Система инертирования - Inerting system

Инертизации система уменьшает вероятность сгорания из горючих материалов , хранящихся в ограниченном пространстве. Наиболее распространенной такой системой является топливный бак, содержащий горючую жидкость, такую ​​как бензин , дизельное топливо , авиационное топливо , реактивное топливо или ракетное топливо . После полного заполнения и во время использования над топливом остается пространство, называемое незаполненным объемом , которое содержит испаренное топливо, смешанное с воздухом, который содержит кислород, необходимый для сгорания. При правильных условиях эта смесь может воспламениться. Система инертизации заменяет воздух инертным газом., например, азот , который не поддерживает горение.

Принцип действия

Для инициирования и поддержания горения в незаполненном объеме требуются три элемента : источник воспламенения (тепло), топливо и кислород. Возгорание можно предотвратить, уменьшив любой из этих трех элементов. Во многих случаях нет источника возгорания, например резервуаров для хранения . Если невозможно предотвратить наличие источника воспламенения, как в случае с большинством баков, которые подают топливо в двигатели внутреннего сгорания, тогда бак можно сделать невоспламеняемым, заполняя незаполненный объем инертным газом по мере потребления топлива. В настоящее время используются почти исключительно углекислый газ или азот , хотя в некоторых системах используется воздух, обогащенный азотом, или пар. Использование этих инертных газов снижает концентрацию кислорода в незаполненном объеме до уровня ниже порога сгорания.

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. 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 давно имеют инертную пленку, а также герметичны , но баки транспортных самолетов , как военных, так и гражданских, этого не делают, в основном из-за соображений стоимости и веса. Первые применения с использованием азота были на Handley Page Halifax III и VIII , Short Stirling и Avro Lincoln B.II , которые включали системы инертизации примерно с 1944 года.

Клив Киммел впервые предложил систему инертирования для пассажирских авиакомпаний в начале 1960-х годов. В предлагаемой им системе для пассажирских самолетов использовался бы 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 2 000 фунтов, что существенно снизило их пассажировместимость. 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 инертизации 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 для испарения оставшегося топлива требуется меньше тепла. Это приводит к увеличению отношения незаполненного объема топлива к воздуху и превышению нижнего предела воспламеняемости. Большое количество топлива в топливном баке требует гораздо больше тепла, чтобы вызвать испарение. Взрыв Boeing 737 авиакомпании Thai Airways International в 2001 году и 737 авиакомпании Philippine Airlines в 1990 году также произошел в баках с остаточным топливом. Эти три взрыва произошли в теплые дни 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 содержится вывод: «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), 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 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 мембранный материал из полых волокон, который разделяет подаваемый воздух на воздух, обогащенный азотом (NEA), и воздух, обогащенный кислородом (OEA). Эта технология широко используется для получения 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 работает непрерывно, чтобы снизить воспламеняемость паров топлива, когда работают двигатели самолета. Цель состоит в том, чтобы снизить содержание кислорода в топливном баке до 12%, что ниже нормального содержания кислорода в атмосфере, составляющего 21%, но выше, чем у инертных топливных баков военных самолетов, которые имеют целевое содержание кислорода 9%. 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, 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 опубликовало окончательное правило. В правила вносятся поправки в правила, применимые к конструкции новых самолетов (14CFR§25.981), и вводятся новые правила для 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 будут подпадать под это правило, потому что FAA не считает их подверженными 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 флота. 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.

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 у Airbus A380 нет топливного бака с центральным крылом, и поэтому он не применяется, а у Boeing 787 есть система 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 у FAA было отложенное правило, чтобы снова повысить стандарты бортовых систем инертирования. Другие компании разрабатывают новые технологии для обеспечения инертизации топливных баков:

(1) Бортовая система генерации инертного газа (OBIGGS), испытанная в 2004 году FAA и NASA, с заключением, написанным FAA в 2005 году. Эта система в настоящее время используется на многих типах военных самолетов, включая C -17. Эта система обеспечивает уровень безопасности, на котором было написано предлагаемое повышение стандартов в соответствии с 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. Некоторые военные самолеты США все еще 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

Источники

Внешние ссылки