Инертизации система уменьшает вероятность сгорания из горючих материалов , хранящихся в ограниченном пространстве, в частности топливного бака, поддерживая химически нереактивный или « инертный » газа, такие как азот , [1] в таком пространстве. «Инертированные» топливные баки могут использоваться на суше, на борту кораблей [2] или самолетов .
Принцип действия
Для инициирования и поддержания горения требуются три элемента : источник воспламенения (тепло), топливо и кислород. Возгорание можно предотвратить, уменьшив любой из этих трех элементов. Если невозможно предотвратить наличие источника воспламенения в топливном баке, тогда бак можно сделать невоспламеняемым за счет:
- уменьшение концентрации кислорода в незаполненном объеме - пространстве над жидким топливом - до уровня ниже концентрации , способной к воспламенению (порог сгорания);
- снижение концентрации топлива в незаполненном объеме до уровня ниже « нижнего предела взрываемости » (НПВ), минимальной концентрации, способной к сгоранию; или же
- увеличение концентрации топлива выше « верхнего предела взрываемости » (ВПВ), максимальной концентрации, способной к возгоранию. [ необходима цитата ]
В настоящее время легковоспламеняющиеся пары в топливных баках становятся инертными путем замены воздуха в баке инертным газом , таким как азот, воздух, обогащенный азотом, пар или диоксид углерода . Это снижает концентрацию кислорода в незаполненном объеме до уровня ниже порога сгорания. Также были предложены альтернативные методы, основанные на уменьшении отношения незаполненного объема топливо-воздух до уровня ниже LFL или увеличения отношения топлива к воздуху до уровня выше UFL. [ необходима цитата ]
Нефтяные танкеры
Нефтяные танкеры заполняют пустое пространство над нефтеналивным грузом инертным газом для предотвращения возгорания или взрыва паров углеводородов. Пары масла не могут гореть в воздухе с содержанием кислорода менее 11%. Инертный газ может подаваться путем охлаждения и очистки дымовых газов, производимых судовыми котлами. При использовании дизельных двигателей выхлопные газы могут содержать слишком много кислорода, поэтому могут быть установлены генераторы инертного газа, работающие на топливе. Односторонние клапаны устанавливаются в технологическом трубопроводе, ведущем в пространство цистерны, для предотвращения попадания паров летучих углеводородов или тумана в другое оборудование. [3] Системы инертного газа требуются на нефтяных танкерах с момента принятия правил СОЛАС 1974 года. Международная морская организация (ИМО) публикует технический стандарт IMO-860, описывающий требования к системам инертного газа. Другие типы грузов, такие как наливные химикаты, также могут перевозиться в инертных цистернах, но инертизирующий газ должен быть совместим с используемыми химикатами.
Самолет
Топливные баки боевых самолетов уже давно имеют инертную пленку, а также герметизируются , но баки транспортных самолетов , как военных, так и гражданских, этого не делают, в основном из-за соображений стоимости и веса. [ необходима цитата ] Раннее использование азота было на Handley Page Halifax III и VIII , Short Stirling и Avro Lincoln B.II , которые включали системы инертизации примерно с 1944 года. [4] [5] [6]
Клив Киммел впервые предложил систему инертирования для пассажирских авиакомпаний в начале 1960-х годов. [7] Предложенная им система для пассажирских самолетов должна была использовать азот. Однако Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) отказалось рассматривать систему Киммела после того, как авиакомпании пожаловались на ее непрактичность. Действительно, ранние версии системы Киммела весили 2000 фунтов, что, вероятно, сделало бы самолет слишком тяжелым для полета с пассажирами на нем. Однако FAA почти не проводило исследований по обеспечению инертности топливных баков в течение 40 лет, даже перед лицом нескольких катастрофических взрывов топливных баков. Вместо этого FAA сосредоточилось на том, чтобы не допустить попадания источников возгорания в топливные баки.
FAA не рассматривало облегченные системы инертирования для коммерческих самолетов до крушения рейса 800 TWA в 1996 году . Причиной крушения стал взрыв в топливном баке центрального крыла самолета Боинг 747, использовавшегося в полете. Этот бак обычно используется только в очень длительных полетах, и во время взрыва в баке было мало топлива. Небольшое количество топлива в баке более опасно, чем большое количество, поскольку тепло, попадающее в топливный бак с остаточным топливом, вызывает более быстрое повышение температуры топлива и его испарение. Это приводит к быстрому увеличению отношения незаполненного объема топлива к воздуху и превышению нижнего предела воспламеняемости. Большое количество топлива (высокая массовая загрузка) в топливном баке может удерживать тепловую энергию и замедлять скорость испарения топлива. Взрыв Boeing 737 авиакомпании Thai Airways International в 2001 году и 737 авиакомпании Philippine Airlines в 1990 году также произошел в баке с остаточным топливом. Вышеупомянутые три взрыва произошли в теплый день в баке центрального крыла (CWT), который находится внутри контуров фюзеляжа. Эти топливные баки расположены поблизости от внешнего оборудования, которое непреднамеренно нагревает топливные баки. В заключительном отчете Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB) о крушении TWA 747 говорится: «Воздушный пар топлива в незаполненном объеме самолета TWA, выполнявшего рейс 800 CWT, был воспламеняющимся во время аварии». NTSB определила "Удаление взрывоопасной смеси в топливных баках самолетов транспортной категории" как пункт номер 1 в своем списке самых разыскиваемых в 1997 году.
После крушения рейса 800 в отчете 2001 года комитета FAA говорилось, что американским авиакомпаниям придется потратить 35 миллиардов долларов на модернизацию своего существующего парка самолетов с помощью инертирующих систем, которые могли бы предотвратить подобные взрывы в будущем. Однако другая группа FAA разработала прототип системы инертизации на основе обогащенного азотом воздуха (NEA), который работал на сжатом воздухе, подаваемом силовыми двигателями самолета. Кроме того, FAA определило, что топливный бак можно сделать инертным, снизив концентрацию незаполненного кислорода до 12% вместо ранее принятого порогового значения от 9 до 10%. Компания Boeing начала испытания собственной производной системы, выполнив успешные испытательные полеты в 2003 году с несколькими самолетами 747.
Новая упрощенная система инертирования была первоначально предложена FAA в ходе общественного обсуждения. В нем используется половолоконный мембранный материал, который разделяет подаваемый воздух на воздух, обогащенный азотом (NEA), и воздух, обогащенный кислородом (OEA). [8] Эта технология широко используется для производства воздуха, обогащенного кислородом, в медицинских целях. В нем используется мембрана, которая предпочтительно позволяет молекуле азота (молекулярная масса 28) проходить через нее, а не молекуле кислорода (молекулярная масса 32).
В отличие от систем инертизации на военных самолетах, эта система инертизации будет работать непрерывно, чтобы снизить воспламеняемость паров топлива, когда работают двигатели самолета; и его цель - снизить содержание кислорода в топливном баке до 12%, что ниже, чем нормальное содержание кислорода в атмосфере, составляющее 21%, но выше, чем у инертных топливных баков военных самолетов, для которого требуется 9% кислорода. Это достигается за счет выпуска незаполненного газа, содержащего пары топлива, из бака в атмосферу.
Правила FAA
После семи лет расследования, FAA предложило в ноябре 2005 года правило в ответ на рекомендацию NTSB, которое потребовало бы от авиакомпаний «снижения уровня воспламеняемости паров топливных баков на земле и в воздухе». Это был отход от предыдущей 40-летней политики, в которой FAA сосредоточилось только на сокращении возможных источников воспламенения паров топливных баков.
21 июля 2008 г. Федеральное управление гражданской авиации выпустило окончательное правило. В правила вносятся поправки в правила, применимые к конструкции новых самолетов (14CFR§25.981), и вводятся новые правила обеспечения постоянной безопасности (14CFR§26.31–39), эксплуатационные требования для внутренних полетов (14CFR §121.1117) и эксплуатационные требования для иностранных авиаперевозчиков (14CFR§129.117). Правила применяются к самолетам, сертифицированным после 1 января 1958 г., на пассажировместимость 30 или более человек или грузоподъемность более 7500 фунтов. Правила основаны на производительности и не требуют реализации определенного метода.
Предлагаемое правило повлияет на все будущие конструкции самолетов с неподвижным крылом (пассажировместимостью более 30 человек) и потребует модернизации более 3200 самолетов Airbus и Boeing с топливными баками центрального крыла в течение девяти лет. Первоначально FAA планировало также заказать установку на грузовые самолеты, но администрация Буша исключила это из распоряжения. Кроме того, региональные самолеты и небольшие пригородные самолеты не подпадут под это правило, потому что FAA не считает, что они подвержены высокому риску взрыва топливного бака. FAA оценило стоимость программы в 808 миллионов долларов США на следующие 49 лет, включая 313 миллионов долларов США на модернизацию существующего парка. Он сравнил эту стоимость с «стоимостью для общества» в 1,2 миллиарда долларов США от взрыва большого авиалайнера в воздухе. Предложенное правило появилось в то время, когда почти половина пропускной способности авиакомпаний США приходилась на перевозчиков, находящихся в состоянии банкротства. [9]
Приказ распространяется на самолеты, кондиционеры которых имеют возможность нагревать то, что можно считать обычно пустым топливным баком центрального крыла. Некоторые самолеты Airbus A320 и Boeing 747 намечены к «раннему действию». Что касается новых конструкций самолетов, Airbus A380 не имеет топливного бака с центральным крылом и, следовательно, освобожден от него, а Boeing 787 имеет систему безопасности топливного бака, которая уже соответствует предложенному правилу. FAA заявило, что за последние 16 лет произошло четыре взрыва топливных баков - два на земле и два в воздухе - и что, основываясь на этой статистике и оценке FAA, один такой взрыв будет происходить каждые 60 миллионов часов. летного времени, вероятно, произойдет около 9 таких взрывов в ближайшие 50 лет. По заявлению FAA, системы инертизации, вероятно, предотвратят 8 из этих 9 возможных взрывов. До того, как было предложено правило системы инертизации, Boeing заявила, что она установит свою собственную систему инертизации на авиалайнерах, которые она производит, начиная с 2005 года. Airbus утверждала, что электрическая проводка ее самолетов делает систему инертизации ненужными.
По состоянию на 2009 год[Обновить]У FAA было отложенное правило, чтобы снова повысить стандарты бортовых систем инертирования. Другие компании разрабатывают новые технологии для инертизации топливных баков:
(1) Бортовая система генерации инертного газа (OBIGGS), испытанная в 2004 году FAA и NASA, с заключением, написанным FAA в 2005 году. [10] Эта система в настоящее время используется на многих типах военных самолетов, в том числе С-17. Эта система обеспечивает уровень безопасности, о котором писали при предложенном повышении стандартов предлагаемыми правилами FAA. Критики этой системы ссылаются на высокие затраты на техническое обслуживание, о которых сообщают военные.
(2) Три независимые научно-исследовательские фирмы предложили новые технологии в ответ на гранты на исследования и разработки от FAA и SBA. Эти гранты направлены на разработку системы, превосходящей OBIGGS и способной заменить классические методы инертирования. Ни один из этих подходов не получил одобрения в общем научном сообществе, и эти усилия не привели к появлению коммерчески доступных продуктов. Все фирмы выпустили пресс-релизы или провели переговоры, не прошедшие экспертную оценку.
Другие методы
Два других метода, используемых в настоящее время для инертных топливных баков, - это система подавления пенообразования и система незаполненного объема . FAA решило, что дополнительный вес системы незаполненного объема делает ее непрактичной для применения в авиационной сфере. [11] Некоторые военные самолеты США по-прежнему используют системы инертизации пены на основе азота, а некоторые компании будут доставлять контейнеры с топливом с системой незаполненного объема через маршруты железнодорожных перевозок.
Смотрите также
- Разбавление (уравнение)
- TWA, рейс 800
- Система восстановления кислорода
- Покрытие резервуара
Рекомендации
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « инертный газ ». DOI : 10,1351 / goldbook.I03027
- ^ "Схема завода IG на кораблях" , Ламар Стоунсифер, редактор. Bright Hub Engineering, 12 июля 2009 г.
- ^ Брюс, Джордж Дж. Эйрс, Дэвид Дж. (2012). Судостроение (7-е издание) . Эльзевир. 978-0-08-097239-8 стр. 234
- ^ "Заметки пилота и бортинженера - Галифакс III и VIII - Четыре двигателя Геркулеса VI или XVI" Министерство авиации, март 1944 г., стр. 6.
- ^ "Заметки пилота и бортинженера - Стирлинг I, III и IV - Mark I - Четыре двигателя Hercules XI. Mark III и IV - Четыре двигателя Hercules VI или XVI" Министерство авиации, январь 1944 г., стр. 6
- ^ «Заметки пилота для Lincoln B.2». Министерство авиации, сентябрь 1950 г., стр. 16.
- ↑ Рид, Джеффри, «Предупреждения инженера не были учтены перед взрывом TWA 800» . Cnn.com , 18 июля 2006 г.
- ^ "Система инертизации галонового бака F-16" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 сентября 2006 года . Проверено +17 ноября 2005 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «США предлагают правила топливной безопасности для коммерческих самолетов» . Рейтер . Источник +16 ноябре +2005 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «FAA не полностью ИНЕРТИРУЕТ ОБЪЕКТЫ» . Проверено 2 декабря 2009 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ "Инертинг топливного бака, Консультативный комитет по разработке правил авиации, 28 июня 1998 г." (PDF) . Проверено 2 декабря 2009 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Источники
- Исидор, Крис; Старший, / Деньги (14 сентября 2005 г.). «Авиакомпании Delta и Northwest объявили о банкротстве» . CNN . Источник +17 Ноябрь +2005 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- «FAA заказывает давно откладывающиеся ремонтные работы, чтобы снизить опасность для топливных баков авиалайнеров», Wall Street Journal , 15 ноября 2005 г., стр. D5
- «FAA предлагает правила по снижению риска взрыва топливного бака (пресс-релиз FAA)» . Архивировано из оригинала на 6 июня 2011 года . Проверено 18 января 2007 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Внешние ссылки
- Разделение газов из полых волокон