Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 tới tính năng cơ lý của xốp - Lê Quang Tuấn

Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 113 NGHIªN Cøu ¶nh h­ëng cña chÊt l­îng nhiªn liÖu JET-A1 DUNG QUÊt Vµ TC-1 TíI TÝNH N¨NG C¬ Lý Cña XèP LÊ QUANG TUẤN*, VŨ NGỌC TOÁN*, NGUYỄN THỊ HƯƠNG*, PHÙNG KHẮC NAM HỒ*, NGUYỄN VĂN TOẢN**, LÊ HẢI ĐĂNG*** Tóm tắt: Bên cạnh cao su, gioăng, đệm thì xốp cũng là một trong các loại vật liệu phi kim loại có tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu trong thùng dầu mềm của động cơ phản lực cũ. Các hiện tượng trương nở hay hòa tan thành phần, phá vỡ khung cấu trúc khi xốp tiếp xúc lâu với nhiên liệu không những làm ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng cơ lý của vật liệu này mà còn tác động đến chất lượng của nhiên liệu. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng qua lại của chất lượng nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 tới tính năng cơ lý của xốp sử dụng trong thùng dầu mềm. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất, TC-1 có sự suy giảm mạnh về thông số độ dẫn điện, tính năng cơ lý của xốp cũng có xu hướng giảm đáng kể so với mẫu ban đầu sau 310 ngày thử nghiệm. Từ khóa: Nhiên liệu, Jet-A1, TC-1, Xốp. 1. MỞ ĐẦU Như đã trình bày trong tài liệu [1], việc nhập khẩu nhiên liệu TC-1 ngày một khó khăn do chi phí cao và thủ tục nhập khẩu phức tạp, nhiên liệu Jet-A1 nhập khẩu từ Nhật Bản sử dụng cho máy bay phản lực thế hệ cũ thường xảy ra một số hiện tượng như: động cơ nhanh nóng, khói muội nhiều, bình nhiên liệu nhanh phải xúc rửa, màu của nhiên liệu nhanh bị biến đổi, đặc biệt có hiện tượng trương nở, hòa tan của một số chi tiết phi kim loại khi tiếp xúc lâu với nhiêu liệu. Thùng dầu mềm, thùng dầu cứng, xốp, gioăng, keo bít trong hệ thống nhiên liệu của các loại máy bay phản lực thế hệ cũ là những đối tượng bị tác động nhiều nhất khi tiếp xúc với nhiên liệu [1-2, 8-10]. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng qua lại của chất lượng nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 tới tính năng cơ lý của xốp làm cơ sở cho việc sử dụng thay thế dần nhiên liệu TC-1 nhập khẩu như hiện nay sẽ rất thiết thực. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Vật tư - hóa chất Mẫu xốp dùng nghiên cứu thử nghiệm do Nhà máy A42/Quân chủng PK-KQ cung cấp. Đây là mẫu nhập khẩu, sử dụng trong sửa chữa thùng dầu máy bay. Nhiên liệu Jet-A1, chỉ tiêu chất lượng được đánh giá theo tiêu chuẩn kỹ thuật quy định TCVN 6426:2009. Nhiên liệu TC-1, các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu TC-1 đều đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ГOCT 10227-86 và TCVN 6426:2009. Xốp dùng cho thử nghiệm được cắt bằng dây điện trở với kích thước 1x1x10cm và 5x5x5cm để xác định tính năng cơ lý trước và sau khi ngâm trong nhiên liệu. Các loại chai lọ ngâm mẫu đều có nút nhám, kín để hạn chế sự bay hơi của các thành phần nhẹ trong nhiên liệu. 2.2. Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của xốp Xốp được cắt theo kích thước quy định, phân tích tính năng cơ lý trước, trong và sau khi tiến hành ngâm thử nghiệm trong nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất, TC-1 để đối chứng. Mẫu ngâm được bảo quản trong phòng thí nghiệm của Viện Hóa học- Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, tránh ánh sáng trực tiếp, định kỳ theo thời gian 30, 60, 90, 180 và 310 ngày được lấy và xác định các chỉ tiêu cơ lý. Tính năng cơ lý của các mẫu xốp trước, trong và sau khi ngâm trong các loại nhiên liệu theo thời gian được xác định chỉ tiêu sau: độ biến dạng nén dư sau khi nén mẫu xuống 50% chiều cao ban đầu sau 24 giờ, độ Hãa häc L. Q. TuÊn, , L. H. §¨ng, “Nghiªn cøu ¶nh h­ëng chÊt l­îng ... c¬ lý cña xèp.” 114 bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt; tiến hành đo đạc tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1 (Quatest 1) và Viện Khoa học Vật liệu/Viện KH-CN Việt Nam. 2.3. Đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu Jet-A1 và TC-1 trước và sau khi ngâm mẫu Các mẫu nhiên liệu Jet-A1và TC-1 được phân tích các thông số chất lượng định kỳ trước và sau khi ngâm mẫu vật liệu tại Trung tâm phụ gia Dầu mỏ-Vilas 067/Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, Viện Hóa học - Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. Thông số chỉ tiêu chất lượng của các mẫu nhiên liệu được đánh giá theo Tiêu chuẩn Việt Nam 6426:2009 và theo các tiêu chuẩn ГOCT 10227-86 và ГOCT 12308-89 của Nga. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả ảnh hưởng qua lại của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất tới tính năng cơ lý của xốp 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất tới tính năng cơ lý của xốp Tính năng cơ lý của mẫu xốp trước khi ngâm (F1) và các mẫu sau khi ngâm 30 ngày (F2/Z), 90 ngày (F3/Z), 180 ngày (F4/Z), 310 ngày (F5/Z) được dẫn ra ở bảng 1. Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu xốp trước và sau khi ngâm trong nhiên liệu Jet-A1. Kết quả tại bảng 1 cho thấy các thông số cơ lý của mẫu xốp biến đổi theo cùng một quy luật sau 30, 90, 180 ngày và 310 ngày thử nghiệm. Trong đó, chỉ tiêu độ biến dạng nén dư sau khi nén mẫu xuống 50% chiều cao ban đầu sau 24h tăng 0,4% và 0,2% so với mẫu ban đầu đối với mẫu xốp sau khi ngâm trong nhiên liệu 30, 90 ngày và 180 ngày, giảm 0,1% so với mẫu ngâm 310 ngày. Độ bền kéo đứt tăng 7,5; 7,3; 6,0 và 5,4 N/cm2 so với mẫu ban đầu sau khi ngâm 30, 90, 180, 310 ngày sau khi ngâm trong nhiên liệu. Thông số độ giãn dài khi đứt đều giảm so với giá trị tương ứng của mẫu xốp trước khi ngâm. Chúng tôi cho rằng, sau một thời gian ngâm, các hợp phần của nhiên liệu đã thấm vào và ít nhiều gây ảnh hưởng tới lực liên kết trong cấu trúc của xốp, song không hòa tan một phần xốp. 3.1.2. Ảnh hưởng của vật liệu xốp đến chất lượng nhiên liệu Jet-A Sau khi ngâm các mẫu xốp theo thời gian 30 ngày (kí hiệu mẫu Jet A1/F1), 90 ngày (Jet A1/F2), 180 ngày (Jet A1/F3), 310 ngày (Jet A1/F4) thì mẫu Jet-A1 Dung Quất không màu, trong suốt, không có tạp chất, không có cặn lơ lửng giống như mẫu Jet-A1 trước khi ngâm mẫu (Jet A1/C0) và các thông số chất lượng khác đều đảm bảo theo tiêu chuẩn TCVN 6426:2009. Kết quả phân tích các thông số của nhiên liệu trước và sau khi ngâm các mẫu xốp được thể hiện tại bảng 2. Kết quả ngâm mẫu xốp trong nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất tại bảng 2 cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu trước và sau khi ngâm xuất hiện sự sụt giảm về độ dẫn điện. Giá trị này giảm mạnh từ 300 pS/m (thông số chất lượng của nhà sản xuất) xuống còn 81 pS/m sau 310 ngày ngâm. Do đó, trong quá trình bảo quản, lưu chứa và sử dụng nhiên liệu tại các đơn vị nếu độ dẫn giảm xuống dưới 50 pS/m thì cần phải bổ sung thêm phụ gia tăng độ dẫn trước khi sử dụng [4-6]. Ngoài ra các chỉ tiêu khác như: hàm lượng lưu huỳnh, STT Thông số kiểm nghiệm Đơn vị đo Kí hiệu mẫu F1 F2/Z F3/Z F4/Z F5/Z 1 Độ biến dạng nén dư sau khi nén mẫu xuống 50% chiều cao ban đầu sau 24h % 2,0 2,4 2,4 2,2 1,9 2 Độ bền kéo đứt N/cm2 12,5 20,0 19,8 18,5 17,9 3 Độ giãn dài khi đứt % 300 273 272 261 250 Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 115 trị số axit, hàm lượng nhựa của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất sau khi thử nghiệm đều có xu hướng tăng so với mẫu trước khi ngâm. Bảng 2. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất trước và sau khi ngâm TT Chỉ tiêu Phương pháp Kết quả Jet A1/ C0 JetA1/ F1 JetA1/ F2 JetA1/ F3 JetA1/ F4 1 Ngoại quan Cảm quan Sạch, sáng không có tạp chất và nước 2 Màu ASTM D 156 - 02 +30 +30 +30 +30 +29 3 Tạp chất dạng hạt, mg/l ASTM D 6045 - 04 <1 <1 <1 <1 <1 4 Trị số axit (TAN), mgKOH/g ASTM D 3242 - 05 0,004 0,004 0,006 0,005 0,005 5 Hydrocacbon thơm, % thể tích ASTM D 1319 - 03 12,3 12,4 12,4 12,6 12,7 6 HL lưu huỳnh tổng, % thể tích ASTM D 1266 - 03 0,009 0,008 0,009 0,013 0,014 7 HL lưu huỳnh Mercaptan, % khèi l­îng ASTM D 2622 - 05 0,32.10-5 0,32.10-5 0,35.10-5 0,36.10-5 0,37.10-5 8 Thành phần chưng cất 10% thể tích, oC ASTM D 86 - 05 170 172 173 174 174 50% thể tích, oC 180 181 183 183 182 90% thể tích, oC 194 195 196 196 196 Nhiệt độ sôi cuối, oC 209 209 210 211 210 HL cặn, % thể tích 1,2 1,2 1,4 1,5 1,5 Hao hụt, % thể tích 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 9 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, oC ASTM D 56 - 05 48 49 50 50 50 10 Khối lượng riêng ở 15 oC, kg/m3 ASTM D 1298 - 05 783,2 783,6 786,2 786,9 787,0 11 Độ nhớt ở -20 0C, cSt ASTM D 445 - 06 2,904 2,908 3,043 3,045 3,047 12 Chiều cao ngọn lửa không khói, mm ASTM D 1322 - 07 21 21 21 21 21 13 Ăn mòn tấm đồng ASTM D 130 - 04 1a 1a 1a 1a 1a 14 HL Nhựa, mg/100ml ASTM D 318 - 04 1,0 1,2 1,3 1,3 1,3 15 Độ dẫn điện, pS/m ASTM D 2624 - 06 117 98 92 86 81 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng qua lại của nhiên liệu TC-1 tới tính năng cơ lý của xốp 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiên liệu TC-1 tới tính năng cơ lý của xốp Tính năng cơ lý của mẫu xốp trước khi ngâm (F1) và các mẫu sau khi ngâm 30 ngày (F2/TC), 90 ngày (F3/TC), 180 ngày (F4/TC), 310 ngày (F5/TC) được cho bởi bảng 3. Bảng 3. Các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu xốp trước và sau khi ngâm trong nhiên liệu TC-1. Kết quả tại bảng 3 cho thấy các thông số cơ lý của mẫu xốp biến đổi theo cùng một quy luật sau 30, 90, 180 ngày và 310 ngày thử nghiệm. Trong đó, chỉ tiêu độ biến dạng nén dư sau khi nén mẫu xuống 50% chiều cao ban đầu sau 24h tăng 0,4%, 0,2% và 0,1 % so với mẫu ban đầu đối với mẫu foam sau khi ngâm trong nhiên liệu 30, 90, 180 ngày và STT Thông số kiểm nghiệm Đơn vị đo Kí hiệu mẫu F1 F2/Z F3/Z F4/Z F5/Z 1 Độ biến dạng nén dư sau khi nén mẫu xuống 50% chiều cao ban đầu sau 24h % 2,0 2,4 2,4 2,3 2,1 2 Độ bền kéo đứt N/cm2 12,5 20,7 20,5 19,7 18,3 3 Độ giãn dài khi đứt % 300 252 252 246 239 Hãa häc L. Q. TuÊn, , L. H. §¨ng, “Nghiªn cøu ¶nh h­ëng chÊt l­îng ... c¬ lý cña xèp.” 116 310 ngày. Độ bền kéo đứt tăng 8,2; 8,0; 7,2 và 5,8 N/cm2 so với mẫu ban đầu sau khi ngâm 30, 90, 180, 310 ngày sau khi ngâm trong nhiên liệu. Từ các kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của nhiên liệu đối với tính năng cơ lý của mẫu xốp cho thấy có sự biến đổi khác nhau giữa hai loại nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 điều này có thể giải thích là do có sự khác nhau về gốc dầu và thành phần hóa học của hai loại nhiên liệu thử nghiệm. 3.1.2. Ảnh hưởng của vật liệu xốp đến chất lượng nhiên liệu TC-1 Sau khi ngâm các mẫu xốp theo thời gian 30 ngày (kí hiệu mẫu TC-1/F1), 90 ngày (TC- 1/F2), 180 ngày (TC-1/F3), 310 ngày (TC-1/F4) thì nhiên liệu TC-1 thu được có dạng trong suốt, không có tạp chất, không có cặn lơ lửng giống như mẫu TC-1 trước khi ngâm mẫu (TC-1/C0) và các thông số chỉ tiêu chất lượng khác đều đảm bảo theo tiêu chuẩn kỹ thuật quy định (TCVN 6426:2009). Kết quả phân tích các thông số của nhiên liệu trước và sau khi ngâm các mẫu xốp được dẫn ra ở bảng 4. Bảng 4. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu TC-1 trước và sau khi ngâm. TT Chỉ tiêu Phương pháp Kết quả TC-1/ C0 TC-1/ F1 TC-1/ F2 TC-1/ F3 TC-1/ F4 1 Ngoại quan Cảm quan Sạch, sáng không có tạp chất và nước 2 Màu ASTM D 156 - 02 +30 +30 +30 +30 +29 3 Tạp chất dạng hạt, mg/l ASTM D 6045 - 04 <1 <1 <1 <1 <1 4 Trị số axit (TAN), mgKOH/g ASTM D 3242 - 05 0,006 0,006 0,008 0,008 0,009 5 Hydrocacbon thơm, % thể tích ASTM D 1319 - 03 14,3 14,4 14,6 14,8 15,1 6 HL lưu huỳnh tổng, % thể tích ASTM D 1266 - 03 0,033 0,032 0,035 0,038 0,039 7 HL lưu huỳnh Mercaptan, % khèi l­îng ASTM D 2622 - 05 1,40.10-5 1,30.10-5 1,35.10-5 1,36.10-5 1,37.10-5 8 Thành phần chưng cất 10% thể tích, oC ASTM D 86 - 05 162 163 165 165 165 50% thể tích, oC 186 187 180 181 182 90% thể tích, oC 215 215 207 206 205 Nhiệt độ sôi cuối, oC 230 230 221 221 219 HL cặn, % thể tích 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Hao hụt, % thể tích 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 9 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, oC ASTM D 56 - 05 37 38 45 45 45 10 Khối lượng riêng ở 15 oC, kg/m3 ASTM D 1298 - 05 790,7 790,6 780,2 780,5 780,6 11 Độ nhớt ở -20 0C, cSt ASTM D 445 - 06 3,450 3,457 3,072 3,074 3,046 12 Chiều cao ngọn lửa không khói, mm ASTM D 1322 - 07 26 26 25 25 25 13 Ăn mòn tấm đồng ASTM D 130 - 04 1a 1a 1a 1a 1a 14 HL Nhựa, mg/100ml ASTM D 318 - 04 0,8 0,8 0,9 0,9 0,9 15 Độ dẫn điện, pS/m ASTM D 2624 - 06 10,5 9,0 8,9 8,6 8,2 Kết quả ngâm mẫu xốp trong nhiên liệu TC-1 tại bảng 4 cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu trước và sau khi ngâm hầu như không thay đổi. Trong tổng số 15 chỉ tiêu kỹ thuật thì có 4 chỉ tiêu là trị số axit, hàm lượng lưu huỳnh tổng, nhiệt độ cháy cốc kín và hàm lượng nhựa có giá trị tăng sau khi ngâm mẫu. Trong khi đó, sau 310 ngày ngâm mẫu thì độ dẫn điện của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất cao hơn khoảng 10 lần so với độ dẫn điện của nhiên liệu TC-1, điều này có thể là do thời gian bảo quản của TC-1 nhập khẩu lâu hơn Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 117 Jet-A1 Dung Quất. Kết quả nghiên cứu nêu trên hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về nhiên liệu sử dụng cho động cơ phản lực được trình bày trong tài liệu [7]. 4. KẾT LUẬN Qua quá trình đánh giá ảnh hưởng của mẫu xốp tới chất lượng nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 cũng như ảnh hưởng của nhiên liệu tới tính năng cơ lý của các loại mẫu vật liệu theo thời gian đã thu được một số kết quả như sau: + Các mẫu xốp ngâm trong nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 đều không biến đổi màu, không phồng rộp và không hòa tan sau 310 ngày thử nghiệm tại nhiệt độ phòng. + Nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 không ảnh hưởng nhiều đến tính năng cơ lý của các mẫu xốp sau 310 ngày thử nghiệm. + Đối với chất lượng nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất và TC-1 có sự sụt giảm mạnh về độ dẫn của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất sau 310 ngày thử nghiệm giá trị này giảm từ 300 pS/m theo nhà sản xuất xuống còn 81 pS/m, độ dẫn điện của nhiên liệu TC-1 thì nhỏ hơn khoảng 10 lần so với độ dẫn của nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất. Hàm lượng lưu huỳnh tổng, axit tổng, hàm lượng nhựa, hàm lượng lưu huỳnh mercaptan trong nhiên liệu Jet-A1 Dung Quất thấp hơn trong TC-1 điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lưu chứa và sửa dụng của nhiên liệu này so với TC-1. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Quang Tuấn, Vũ Ngọc Toán và cộng sự, ”Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nhiên liệu Jet-A1 DQ và TC-1 tới tính năng cơ lý cao su chế tạo thùng dầu mềm,” Tạp chí Nghiên cứu KH-CN quân sự, Số 22, trang 71- 77, Hà Nội, 12-2013. [2]. Nguyễn Hưng Long, ”Nghiên cứu chế tạo màng ngăn bình tích nhiên liệu của tên lửa P28, P28M,” Báo cáo tổng kết đề tài cấp TCKT, Hà Nội, 2004. [3]. Đàm Phi Công, ”Nghiên cứu chế tạo xốp PU dùng cho thùng nhiên liệu máy bay SU-B,” Báo cáo tổng kết đề tài cấp TCKT, Hà Nội, 2004. [4]. B. C. Heinz Heinemann, “The chemistry and technology of petroleum,” Taylor & Francis Group, LLC, USA, 2006. [5]. Ernest E. Ludwig, “Applied process design for chemical and petrochemical plants,” Gulf profestional publishing, 2001. [6]. R.A. Kishore Nadkarni, “Guide to ASTM test methods for the analysis of petroleum products and lubricants,” ASTM stock number, MNL 44, 2000. [7]. V.M.Skolnilov, “Nhiên liệu, vật liệu bôi trơn, chất lỏng kỹ thuật,” Trung tâm xuất bản thông tin kỹ thuật, Viện thông tin quốc tế, 1999. [8]. ГОСТ 10227-86. Топлива для реактивных двигателей. ABSTRACT RESEARCHING IN EFFECT OF FUEL JET-A1 DUNG QUAT AND TC-1 TO FOAM IN SOFT- BARREL OIL MECHANICAL PROPERTIES Beside rubbers, gasket seal, buffer, foam are also non-metal objects mainly affected by fuel in soft- barrel oil of old-generation jet engines when it contact with fuel. The swelling, blistering or components dissolving phenomenon when us contacts as long as with fuel are not only directly affects to mechanical properties but also slight affect to quality of fuel. This article introduces the researching results about mutual effects of quality of Jet-A1 Dung Quat and TC-1 fuels to mechanical properties of foam used to repair and product soft-barrel oil follow contact time. The results show that quality of Jet-A1 Dung Quat, TC-1 fuels and mechanical properties of foam samples are stable after 310 test days at room temperature, except conductivity of fuel is rapid decreased. Keywords: Fuel, Jet-A1, TC-1, Soft-barrel oil, Foam. Nhận bài ngày 26 tháng 02 năm 2013 Hoàn thiện ngày 18 tháng 11 năm 2013 Chấp nhận đăng ngày 19 tháng 03 năm 2014 §Þa chØ: * ViÖn Hãa häc - VËt liÖu, ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ qu©n sù; ** Phßng x¨ng dÇu, Côc HËu cÇn, Qu©n chñng Phßng kh«ng - Kh«ng qu©n; *** Tr­êng Cao ®¼ng S­ ph¹m Th¸i Nguyªn.