Газы сжатые для газобаллонных автомобилей

Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий метан и др. Наиболее широко применяют сжиженные газы, так как по сравнению с другими газами они имеют более высокие технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели.

К сжиженным газам относятся такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно небольших избыточных давлениях. Сжиженные газы должны удовлетворять следующим требованиям: иметь стабильный компонентный состав в условиях эксплуатации; обеспечивать избыточное давление насыщенных паров от 1,6 до 0,07 МПа в интервале температур от +45 до —30 °С; не иметь жидкого неиспаряющегося осадка при испарении и редуцировании в автомобильной газовой аппаратуре.

Характеристика сжиженных углеводородных газов, применяемых в качестве топлива для газобаллонных автомобилей, определена техническими условиями ТУ 38 001302—78. Технические условия распространяются на все районы Советского Союза, за исключением холодной климатической зоны.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Состав сжиженных газов. В состав сжиженных газов входит смесь простых углеводородных соединений, основными из которых являются этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и бутилены.

Этан С2Н6 и этилен С2Н4 содержатся в смеси сжиженных газов в небольших количествах. Их добавление в состав сжиженного газа считается нежелательным в летнее время и весьма полезным в зимний период для повышения давления насыщенных паров до необходимого для нормальной работы газовой установки автомобиля.

Пропан С3Н8 и пропилен С3Н6 определяют основные свойства сжиженных газов, так как являются их основными составляющими. Пропан является наиболее пригодным топливом для автомобильных газовых двигателей. Он обладает высокими антидетонационными свойствами и достаточной упругостью паров во всем диапазоне окружающих температур. Пропилен имеет сравнительно низкую детонационную стойкость и его содержание в газе должно быть ограничено.

Нормальный бутан Н-С4Н10, изобутан С4Ню, бутилен I-C4H8, изоб утилен И-С4Н8 и другие их изомеры являются высококалорийным и полноценным топливом для автомобильных двигателей. Однако их применение в чистом виде возможно только при положительных температурах, так как они не создают избыточного давления при температуре ниже 0 °С. В качестве топлива для автомобилей бутан и бутилены широко применяют в смеси с газами, имеющими высокое давление насыщенных паров (этан, пропан и др.).

К загрязняющим веществам в газах относятся сера и ее соединения, влага, механические примеси и тяжелые углеводороды.

Сера находится в сжиженном газе в растворенном состоянии. При испарении и редуцировании газа часть серы выпадает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения газовых каналов и разрушая резинотехнические изделия. Другая часть серы сгорает в цилиндрах двигателя, увеличивая токсичность отработавших газов.

Влага в сжиженных газах может содержаться как в свободном, так и в растворенном состоянии и является нежелательным компонентом. Особенно недопустимо содержание влаги в зимнее время. При отрицательных температурах влага образует ледяные пробки в газовой магистрали и перекрывает подачу газа к двигателю.

Тяжелые углеводороды с содержанием Сб и выше при редуцировании газа скапливаются в виде неиспаряющегося осадка (конденсат) в газовой аппаратуре автомобиля. Наибольшее количество конденсата осаждается на мембранах газового редуктора и нарушает его работу.

Одоризация газа. Чтобы ощутить наличие газа в воздухе, ему придается специфический запах. Для этой цели используются вещества, называемые одорантами. В качестве одоранта широко применяют этилмеркаптан (С2Н2СН). На 100 л сжиженного газа добавляют приблизительно 2,5 г одоранта. При таком количестве одоранта становится возможным по запаху определить 0,4—• 0,5% газа в воздухе. Указанная концентрация не представляет опасности взрыва, так как составляет всего 20% от нижнего предела воспламеняемости.

Физико-химические свойства простых углеводородов представлены в табл. 4. В ней же для сравнения приведены данные о свойствах бензина А-76.

Свойства сжиженных газов определяют по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь. Благодаря идентичности строений молекул смеси пропана и бутана подчиняются правилу аддитивности, т. е. параметры смеси пропорциональны параметрам отдельных компонентов.

К основным параметрам, которые характеризуют сжиженные газы как топливо для двигателей автомобилей, относятся давление насыщенных паров, плотность, низшая теплота сгорания.

Давление насыщенных паров оказывает наибольшее влияние на работу газовой установки автомобиля. По максимальному давлению насыщенных паров газа рассчитывают на прочность газовый баллон. Кроме того, сжиженный газ должен иметь и достаточную величину минимального избыточного давления (0,1—0,2 МПа) для обеспечения нормальной работы топливноподающей аппаратуры.

Чем выше температура, тем выше давление насыщенных паров, и наоборот. Но при одной и той же температуре различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров. Следовательно, давление паров смеси сжиженных газов будет зависеть как от температуры, так и от состава смеси. Величину давления смеск газов можно определить по значению составляющих (парциальных) давлений углеводородных газов, входящих в состав смеси пропорционально концентрациям.

Относительная масса углеводородных газов показывает, во сколько раз их пары тяжелее или легче воздуха. Из всех сжиженных газов только этилен легче воздуха. Относительная масса характеризует способность газов скапливаться в низких местах (канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь, что необходимо учитывать при работе с этими газами.

Пределы воспламеняемости газа характеризуют его пожаро- и взрывобезопасность. Наиболее показательным является нижний предел воспламеняемости, характеризующий минимальное содержание газа в воздухе, при котором может произойти воспламенение. Нижние пределы воспламеняемости у газообразных топлив несколько выше, чем у паров бензина, и составляют 1,8—2,4%.

Октановое число оценивает детонационную стойкость углеводородных газов. Чем выше октановое число, тем более стоек газ против детонации и тем лучше его эксплуатационные качества. Октановое число для большинства газов составляет 90—99 единиц. Лишь отдельные компоненты сжиженных газов .(пропилен, бутилен) имеют сравнительно низкое октановое число и их содержание в сжиженном газе ограничивают.

Токсичность углеводородных газов проявляется косвенным воздействием на организм человека. Сами углеводородные газы не вызывают отравления, но, смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание кислорода в воздухе. Человек, находящийся в такой атмосфере, испытывает кислородное голодание. В связи с этим санитарными нормами установлена предельно, допустимая концентрация содержания пропана в рабочей зоне, равная 1800 мг/м3, или 0,09% по объему. Такая концентрация примерно в три раза ниже нижнего предела воспламеняемости.

Топливо для газобаллонных автомобилей

Горючие газы, используемые в газобаллонных автомобилях, могут быть естественными и искусственными. Естественные (природные) газы добывают из подземных газовых или нефтяных скважин. Искусственные газы являются побочными продуктами, получаемыми на химических или металлургических заводах.

Установлены (ГОСТ 20448-80) следующие марки газов: СПБТЗ — смесь пропана и бутана техническая зимняя; ГПБТЛ — смесь пропана и бутана техническая летняя; БТ — бутан технический. Сжиженный пропан — бутановый газ согласно стандарту должен содержать пропана зимой не менее 90 %, а летом — не менее 70%. Газ не должен содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот, щелочей, смол и других загрязняющих веществ.

Газообразное топливо по сравнению с жидким обеспечивает следующие преимущества:

Ø более высокое октановое число, что позволяет значительно повысить степень сжатия, увеличив мощность и экономичность двигателя;

Ø меньшее количество токсичных веществ в отработавших газах в результате лучшего сгорания газообразного топлива;

Ø большой срок службы двигателей из-за отсутствия конденсации топлива и смыва масла со стенок цилиндров; повышенный срок службы масла в двигателе, так как оно не разжижается топливом и меньше загрязняется механическими примесями;

Ø большой срок службы свечей зажигания и глушителя шума системы выпуска вследствие незначительного нагарообразования.

Сжиженные газы, обладая плотностью, большей плотности воздуха, могут при негерметичности цистерн, баллонов и других сосудов скапливаться в пониженных и заглубленных местах и создавать взрывную и пожарную опасность. Поэтому нужно тщательно контролировать все соединения и полости, чтобы избежать утечки газа (сжиженного или сжатого).

Сжатыми (сжимаемыми) называют газы, которые при обычной температуре окружающей среды и высоком давлении до 20МПа сохраняют газообразное состояние. Природный газ, применяемый для газобаллонных автомобилей, работающих на сжатых газах, состоит в основном из метана. Можно использовать и промышленные газы: светильный, коксовый и синтез-газ, но нужно помнить, что они содержат окись углерода (СО) и поэтому ядовиты.

Рис.1. Схема автомобильной газобаллонной установки для сжатого газа: 1 — баллон; 2 — угольник баллона; 3 — газопровод высокого давления; 4 — тройник баллона; 5 — крестовина наполнительного вентиля; 6 — наполнительный вентиль; 7 — угольник вентиля; 8 — расходный вентиль; 9 — топливный бак; 10 и 11 — манометры соответственно высокого и низкого давления; 12 — газовый фильтр; 13 — двухступенчатый газовый редуктор; 14 — дозирующее устройство газового редуктора; 15 — газопровод низкого давления; 16 — карбюратор-смеситель; 17 — топливопровод; 18 — топливный насос; 19 — подогреватель сжатого газа; 20 — магистральный вентиль; 21 — двигатель; 22 – трубка

Сжиженными (сжижаемыми) газами называют такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре и небольшом давлении до 1,6МПа. К ним относят смеси углеводородов, получаемых при переработке нефти. Для газобаллонных автомобилей использование сжиженных газов предпочтительнее, чем сжатых.

Газобаллонные автомобили, работающие на сжиженных газах, по сравнению с автомобилями, работающими на сжатых газах, имеют следующие преимущества:

Ø больше грузоподъемность автомобиля, так как баллоны легче и их число меньше;

Ø меньше рабочее давление в газобаллонной установке, а следовательно, надежнее и безопаснее работа на такомавтомобиле;

Ø выше теплотворная способность газо-воздушной смеси, что способствует увеличению мощности двигателя;

Ø больше концентрация тепловой энергии в единице объема, что позволяет увеличить радиус действия автомобиля;

Ø проще заправочные станции;

Ø проще перевозка сжиженных газов на большие расстояния и различными видами транспорта.

Для всех газобаллонных автомобилей (независимо от того, на каком газе они работают) характерно: бездетонационная работа двигателя, значительно меньший износ деталей и более полное сгорание топлива. Однако сложнее обслуживание и эксплуатация таких автомобилей, так как требуется тщательное соблюдение правил техники безопасности.

Рис.2. Схема газобаллонной установки для сжиженного газа: 1 – магистральный вентиль; 2 — манометр баллона; 3 — паровой вентиль; 4 — предохранительный клапан; 5 — баллон для сжиженного газа; 6 — контрольный вентиль; 7 — наполнительный вентиль баллона; 8 — указатель уровня сжиженного газа; 9 — жидкостный вентиль; 10 — манометр редуктора; 11 — двигатель; 12 — карбюратор; 13 — смеситель газа; 14 — бак для бензина; 15 — газовый редуктор; 16 — испаритель сжиженного газа; 17 — штуцер для подвода горячей воды; 18 — штуцер для отвода воды; 19 — кран для слива воды

Газобаллонные автомобили имеют также и недостатки:

Ø уменьшается мощность двигателя, если он не переделан для работы на газе;

Ø снижается полезная грузоподъемность автомобиля вследствие наличия баллонов;

Ø более трудоемко техническое обслуживание автомобиля из-за некоторых ограничений.

Гарантийный срок хранения сжиженного газа три месяца со дня изготовления. По истечении гарантийного срока хранения сжиженный газ должен быть проверен на соответствие требованиям действующего стандарта.

Устройство автомобилей

Система питания двигателя от газобаллонной установки

Виды и характеристики газообразных топлив

Газобаллонные автомобили наиболее широко используют в качестве топлива сжатые природные газы, а также сжиженные нефтяные и природные газы, Кроме того, в качестве газового топлива для газобаллонных автомобилей могут использоваться канализационные газы.

Сжиженные газы

Сжиженные газы получаются при добыче и переработке нефти и превращаются в жидкость в интервале температур от –20 до +20 °С при давлениях 1,0…2,0 МПа.
Обычно используют пропанобутановые смеси с содержанием пропана 70…95% (для зимнего периода большее содержание).
Октановое число нефтяного газа зависит от состава смеси и составляет приблизительно 100…105 единиц.

Газ тяжелее воздуха в 1,5…2 раза, а температуры воспламенения газа и бензина близки. В состав сжиженных или жидких газов, применяемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и этилена.

Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение.
С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь более низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а, следовательно, и более легкие баллоны.
С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры.

Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину давления в баллоне при любых климатических условиях.

Бутан в чистом виде пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 0 °С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне.

Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления.

Основными производителями сжиженных газов являются:

• газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов, выход сжиженного газа составляет до 50 % от производства бензина;
• крекинговые заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3 % по весу от исходного сырья;
• заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля, выход сжиженного газа доходит до 10…12 % от веса основной продукции.

Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам:

• соответствие их состава климатическим условиям;
• строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей.

При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа, при самых высоких — не более 1,6 МПа.
Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15 %.
Газ не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, щелочей и смолистых веществ.

Сжатые газы

Сжатые газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и канализационные.

Природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин.
Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами и дешевы.

Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах.
Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплопроводность выше теплотворности природных газов, так как они содержат больше тяжелых газов.

Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислотного газа.
Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100 000 человек, достигает 2500 м 3 в сутки, что равноценно примерно 2000 л бензина.

Сравнение различных видов сжатого газа

Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей.
Наоборот, газы, в составе которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования в качестве автомобильного топлива.

Сравнение сжиженных и сжатых газов

Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные пропанобутановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей.
Однако сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед сжатыми газами:

• значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы;
• возможность перевозки в железнодорожных и автомобильных цистернах на любые расстояния; перевозка сжатых газов практически не осуществляется;
• более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого давления;
• увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах.

Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными:

• это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях;
• источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку топлива в эти регионы; станции заправки сжатыми газами менее распространены.

Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников газа и от возможности организации газоснабжения.

Преимущества газового топлива по сравнению с бензином

К числу преимуществ горючих газов перед бензином следует отнести:

• существенная экономия на топливе (один литр газа стоит в два раза дешевле бензина);
• экологичность (содержание вредных веществ в отработавших газах меньше в несколько раз);
• высокие антидетонационные свойства газа позволяют повысить значительно степень сжатия в цилиндрах, что благотворно влияет на мощность и экономичность двигателя;
• газ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд;
• газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише;
• газовая смесь сгорает почти полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах, свечах зажигания и стенках камер сгорания;
• газ поступает в двигатель в паровой фазе, поэтому он не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разбавляет масло в картере, следовательно, уменьшается износ поршней и цилиндров и увеличивается срок службы масла и его расход;
• газ сгорает немного медленнее, чем бензин, что снижает нагрузки на поршневую группу и коленчатый вал, двигатель работает «мягче», но снижается мощность двигателя на 2…5% в зависимости от степени сжатия.

В сумме все эти факторы дают двойную экономию средств на топливе, продлевают срок службы двигателя на 30…40% , масла и свечей — в два раза и, как следствие, значительно снижают не только эксплуатационные, но и ремонтные затраты.
К тому же газ не более опасен, чем бензин, и практически безвреден для окружающей среды.

Недостатки горючих газов, как автомобильного топлива

В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие недостатки:

• усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос;
• затрудненность запуска двигателя при низких температурах;
• снижение мощности при переводе бензинового двигателя на газ без всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплотворностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе.

Температура горючей смеси при работе на газе на 15..20 °С выше, чем при работе на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты.
При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для природного газа на 9%, для коксового газа на 10%, для сжиженных газов на 2…3%.

Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4…6%.

Общее снижение мощности двигателя при переводе его с бензина на газ без переделок составляет: для сжиженных газов 5…9%, для сжатых газов 13…21%.
Снижение мощности двигателей, а также их топливной экономичности при работе на газе может быть полностью устранено, если повысить степень сжатия, отделить впускной трубопровод от выпускного, установить специальный газовый смеситель. Введение этих изменений позволяет не только сохранить мощность и экономичность двигателя при его работе на газе, но и значительно повысить их.