6 Дегазирование компонентов топлива

Дегазирование компонентов топлива выполняется в случаях использования их при пониженной гравитации, например, в КА, так как растворённый газ выделяется в виде пузырьков, которые при наличии градиентов температуры скапливаются в наиболее тёплом месте бака, у места забора в двигательную установку и включение последней не может быть гарантировано.

Известны следующие способы дегазирования жидкостей:

• вакуумирование газовой подушки;

• душирование;

• барботирование инертным газом;

• сброс перегрева;

• принудительное газовое кипение;

• акустическая дегазация.

Эффективность способа дегазирования характеризуется рядом показателей:

• скоростью выделения растворенного газа из жидкости, т.е. кинетикой процесса;

• количеством образующихся паров КТ;

• значением нижнего предела остаточной концентрации растворенного газа;

• возможностью дегазирования большого количества КТ;

• сохранением легких фракций в КТ после вакуумной обработки;

• долей времени дегазирования в циклограмме подготовки КА к заправки и др.

При дегазировании вакуумированием (рис.1.13,а) в емкость заливается КТ с произвольным количеством растворенного газа, который поступил в жидкость при ее хранении и транспортировке под давлением газа наддува. С помощью вакуумной установки (3) создается пониженное давление в газовой подушке, парциальное давление газа над жидкостью падает, возникает разность концентраций и газ из жидкости переходит в подушку. Поскольку скорость вакуумирования обычно выше скорости газовыделения, то вакуумный насос включается периодически. Потери на испарение в таком случаи меньше, чем при непрерывном вакуумировании. Недостаток способа – длительность процесса.

Второй способ (душирование – рис.1.13,б) позволяет интенсифицировать процесс дегазации за счет увеличения поверхности массообмена при распылении жидкости на выходе из форсунок коллектора. Вначале в емкости с помощью вакуумной установки понижается давление примерно до 1мм.рт.ст., затем вакуумная установка выключается и в коллектор (5) подается дегазируемая жидкость. Недостаток этого способа – невысокая степень дегазирования. При однократном прокачивании жидкости через емкость (1) концентрация растворенного газа уменьшается на 30-35% от исходной . Поэтому указанный способ применяется только в качестве первой операции.

Третий способ (барботирование инертным газом – рис.1.13,в) наиболее прост в реализации и может быть использован для широкого класса жидкостей. Для предотвращения насыщения жидкости продуваемым газом необходимо, чтобы он обладал малой растворительностью. Таким свойством обладает гелий. Поэтому операцию продувки гелием (6) иногда называют «гелированием». Пузырьки гелия дробятся, увеличиваются в размере при всплытии и соответственно возрастает поверхность массообмена. Растворенный в жидкости азот переходит в пузырьки гелия из-за разности концентрации, а гелий переходит в жидкость, т.е. азот в жидкости замещается на гелий. Но так как последний плохо растворим, то суммарный эффект приводит к дегазированию жидкости. Недостаток способа – значительный расход гелия и его дороговизна. На «гелирование» 1м³ жидкости надо затратить примерно 2кг гелия

Ч етвертый способ («сброс перегрева» - рис.1.13,г), по существу является комбинированным способом дегазирования. Залитая в емкость (1) жидкость вначале подогревается с помощью встроенного теплообменника (ТО), отчего часть растворенного газа выделяется из жидкости. В буферной емкости (10) с помощью вакуумной установки (3) создается низкое давление (~1мм.рт.ст. или, во всяком случае, ниже давления насыщенных паров) и через клапан (вентиль) (9) обе емкости соединяются. Давление в емкости (1) быстро падает и происходит практически адиабатное вскипание предварительно нагретой жидкости по всему объему – взрывная декомпрессия. Пузырьки газа в жидкости являются первичными центрами парообразования. В пузырьках пара концентрация азота меньше, чем в жидкости и поэтому растворенный азот переходит из жидкости в пар. Большая поверхность массообмена обеспечивает глубокую дегазацию жидкости. Когда давление в обеих емкостях выровняется, процесс выделения азота приостанавливается. Клапан (9) закрывают, буферная емкость вакуумируется снова и весь цикл повторяется несколько раз до получения заданной остаточной концентрации растворенного газа. Защита вакуумных насосов от паров КТ осуществляется с помощью конденсаторов (7) Кд₁, Кд₂ и азотной ловушки (8). Охлаждение паров в конденсаторах производится промежуточным хладоносителем. Пары конденсируются и сливаются обратно в емкость (1). В азотной ловушке пары вымораживаются, так как температура жидкого азота равна -196ºС.

Пятый способ (принудительное газовое кипение – ПГК, рис.1.13д,е) представляет собой комбинацию продувки КТ гелием через барботер с непрерывным вакуумированием парового пространства. Расход гелия на барботаж должен быть равным производительности вакуумной системы. Выделение растворенного газа (в основном азота) происходит в быстро расширяющиеся пузыри, образующие обширную поверхность массообмена. Для исключения режима кипения и образования большого количества паров АТ или НДМГ давление над жидкостью следует выбирать из условия < < .Способ ПГК может применяться в двух вариантах: при непрерывном и дискретном вакуумировании через буферную емкость. Время дегазирования сокращается по сравнению с предыдущим способом примерно в 10 раз. Недостаток способа – возможность увеличения производительности системы дегазирования за счет снижения давления в свободном объеме ограничена, так как увеличивается унос паров в вакуумную установку.Для ускорения массообменных процессов в системе «газ-жидкость» при дегазировании на потоке можно использовать гидродинамические эффекты – центрофугирование и воздействие акустического поля.