本發(fā)明屬于航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天煤油溶解水濾除方法。

背景技術(shù)：

我國新一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用液氧及航天煤油為推進(jìn)劑。為適應(yīng)新一代運(yùn)載火箭各發(fā)射場具體情況(發(fā)動(dòng)機(jī)煤油入口試驗(yàn)的最低溫溫度為-25℃)，為了加嚴(yán)考核，需要進(jìn)行煤油溫度為-30℃～-25℃的考核試驗(yàn)。因此，需將煤油降溫至相應(yīng)的溫度進(jìn)行考核試車。

在前期的試車中發(fā)現(xiàn)由于煤油中的溶解水份會(huì)在低溫大約低于-15℃～-20℃析出顆粒分布不等的冰晶，大顆粒的冰晶較過濾網(wǎng)還要大，會(huì)在長周期試車過程堵塞過濾網(wǎng)，引起煤油入口壓力下降從而導(dǎo)致試車的失敗。

常規(guī)的溶解水去除方法為過濾法，通過過濾的方法去除冰晶。由于煤油中的含水量很大，對過濾器進(jìn)行建模，分析其內(nèi)表面濾網(wǎng)表面積為82394mm2，若結(jié)冰面凈厚度為0.5mm～1mm。據(jù)此估算結(jié)晶后析出冰質(zhì)量為0.041kg～0.081kg，通過將循環(huán)中被過濾器攔截的冰晶取出的方法，可以逐步去除煤油中的水分。但需要很多次循環(huán)才能完成，同時(shí)考慮到煤油內(nèi)的溶解水的含量以及在清除過濾器時(shí)產(chǎn)生的局部溫升，還有部分冰晶融化，這就需要進(jìn)行更多的循環(huán)次數(shù)才可以將冰晶除凈。此方法由于比較耗時(shí)，操作復(fù)雜，且除冰效果并不顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種耗時(shí)短并且除冰效果顯著的航天煤油溶解水濾除方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

1)加注時(shí)的氮?dú)夤娜耄?/p>

向容器內(nèi)加注時(shí)煤油時(shí)，將氮?dú)夤娜朐O(shè)備插入煤油加注管路末端，采用露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)鈱γ河瓦M(jìn)行氮?dú)夤娜?，持續(xù)鼓入氮?dú)?小時(shí)，利用加注煤油和氮?dú)庀鄬Φ母咚倭鲃?dòng)，增加煤油中水份和氮?dú)獾慕佑|面積，利用氮?dú)鈱γ河椭械乃葸M(jìn)行初步吸收；

2)加注完成后的氮?dú)夤娜耄?/p>

2.1)容器底部的氮?dú)夤娜耄?/p>

加注完成后從容器底部充入露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)?，保持容器壓力?.1個(gè)大氣壓，迫使氮?dú)夂兔河椭械乃种貜?fù)接觸，并將煤油中的水份進(jìn)行再吸收；每隔10分鐘排除飽和氣體，測量飽和氣體中氮?dú)獾乃莺?，再充入新氮?dú)猓h(huán)多次，直至測量煤油中的水份含量低于10ppm為止；

2.2)不降溫情況下的氮?dú)夤娜耄?/p>

當(dāng)測量到容器中煤油水份含量低于10ppm后，通過在不降溫的情況下通過泵將煤油由容器底部循環(huán)至容器頂部，并在循環(huán)過程中持續(xù)進(jìn)行氮?dú)夤娜耄掷m(xù)約30min，將煤油中的水份含量降低至5-6ppm；

3)換熱器液氮降溫循環(huán)鼓氮

通過液氮為冷媒采用換熱器對煤油進(jìn)行循環(huán)降溫，并在循環(huán)過程中鼓入露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)?，直至煤油中的水份含量降低?.6ppm。

由于使用液氮作為冷媒對煤油進(jìn)行降溫，循環(huán)過程中不能直接停止循環(huán)，必須先將冷媒完全排除后才能停止循環(huán)，此步驟中無法及時(shí)進(jìn)行容器內(nèi)煤油靜置取樣，為提高工作效率采用通過觀察煤油循環(huán)流量在溫度降低至-30度情況下，流量下降是否大于2％來判斷析出水量，并間接判斷是否已達(dá)到所需的水分含量小于3.6ppm的目的，如滿足可停止去除水分操作，并通過水分化驗(yàn)來驗(yàn)證時(shí)間水分含量。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的方法通過給煤油鼓干燥氮?dú)猓梢允沟妹河屠锏挠坞x水隨氮?dú)?，逸出可以減小煤油中游離水的含量，提高含水量很低的煤油用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)及發(fā)射使用。

2、本發(fā)明的方法在煤油使用液氮冷媒快速降溫的過程中給煤油鼓氮?dú)?，可以減緩煤油內(nèi)部游離水和溶解水形成結(jié)冰核心的速度，從而避免了煤油在低溫下的結(jié)冰。通過實(shí)踐結(jié)果來看，通過在煤油換熱前以及換熱過程中，對煤油進(jìn)行鼓氮，可以成功解決煤油在-30℃情況下進(jìn)行火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，冰晶析出過濾網(wǎng)導(dǎo)致流動(dòng)阻塞的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2煤油使用液氮冷媒快速降溫時(shí)煤油流量變化情況曲線；

圖3未采用溶解水濾除工藝的故障時(shí)壓力流量曲線。

圖4采用溶解水濾除工藝后正常的壓力流量曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種航天煤油溶解水濾除方法，該方法耗時(shí)短并且除冰效果顯著。該方法的具體步驟如圖1所示：

步驟1)加注時(shí)的氮?dú)夤娜耄?/p>

向容器內(nèi)加注時(shí)煤油時(shí)，將氮?dú)夤娜朐O(shè)備插入煤油加注管路末端，采用露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)鈱γ河瓦M(jìn)行氮?dú)夤娜?，持續(xù)鼓入氮?dú)?小時(shí)，利用加注煤油和氮?dú)庀鄬Φ母咚倭鲃?dòng)，增加煤油中水份和氮?dú)獾慕佑|面積，利用氮?dú)鈱γ河椭械乃葸M(jìn)行初步吸收；

步驟2)加注完成后的氮?dú)夤娜耄?/p>

步驟2.1)容器底部的氮?dú)夤娜耄?/p>

加注完成后從容器底部充入露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)猓３秩萜鲏毫υ?.1個(gè)大氣壓，迫使氮?dú)夂兔河椭械乃种貜?fù)接觸，并將煤油中的水份進(jìn)行再吸收；每隔10分鐘排除飽和氣體，測量飽和氣體中氮?dú)獾乃莺?，再充入新氮?dú)?，循環(huán)多次，直至測量煤油中的水份含量低于10ppm為止；

步驟2.2)不降溫情況下的氮?dú)夤娜耄?/p>

當(dāng)測量到容器中煤油水份含量低于10ppm后，通過在不降溫的情況下通過泵將煤油由容器底部循環(huán)至容器頂部，并在循環(huán)過程中持續(xù)進(jìn)行氮?dú)夤娜?，持續(xù)約30min，將煤油中的水份含量降低至5-6ppm；

步驟3)換熱器液氮降溫循環(huán)鼓氮

通過液氮為冷媒采用換熱器對煤油進(jìn)行循環(huán)降溫，并在循環(huán)過程中鼓入露點(diǎn)為-79.5℃，純度為99.95％的氮?dú)?，直至煤油中的水份含量降低?.6ppm。

以試車臺(tái)的某兩次低溫煤油試驗(yàn)為例，第一次試驗(yàn)由于未采用溶解水濾除工藝，在試車過程中由于低溫下冰晶析出導(dǎo)致了故障停車，詳見圖3。后續(xù)通過本專利的工藝進(jìn)行了溶解水濾除，加注該煤油加注前從煤油庫取樣化驗(yàn)水含量為20ppm，按工藝容器加注過程中鼓氮，加注后進(jìn)行容器底部鼓氮10個(gè)循環(huán)達(dá)到露點(diǎn)5.8ppm；然后進(jìn)行了不降溫循環(huán)鼓氮，換熱循環(huán)鼓氮，在煤油換熱過程中，煤油循環(huán)流量穩(wěn)定，始終維持在12.0-13dm³/s，詳見圖2。當(dāng)溫度降到-27℃后，排除煤油換熱系統(tǒng)的煤油，分別對煤油屏蔽泵入口及出口過濾器拆除進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)過濾器外表良好，無結(jié)冰現(xiàn)象。同時(shí)，及時(shí)對煤油進(jìn)行取樣化驗(yàn)，結(jié)果煤油中的水分含量小于3.6ppm。

按照本溶解水濾除的方法進(jìn)行處理后的煤油，應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫煤油供應(yīng)中，使用效果良好；整個(gè)試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)由于冰晶形成的堵塞情況，試車過程中的壓力及流量變化情況詳細(xì)見圖4。