Система инертирования - Inerting system - Wikipedia

An система инертизации снижает вероятность горение из легковоспламеняющийся материалы, хранящиеся в замкнутом пространстве, особенно в топливном баке, за счет сохранения химически нереактивного или "инертный "газ, например азот,[1] в таком пространстве. «Инертированные» топливные баки могут использоваться на суше или на борту. корабли[2] или же самолет.

Принцип действия

Три элемента необходимы для инициирования и поддержания горения: 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:

  1. снижение концентрации кислорода в незаполненный объем - пространство над жидким топливом - ниже места, способного сгорать (порог сгорания);
  2. уменьшение концентрации топлива в незаполненном объеме ниже "нижний предел взрываемости "(НПВ), минимальная концентрация, способная сгорать; или
  3. увеличение концентрации топлива выше "верхний предел взрываемости "(UEL), максимальная концентрация, способная к горению.[нужна цитата ]

В настоящее время легковоспламеняющиеся пары в топливных баках становятся инертными за счет замены воздуха в баке воздухом. инертный газ, например, азот, воздух, обогащенный азотом, пар или углекислый газ. 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.[нужна 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 технологических трубопроводах в пространство цистерн, чтобы предотвратить попадание паров летучих углеводородов или тумана в другое оборудование.[3] Системы инертного газа требовались на нефтяных танкерах с СОЛАС постановления 1974 года. Международная морская организация (IMO) публикует технический стандарт IMO-860, описывающий требования к системам инертного газа. В инертных цистернах также могут перевозиться другие типы грузов, такие как химические насыпи, но инертный газ должен быть совместим с используемыми химикатами.

Самолет

Топливные баки для боевой самолет давно инертированы, а также самоуплотняющийся, но те для транспортный самолет, как военные, так и гражданские, нет, в основном из-за соображений стоимости и веса.[нужна цитата ] Раннее использование азота было на Хэндли Пейдж Галифакс III и VIII, Шорт Стирлинг, и Авро Линкольн Б.II, который включал инерционные системы примерно с 1944 года.[4][5][6]

Клив Киммел впервые предложил систему инертирования для пассажирских авиакомпаний в начале 1960-х годов.[7] В предлагаемой им системе для пассажирских самолетов использовался бы азот. Однако США Федеральная авиационная администрация (FAA) отказалось рассматривать систему Киммела после того, как авиакомпании пожаловались на ее непрактичность. Действительно, ранние версии системы Киммела весили 2 000 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 источники возгорания не попадали в топливные баки.

FAA не рассматривало облегченные системы инертирования для коммерческих самолетов до крушения 1996 г. TWA, рейс 800. Причиной крушения стал взрыв в топливном баке центрального крыла самолета. Боинг 747 использовался 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 вызывает незаполненный объем соотношение топлива и воздуха должно быстро увеличиваться и превышать нижний предел воспламеняемости. Большое количество топлива (высокая массовая загрузка) в топливном баке может удерживать тепловую энергию и замедлять скорость испарения топлива. Взрыв Thai Airways International Боинг 737 в 2001 году и Philippine Airlines 737 в 1990 году также произошло 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 окончательном отчете Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB) о катастрофе TWA 747 говорится: «Воздушные пары топлива в незаполненный объем самолета TWA, выполнявшего рейс 800 CWT, был воспламеняющимся во время аварии ». В 1997 году NTSB определила« Устранение взрывоопасной смеси в топливных баках в самолетах транспортной категории ».

После крушения рейса 800 в отчете 2001 года комитета FAA говорилось, что авиакомпаниям США 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 инертирования на основе обогащенного азотом воздуха (NEA), работающий 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 приступила к испытаниям собственной производной системы, выполнив успешные испытательные полеты в 2003 году с несколькими самолетами 747.

Новая, упрощенная система инертирования была первоначально предложена FAA через общественное обсуждение. В нем используется половолоконный мембранный материал, который отделяет подаваемый воздух в воздух, обогащенный азотом (NEA) и воздух, обогащенный кислородом (OEA).[8] Эта технология широко используется для создания воздух, обогащенный 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 инертирования на военных самолетах, эта система инертизации будет работать непрерывно, чтобы снизить воспламеняемость паров топлива при работе двигателей 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 путем удаления 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, которая потребовала бы от авиакомпаний «снизить уровни 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 возгорания 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 для 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 (пассажировместимость 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 будут подпадать под это правило, поскольку FAA не считает их подверженными высокому риску взрыва топливного бака. FAA оценило стоимость программы в 808 миллионов долларов США на следующие 49 лет. , в том числе 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 касается самолетов, чьи блоки кондиционирования воздуха 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, то Airbus A380 не имеет топливного бака с центральным крылом и поэтому не подлежит налогообложению, 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. FAA заявило, что 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 утверждал, что ее самолеты ' электрическая проводка сделала систему инертизации ненужными.

По состоянию на 2009 годУ FAA было отложенное правило, чтобы снова повысить стандарты бортовых систем инертирования. Другие разрабатывают новые технологии для инертизации топливных баков:

(1) Система бортовой системы 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 на C-17. Эта система обеспечивает уровень безопасности, на котором было написано предлагаемое повышение стандартов предлагаемыми правилами FAA. Критики этой системы ссылаются на высокую стоимость обслуживания, о которой 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 инертизации. 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: пенообразователь система и незаполненный объем система. FAA решило, что дополнительный вес системы незаполненного объема делает ее непрактичной для использования 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

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "инертный газ ". Дои:10.1351 / goldbook.I03027
  2. ^ "Макет завода I.G. на кораблях", Ламар Стоунсифер, редактор. Bright Hub Engineering, 2009-07-12.
  3. ^ Брюс, Джордж Дж. Эйрс, Дэвид Дж. (2012). Строительство судов (7-е издание). Эльзевир. 978-0-08-097239-8 стр. 234
  4. ^ "Заметки пилота и бортинженера - Галифакс III и VIII - Четыре двигателя Геркулеса VI или XVI" Министерство авиации, март 1944 г., стр. 6.
  5. ^ «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
  6. ^ «Заметки пилота для Lincoln B.2». Министерство авиации, сентябрь 1950 г., стр. 16.
  7. ^ Рид, Джеффри: «Предупреждения инженера не были учтены перед взрывом TWA 800». Cnn.com, 2006-07-18.
  8. ^ "Система инертирования галонов F-16" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 27 сентября 2006 г.. Получено 17 ноября 2005.
  9. ^ «США предлагают правила топливной безопасности для коммерческих самолетов». Рейтер. Получено 16 ноября 2005.
  10. ^ «FAA не полностью ИНЕРТИРУЕТ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА». Получено 2 декабря 2009.
  11. ^ "Инертинг топливного бака, Консультативный комитет по разработке правил авиации, 28 июня 1998 г." (PDF). Получено 2 декабря 2009.

Источники

внешняя ссылка