Автотранспорт — правила, нормы, положения
Природный газ состоит в основном из метана (не менее 90 %) с небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,7%), и бутана (до 1%).
Метан газ без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха. Он относится к предельным углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Высокое содержание водорода обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с бензином и сжиженным нефтяным газом, поэтому метан является полноценным топливом для автомобилей с хорошими антидетонационными характеристиками.
Характеристика метана.
Молекулярная формула – CH4
Молярная масса, кг/моль – 16,03
Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:
— в газообразном состоянии, кг/м 3 – 0,717
— в жидком состоянии, кг/л – 0,42
Температура кипения, °С – -161,7
Температура самовоспламенения (вспышки), °С – 590
— в газообразном состоянии, кДж/м 3 – 33800
— в жидком состоянии, кДж/л – 20900
Относительная плотность (по воздуху) – 0,554
Коррозионная активность – отсутствует
Температура горения, °С – 2030
Для справки . Теплота сгорания.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м 3 газа, при атмосферном давлении и температуре 20°С.
Есть высшая и низшая теплота сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания учитывается вся теплота, выделившияся во время сгорания и отведенная от продуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1кг воды от 0 до 100°С, которая равна 418,6 кДж.
При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяется низшая теплота сгорания газа, являющаяся стандартной величиной.
Природный газ перед применением в качестве моторного топлива проходит предварительную подготовку на предмет соответствия его параметров на эксплуатационные качества двигателя (удаление примесей) и условиям хранения на автомобиле.
Поскольку природный газ сжижается при температуре -161,7°С, а в нормальных условиях это сделать невозможно, на автомобилях он хранится в баллонах в сжатом до 20 МПа (200кг/см.кв.) состоянии.
Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре 20°С и высоком давлении (20 МПа) остаются в газообразном состоянии.
Газ природный топливный компримированный (сжатый природный газ).
По физико–химическим показателям и содержанию примесей природный топливный газ должен соответствовать ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания».
По физико–химическим показателям газ по данному ГОСТу должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.
| №№п/п | Показатели | Значение |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м 3 , не менее | 31800 |
| 2. | Относительная плотность к воздуху | 0,55-0,70 |
| 3. | Расчетное октановое число (по моторному методу), не менее | 105 |
| 4. | Концентрация сероводорода, г/м 3 , не более | 0,02 |
| 5. | Концентрация меркаптановой серы, г/м 3 , не более | 0,036 |
| 6. | Масса механических примесей в 1м 3 , мг, не более | 1,0 |
| 7. | Суммарная объемная доля негорючих компонентов, %, не более | 7,0 |
| 8. | Объемная доля кислорода, %, не более | 1,0 |
| 9. | Концентрация паров воды, мг/м 3 , не более | 9,0 |
Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м 3 может вызывать образование ледяных пробок в системе питания двигателя.
Недостатки и преимущества применения сжатого природного газа в сравнении с бензином.
1. Недостатки.
1.1. Содержание газа под большим давлением требует применения высокопрочных баллонов, имеющих значительную массу и изготавливаемых из высококачественных сталей. Вес одного баллона вместимостью 50 литров с 10м 3 газа составляет около70 кг. Установка на автомобиль газовых баллонов влечет за собой снижение грузоподъемности автомобиля на 10-12%, снижается также запас хода автомобиля.
Баллоны для СПГ являются сосудами высокого давления, для баллонов из легированной стали установлен срок испытания один раз в 5 лет, а из углеродистой – один раз в 3 года.
1.2. Так как теплота сгорания газовоздушной смеси метана меньше теплоты сгорания бензовоздушной смеси (3,22 МДж/м 3 для метана с воздухом и 3,55 МДж/м 3 для бензина с воздухом), и вследствие меньшего коэффициента наполнения цилиндров мощность двигателя при переводе на сжатый газ снижается на 18-20%.
1.3. При применении газового топлива затруднен пуск двигателя в зимнее время при температуре ниже 15°С. Причина – более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси и меньшая скорость распространения пламени.
1.4. Для проведения технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала. По сравнению с обслуживанием бензиновых и дизельных двигателей трудоемкость ТО и ремонта газового оборудования увеличивается на 13-15%, а затраты – на 4-6%.
1.5. Работа двигателей на сжатом газе сопровождается ухудшением тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей: время разгона увеличивается на 25-30%; максимальная скорость уменьшается на 5-7%.
2. Преимущества.
2.1. Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателей из-за более широких пределов воспламенения газа в сравнении с бензином. Если пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляет соответственно 6,0 и 1,5%, то пределы воспламенения сжатого газа в смеси с воздухом составляет по верхнему пределу 15% и по нижнему пределу 5%. Это позволяет на эксплуатационных режимах работы двигателей обеднять горючую смесь до α=1,2-1,3.
В результате существенно снижается токсичность отработанных газов (по содержанию оксидов углерода — в 2-3 раза, по содержанию оксидов азота – в 1,2-2,0 раза, по содержанию углеводородов – в 1,1-1,4 раза).
2.2. Сжатый газ не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазки. Поэтому износы деталей двигателей, работающих на газе, ниже чем у бензиновых двигателей. Вследствие этого моторесурс двигателей увеличивается в 1,3-1,5 раза. Увеличивается также срок службы масла в 1,5-2 раза, а затраты на него снижаются на 25-35 процентов.
2.3. Цены на сжатый газ ниже чем на бензин: Экономия затрат на топливо имеется несмотря на потерю мощности двигателя и снижение грузоподъемности автомобиля.
Источник
Компримированный (сжатый) природный газ (кпг)
Компримированный сжатый газ получают разными способами: непосредственно из газовых скважин, как продукт переработки нефти и путем фракционирования газового конденсата или нефтяного попутного газа. Сжатый природный газ не только может с успехом заменить жидкие моторные топлива, но и превосходит их по ряду параметров. Его основное преимущество состоит в том, что сжатый природный газ может использоваться на автомобильном транспорте без дорогостоящей технологической переработки.
Состав природных газов, добываемых на отечественных месторождениях, достаточно однотипен. В основном (82-98%) это метан СН4 с небольшими примесями (до 6%) этана С2Н6, до 1,5% пропана С3Н8 и до 1% бутана С4Н10. В попутных газах, добываемых на нефтяных месторождениях, в зависимости от района добычи содержание метана может колебаться в пределах от 40 до 82%, а бутана и пропана — от 4 до 20%.
Основной компонент — метан СН4 характеризуется наивысшей критической температурой (-82°С). Поэтому при нормальных температурах даже при высоком давлении метан не может быть сжижен: для этого необходима низкая температура.
Свойства метана определяются его молекулярным строением. Газ относится к простым углеводородам. Его молекула содержит на один атом углерода максимум водорода. Этим обусловлена высокая теплопроводность метана, широкий диапазон воспламеняемости и низкое содержание токсичных составляющих. Ввиду высокого содержания водорода в сжатом газе происходит его более полное сгорание в цилиндрах двигателя, чем ГНС и бензина. По сравнению с другими газами-углеводородами метан намного легче воздуха, поэтому в случае утечки он скапливается в верхней части помещения. Высокая детонационная стойкость метана допускает форсирование двигателя по степени сжатия (9,5-10,5).
По энергетическим параметрам 1 м3 природного газа приравнивают к 1 л бензина. В то же самое время природный газ обладает очень низкой объемной концентрацией энергии. Если теплота сгорания 1 литра жидкого топлива равна 31426 кДж, то у природного газа она равна 33,52-35,62 кДж, т.е. почти в 1000 раз меньше. Поэтому природный газ необходимо сжать до высокого давления.
На автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях в России рабочее давление — 20 МПа.
Для сжатого газа применяют газобаллонные установки (баллоны, арматура, редуктор, газопроводы и др.), рассчитанные на работу при высоком давлении — 19,6 МПа (200 кгс/см 2 ). По мере расходования газа из баллона непрерывно уменьшается и рабочее давление в нем.
Баллоны для КПГ имеют вместимость от 34-400 л, рассчитаны на давление 19,6 МПа.
Поскольку баллоны для хранения сжатого газа изготавливаются толстостенными, батарея из восьми таких баллонов достаточно тяжела. Следовательно, снижается и полезная грузоподъемность автомобилей. Одновременно пробег автомобилей на КПГ становится в 2 раза меньше, чем на бензине. Поэтому более перспективной считают криогенную технологию хранения КПГ на автомобиле. К тому же это направление считают этапным и на пути создания водородных двигателей.
Компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) ранее назывался сжатым природным газом (СПГ) регламентируется по ГОСТ 27577-2000 «Газ топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания» определяет физико-химические и эксплуатационные показатели КПГ (табл. 5.7).
Таблица 5.7 Физико-химические показатели и эксплуатационные показатели КПГ
Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м 3 , не менее
Относительная плотность к воздуху
Источник
Компримированный природный газ
Компримированный природный газ (CNG, Compressed Natural Gas) — сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива.
Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды.
Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках.
Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200—220 бар.
- метан легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется;
- не токсичен в малых концентрациях;
- не вызывает коррозии металлов;
- компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит;
- низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха;
- природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД;
- отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы;
- эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных. Котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД — до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой. Однако в автомобилях, работающих на газе, ощущается его запах, что приводит к не всегда приятным последствиям.
Отличие сжиженного природного газа (СПГ) от сжатого (компримированного ) газа
СПГ получается посредством снижения температуры исходного газа, что приводит к преобразованию его в жидкость со снижением объема исходного газа в 600 раз.
Сжатый газ — тоже жидкое топливо, получаемое посредством сжатия под большим давлением со снижением объема исходного газа в 200 раз.
Источник