CN101713484A - 酸洗钝化对航空煤油氧化结焦的抑制 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有效抑制煤油在高温(150℃-400℃)下氧化结焦的方法。用高浓度的酸洗液对金属表面进行钝化处理，可以降低金属表面活性，有效弱化金属离子在煤油结交过程中的催化作用，一方面可以有效抑制其结焦过程；另一方面，可以有效减少煤油焦体在管壁的附着。

Description

酸洗钝化对航空煤油氧化结焦的抑制

技术领域

本发明涉及一种航空煤油氧化结焦的抑制方法，具体为涉及一种航空煤油在航空发动机管道内高温下氧化结焦的抑制方法，可以广泛应用于煤油管道的内表面，以抑制煤油氧化结焦的形成及其在管壁的附着。

背景技术

随着对发动机性能要求的提高，发动机的涡轮前温度将进一步提高，给高温部件的冷却带来更大困难；同时压气机的压比也将提高，压气机出口气体温度也相应提高，这将大大降低其作为高温部件冷却介质的品质。为了解决这一矛盾，将煤油作为冷源吸收引气热量、降低引气温度、提高其冷却品质，这一方案具有十分可观的应用前景。以现有发动机的耗油量计算，燃料在吸收引气热量之后，温度将达到400℃以上。研究表明，当煤油温度超过150℃时，将产生氧化结焦并附着在管道内壁，减少流道面积甚至堵塞流道，影响发动机的正常供油，对发动机的安全带来极大的隐患。因此，有效抑制煤油的氧化结焦成为这一技术安全利用的关键。管道表面的金属活性离子对煤油的氧化结焦过程有一定的催化加速作用，因此减少金属管道的表面活性，可以有效的抑制煤油的氧化结焦过程。金属经过浓酸溶液的钝化后，其化学稳定性将明显增加，其电极电势向正方向移动，使其失去了原有的活性。本技术正是基于这一原理，提出了一种可以有效抑制煤油在高温下氧化结焦的方法。现有的抑制燃油结焦的方法是在高温金属表面套上陶瓷管，使之均匀受热，避免局部高温，从而达到抑制结焦的目的。但是该方法不适用于航空发动机，第一，陶瓷套管的质地比较脆，在一定频率的震动情况下容易破碎，给发动机带来极大隐患；第二，增加陶瓷管会影响换热效率，使换热器不能达到预期的效果；第三，陶瓷管会增加发动机的重量，从而降低发动机的整机性能。本发明通过对金属管道内壁酸洗钝化，在金属表面形成致密的氧化膜，有很强的粘附性，有效避免了因脱落对发动机的隐患。另外，该方法只是对金属表面进行了细微的改变，并不会影响其换热特性和重量。

发明内容

该方法的目的是提供一种有效抑制煤油在高温下氧化结焦的方法，该方法通过对管道的酸洗钝化从而抑制煤油在管道中的结焦。

本发明在于提出一种抑制与减缓航空燃料RP-3在航空发动机空油换热器管内及金属壁面的热氧化结焦形成与沉积的方法，其特征在于通过对金属表面进行预处理，改变其表面活性，从而实现抑制结焦的目的。该方案的具体实施步骤：酸洗前验收-除油-水洗-酸洗-水洗-除挂灰-水洗-钝化-水洗-中和-水洗-干燥-除氢。

其中所述除油采用汽油实现初步除油，将汽油缓慢通过金属管，流量为0.3g/s，使其充分溶解管壁内的污油，通油15min后，增大汽油流量至2-4g/s，使其对油污进行冲刷，然后用风机对管壁通风，使管内汽油充分挥发；然后化学除油，化学除油采用氢氧化钠60～80g/L，磷酸钠20～40g/L，碳酸钠20～40g/L，硅酸钠3～10g/L，总碱度65～100g/L，温度70～90℃，时间以油除净为止，

所述除挂灰采用气/水枪冲洗挂灰，即用压力为2～5kg/cm²的压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗工件，

所述酸洗采用的酸洗液为硫酸、硝酸或氯酸溶液，酸浓度为85±10g/l，酸液温度40-50℃，酸洗时间约为15分钟。

所述钝化采用的钝化液为：a硝酸300～500g/L，室温下30～60min，或b硝酸300～500g/L，重铬酸钠20～30g/L，室温下30～60min；为避免不锈钢表面有残留的钝化液，造成以后的腐蚀，钝化后还需要在30～50g/L的碳酸钠溶液中于室温下中和处理1min。

所述除氢为在空气循环炉内于180～200℃进行除氢处理2～3h，防止氢脆。

本方法的优点在于：(1)操作简单，使用方便，实施起来成本比较低；(2)对材料本身机械性能的影响基本可以忽略，因此不会影响管道的强度；(3)金属表面属于化学反应，因此氧化膜可以紧密地附着于金属表面而不易脱落；(4)可以有效抑制航空煤油在高温管道中的结焦，保证燃油在航空发动机管路中的畅通。

附图说明

图1：验证试验装置图

图1中：1-氮气瓶，2-氮气减压器，3-进气阀，4-釜体，5-加热炉，6-挂件，7-挡板，8-防爆阀，9-压力传感器，10-温度传感器，11-控制箱，12-限压阀，13-排气阀。

具体实施方式

本方案是通过对金属表面进行预处理，改变其表面金属活性，从而达到抑制煤油氧化结焦的目的，其处理过程为：酸洗前验收-除油-水洗-酸洗-水洗-除挂灰-水洗-钝化-水洗-中和-水洗-干燥-除氢。关键步骤说明如下：

1.除油。除油包括两步：初步除油和化学除油。首先用汽油进行初步除油，将汽油缓慢通过金属管(0.3g/s)，使其充分溶解管壁内的污油，通油15min后，增大汽油流量(2-4g/s)，使其对油污进行冲刷。在进行化学除油之前，将金属放入空气循环炉中，使管内汽油充分挥发。化学除油采用氧化钠60～80g/L，磷酸钠20～40g/L，碳酸钠20～40g/L，硅酸钠3～10g/L。总碱度65～100g/L，温度70～90℃，时间以油除净为止。除油干净的标准为：除油后水洗，水膜连续30秒不裂开。

2.酸洗。根据不锈钢的材质选用酸洗液。本方案选用的是：：硫酸、硝酸或氯酸溶液(酸浓度为85±10g/l，酸液温度40-50℃)，酸洗时间约为15分钟。

3.除挂灰。气/水枪冲洗挂灰。即用压力为2～5kg/cm2的压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗工件。

4.降活。用热的蒸馏水清洗2～3次，再用热的20％～50％硫酸钠溶液浸洗，以除去不锈钢表面吸附的氯离子，增强钝化效果。

5.钝化。采用(1)硝酸300～500g/L，室温下30～60min。(2)硝酸300～500g/L，重铬酸钠20～30g/L，室温下30～60min。为避免不锈钢表面有残留的钝化液，造以后的腐蚀，钝化后还需要在30～50g/L的碳酸钠溶液中于室温下中和处理1min。

6.除氢。酸洗在空气循环炉内于180～200℃进行除氢处理2～3h，防止氢脆。

本方案主要是针对航空发动机上的空油换热器输油管内壁的结焦抑制，但是该方案也可以广泛应用于其他涉及航空煤油氧化结焦抑制的工艺中。实验证明该方案在抑制航空煤油氧化结焦方面，具有十分可观的效果。

图1为静态结焦试验台示意图。实验时将不锈钢带置于下部，加入2.0L航空煤油，使不锈钢带完全浸泡于煤油之中。对釜体内的煤油在一定压力下(此处为5MPa)进行加热，将煤油温度加热到500℃，实验时间为1小时。实验结束后，将带焦的不锈钢带烘干，称量其重量；再将不锈钢带置于超声波清洗机中，进行充分清洗(清洗时间6小时)，烘干后称其重量。比较两次称量的重量差，即为煤油附着在金属表面的的结焦质量。

实验结果如下表所示：

表1：实验结果

	不经处理的304不锈钢	酸洗钝化后的不锈钢
			结焦量	16.7mg	6.1mg

如表所示，经过本方案处理过的304不锈钢表面的结焦量减少了63％，可见本方案对煤油的氧化结焦有明显的抑制作用。

Claims (1)

1.

一种用于抑制航空煤油在高温情况下氧化结焦的方法，其特征在于包括如下步骤：酸洗前验收-除油-水洗-酸洗-水洗-除挂灰-水洗-钝化-水洗-中和-水洗-干燥-除氢；

其中所述除油采用汽油实现初步除油，将汽油缓慢通过金属管，流量为0.3g/s，使其充分溶解管壁内的污油，通油15min后，增大汽油流量至2-4g/s，使其对油污进行冲刷，然后用风机对管壁通风，使管内汽油充分挥发；然后化学除油，化学除油采用氢氧化钠60～80g/L，磷酸钠20～40g/L，碳酸钠20～40g/L，硅酸钠3～10g/L，总碱度65～100g/L，温度70～90℃，时间以油除净为止，

所述除挂灰采用气/水枪冲洗挂灰，即用压力为2～5kg/cm²的压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗工件，

所述酸洗采用的酸洗液为硫酸、硝酸或氯酸溶液，酸浓度为85±10g/l，酸液温度40-50℃，酸洗时间约为15分钟。

所述钝化采用的钝化液为：a硝酸300～500g/L，室温下30～60min，或b硝酸300～500g/L，重铬酸钠20～30g/L，室温下30～60min；为避免不锈钢表面有残留的钝化液，造成以后的腐蚀，钝化后还需要在30～50g/L的碳酸钠溶液中于室温下中和处理1min。

所述除氢为在空气循环炉内于180～200℃进行除氢处理2～3h，防止氢脆。

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