Система инертизации снижает вероятность возгорания горючих материалов , хранящихся в замкнутом 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, содержащим кислород , необходимый для сгорания. При правильных условиях эта смесь может воспламениться. Система инертизации заменяет воздух газом, который не поддерживает горение, таким как азот . [1] [2]
Для инициирования и поддержания горения в незаполненном объеме требуются три элемента : источник возгорания (тепло), топливо и кислород. Возгорание можно предотвратить, уменьшив любой из этих трех элементов. Во многих случаях источник возгорания отсутствует, например, резервуары для хранения . Если наличие источника возгорания невозможно предотвратить, как в случае с большинством резервуаров, подающих топливо в двигатели внутреннего сгорания, то резервуар можно сделать невоспламеняющимся, постепенно добавляя инертный газ в незаполненный объем по мере потребления топлива. В настоящее время почти исключительно используются углекислый газ или азот , хотя некоторые системы используют обогащенный азотом воздух или пар. Использование этих инертных газов снижает концентрацию кислорода в незаполненном объеме до уровня ниже порога возгорания.
Нефтяные танкеры заполняют пустое пространство над нефтяным грузом инертным газом, чтобы предотвратить возгорание или взрыв паров углеводородов. Пары нефти не могут гореть в воздухе с содержанием кислорода менее 11%. Инертный газ может подаваться путем охлаждения и очистки дымового газа, вырабатываемого судовыми котлами. При использовании дизельных двигателей выхлопной газ может содержать слишком много кислорода, поэтому могут быть установлены генераторы инертного газа, работающие на топливе. Односторонние клапаны устанавливаются в технологических трубопроводах к помещениям танкера, чтобы предотвратить попадание летучих паров углеводородов или тумана в другое оборудование. [3] Системы инертного газа требуются на нефтяных танкерах с момента принятия правил СОЛАС 1974 года. Международная морская организация (ИМО) публикует технический стандарт ИМО-860, описывающий требования к системам инертного газа. Другие типы грузов, такие как насыпные химикаты, также могут перевозиться в инертных танкерах, но инертный газ должен быть совместим с используемыми химикатами.
Топливные баки для боевых самолетов уже давно инертизированы, а также являются самогерметизирующимися , но баки для военных грузовых самолетов и гражданских транспортных самолетов обычно не были такими. Ранние применения азота были на Handley Page Halifax III и VIII , Short Stirling и Avro Lincoln B.II , которые включали системы инертизации примерно с 1944 года. [4] [5] [6]
Клив Киммел впервые предложил систему инертизации для пассажирских авиалиний в начале 1960-х годов. [7] Его предложенная система для пассажирских самолетов использовала бы азот. Однако Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) в то время не требовало установки системы инертизации. Ранние версии системы Киммела весили 2000 фунтов. FAA сосредоточилось на том, чтобы источники возгорания не попадали в топливные баки.
FAA официально не предлагало легкие системы инертизации для коммерческих самолетов до крушения в 1996 году самолета TWA Flight 800 , Boeing 747. Крушение было вызвано взрывом в топливном баке в центре крыла. Этот бак обычно используется только на очень длительных рейсах, и на момент взрыва в баке было мало топлива. Небольшое количество топлива в баке опаснее большого, так как для повышения температуры оставшегося топлива требуется меньше тепла. Это приводит к увеличению соотношения топлива к воздуху в незаполненном объеме и превышению нижнего предела воспламеняемости. Небольшое количество топлива в баке оставляет насосы на дне бака открытыми для воздушно-топливной смеси, а электрический насос является потенциальным источником возгорания. Взрыв Boeing 737 авиакомпании Thai Airways International в 2001 году и 737 авиакомпании Philippine Airlines в 1990 году также произошел в баках, в которых было небольшое количество остаточного топлива. Эти три взрыва произошли в теплые дни в баке центрального крыла (CWT), который находится в пределах контуров фюзеляжа. Эти топливные баки расположены в непосредственной близости от внешнего оборудования, которое непреднамеренно нагревает топливные баки. В заключительном отчете Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB) о крушении TWA 747 сделан вывод: «Во время аварии пары топлива и воздуха в незаполненном пространстве самолета TWA рейса 800 CWT были воспламеняющимися». NTSB определил «Устранение взрывоопасной смеси в топливных баках самолетов транспортной категории» как пункт № 1 в своем списке самых разыскиваемых в 1997 году. [ необходима цитата ]
После крушения рейса 800 авиакомпании TWA в отчете комитета FAA за 2001 год говорилось, что авиакомпаниям США придется потратить 35 миллиардов долларов США на модернизацию своих существующих воздушных судов с помощью систем инертизации, которые могли бы предотвратить такие взрывы. Однако другая группа FAA разработала прототип системы инертизации на основе обогащенного азотом воздуха (NEA), которая работала на сжатом воздухе, подаваемом двигателями самолета. Кроме того, FAA определило, что топливный бак можно сделать инертным, снизив концентрацию кислорода в незаполненном объеме до 12% вместо ранее принятого порогового значения в 9–10%. Компания Boeing начала испытания собственной производной системы, выполнив успешные испытательные полеты в 2003 году с несколькими самолетами Boeing 747.
Новая, упрощенная система инертизации была первоначально предложена FAA через публичные комментарии. Она использует мембранный материал из полых волокон, который разделяет подаваемый воздух на воздух, обогащенный азотом (NEA), и воздух, обогащенный кислородом (OEA). [8] Эта технология широко используется для получения воздуха, обогащенного кислородом, в медицинских целях. Она использует мембрану, которая преимущественно пропускает через себя молекулу азота (молекулярный вес 28), но не молекулу кислорода (молекулярный вес 32).
В отличие от систем инертизации на военных самолетах, эта система инертизации работает непрерывно, чтобы снизить воспламеняемость паров топлива при работе двигателей самолета. Цель состоит в том, чтобы снизить содержание кислорода в топливном баке до 12%, что ниже нормального содержания кислорода в атмосфере в 21%, но выше, чем в инертизированных топливных баках военных самолетов, которые имеют целевой показатель 9% кислорода. Инертизация в военных самолетах обычно достигается путем вентиляции заполненного парами топлива газа из бака в атмосферу.
После, как было заявлено, семи лет расследования, в ноябре 2005 года FAA предложило правило в ответ на рекомендацию NTSB, которое потребовало бы от авиакомпаний «снижать уровни воспламеняемости паров топливного бака на земле и в воздухе». Это был отход от предыдущей 40-летней политики, в которой FAA сосредоточивалось только на снижении возможных источников воспламенения паров топливного бака.
FAA выпустило окончательное правило 21 июля 2008 года. Правило вносит поправки в правила, применимые к проектированию новых самолетов (14CFR§25.981), и вводит новые правила для обеспечения постоянной безопасности (14CFR§26.31–39), Эксплуатационные требования для внутренних операций (14CFR§121.1117) и Эксплуатационные требования для иностранных авиаперевозчиков (14CFR§129.117). Правила применяются к самолетам, сертифицированным после 1 января 1958 года, с пассажировместимостью 30 или более или грузоподъемностью более 7500 фунтов. Правила основаны на эксплуатационных характеристиках и не требуют внедрения определенного метода.
Предлагаемое правило затронет все будущие конструкции самолетов с фиксированным крылом (пассажироподъемностью более 30 человек) и потребует модернизации более 3200 самолетов Airbus и Boeing с топливными баками в центральной части крыла в течение девяти лет. Первоначально FAA планировало также заказать установку на грузовых самолетах, но это было исключено из приказа администрацией Буша. Кроме того, региональные самолеты и небольшие самолеты местных линий не будут подпадать под правило, поскольку 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 парка. Оно сравнило эту стоимость с предполагаемой «стоимостью для общества» в 1,2 миллиарда долларов США от взрыва большого авиалайнера в воздухе. Предлагаемое правило появилось в то время, когда почти половина мощностей авиакомпаний США приходилась на перевозчиков, которые были в состоянии банкротства. [9]
Распоряжение касается самолетов, чьи кондиционеры могут нагревать то, что можно считать обычно пустым топливным баком в центре крыла. Некоторые самолеты Airbus A320 и Boeing 747 намечены для «ранних действий». Что касается новых конструкций самолетов, Airbus A380 не имеет топливного бака в центре крыла и, следовательно, освобожден от него, а Boeing 787 имеет систему безопасности топливного бака, которая уже соответствует предлагаемому правилу. FAA заявило, что за последние 16 лет произошло четыре взрыва топливных баков — два на земле и два в воздухе — и что на основе этой статистики и оценки FAA, что один такой взрыв будет происходить каждые 60 миллионов часов полетного времени, около 9 таких взрывов, вероятно, произойдет в течение следующих 50 лет. Системы инертизации, вероятно, предотвратят 8 из этих 9 вероятных взрывов, заявило FAA. До того, как было предложено правило о системе инертизации, компания Boeing заявляла, что будет устанавливать собственную систему инертизации на авиалайнерах, которые она производит, начиная с 2005 года. Airbus утверждала, что электропроводка ее самолетов делает систему инертизации ненужной.
С 2009 года [обновлять]FAA снова приняла правило об увеличении стандартов бортовых систем инертизации. Другие компании разрабатывают новые технологии для обеспечения инертизации топливных баков:
Другим методом, используемым в настоящее время для инертизации топливных баков, является система заполнения незаполненного пространства. FAA постановило, что дополнительный вес системы заполнения незаполненного пространства делает ее непрактичной для внедрения в области авиации. [12] Некоторые военные самолеты США по-прежнему используют системы инертизации на основе пены на основе азота, а некоторые компании отправляют контейнеры с топливом с системой заполнения незаполненного пространства по железнодорожным маршрутам.
