16.2. Опасные свойства агрессивных и токсичных жидкостей, используемых в качестве компонентов топлив для двигателей летательных аппаратов

Агрессивные и токсичные жидкости, используемые в качестве ком­понентов топлив для летательных аппаратов, обладают рядом специфических свойств, которые требуют применения специальных методов защиты обслуживающего персонала и окружающей среды при их хране­нии, транспортировке и эксплуатации. К числу опасных свойств этих агрессивных и токсичных жидкостей относятся:

1) взрывоопасность и пожароопасность;

2) токсичность паров этих жидкостей, а также их ядовитость при проникновении в организм через кожный покров;

3) ожоги и экземы при контакте с отдельными жидкостями, а также их способность разрушать биологические ткани;

4) коррозионная активность ряда таких жидкостей, приводящая к разрушению конструкций и травматизму, и их способность растворять органические материалы;

5) увеличение хрупкости органических материалов и металлов при контакте с отдельными такого рода жидкостями, что может приво­дить к авариям;

6) возможность накопления зарядов статического электричества при транспортировке горючих жидкостей по трубопроводам и при запол­нении емкостей и хранении жидкостей в этих емкостях.

Рассмотрим опасные свойства наиболее характерных агрессивных и токсичных жидкостей, используемых в качестве компонентов топлив для двигателей летательных аппаратов.

Керосин. Керосин - слаботоксичное вещество, однако предельно допустимая концентрация его паров в воздухе не должна превышать 300 мг/м³. Коррозийная активность некоторых сортов керосина обуслов­ливается главным образом присутствием в керосине серы, сернистых соединений, воды, нафтеновых кислот и т.д. Разные сорта керосина обладают поэтому различной коррозионной активностью.

Для устранения коррозии трубопроводов и агрегатов топливной системы необходимо строго следить за удалением отстоя воды. Опыты показали, что когда из керосина удаляется даже растворенная вода, то коррозионная активность авиационного керосина понижается в не­сколько раз. Обычно для хранения и эксплуатации керосина применя­ются все металлы, а в качестве материала для прокладок можно ре­комендовать асбест, фибру и любые нерастворимые пластмассы.

Серьезную опасность могут представлять заряды статического электричества, которые накапливаются при трении жидкого горючего о твердую поверхность трубопроводов и резервуаров, при трении ча­стиц топлива между собой и даже при прохождении капель мелкорас­пыленного горючего через воздух или паровоздушную смесь. На ско­рость образования зарядов статического электричества оказывают влияние многие эксплуатационные факторы, например, скорость пере­качки, присутствие в топливе механических примесей, воды, воздуха и т.д. С увеличением электропроводности топлив опасность образо­вания статического электричества при операциях с керосином резко уменьшается. Для этого в керосин вводят в незначительных количест­вах различные добавки, например, кислоты, щелочи и др. Для уст­ранения возможности возникновения пожара от разрядов статического электричества необходимо топливные агрегаты соединить между собой и заземлить.

Причинами пожаров могут служить также повышенная пожароопасность и взрывоопасность керосина. Температура вспышки паров Т-1 - 30°С, для ТС-1 она равна 26°С, а для Т-2 даже -14°С. Концентрацион­ные пределы взрывоопасных смесей паров керосина составляют Т-1 от 1,4 до 7,5% по объему, а для ТС-1 и Т-2 от 1,1 до 7,1%.

Жидкий водород. Малая плотность жидкого водорода требует созда­ния значительных по объему баков, а весьма низкая его температура ограничивает выбор конструкционных материалов, так как многие метал­лы теряют свою прочность при столь низких температурах. Поэтому, баллоны для хранения жидкого водорода изготовляют из нержавеющей стали и из низкоуглеродистых и высоколегированных никелевых сталей. Токсичность его невелика, однако следует считать, что предельно допустимая концентрация паров водорода не должна превышать 300 мг/м³. Основное правило, которое необходимо соблюдать при хранении жидкого водорода - не допускать попадания воздуха в баллон с жидким водородом, так как попав в баллон, воздух замерзает и осаждается в виде кристаллов. Эти ломающиеся кристаллы могут служить источником искр, которые инициируют воспламенение воздуха с жидким водородом. Чтобы избежать попадания воздуха, выпуск испарившегося водорода производят через ртутную ловушку или же при помощи другого специального устрой­ства. Пролившемуся водороду надо дать возможность испариться - взрыв не обязателен, он наступает только при действии открытого пламени.

Взрывоопасность водородо-воздушной смеси определяется тем, что концентрационные пределы ее составляют 4,1-75%. Для предотвраще­ния взрывов следует тщательно проверить устойчивость линий высоко­го давления, организовать соответствующую принудительную вентиляцию и исключить возможность искрения или появления открытого пламени. Тщательная организация сигнализации, извещающей о накоплении взрывоопасной концентрации в отдельных участках помещений, позволяет заранее обнаружить место утечки газов и предупредить возможность возникновения взрывов.

Несимметричный диметилгидразин. Пары несимметричного диметилгидразина при вдыхании нарушают деятельность центральной нервной си­стемы, поражают печень и почки. Предельно допустимая концентрация паров диметилгидразина 0,1 мг/м³. При больших концентрациях может наступить смерть в результате паралича нервной системы. Во избежа­ние возникновения пожара рекомендуется хранить несимметричный диметилгидразин под избыточным давлением азота в 0,5 атм.

Не допускается хранение несимметричного диметилгидразина в ци­стернах, не защищенных от воздействия солнечных лучей. Несиммет­ричный диметилгидразин легко впитывается пористыми материалами, вследствие чего стены и полы могут являться источником заражения. Поэтому стены и потолки помещений должны быть обработаны специаль­ными лаками, а полы выполнены из нержавеющей стали.

Фурфуриловый спирт. С минеральными и некоторыми сильными орга­ническими кислотами фурфуриловый спирт образует взрывчатые смеси. Вследствие незначительного давления вредность при вдыхании паров фурфурилового спирта невелика. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе 10 мг/м³. Через кожу человека он почти не прони­кает, на глаза оказывает слабое раздражающее действие.

Этиловый спирт. Смесь паров этилового спирта с воздухом в преде­лах от 3,5 до 18% становится взрывоопасной. Этиловый спирт мало ядовит. Вдыхание паров этилового спирта с концентрацией 1000 мг/м³ считается безопасным, хотя часто при этом наблюдается легкое раздра­жение глаз и верхних дыхательных путей. Увеличение концентрации паров этилового спирта влечет за собой тяжелые последствия.

Этиловый спирт не взаимодействует с металлами, он является хо­рошим растворителем большинства органических веществ.

Борные горючие жидкости. Практический интерес предоставляет бороводородное горючее - стабильный пентоборан (В₅Н₉). Характерно, что это топливо может начать взаимодействовать при 150С, а при 300°С наблюдается быстрое его разложение. Смесь паров пентоборана с чистым кислородом всегда воспламеняется, причем эта реакция носит взрывной характер. Борные горючие представляют серьезную опасность, так как они могут оказывать отравляющее воздействие при попадании на кожу человека.

Борные топлива могут разъедать резины, пластмассы и органические смеси, поэтому в качестве прокладок следует применять асбест и тефлон. Пары борных топлив отрицательно воздействуют на централь­ную нервную систему, почки, печень. Предельно допустимая концентра­ция паров бора 0,01 мг/м³.

Аммиак. При нормальных условиях аммиак - трудновоспламеняющееся вещество, однако при соприкосновении с нефтепродуктами он может воспламеняться и даже взрываться. При непосредственном контакте с кожей аммиак вызывает ожоги. Продолжительное вдыхание паров аммиака вызывает раздражение верхних дыхательных путей и поражение легких. Предельно допустимая концентрация паров аммиака - 20 мг/м³. Аммиак при нормальном давлении и температуре испаряется, поэтому его необ­ходимо хранить в плотно закрывающихся стальных цистернах. Аммиак - очень едкое вещество и разъедает как медь, так и алюминиевые сплавы. Необходимо следить за тем, чтобы во избежании взрыва на терри­тории топливного склада все агрегаты, оборудование и приборы рабо­тали без искрообразования.

Проведенный анализ опасных свойств жидких агрессивных и ток­сичных горючих веществ позволяет учитывать их опасные свойства в профилактических мероприятиях при подготовке и проведении испытаний двигателей летательных аппаратов.

Разработка такого рода мероприятий позволит обеспечить соответ­ствующую защиту обслуживающего персонала, а также воздушного бас­сейна, водоемов и почвы при работе с жидкими агрессивными и токсич­ными горючими веществами.

Из числа различных агрессивных и токсичных жидкостей, использу­емых для высотного запуска ВРД и в качестве окислительных компонен­тов топлив для авиационных ускорителей, прямоточных и других двига­телей летательных аппаратов, представляет целесообразным рассмотреть некоторые из них с позиций наличия различных опасный свойств. Проанализировав опасные свойства характерных окислителей и наметив пути борьбы с их опасными проявлениями, можно в дальнейшем переходить к анализу и не рассмотренных здесь агрессивных и токсичных жидкос­тей с учетом характера производства и особенностей применяемых ве­ществ.

Жидкий кислород. Жидкий кислород не ядовит и при попадании в небольших количествах на одежду быстро испаряется. Жидкий кислород обладает рядом опасных свойств: при соприкосновении с маслами, жира­ми и рядом других органических веществ происходит мгновенное окисле­ние. Выделяющееся тепло способствует воспламенению масла или жира, а кислород поддерживает и усиливает горение, которое может при извес­тных условиях привести к взрыву.

В атмосфере кислорода шерстяные и хлопчатобумажные материалы могут загораться, поэтому утечку кислорода из сосудов необходимо свести к минимуму. Нельзя при работе с жидким кислородом допускать ношение замасленной спецодежды, так как при попадании кислорода она немедленно воспламеняется. В случае прикосновения к сосуду с жидким кислородом работающий может подучить сильные ожоги из-за низ­кой температуры жидкого кислорода.

Жидкий кислород не вызывает коррозии. Однако нужно, чтобы дета­ли, с которыми соприкасается жидкий кислород, были бы выполнены из специальных нержавеющих сталей, меди и ее сплавов или же из аустенитной стали; для уплотнения можно использовать асбест, стоженную медь, алюминий, политетрафторэтилен и др. Подобный выбор материалов объясняется тем, что многие металлы теряют свою прочность от дейст­вия низкой температуры кислорода. Так, например, обычные углеродис­тые стали становятся хрупкими и не выносят ударов. Из прочих опасных свойств жидкого кислорода следует отметить способность пористых орга­нических материалов поглощать жидкий и газообразный кислород, а при поджигании весьма интенсивно сгорать и даже детонировать. Темпера­тура воспламенения всех материалов в кислородной среде значительно ниже, чем в воздухе, а пожар трудно потушить, так как в кислородном пламени горят не только обычные горючие материалы, но и большинст­во металлов.

Азотная кислота. Концентрированная азотная кислота представля­ет собой прозрачную, сильно дымящую и чрезвычайно едкую жидкость. Пары концентрированной азотной кислоты содержат окислы азота и азот­ную кислоту и имеют желтовато-красный цвет. Концентрированная азот­ная кислота - сильный окислитель, свободно разрушающий большинство органических веществ. Со многими органическими веществами концентри­рованная азотная кислота реагирует со взрывом.

Азотная кислота весьма токсична как в жидком, так и в газооб­разном состоянии. Токсичность азотной кислоты определяется токсич­ностью двуокиси и четырехокиси азота. Двуокись и четырехокись азота как наиболее токсичные окислы оказывают сильное отрицательное влия­ние на дыхательные пути. Предельно допустимая концентрация паров окислов азота в воздухе составляет 5 мг/м³. Даже небольшое превыше­ние этой концентрации в течение короткого периода может вызвать ка­шель, рвоту и общее недомогание.

Концентрированная азотная кислота при попадании на поверхность тела вызывает сильный ожог кожи.

Все виды азотной кислоты обладают сильными коррозирующими свой­ствами. Азотная кислота действует разрушающе на медь, свинец, дере­во, а также на большинство сталей, а при 40%-ной концентрации она разъедает стенки алюминиевых баков. Только некоторые виды нержавею­щей стали, чистый алюминий и его сплавы, не содержащие цинка, и не­значительное число других металлов можно использовать для изготовле­ния баков и трубопроводов, предназначенных для эксплуатации азотной кислоты. Для изготовления прокладок можно применять полиэтилен, поли­хлорвинил, асбест и некоторые другие материалы.

Жидкий фтор. Жидкий фтор чрезвычайно токсичен, поэтому предель­но допустимая концентрация его паров в воздухе составляет 0,1 мг/м³. Низкая температура фтора приводит к повышению хрупкости находящихся с ним в контакте органических материалов и металлов. Химическая ак­тивность фтора не является особым препятствием при выборе материа­лов, пригодных для изготовления емкостей. Это объясняется тем, что на поверхности ряда металлов образуется пленка фторидов, которая защи­щает металл от дальнейшей коррозии.

В качестве материала для изготовления сосудов и узлов, пред­назначенных для эксплуатации в контакте со фтором, можно рекомендо­вать алюминий, медь и ее сплавы, нержавеющую сталь и никель.

Из-за чрезвычайной токсичности фтора особое внимание уделяет­ся предотвращению его проливов. Попутно с этим серьезное внимание должно быть уделено нейтрализации фтора путем прокачки через специ­альные барабаны с древесным углем. Другим способом нейтрализации фтора является использование его реакции с водой, в результате ко­торой образуется фтористый водород. Последний растворяется в воде до безопасной концентрации.