Коррозионные свойства топлив

Коррозионное воздействие реактивных топлив на металлы и сплавы может привести к снижению надёжности работы авиационной техники, а также оборудования и технических средств, используемых при производстве, транспортировании, хранении и заправке топлив. В условиях эксплуатации под действием топлива коррозии подвергаются поверхности резервуаров, трубопроводов и перекачивающих средств, детали агрегатов топливных систем, коммуникаций и баки летательных аппаратов. Естественно, продукты коррозии загрязняют топливо.

Кроме коррозии металлов в жидкой фазе топлива отмечают коррозию газовоздушного тракта авиационных двигателей в результате воздействия продуктов сгорания топлива.

По характеру коррозионных разрушений металлов и сплавов различают более 20 видов коррозионных поражений, в том числе характерные для реактивных топлив сплошную, местную, межкристаллитную и щелевую коррозию.

По механизму протекания процесса различают 2 типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Скорость, вид протекания и механизм коррозионного процесса определяются составом среды, природой материала и температурными условиями. Влияние состава топлива на его коррозионную активность обусловлено наличием в нем коррозионно-активных веществ. В стандартах на реактивные топлива их коррозионную активность оценивают по воздействию на медную пластинку.

К коррозионно-активным веществам относятся сера и её соединения, а также кислородные соединения в виде органических и неорганических кислот и щелочей. В топливах не допускается наличие водорастворимых кислот и щелочей как наиболее коррозионно-активных.

Нерастворимые в воде органические кислоты, которые попадают в топлива из нефти в процессе производства, менее коррозионно агрессивны, но могут вступать в реакции с цветными металлами (Pb, Cu и др.) и вызвать их коррозию. Поэтому их содержание в реактивных топливах ограничивается.

Органические кислоты, обладая поверхностно-активными свойствами, улучшают противоизносные и защитные свойства топлив. Поэтому для улучшения противоизносных свойств содержание органических кислот в топливе ограничено максимально допустимым с точки зрения коррозии.

Из сернистых соединений наиболее нежелательны сера, сероводород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны. Их коррозионная активность очень различна. К коррозионно-активным относят H₂S, меркаптаны, серу, остальные соединения менее активны.

Свободная сера вызывает интенсивную коррозию роторов топливных насосов из бронзы и не влияет на кадмиевые и цинковые покрытия. Топлива, содержащие меркаптаны и более 0,001 % свободной серы, испытания на медной пластинке не выдерживают.

Меркаптаны особенно коррозионно агресивны по отношению к бронзе и меди, к свинцу и кадмию, из которых изготавливают детали топливной аппаратуры.

Коррозионную агрессивность топлива при наличии соединений серы очень сильно повышает присутствие воды. В этих условиях отмечают самую сильную коррозию кадмиевых покрытий, которые при длительном воздействии меркаптанов могут полностью разрушиться. В настоящее время применение кадмиевых покрытий в топливной аппаратуре ограничено и значительно снижено содержание меркаптановой серы в реактивных топливах.

Интенсивность коррозионных процессов в проточной части авиационного двигателя под влиянием продуктов сгорания реактивных топлив также зависит от состава последних. При полном сгорании все составляющие топлива соединения окисляются до оксидов, причём преобладают в продуктах сгорания оксиды углерода и воды. Они практически не представляют коррозионной опасности для жаропрочных сталей, используемых в этих двигателях.

Наибольшее внимание с точки зрения коррозии заслуживают содержащиеся в топливах сернистые соединения, которые независимо от своего состава окисляются до оксидов серы (SO₂ и SO₃), а также микропримеси металлов V, Na, Mo и др.

Оксиды серы снижают коррозионную стойкость хромоникелевых сплавов. С ростом содержания серы скорость коррозии значительно возрастает и температура начала коррозии снижается.

Из микропримесей металлов наиболее коррозионно агрессивны в газовой фазе примеси ванадия. Они присутствуют в топливах преимущественно в виде сложных молекулярных соединений – порфиринов. Повышение содержания ванадия приводит к монотонному ускорению газовой коррозии хромоникелевых сталей.

Механизм ванадиевой коррозии заключается в том, что в условиях значительного избытка воздуха низшие оксиды ванадия переходят в V₂O₅, и он, будучи легкоплавким соединением, является переносчиком кислорода, т.е. ускоряет окисление металлов. Ванадиевая коррозия вызывает межкристаллическое разрушение металла. Она возникает при 650 ^оС и содержания ванадия более 1·10^-5 %.

Процесс газовой коррозии резко усиливается при одновременном присутствии в зоне горения соединений ванадия и натрия. Последние могут попадать в топливо на НПЗ вследствие недостаточной водной промывки после «защелачивания», а также при транспортировании в случае попадания морской воды. Кроме того, соединения натрия могут попадать в камеру сгорания двигателя вместе с воздухом при его заборе вблизи морской воды, что происходит в морских условиях. Соли натрия образуют с ванадием легкоплавкие (625-650 ^оС) ванадаты натрия – NaVO₃, Na₄V₂O₇, Na₃VO₄ и комплексные соединения – ванадилванадаты состава Na₂O·V₂O₄·5V₂O₅, которые ускоряют коррозионный процесс.

Соединения Mo, Ni, W и других металлов могут оказаться в топливе в виде примесей, унесенных с катализаторов в процессе нефтепереработки. Некоторые из этих примесей усиливают газовую коррозию в продуктах сгорания топлива. Например, при сгорании соединений молибдена образуется его высший оксид MoO₃; он по его температуре плавления и по влиянию на коррозионные процессы аналогичен V₂O₅.

С целью предотвращения воздействий реактивных топлив на конструкционные материалы принимаются следующие меры:

1) подбор коррозионно-стойких металлов и сплавов;

2) снижение содержания коррозионно-активных компонентов;

3) применение антикоррозионных присадок;

4) соблюдение надлежащих регламентов обслуживания авиационной техники.

На практике перечисленные способы используют комплексно.