t: Thời gian thể lỏng chảy qua mao quản (sec)

Động cơ phản lực hoạt động trên cao nhiệt độ môi trường thấp do đó để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho việc bơm nhiên liệu không bị tắc nghẽn gián đoạn thì yêu cầu khắt khe là nhiên liệu phải có độ nhớt phù hợp ở -200Ckhông quá 8,0 cSt

1.3.3.2 Nhiệt độ kết tinh - Điểm đông đặc

Tiêu chuẩn xác định TCVN 7170 , ASTM D 2386

Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu là nhiệt độ mà tại đó bắt đầu quan sát rõ các tinh thể nước hay hidrocacbon đã hình thành Mỗi loại hidrocacbon có một điểm

đông đặc khác nhau mà trong nhiên liệu phản lực có đến hơn một ngàn loại hidrocacbon do vậy nhiên liệu phản lực không thể đông đặc ở một nhiệt độ như nước

Khi nhiên liệu được làm lạnh, các hidrocacbon có nhiệt độ đông đặc cao nhất

sẽ đông đặc trước tạo thành các tinh thể sáp Tiếp tục làm lạnh thì các hidrocacbon

có nhiệt độ đông đặc cao hơn kết tinh Như vậy nhiên liệu chuyển từ trạng thái chất lỏng đồng thể sang chất lỏng có chứa một số tinh thể rồi trạng thái sền sệt và cuối cùng gần như một trạng thái rắn

Để đảm bảo tính lưu chuyển tốt yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có độ kết tinh tuỳ từng loại là từ -400C hoặc -470C trở xuống Đồng thời yêu cầu nghiêm ngặt không được lẫn nước trong nhiên liệu Tạp chất nước được xác định theo các chỉ tiêu phản ứng nước và trị số tách nước

1.3.3.3 Khả năng tách nước

Khi bảo quản và sử dụng người ta thường thấy trong nhiên liệu phản lực có nước Trong nhiên liệu nước tồn tại ở 3 dạng là dạng nhũ tương, dạng phân tán và dạng phân thành lớp nước tự do ở đáy các vật chứa

Sự có mặt của nước trong nhiên liệu dù ở bất cứ dạng nào cũng đều có hại cho quá trình bảo quản và sử dụng Nước làm tăng nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu, làm tăng tính ăn mòn của nhiên liệu đối với kim loại vì nước là môi trường phân ly của nhiều chất Tính ổn định của nhiên liệu cũng giảm do nước thúc đẩy quá trình oxi hoá Nguy hiểm hơn cả là nước tạo băng nhiên liệu khi nhiệt độ giảm xuống thấp dưới 00C làm giảm tính linh động của nhiên liệu Băng có thể làm tắc hệ thống cấp liệu dẫn tới tắc động cơ gây nguy hiểm nghiêm trọng

Để tránh hiện tượng tạo băng trong nhiên liệu và đóng băng các thiết bị lọc của máy bay, người ta áp dụng nhiều biện pháp lý học và hoá học để khắc phục Các biện pháp được sử dụng chủ yếu là: Hâm nóng nhiên liệu khi nhiệt độ thấp, lọc trước khi sử dụng, phun các chất chống băng lên lưới lọc bầu lọc trước khi tra nạp Tuy nhiên các biện pháp này cũng không loại bỏ được hết nước trong nhiên liệu vì không thể loại trừ được khả năng hút ẩm của nhiên liệu Độ ẩm càng cao thì nhiên liệu hấp thụ nước càng mạnh Do đó khi làm lạnh sâu hoặc khi bay ở nhiệt độ thấp vẫn có thể xuất hiện băng trong nhiên liệu

Phương pháp hiệu quả nhất chống tách nước trong nhiên liệu là sử dụng phụ gia Có 2 loại phụ gia thường được sử dụng là etyl xenlosol và rượu terta hidrosunfuaric Hàm lượng nước cho phép ở 2 loại phụ gia này không quá 0,5%

Để kiểm tra nước trong nhiên liệu người ta thử phản ứng nước tại bề mặt theo phương pháp ASTM D 1097 Đặc tính tách nước được xác định theo phương pháp TCVN 7272, ASTM D 3948

Phương pháp phản ứng nước bề mặt cho thấy sự có mặt của một lượng lớn các chất bẩn hoà tan cục bộ như chất hoạt động bề mặt Các chất bẩn bám trên bề mặt sẽ làm giảm nhanh tốc độ lọc tách, đồng thời cho nước tự do và các chất dạng hạt đi qua

Phương pháp đo trị số tách nước cung cấp số đo về sự hiện diện của các chất hoạt động bề mặt trong nhiên liệu Nó có thể xác định chất hoạt động bề mặt cho thêm vào hay bớt ra khỏi nhiên liệu trong quá trình vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ

1.3.4 tính ổn định hoá học của nhiên liệu phản lực [1]

Tính ổn định của nhiên liệu là tính chất không thay đổi của nó trong những

điều kiện quy định Các yếu tố dẫn đến những thay đổi có hại cho nhiên liệu bao gồm thời gian (độ ổn định khi chứa) và nhiệt độ cao bên trong động cơ (độ ổn định nhiệt)

Sự mất ổn định của nhiên liệu phản lực do các phản ứng hoá học xảy ra trong nhiều giai đoạn tạo sản phẩm khác nhau Các sản phẩm đó không tan trong nhiên liệu có thể làm tổn thương đến một số bộ phận đàn hồi của hệ thống Các chất nhựa tạo thành có thể có thể làm tắc bộ phận lọc nhiên liệu hoặc kết tụ trên bề mặt cản trở dòng chảy của nhiên liệu

Sự mất ổn định khi chứa nếu nhiên liệu được sử dụng trong vòng vài tuần hoặc vài tháng khi chế tạo thì không thành vấn đề Nhiên liệu phản lực khi sản xuất, bảo quản và vận hành đúng cách phải có tính ổn định trong vòng 1 năm Tính ổn

định khi tồn chứa chịu ảnh hưởng của các thành phần nhiên liệu, các điều kiện tồn chứa

Tính ổn định được đánh giá theo chỉ tiêu trị số Iôt và hàm lượng chất nhựa thực tế Ngoài ra còn có chỉ tiêu trị số Brom và hàm lượng olefin, chỉ tiêu độ ổn định nhiệt

1.3.4.1 Hàm lượng nhựa thực tế

Tiêu chuẩn xác định TCVN 6593, ASTM D 381

Nhựa trong nhiên liệu là hỗn hợp các sản phẩm của quá trình oxi hoá các hợp chất kém bền không no trong quá trình chế biến và polime hoá trong quá trình vận chuyển, tàng trữ trùng hợp giữa các hidrocacbon với nhau Khi có mặt nhựa trong các đường ống dẫn, các van nối động cơ sẽ làm giảm công suất của động cơ, hơn thế

nó có thể ăn mòn phá huỷ hoàn toàn thiết bị

Để xác định hàm lượng nhựa thực tế ta dựa vào tiêu chuẩn xác định của Mỹ hoặc tiêu chuẩn của Nga Theo các phương pháp này dùng hơi nước quá nhiệt cuốn nhiên liệu bay hơi trong ống, phần còn lại trong đáy cốc thu được sau thí nghiệm chính là hàm lượng nhựa thực tế tính bằng mg/100ml Yêu cầu hàm lượng nhựa thực

tế không được vượt quá 7mg/100ml

1.3.4.2 Trị số Brôm

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 1159

Trị số Iôt biểu thị bằng số gam iôt kết hợp hết với lượng hidrocacbon olefin

có trong 100g nhiên liệu

Trị số iôt càng cao chứng tỏ trong nhiên liệu có chứa càng nhiều olefin và ngược lại Nếu trong nhiên liệu có chứa nhiều olefin thì tính ổn định sẽ rất kém vì các chất này tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra những phân tử có khối lượng lớn, tạo nhựa, hoặc keo tụ Các chất nhựa tạo thành làm nhiên liệu cháy không hoàn toàn, tạo muội, tạo cặn, giảm khả năng bay hơi của nhiên liệu và tăng phần nặng

Tương tự như trị số Iôt trị số Brôm biểu thị cho thành phần hidrocacbon

không no có trong nhiên liệu Trị số Brôm càng lớn nghĩa là tính ổn định hoá học càng thấp

Từ trị số Brôm có thể suy ra hàm lượng hidrocacbon olefin béo có trong nhiên liệu Phương pháp đo trị số Brôm dựa trên cơ sở chuẩn độ đo tĩnh điện

1.3.4.3 Hàm lượng hidrocacbon olefin

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 1319

Tiêu chuẩn này nhằm xác định hàm lượng các nhóm hidrocacbon trong nhiên liệu bằng phương pháp đo hấp thụ chỉ thị huỳnh quang.Trên cơ sở đó biết được hàm lượng tất cả các olefin có trong nhiên liệu Hàm lượng olefin càng cao tính ổn định càng kém Theo quy định trong nhiên liệu phản lực JET A-1 và JET A của Mỹ hàm lượng olefin không vượt quá 5% V

1.3.4.4 Tính ổn định nhiệt

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 3241

Tính ổn định nhiệt là một trong những tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu phản lực bởi nhiên liệu còn có vai trò làm phương tiện trao đổi nhiệt trong động cơ và khung máy bay Nhiên liệu phản lực được dùng để tải nhiệt từ dầu động cơ, chất lỏng thuỷ lực và các thiết bị điều hoà không khí Việc gia nhiệt cho nhiên liệu làm gia tăng các phản ứng dẫn đến việc tạo nhựa và các hạt Các chất đó có thể kết

tụ trên bộ phận lọc nhiên liệu làm tăng áp suất lọc và giảm lưu lượng của dòng chảy

trong nhiên liệu Hay kết tụ trong vòi phun nhiên liệu cản trở cách thức phun tạo các

điểm quá nóng trong buồng đốt Hay kết tụ trong bộ phận kiểm soát động cơ chính

ảnh hưởng đến dòng chảy nhiên liệu và bộ phận kiểm soát động cơ Cũng có thể kết

tụ trên các bộ phận trao đổi nhiệt làm giảm hiệu quả truyền nhiệt

Thành phần hidrocacbon của nhiên liệu có ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt Naphten, parafin và hidrocacbon thơm không có lưu huỳnh khi đốt tạo lượng cặn không đáng kể, do đó sẽ làm tăng tính ổn định nhiệt của nhiên liệu Cũng có thể cải thiện tính ổn định bằng cách thêm vào các chất phụ gia phân tán họ amin (C10 –C40 )

có tính chống oxi hoá, có thể giảm bớt khả năng tạo cặn của nhiên liệu

Thiết bị thử nghiệm được sáng chế để bơm nhiên liệu qua bề mặt bằng nhôm

được gia nhiệt và sau đó cho qua bộ phận lọc để tách đi bất kỳ các sản phẩm rắn nào

bị phân huỷ Thiết bị đó được thiết kế để mô hình hoá hai khu vực nhạy cảm của

động cơ đó là bề mặt của bộ phận trao đổi nhiệt nhiên liệu và vòi phun nhiên liệu Thiết bị tiêu chuẩn thứ nhất gọi là coker (ASTM D 1660) Hiện nay nó được thay thế bởi thiết bị thử oxi hoá nhiệt nhiên liệu phản lực JFTOT ASTM D 3241

1.3.5 tính ăn mòn, mài mòn kim loại của nhiên liệu phản lực [1]

Tính ăn mòn kim loại của nhiên liệu phản lực được đánh giá bằng các chỉ tiêu chất lượng như hàm lượng lưu huỳnh, ăn mòn miếng đồng, độ axit

1.3.5.1 Hàm lượng lưu huỳnh tổng

Tiêu chuẩn xác định TCVN 2708, ASTM D 1266

Tiêu chuẩn ASTM D 1266 là phương pháp dùng cho các sản phẩm dầu mỏ sáng, xác định dựa trên nguyên tắc đốt mẫu nhiên liệu bằng đèn tiêu chuẩn, sản phẩm khí thoát ra là SO3 được hấp thụ và xác định khối lượng BaSO4 Lượng lưu huỳnh tổng số được xác định bằng phần trăm khối lượng lưu huỳnh so với mẵu nhiên liệu

Hàm lượng lưu huỳnh được xác định theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau Theo quy định, trong nhiên liệu phản lực tuôcbin hàm lượng lưu huỳnh tổng không vượt quá 0,3% khối lượng

1.3.5.2 Hàm lượng lưu huỳnh mercaptan sunfua

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 3227, ASTM D 4952

Mercaptan là các hợp chất có chứa nhóm -SH liên kết trực tiếp với gốc hydrocacbon, chúng không bền và dễ bị phân huỷ ở nhiệt dộ cao Các chất mercaptan thường có ở phân đoạn có nhiệt độ sôi dưới 2000C

Tiêu chuẩn ASTM D 3272 dùng xác định hàm lượng của hợp chất hoạt động trong xăng, dầu hoả, nhiên liệu phản lực và nhiên liệu chưng cất bằng đo điện thế Tiêu chuẩn xác định ASTM D 4952 xác định sự có mặt có hay không có mặt của hợp chất lưu huỳnh hoạt động trong nhiên liệu hoặc dung môi Theo quy định trong nhiên liệu phản lực hàm lượng lưu huỳnh dạng mercaptan không vượt quá 0,003%

1.3.5.3 Kiểm nghiệm ăn mòn miếng đồng

Tiêu chuẩn xác định TCVN 2694, ASTM D 130

Kiểm nghiệm này nhằm phát hiện sự xuất hiện của các hợp chất lưu huỳnh hoạt động (lưu huỳnh tự do, sunfua, mercaptan) có mặt trong nhiên liệu dựa vào sự thay đổi màu sắc của mảng đồng tiêu chuẩn sau khi đã ngâm vào nhiên liệu trong 2 giờ đồng hồ ở 1000C sau đó đem so sánh với bảng màu chuẩn Theo quy định độ mờ tối đa của miếng đồng là số N01

1.3.5.4 Kiểm nghiệm ăn mòn miếng bạc

Tiêu chuẩn xác định IP 227

Phương pháp kiểm nghiệm cũng dựa trên cơ sở độ mờ của miếng bạc đã ngâm vào trong nhiên liệu trong 4 giờ ở 500C Màu sắc của miếng bạc sau khi kiểm nghiệm sẽ được so sánh với miếng bạc chuẩn không qua thử nghiệm Yêu cầu độ

mờ của miếng bạc không vượt quá số N02

Hai chỉ tiêu kiểm nghiệm miếng đồng và kiểm nghiệm miếng bạc phải tuân thủ đúng quy định Nếu vượt quá tiêu chuẩn chứng tỏ trong nhiên liệu tồn tại các hợp chất lưu huỳnh hoạt động như lưu huỳnh tự do, lưu huỳnh dạng sunfua và mercaptan Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu cao sẽ gây ăn mòn thiết bị, ăn mòn các chi tiết bằng kim loại trong động cơ, khi cháy tạo khí SO2, SO3 độc hại nếu hít phải

Để giảm tác hại của sự ăn mòn người ta dùng loại dầu nhờn có trị số kiềm tổng cao để trung hoà lượng axit tạo thành khi nhiên liệu cháy trong động cơ

Vấn đề đặt ra là làm sao để hàm lượng lưu huỳnh được khống chế trong giới hạn cho phép ngay từ khâu sản xuất, chế tạo nhiên liệu Do đó việc lựa chọn công nghệ kỹ thuật chế biến và nguồn nguyên liệu dầu thô là những yếu tố quyết định đến hàm lượng lưu huỳnh

1.3.6 tính năng an toàn cháy nổ [1]

Nhiên liệu phản lực và các sản phẩm dầu mỏ khác đều có khả năng cháy nổ rất cao Do vậy nắm bắt được tính năng an toàn cháy nổ của nhiên liệu là một yếu tố quan trọng trong quá trình vận chuyển, bảo quản và sử dụng Để đánh giá cho khả năng an toàn cháy nổ có 2 chỉ tiêu chính là độ chớp cháy và độ dẫn điện

1.3.6.1 Độ chớp cháy cốc kín

Tiêu chuẩn xác định TCVN 6608, ASTM D 3828

Độ chớp cháy cốc kín là nhiệt độ thấp nhất ở áp suất 760mmHg (101,3kPa) tại đó ngọn lửa kiểm tra làm hơi của mẫu nguyên liệu bùng cháy dưới điều kiện xác

định của mẫu kiểm tra

Độ chớp cháy đánh giá phản ứng của mẫu nhiên liệu đối với nhiệt Nó là một tính chất quan trọng để đánh giá tổng thể nguy hiểm cháy nổ của nhiên liệu trong toàn bộ quá trình vận chuyển bảo quản và sử dụng Từ đó đề ra các biện pháp phòng chống cháy nổ thích hợp tại từng vị trí điều kiện cụ thể

Độ chớp lửa còn chỉ ra khả năng có mặt của những chất dễ cháy có tính bay hơi Với nhiên liệu phản lực cần có độ bay hơi thích hợp Nếu nhiên liệu có độ bay

hơi quá cao (nhiệt độ chớp lửa quá thấp) sẽ xảy ra hiện tượng tạo nút hơi trong ống dẫn Còn nếu nhiên liệu có độ bay hơi quá thấp (nhiệt độ chớp lửa quá cao) sẽ không

đảm bảo cho quá trình cháy diễn ra liên tục trong động cơ Theo tiêu chuẩn ASTM

D 3828 nhiên liệu phản lực có độ chớp cháy cốc kín yêu cầu không nhỏ hơn 380C

1.3.6.2 Độ dẫn điện

Tiêu chuẩn xác định TCVN 6609, ASTM D 2624

Việc tích và phóng tĩnh điện là một vấn đề trong tồn chứa và bảo quản nhiên liệu phản lực Nguồn tích điện có thể xuất hiện khi các bề mặt khác biệt cọ lên nhau chẳng hạn như khi nhiên liệu chuyển qua đường ống, vòi, van, hoặc bộ phận lọc Tốc độ phóng điện của nguồn tĩnh điện tỉ lệ với khả năng dẫn điện của chất lỏng Các hydrocacbon tinh khiết hầu như không dẫn điện Nhiên liệu phản lực có tính dẫn điện khi nó có tồn tại hàm lượng các chất dạng ion (các chất có khả năng phân cực) Khi lọc hoặc bơm nhanh một nhiên liệu không có tính dẫn điện như nhiên liệu phản lực, nhiên liệu vẫn có thể tích điện nhanh hơn nhiều so với quá trình tản nhiệt Khi điện tích tích tụ vượt quá điện thế ion hoá của không khí nằm trên chất lỏng nó

có thể phóng điện từ bề mặt chất lỏng dưới dạng tia lửa điện Năng lượng của tia lửa

điện có thể mồi lửa nổ nếu chất lỏng có thể cháy và nếu thành phần gồm nhiên liệu

và không khí nằm trong phạm vi cháy

Để ngăn chặn khả năng cháy nổ do tĩnh điện gây ra, hệ thống xử lý nhiên liệu

được thiết kế khá tinh vi sử dụng sự tiếp đất, giới hạn tốc độ bơm và thời gian để tản nhiệt trước khi nhiên liệu tiếp xúc với không khí Nếu độ dẫn điện đủ lớn thì sự phân tán sự tích điện càng nhanh đủ để ngăn ngừa sự tích luỹ của chúng và tránh

điện thế cao trong bể nhận Giới hạn độ dẫn điện thường được áp dụng vào thời điểm khi xuất hàng bán cho khách hàng Theo tiêu chuẩn ASTM D 2624 yêu cầu độ dẫn

điện có giá trị trong khoảng 50 – 600 pS/m

Bảng 2 Các chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu phản lực tuocbin hàng không JET A1 [2]

ở nhiệt độ môi trường

Nhìn bằng mắt thường

Màu Ghi kết quả TCVN 4354/ASTM D

156 Tạp chất dạng hạt mg/l max 1,0 423

2 Thành phần

Axit tổng mgKOH/g max 0,015 354 TCVN 7419/ASTM D

3242 Hidrocacbon thơm, %V

max 25,0 156

TCVN 7330/ASTM D

1319 Tổng hidrocacbon thơm, %V

max 0,0030 342

TCVN 2685/ASTM D

3227 Doctor test âm tính 30 TCVN 7486/ASTM D

4952

Thµnh phÇn nhiªn liÖu qua qu¸

tr×nh hydro ho¸, % V Ghi kÕt qu¶

TP nhiªn liÖu qua qu¸ tr×nh

hydro ho¸ kh¾c nghiÖt, % V Ghi kÕt qu¶

max 1,5 Hao hôt, % V, 0C max 1,5

123 123

TCVN 2698/ASTM D

86 TCVN 2698/ASTM D

NhiÖt l−îng riªng thùc, MJ/kg

min ASTM D 3338/ D 4809ChiÒu cao ngän löa kh«ng

khãi,mm min 26 57

TCVN 3171/ASTM D

1322 Hµm l−îng naphtalen, %V

- Nhiªn liÖu cã phô gia chèng

+ Trong nhiên liệu qua quá trình

hydro hoá và nhiên liệu tổng hợp

(bắt buộc)

+ Trong nhiên liệu không qua

quá trình hydro hoá và nhiên

max

3,0 5.0

1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực [3]

Có 2 tổ chức giữ vai trò dẫn đầu trong việc xác lập và duy trì các yêu cầu kỹ

thuật cho nhiên liệu phản lực hàng không đó là Hội thử nghiệm – vật liệu của Mỹ (ASTM) và Bộ quốc phòng của Vương quốc Anh (MOD) Các yêu cầu kỹ thuật do hai tổ chức này ban hành rất giống nhau nhưng không đồng nhất Nhiều nước cũng

đã ban hành yêu cầu kỹ thuật nhiên liệu phản lực cho riêng mình như Nga (GOST), Ban tiêu chuẩn Canada (CGSB) …

Để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu phản lực trong quá trình xuất, nhập, vận chuyển bảo quản và sử dụng Năm 1998 nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 6426 đối với nhiên liệu Tuốcbin hàng không JET A1 với những nội dung cơ bản sau:

Bảng 3: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6426 đối với nhiên liệu Tuốcbin hàng không Jet A-1

TCVN 2698

(ASTM D 86) Sản phẩm dầu mỏ Phương pháp xác định thành phần cất

TCVN 3891 Sản phẩm dầu mỏ Đong rót, ghi nhãn, vận chuyển và bảo quản ASTM D 56 Phương pháp xác định điểm chớp cháy cốc kín

ASTM D 130 Phương pháp phát hiện ăn mòn mảng đồng của sản phẩm dầu

mỏ bằng mảng đồng Tanish ASTM D 381 Phương pháp xác định hàm lượng nhựa thực tế trong nhiên liệu

bằng phương pháp bay hơi

ASTM D 445 Phương pháp xác định độ nhớt của chất lỏng trong suốt và đục

mờ ASTM D 1094 Phương pháp xác định phản ứng nước của nhiên liệu hàng khôngASTM D 1266 Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm dầu

mỏ – Phương pháp đốt đèn

ASTM D 1298 Phương pháp xác định khối lượng riêng, tỉ trọng, hoặc tỉ trọng

API của dầu thô và sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp tỉ trọng

kế hydrometter

ASTM D 1319 Phương pháp xác định hàm lượng hydrocacbon thơm trong sản

phẩm dầu mỏ bằng phương pháp hấp thụ tử ngoại

ASTM D 1322 Phương pháp xác định chiều cao ngọn lửa không khói của nhiên

liệu tuôcbin hàng không

ASTM D 1552 Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm dầu

mỏ ASTM D 1740 Phương pháp xác định trị số phát quang của nhiên liệu tuocbin

hàng không ASTM D 1840 Phương pháp xác định hàm lượng hidrocacbon naphtalen trong

nhiên liệu tuocbin hàng không bằng phổ cực tím

ASTM D 2386 Phương pháp xác định điểm băng của nhiên liệu hàng không ASTM D 2622 Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm dầu

mỏ bằng tia phổ X quang

ASTM D 2624 Phương pháp xác định độ dẫn điện của nhiên liệu hàng không và

phần cất nhiên liệu

ASTM D 3227 Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh mercaptan trong

xăng, dầu hoả, nhiên liệu hàng không và phần cất nhiên liệu ASTM D 3241 Phương pháp xác định tính ổn định oxi hoá nhiệt của nhiên liệu

tuốc bin hàng không ASTM D 3242 Phương pháp xác định hàm lượng axit tổng trong nhiên liệu

tuốcbin hàng không ASTM D 3338 Phương pháp tính toán nhiệt lượng riêng của nhiên liệu

ASTM D 3343 Phương pháp tính toán hàm lượng hidro trong nhiên liệu hàng

không ASTM D 3701 Phương pháp tính toán hàm lượng hidro trong nhiên liệu hàng

không bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân tần số thấp ASTM D 3828 Phương pháp xác định nhanh điểm chớp lửa cốc kín

ASTM D 3948 Phương pháp xác định trị số tách nước

ASTM D 4052 Phương pháp xác định khối lượng riêng và tỉ trọng của sản phẩm

dầu mỏ bằng đồng hồ đo khối lượng riêng ASTM D 4057 Dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ Phương pháp lấy mẫu thủ công ASTM D 4294 Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm dầu

mỏ bằng phổ phát xạ - tán xạ năng lượng dùng tia X quang

ASTM D 4529 Phương pháp tính toán nhiệt lượng riêng thực của nhiên liệu

hàng không ASTM D 4809 Phương pháp tính toán nhiệt lượng riêng thực của hidrocacbon

thể lỏng bằng bom nhiệt lượng kế (tính độ chính xác trung gian)ASTM D 4952 Phương pháp phân tích định tính lưu huỳnh hoạt tính trong

nhiên liệu và dung môi

ASTM D 5001 Phương pháp xác định tính bôi trơn của nhiên liệu tuốc bin hàng

không ( đánh giá độ bôi trơn của viên bi trong xilanh Bocle ) ASTM D 5006 Phương pháp xác định phụ gia ức chế đóng băng của nhiên liệu

tuocbin hàng không ( loại ete )

IP 227 Phương pháp xác định ăn mòn mảng bạc của nhiên liệu tuocbin

hàng không

IP 381 Nhiên liệu hàng không Phương pháp tính toán nhiệt lượng riêng

thực

IP 424 Phương pháp xác định phụ gia ức chế đóng băng trong nhiên

liệu dùng cho động cơ tuốc bin hàng không bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp

1.5 Tiêu chuẩn về tồn chứa nhiên liệu phản lực [2]

Nhiên liệu bay là loại nhiên liệu cần sử dụng số lượng thùng chứa và đường ống lớn, yêu cầu hoạt động bảo trì đặc biệt Từ nhà máy lọc dầu đến sản sân bay,

nhiên liệu bay được vận chuyển trong các thiết bị lớn như tàu biển hoặc qua đường ống dẫn nhằm đảm bảo chất lượng nhiên liệu không bị xuống cấp Với đặc thù của mình, an toàn cháy nổ phải đặt lên hàng đầu, bên cạnh đó là tiêu chuẩn về hệ thống lưu trữ

1.5.1 Đường ống và bơm

ống thép cacbon là loại duy nhất sử dụng trong vận chuyển nhiên liệu bay từ các nhà máy đến sân bay Ngoài các lớp bọc bên ngoài cùng với hệ thống bảo vệ âm cực thì đường ống còn phủ một lớp chống ăn mòn Hệ thống cần kiểm tra và làm sạch thường xuyên nhằm đảm bảo độ ổn định trong khi hoạt động, lớp bảo vệ không

bị hỏng

Lưu lượng trong đường ống được giới hạn nằm dưới mức độ gây nên xói mòn bên trong, thường rơi vào khoảng 1,5 – 2 m/s

Để duy trì áp lực trong đường ống, máy bơm ly tâm được sử dụng Tại trạm

đầu và cuối, nhiên liệu được đưa qua bộ phận lọc tách loại bỏ tạp chất và nước tự do Nếu tạp chất cao duy trì để tăng hiệu suất cho việc vận chuyển dài thì ở các trạm trung chuyển sẽ có các van giảm áp trước khi đưa vào sử dụng

ở các cầu cảng biển nếu không có sẵn hệ thống ống dẫn dành cho nhiên liệu phản lực thì chúng sẽ được chuyển qua đường dành riêng cho sản phẩm trắng như xăng, dầu hoả Với đường ống chung thì nhiên liệu bay dễ bị nhiễm bẩn hơn vì đây

là sản phẩm có độ tinh khiết cao nhất, nên chúng phải được đưa qua các bể lắng sau

đó tiến hành kiểm tra chất lượng

Trước khi bơm rót từ các bể chứa ra tàu biển thì bộ phận lọc đầu vòi bơm phải tiếp xúc ít nhất 100s để tránh bị lọt chất bẩn vào bên trong cũng như hạn chế nguy hiểm do tĩnh điện gây ra [10,11]

1.5.2 Bể chứa

Bể chứa được thiết kế nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của bụi, hơi nước… xảy ra trong quá trình vận chuyển nhiên liệu Đặc biệt là kim loại ở thành bể bị gỉ gây ra nhiễm bẩn khi lưu trữ số lượng lớn Nước tự do ở đáy là môi trường thuận lợi cho vi

khuẩn phát triển và ăn mòn bể chứa vì vậy một lớp sơn epoxy được phủ lên toàn bộ

đường ống [6,11]

1.5.3 Hệ thống lọc tách tạp chất

Nhiễm bẩn nhiên liệu trong quá trình tồn chứa bảo quản là điều không thể tránh khỏi nên luôn luôn có hệ thống xử lý tạp chất bao gồm các quy trình sau: +) Lọc để tách bỏ hạt rắn

+) Tách nước: bằng phương pháp keo tụ hoặc dùng muối

+) Xử lý bằng đất sét để loại bỏ các chất trên bề mặt

Một hoặc nhiều quá trình sẽ được dùng sau từng giai đoạn, hoặc đầu ra của

bể chứa ở sân bay hay trước khi vào pha chế nhiên liệu

1.6 Các thiết bị làm sạch sản phẩm

1.6.1 Thiết bị lọc

ống thải

Nhiên liệu đi qua một bộ lọc với một lớp giấy đặc biệt hay sợi tổng hợp nhằm loại bỏ các hạt rắn có kích thước lớn hơn lỗ rỗng của giấy lọc Thông thường bộ lọc với kích thước lỗ 5 micromet sử dụng cho nhiên liệu máy bay dân dụng và 1 – 2 micromet dùng cho nhiên liệu máy bay phản lực Các bộ phận lọc loại này gọi là bộ lọc trước vì chúng sử dụng lọc thô

Hình 4 Thiết bị lọc Phương pháp này tương đối rẻ và hiệu quả

1.6.2 Thiết bị sử dụng muối khan

Hình 5 Thiết bị sấy bằng muối

Đây là một thùng chứa có một khay chứa muối khan NaCl Khi nhiên liệu đi

từ dưới lên qua khay, nước tự do trong nhiên liệu sẽ kết hợp với muối khan tạo nên dung dịch muối ăn đậm đặc và tháo ra ở đáy Thiết bị này phù hợp với lượng nhiên liệu lớn nên hay dùng trong nhà máy lọc dầu hay thiết bị đầu cuối ở sân bay

Muối

Đá và sỏi

1.6.3 Thiết bị lọc tách nước bằng keo tụ

Khi không thể dùng các thiết bị tách nước theo phương pháp thô thì đây là giải pháp cho nhiên liệu có nước sẽ được kết hợp thành các hạt to hơn sau đó những hạt này bị tách ra theo cách thông thường Tuy nhiên phương pháp này có nhược

điểm là chi phí cao

Hình 6 Thiết bị lọc nước bằng keo tụ

1.6.4 Thiết bị sử dụng đất sét

Phân tử dạng khối

Phân tử dạng phân tách

Phân tử dạng hạt nước

Nhiên liệu vào

Nhiên liệu ra

1.7.1 Các biện pháp tăng số lượng, nâng cao chất lượng nhiên liệu phản lực

Với một nguồn tài nguyên dầu mỏ ngàỳ càng khan hiếm thì phương pháp chưng cất trực tiếp không đủ để đáp ứng Vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất là làm sao để tăng sản lượng và nâng cao chất lượng nhiên liệu? Câu trả lời là:

- Tuyển nguồn nguyên liệu tốt có các thành phần phù hợp với yêu cầu của nhiên liệu phản lực Có nghĩa sản phẩm thu được sau chế biến phải sạch, độ ổn định cao

- Mở rộng phạm vi cất sau đó tiến hành pha trộn nhiều phân đoạn sản phẩm để thu

được nhiều loại nhiên liệu phù hợp với nhiều loại động cơ phản lực trong thời đại mới

- Cải tiến công nghệ chế biến sao cho sản phẩm thu được có tính năng kỹ thuật tối

ưu Tuy nhiên biện pháp này khó thực hiện bởi nó đòi hỏi vốn đầu tư lớn nhưng hiệu quả không cao

- Sử dụng phụ gia: Đặc điểm của phụ gia cho thêm vào là cháy hoàn toàn, không tạo cặn, không tạo tàn không làm xấu đi các tính chất khác của nhiên liệu Hoà tan tốt trong nhiên liệu nhưng tan hạn chế trong nước, ổn định trong nhiên liệu khi bảo quản tồn chứa, có tính tương hợp với các loại phụ gia khác

1.7.2 Phụ gia cho nhiên liệu phản lực

Công nghệ pha chế phụ gia đã hình thành và phát triển từ lâu nhưng vẫn ngày càng được hoàn thiện và cải tiến Việc sử dụng phụ gia trong sản phẩm dầu không những nâng cao được các tính chất quý của nhiên liệu mà còn bảo vệ được máy móc bền vững, nâng cao tuổi thọ của động cơ Ngoài gia phụ gia góp phần cho nhiên liệu cháy tốt hơn, giảm thiểu lượng khí thải độc hại thải ra môi trường

Các phụ gia quan trọng cho nhiên liệu phản lực bao gồm phụ gia hạ nhiệt độ

đông đặc, phụ gia chống oxi hoá, phụ gia chống tạo cặn, phụ gia chống vi sinh vật, phụ gia chống tích điện…

1.7.2.1 Phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc

Phụ gia này cho thêm vào nhiên liệu để ngăn ngừa sự tạo thành của những tinh thể nước tự do có trong nhiên liệu khi bay ở độ cao nhiệt độ thấp Các tinh thể nước đá sẽ hình thành từ hơi ẩm có trong không khí trên bề mặt nhiên liệu hay tuyết bám trên thành thùng chứa rơi vào nhiên liệu Các tinh thể đá tích tụ trên bộ lọc làm tắc nghẽn hệ thống cấp liệu gây nguy hiểm cho động cơ khi đang bay

Phụ gia chống tạo kết tinh nước thường dùng là Etylen glycol monometyl ete (2 – metoxy etanol ) và gần đây thường sử dụng là Etylen glycol dimety ete( 2 – dimetoxy etan) với hàm lượng 0,1 - 0,15%V

1.7.2.2 Phụ gia chống oxi hoá

Nhiên liệu phản lực trong qúa trình bảo quản và sử dụng dễ thay đổi tính chất

mà nguyên nhân chính là do quá trình oxi hoá Khả năng bền oxi hoá của các hidrocacbon tăng theo thứ tự sau:

HC không no < các hợp chất dị hữu cơ < HC thơm < naphten < parafin

Quá trình oxi hoá dấn đến làm thay đổi một số tính năng hoá lý như làm thay

đổi màu của nhiên liệu, làm tăng hàm lượng nhựa thực tế, tăng độ axit, giảm độ nhớt

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và oxi trong không khí, trong nhiên liệu diễn

ra những biến đổi hoá học như quá trình tạo ra các chất kết tủa không tan và các chất nhựa Những chất này gây cản trở cho quá trình vận hành, khi đọng lại trong bầu lọc chúng có thể phá huỷ hệ thống cấp nhiên liệu cho động cơ làm cho động cơ ngừng hoạt động

Phụ gia chống oxi hoá ngăn cản quá trình tạo thành các peroxit trong quá trình tồn chứa vận chuyển do tiếp xúc với không khí Phụ gia thường được sử dụng cho nhiên liệu phản lực là alkyl phenol, và được làm sạch bằng phương pháp hydro hoá Sau khi qua quá trình hydro hoá các chất ức chế oxi hoá là các hợp chất dị vòng

có trong dầu đã bị biến đổi

Thường dùng hợp chất 2,6 ditest - butyl - 4 – metyl phenol còn có tên gọi là Agidol – 1 với hàm lượng 0,003 – 0,004% khối lượng Tiêu chuẩn ASTM cho phép

sử dụng khi cần với nồng độ 24mg/l

1.7.2.3 Phụ gia chống vi sinh vật

Nhiên liệu có vi sinh vật với một lượng lớn là nhiên liệu đã bị nhiễm khuẩn Các loại vi khuẩn có thể gây nhiều tác hại như: làm lên men các chất hữu cơ có trong nhiên liệu, oxi hoá hidrocacbon thành các chất chứa oxi gây mùi hôi cho nhiên liệu Một số loại vi sinh vật còn tạo ra các sản phẩm phụ có tính axit làm gia tăng khả năng ăn mòn của kim loại Đa số các vi sinh vật cần môi trường nước để phát triển nên nếu trong nhiên liệu phản lực có lẫn nước thì vi sinh vật sẽ phát triển mạnh

ở bề mặt tiếp xúc giữa nhiên liệu và nước

Để ngăn chặn sự nhiễm khuẩn này biện pháp tốt nhất là giữ cho lượng nước trong nhiên liệu phản lực càng ít càng tốt Khi lượng vi sinh vật đạt mức báo động cần dùng kháng sinh thích hợp để tiêu diệt