| СУГ или пропан-бутан – это сжиженный углеводородный газ, который является одним из самых распространенных альтернативных видов топлива и используется для коммунально-бытовых нужд, в промышленности, в нефтехимии, а также в качестве газомоторного топлива. ФОРМУЛА Масштабы использования СУГ в каждой из этих областей зависят от целого ряда факторов, специфичных для конкретной страны или региона. Во многих странах мира (в том числе и в России) сжиженный газ используется уже несколько десятилетий. Высокая теплотворная способность, чистота сгорания, удобство хранения и транспортировки и возможность дальнейшей химической переработки обеспечивают их все более широкое применение. Не случайно, 21 век все чаще называют веком нефти и ускоренного спроса на газ. Отличительная особенность СУГ – экологичность и экономичность использования по сравнению с традиционными бензиновыми видами топлива, относительно низкие затраты на производство и переработку. Вредных выхлопных газов от автомобилей, работающих на газу, значительно меньше. |
Схема получения пропан-бутана и метана | |||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||
| Сжиженный газ, используемый как автомобильное топливо, представляет собой смесь пропана (С3Н8), бутана (С4Н10) и незначительного количества (около 1%) непредельных (ненасыщенных) углеводородов. Его вырабатывают как из нефти, так и из конденсатной фракции природного газа. Пропан и бутан очищают от сернистых соединений, щелочи, воды и других компонентов. В зависимости от марки пропан и бутан смешиваются в необходимых соотношениях. На заправочные станции он поступает в смеси «летняя» и «зимняя», в «зимней» - гораздо большее содержание пропана. | ||||||||||||||||||
| Почему СУГ? Проблема перехода автотранспорта на альтернативные виды моторных топлив приобретает все большую актуальность. Из списка возможных решений (использование метанола, биогаза, синтетического бензина, разработка коммерчески выгодных электромобилей и пр.) сегодня можно говорить о двух практически освоенных направлениях – применении в качестве моторного топлива сжиженных углеводородных газов (пропана и пропан-бутановых смесей) и сжатого природного газа (СПГ). На долю транспорта приходится около 9% общемирового потребления СУГ (18–20 млн. т). Российская специфика потребления пропан-бутана в качестве моторного топлива имеет ряд особенностей: - При нынешних темпах прироста количества автотранспортных средств (5–7% в год) обеспечить отечественный транспорт нефтяным топливом в обозримой перспективе станет невозможным без освоения нефтяных месторождений с высокой себестоимостью добычи.- Преобладающую часть автомобильного парка составляют машины с неудовлетворительными экологическими характеристиками двигателей. | ||||||||||||||||||
| - На рынке моторных топлив в России преобладают бензины низкого качества, не соответствующие международным экологическим стандартам на выбросы вредных веществ в атмосферу. Производство бензина с повышенными экологическими характеристиками требует использования дорогих технологий переработки нефти. Кроме неизбежного при этом повышения цен на автомобильное топливо, следует отметить, что применение мер по снижению выбросов лишь частично решает проблему загрязнения окружающей среды. - Экологическая обстановка, сложившаяся в России, требует срочных и комплексных мер по снижению нагрузки на окружающую среду, создаваемой автомобильным транспортом. Одним из средств решения этой проблемы является использование газомоторного топлива (ГМТ). |  | |||||||||||||||||
| Перечисленное выше делает масштабный перевод российского транспорта на альтернативные виды топлива стратегической необходимостью. В России существует весь набор благоприятных условий для развития транспортного сектора использования СУГ. Являясь нефтедобывающей и газодобывающей страной, Россия располагает достаточной ресурсно-сырьевой базой для расширения производства сжиженных углеводородных газов. Запасы попутного нефтяного газа в российских нефтяных месторождениях составляют, по имеющимся оценкам, порядка 1,5 трлн. м3, и в настоящее время эти ресурсы не используются в полной мере. | ||||||||||||||||||
| Экономичен и выгоден пропан-бутан и в коммунальном секторе Традиционный вариант использования СУГ – это его использование в баллонах, а также в качестве топлива в котельных для отопления дома и приготовления пищи там, где нет возможности подвести природный газ. Объемы потребления газа здесь варьируются в зависимости от потребителя: от небольших дачных домиков на приусадебных участках до коттеджей и крупных строительных объектов. Для наглядности приведем примерные расчеты, характеризующие выгоду пропан-бутана. Применительно к отоплению загородного дома из кирпича общей площадью 200 кв.м. при окружающей температуре воздуха зимой -13 С – 15 С затраты в месяц составят:
Из приведенной таблицы видно, что разумной альтернативой магистральному газу, электричеству и дизельному топливу является пропан-бутан. |  | |||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||
region-cm.ru
Советский Союз располагает крупнейшими в мире запасами природного газа. По пятилетнему плану развития народного хозяйства производство газа достигнет в 1970 г. 240—250 млрд. м3. Стоимость природного газа значительно ниже стоимости дизельного топлива. Моторесурс газового двигателя больше, чем дизеля. Результаты эксплуатации стационарных газовых двигателей у нас и за границей убедительно подтверждают это. Так, отечественные газовые двигатели завода «Двигатель революции» марки 6 ГЧ 35/45, установленные на компрессорных станциях газопровода «Ставрополь — Москва», проработали свыше 45 000 ч без капитального ремонта. Моторесурс дизеля этой размерности согласно ТУ равен 18 000 ч.
Такой большой моторесурс газового двигателя определяется следующим.
1. Процесс сгорания газовой смеси в цилиндре двигателя протекает с малой скоростью нарастания давления.
3. Природный газ не имеет в своем составе абразивных и сернистых соединений.
4. Отсутствие разжижения смазочного масла жидким топливом, что имеет место в дизелях.
Низкая стоимость природного и нефтяного попутного газов и повышенный моторесурс газовых двигателей создают технико-экономические предпосылки применения газовых двигателей в народном хозяйстве страны.
Показателем возможности использования горючего газа в качестве топлива для судовых двигателей является его низшая теплотворность, так как она обусловливает необходимый запас газа для обеспечения определенного радиуса действия судна. С этой точки зрения наибольшего внимания заслуживают природный газ и газы нефтяного происхождения. Вопрос использования этих газов в качестве топлива для судовых двигателей пока еще у нас не получил практического разрешения. Однако наличие больших запасов и возрастающая добыча газа выдвигают необходимость применения их в судовых установках. Дизелестроительные заводы фирм МАН, «Бурмейстер и Вайн», «Пилстик» и др. приступили к выпуску судовых газовых двигателей. Так, фирма МАН выпускает судовые газовые двигатели мощностью 4000 л. с.
Природный газ почти состоит из одного метана и имеет низшую теплотворность около 8400 ккал/нм3.
В последние годы стали строиться газотанкеры — суда для перевозки сжиженного природного газа при низкой температуре (—162° С). Новым и перспективным направлением применения газовых двигателей является их установка в качестве главных и вспомогательных двигателей газотанкеров. При этом газ может быть использован в качестве топлива для газовых двигателей судна.
Наряду с природным газом может получить применение и сжиженный газ, являющийся продуктом переработки нефти и нефтегазов. Из всех сжиженных газов наиболее пригодным для использования в качестве топлива для судовых двигателей являются бутан и пропан благодаря их высокой теплотворности, хорошей стабильности и небольшой упругости насыщенных паров. Используемая в настоящее время для различных целей смесь, состоящая из 90% пропана С3Н8 и 10% бутана С4Н10, имеет низшую теплотворность в жидком состоянии 11 000 ккал1кг, а в газообразном 22 230 ккал/н·м3. Октановое число около 122. Упругость паров при 0° С 3,4 кПсм2; при 20° С— 6,9 кГ/см2 и при 30° С — 9,2 кГ/см2.
Невысокая упругость паров данной смеси позволяет применять для ее хранения относительно легкие баллоны и цистерны, рассчитанные на рабочее давление до 16 кГ/см2.
Принципиальная схема питания двигателя природным газом показана на рис. 149.
Баллоны 1 каждой секции трубками 2 с компенсационными витками 3 присоединяются к коллекторам 5. Каждый баллон имеет свой вентиль 4, а каждый коллектор для включения или отключения секции баллонов имеет вентиль 6.
При открытом вентиле 6 у одного из коллекторов газ высокого давления через крестовину 7 подводится к магистральному вентилю 9. В период работы двигателя вентиль 9 открыт и газ через фильтр 11 поступает к редукционному клапану 12. Манометр 10 показывает давление в системе до редуктора. Наполнение баллонов газом осуществляется через вентиль 8. Давление газа в трубопроводе до редукционного клапана равно давлению газа в баллонах. В начальный момент это давление равно 200 кГ/см2. В редукционном клапане давление газа снижается до 20—40 мм вод. ст. при работе двигателя с заполнением цилиндра двигателя газом в период такта всасывания. В случае же подачи газа в цилиндр в период такта сжатия давление в редукционном клапане устанавливается в зависимости от требуемого давления подачи газа в цилиндр.
Баллоны являются основным, наиболее ответственным элементом системы питания двигателя природным газом. Вес и габаритные размеры баллона обусловливают собой возможный запас газа в установке для работы двигателя. Конструкция же баллона определяет надежность и безопасность работы всей установки. Стандартные промышленные баллоны для кислорода и водорода, рассчитанные на давление 150 кГ/см2, чрезмерно тяжелы и недостаточно вместительны. Запас газа на судне при оборудовании силовой установки такими баллонами не обеспечивает большого радиуса действия судна. Для автомобилей давление газа в баллонах принято стандартным— 200 кПсм2. На это давление изготовляются баллоны облегченного типа из легированной стали. Применяются также наиболее легкие баллоны из легких сплавов с проволочной оплеткой. Материалом для таких баллонов является алюминиевый сплав следующего состава: Мg — 7,5%; Мn — 0,5%; Fе —0,2%; Si — 0,15% и Аl — 91,65%.
Этот сплав после термической обработки имеет следующие механические свойства: предел прочности 3500—3700 кГ/см2; предел пропорциональности 2400 кГ/см2; удлинение 20%; твердость по Бринеллю 70—75; удельный вес 2,63. Материал оплеточной проволоки — нелегированная высокоуглеродистая сталь.
Проведенные испытания показали, что баллоны, изготовленные из алюминиевого сплава, безопаснее стальных благодаря большей величине удлинения материала стенок и наличию продольных проволочных оплеток, разрыв которых всегда предшествует разрыву баллона и тем самым сигнализирует о возникновении опасных напряжений в стенках баллона.
При работе двигателя на сжиженном газе в схему питания перед редукционным клапаном включается подогреватель-испаритель газа. Для подогрева газа в испарителе используется горячая вода, выходящая из охлаждающих полостей двигателя.
Выполненные в последние годы исследования работы дизеля на сжиженном газе выявили возможность осуществления подачи в цилиндр газа в сжиженном состоянии. В этом случае топливоподающая система дизеля сохраняется без изменения. Для достижения устойчивого самовоспламенения газа в цилиндре к топливному насосу подводится смесь сжиженного газа и 10—15% по весу дизельного топлива. Примесь дизельного топлива необходима для повышения цетанового числа смеси паров жидкого топлива и газа.
vdvizhke.ru
Категория:
Газобаллонные автомобили
Сжиженный нефтяной газ для автомобильных двигателейСжиженные нефтяные газы представляют собой легкие углеводороды, которые при сравнительно невысоком избыточном давлении (1—2 МПа) и нормальной температуре находятся в жидком состоянии. Основными компонентами СНГ являются пропан, бутан и пропилен. Пропан и пропилен обеспечивают оптимальное давление насыщенных паров в газовом баллоне. Бутановая составляющая, которая включает в себя нормальный бутан, изобутан, изобулен и другие изомеры, является наиболее калорийным и легкосжижаемым компонентом СНГ. Применение СНГ с большим содержанием бутановых фракций предпочтительнее в летнее время и особенно в районах с жарким климатом.
Наряду с упомянутыми составляющими в состав СНГ входят метан, этан, этилен, пентаны и некоторые другие газы. Суммарное их количество не должно превышать 6%. Этан входит в состав СНГ в незначительных количествах и обладает достаточно высоким давлением насыщенных паров. Присутствие этана способствует поддержанию достаточно высокого давления газа в баллоне при отрицательных температурах окружающего воз-Духа.
Особенностью СНГ является то, что их хранят и транспортируют в жидком состоянии, а используют в газообразном. В жидком состоянии СНГ обладают большим коэффициентом объемного расширения. Из-за этого при заполнении баллона СНГ необходимо оставлять определенное свободное пространство. В случае полного заполнения баллона, т. е. при отсутствии паровой подушки, даже незначительное повышение температуры газа t приводит к резкому увеличению давления р в газовом баллоне. Увеличение давления в этом случае составляет 0,7 МПа на каждый градус повышения температуры СНГ. Суммарное давление СНГ в баллоне определяется парциальными давлениями отдельных составляющих (рис. 1). Избыточное давление в баллоне при отрицательных температурах окружающего воздуха обеспечивает надежную работу газовой аппаратуры и пуск холодного двигателя.
В нашей стране предусматривают выпуск СНГ двух составов СПБТЗ (смесь пропана и бутана технических зимняя) и СПБТЛ (смесь пропана и бутана технических летняя). В состав СПБТЗ входит не менее 75% пропана, доля бутана не нормируется.
В состав СПБТЛ входит не более 60% бутана, доля пропана не нормируется.
Опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей показывает, что их удовлетворительные эксплуатационные показатели могут быть обеспечены при строгой регламентации компонентного состава СНГ, поставляемого для нужд автомобильного транспорта в качестве моторного топлива.
Для получения гарантированных эксплуатационных качеств газобаллонных автомобилей разработаны технические условия ТУ 38 001 302-78 «Газы углеводородные сжиженные топливные для газобаллонных автомобилей».
Рис. 1. Парциальные давления отдельных компонентов СНГ
Опыт использования СНГ на автомобильном транспорте показывает, что отпускаемый на АГЗС сжиженный газ часто не соответствует ТУ 38 001 302—78. Это значительно осложняет эксплуатацию газобаллонных автомобилей и требует более частых регулировок газовой аппаратуры.
—
Главные показатели, характеризующие горючие газы как моторное топливо, — это теплотворная способность (теплотворность) рабочей смеси и их антидетонационные свойства. По этим показателям многие составляющие СНГ и СПГ превосходят бензин. Особенно ценным свойством сжиженных нефтяных и сжатого природного газов являются их высокие октановые числа (от 90 до 120 ед.), значительно превосходящие октановые числа лучших бензинов, бензометанольных смесей и других горючих. Это позволяет при применении СНГ увеличить степень сжатия у двигателей и тем самым улучшить их термодинамические, энергетические и топливно-экономические показатели. Особенно велико октановое число у пропана и пропилена. У бутана и бутилена оно меньше, но бутановые компоненты обладают наибольшей теплотворной способностью и являются легкосжимаемыми газами.
Рис. 2. Давление насыщенных паров углеводородов, входящих в состав сжиженных газов
В практике обычно используют пропан-бутановые смеси, особенностью которых является легкость перехода из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Наряду с этими составляющими в состав сжиженного газа входят также другие предельные и непредельные углеводороды: этан, этилен, пропилен, бутилен, пентаны. Их суммарное количество не превышает 5…9%.
При хранении сжиженных газов в баллонах над поверхностью жидкости образуются насыщенные пары, давление (или, как часто называют, упругость) которых зависит только от температуры окружающей среды (жидкости) и состава сжиженного газа. По закону Дальтона общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений его составляющих. Упругость пара У пропана при той же температуре значительно выше, чем у бутана, что наглядно представлено на рис. 2. Особенно велика упругость паров у этана и этилена. Хотя они входят в состав СНГ в незначительных количествах, но их присутствие позволяет поддерживать достаточно высокое давление в газовых баллонах при отрицательных температурах окружающего воздуха, что весьма желательно в зимнее время.
С понижением температуры окружающего воздуха упругость паров уменьшается, с повышением температуры — увеличивается. Но давление паров у СНГ всегда должно быть достаточным, чтобы обеспечить подачу топлива к двигателю при пониженных температурах окружающего воздуха, и в то же время не быть слишком большим при повышенных температурах, чтобы не пришлось баллоны для хранения СНГ делать толстостенными, следовательно, тяжелыми.
Поддержание давления паров СНГ в желаемых пределах достигается установлением в смеси соответствующего соотношения пропана и бутана.
Согласно ГОСТ 20448—81 в СССР предусмотрен выпуск СНГ двух составов: СПБТЗ — смесь пропана и бутана технических, зимняя, СПБТЛ — смесь пропана и бутана технических, летняя. Зимняя смесь содержит не менее 75% пропана и не более 20% бутана. Летняя смесь — соответственно не более 34% пропана и не менее 60% бутана.
Эти газы, используемые для бытовых нужд, иногда применяются и в качестве топлива для автомобилей. Однако опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей показал, что удовлетворительные параметры по мощности, топливной экономичности и токсичности отработавших газов могут быть обеспечены только при строгой регламентации компонентного состава газа, поставляемого в качестве топлива.
Сжиженные газы запаха не имеют, но для обнаружения газа в воздухе при утечке в него вводятся одоранты — специальные вещества, которые в определенных концентрациях не вредны для человека и не разрушают материалы, применяемые в газовых системах. Запах одораита, например этилмеркапта-на, ощущается при содержании его 0,2 г в 1000 м3 воздуха. Надо помнить, что сжиженные газы не ядовиты, однако попадая на кожу, вследствие быстрого испарения могут вызвать ее обмораживание.
Большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы таких газов предопределяет необходимость паровой подушки в каждом баллоне. В случае заполнения баллона до отказа (без наличия паровой подушки) даже незначительное повышение температуры газа приведет к резкому увеличению давления жидкости в баллоне и его разрушению. Это увеличение составляет примерно 0,7 МПа (7 кгс/см2) на каждый градус повышения температуры жидкой фазы.
В отечественных автомобильных баллонах для СНГ предусмотрен объем паровой подушки, равный 10% от полной емкости баллона. Такой объем позволяет обеспечить безопасную эксплуатацию баллонов и требуемое давление газа при изменении температуры окружающего воздуха от —30 °С до +40 °С. При повышении давления газа сверх нормативного произойдет срабатывание предохранительного клапана, и часть газа из баллона будет выпущена. Контроль заполнения баллона обеспечивается специальным вентилем.
Плотность жидкой фазы СНГ составляет 560… 600 кг/м3 при 0°С и нормальном атмосферном давлении. Плотность паровой фазы при тех же условиях колеблется в пределах 2,0… 2,7 кг/мз.
Так как сжиженный нефтяной газ тяжелее воздуха (пропан в 1,56 раза, бутан в 2,09 раза), то при утечках он будет скапливаться внизу на поверхности земли, а также в различных углублениях (приямках, смотровых канавах), образуя с воздухом взрывоопасную смесь. Нижний предел воспламеняемости газа С( тавляет всего 1,8…2,4%, что обусловливает взрыво и по-жароопасность СНГ и требует неукоснительного выполнения правил безопасности и охраны труда при эксплуатации, техническом обслуживании и хранении газобаллонных автомобилей.
Читать далее: Сжатый природный газ для автомобильных двигателей
Категория: - Газобаллонные автомобили
stroy-technics.ru
 | УТВЕРЖДАЮПроректор МГТУ «МАМИ»Проф. Акимов А.В. |
Об эффективности примененияСУГ на автомобильном транспортеНа Ваш 375 от 15.04.2009
В связи с обращением «Союза потребителей газового топлива» (СПГТ) по вопросу экспертной оценки эффективности применения сжиженного углеводородного газа (СУГ) в качестве моторного топлива на автомобильном транспорте сообщаем следующее. Проведенные исследования МГТУ «МАМИ» и многолетний опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей (ГБА) на сжиженном углеводородном топливе (СУГ) показывают, что ГБА при работе на СУГ имеют более высокие технико-экономические и экологические показатели.
Экономический эффект включает замещению нефтяного моторного топлива, сжижение эксплуатационных затрат на топливо и смазочные материалы, снижение выбросов вредных веществ от двигателей автотранспортных средств, уменьшение затрат на охрану окружающей среды в результате улучшения экологической обстановки, а также увеличение Московского городского экологического фонда.
Перевод автомобилей на СУГ сравнительно не сложен, так как при этом не требуется переделка двигателя, а производится только его дооборудование системой питания. Рабочий процесс газового и бензинового двигателя практически не отличается.
Скорость сгорания газового топлива и температура ОГ несколько меньше по сравнению с бензином. Подобное снижает ударные нагрузки на поршневую группу, коленчатый вал двигателя и способствует ровной более мягкой работе двигателя, сопровождающейся снижением шума на 7-8 дБ(А).
Газовые двигатели меньше загрязняют окружающую среду. Выбросы СО снижаются в 3-4 раза, а выбросы окислов азота сокращаются на 15-20%. ОГ не содержат окислов свинца, серы и частиц сажи., что особенно ценно в городских условиях. Несгоревшие углеводороды представляют собой простые соединения, не являющиеся токсичными или канцерогенными веществами. Приведенная суммарная токсичность ОГ при работе на СУГ снижается на 40% по сравнению с бензиновым ДВС. Газовое топливо дает меньше отложений как в самом двигателе, так и в системе питания. Моторное масло в меньшей степени загрязняется механическими примесями и не разбавляется бензином. Это позволяет увеличить в 2-2,5 раза регламентируемые интервалы сме¬ны масла, что на 18-20% уменьшает его эксплуатационный расход.
СУГ не смывает смазки со стенок цилиндров и поэтому не вызывает ускоренного их износа. Наличие меньшего количества отло¬жений способствует уменьшению износа трущихся деталей двигателя. Поэтому моторесурс двигателя, работающего на СУГ в более благо¬приятных условиях, на 30-40% выше, чем при работе на бензине. Перевод двигателя с бен¬зина на СУГ уменьшает износ гильз цилиндров на 14 %, поршней на 17 %, поршневых колец на 63 %, шеек КВ двигателя на 57-70 %.
Срок службы свечей зажигания увеличивается на 40 %. Срок службы масляных фильтров возрастает в 1,5-2,0 раза. Отсутствие разжижения моторного масла парами бензина и его загрязнения периодичность смены моторного масла возрастает в 1,5-2,0 раза, что на 18-20% уменьшает его эксплуатационный расход.
При переводе бензинового двигателя на СУГ при неизменной степени сжатия максимальная мощность уменьшается на 2-3%., что практически не влияет на эксплуатационные показатели автомобиля. Высокая антидетонационная стойкость СУГ (ОЧ=105) позволяет форсировать двигатели по степени сжатия. Повышение степени сжатия двигателя (на один пункт) обеспечивает увеличение его мощности на 4-5%. В случае оптимальной степени сжатия наблюдают снижение удельного расхода топлива на 5-6% при работе двигателя по внешней характеристике.
Запас хода автомобиля при работе на СУГ равноценный бензиновому. В целом запас хода ГБА при работе на бензине и СУГ повышается в два раза. При расчетах для замещения 1 т бензина в соответствии с топливным эквивалентом требуется 0,98 т СУГ. Объемный расход СУГ на 15% выше бензина, что находит отражение при нормировании газового топлива.
Срок окупаемости газовой аппаратуры и материальных затрат на переоборудование составляет 8-12 месяцев.
Обобщенный показатель эффективности применения СУГ составляет 1,5 руб на 1 км пробега газобаллонного автомобиля.
Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., проф. кафедры АТД МГТУ «МАМИ» В.И.Ерохов
www.fsauto.ru
Потенциальные возможности использования сжиженного метана в качестве топлива для различных транспортных средств очень велики. Даже без учета перспективного развития транспортных средств можно утверждать, что на сжиженных природном и нефтяном газах как на основном топливе могут работать двигатели легковых и грузовых автомобилей, автобусов, двигатели железнодорожных локомотивов, машины океанских судов и судов внутренних линий.
При использовании СПГ уменьшаются затраты на профилактический осмотр и ремонт двигателей подвижного транспорта, что положительно сказывается как на экономии средств от ремонта, так и на большей длительности безремонтного пробега автотранспортных средств. Кроме того, снижается степень загрязнения воздуха выхлопными газами.
Наиболее эффективно сжиженный метан в качестве горючего применять на железнодорожном транспорте (локомотивы с газотурбинными двигателями, имеющие высокий коэффициент использования).
В качестве топлива сжиженный природный газ используется непосредственно на СПГ-танкерах, на которых перевозятся большие объемы СПГ в отдаленные уголки земного шара. Большой интерес представляет использование паров сжиженного газа из метановых резервуаров в качестве топлива для метановозов.
Сжиженный метан – топливо, которое может применятся на большинстве видах транспорта: как для грузовых автомашин и автобусов, так и для сверхзвуковых самолетов, для водного и железнодорожного транспорта. Стоит отметить, что использование сжиженного метана в качества моторного топлива более эффективно в сравнении со сжиженным нефтяным газом (СНГ) и бензином. Как известно, двигатели, работающие на бензине, сильно загрязняют воздух. Благодаря своему химическому составу СПГ является эффективным топливом, значительно меньше загрязняющим атмосферу.
Одной из наиболее интересных проблем, разрабатываемых в газовой промышленности, является использование сжиженного метана в качество топлива для авиационных двигателей. Сжиженный метан считается лучшим реактивным топливом. Использование его в качестве реактивного топлива приводит к увеличения полезной нагрузки самолета, повышению скорости и снижению эксплуатационных затрат.
Имея наивысшую теплотворную способность среди природных углеводородов, метан позволяет улучшить показатель удельного расхода топлива примерно на 13%.
Однако, СПГ имеет следующий недостаток: он быстро образует пар при сжигании, так как закипает при температуре около –162°С. С другой стороны, он обладает значительными преимуществами:
Сжиженный метан значительно превосходит реактивное топливо. Он не выделяет дыма при сжигании и его можно использовать для охлаждения греющихся металлических частей выхлопной системы, являющихся первичными источниками инфракрасной радиации. И, наконец, при применении метана увеличивается срок службы оборудования самолета.
Как известно, при сжигании СПГ выделяется на 15% больше тепла в расчете на 1 кг веса по сравнению с авиационным керосином. Таким образом, даже при идентичном типе двигателя и том же тепловом к.п.д. удельный расход топлива улучшается на 16%, если в качестве топлива используется сжиженный метан.
Проведенные эксперименты с сотнями газотурбинных двигателей авиационного типа, работавших на природном газе, доказали, что в данном случае происходит более чистое сгорание топлива и более равномерное распределение тепла. Только за счет этого можно повыситьтемпературу газового потока на 110-176°С без увеличения температуры деталей турбины, которая определяет ресурсы самого двигателя и вспомогательных систем.
Если в качестве топлива используется сжиженный природный газ, то только за счет его возможности охлаждать металлические части двигателя можно добиться значительных преимуществ в технической характеристике и эксплуатационных качествах газотурбинных двигателей, что характерно для ракетных двигателей, сжигающих жидкий кислород и жидкий водород. Хладопроизводительность СПГ в 6 раз выше хладопроизводительности керосина.
Положительным свойством СПГ является не только то, что он находится в топливном баке при очень низкой температуре (около –160°С), но также и то, что этот вид топлива представляет собой очень стабильное соединение, которое может нагреваться до температуры 650°С. Только после этого происходит его частичный распад. Реактивнее же топливо не может нагреваться без разложения до температуры выше 250°С.
При охлаждении камеры сгорания газотурбинного двигателя и лопаток турбины сжиженным природным газом температуру газа, поступающего в турбину, можно повысить с 1093°С до 1927°С. Соотношение горючего и воздуха в смеси может приближаться к стехиометрической величине, теоретически равной около 2500°С.
Двигатели вертолетов, охлаждаемые топливом и сконструированные специально с целью максимального использования всех преимуществ исключительно высокого уровня температуры и значительно более высокие степени сжатия, могут обеспечить к.п.д. свыше 35%. В связи с этим удельный расход топлива уменьшается на 30-50%.
Уменьшение удельного расхода топлива является наиболее важным преимуществом двигателя вертолета, работающего на сжиженном природном газе. Другое важное преимущество заключается в сокращении удельного расхода воздуха двигателем примерно на 30-40%. Следовательно, существует возможность уменьшить размер двигателя при той же мощности.
Как известно, половина шумовой энергии вертолета образуется в результате выхлопа. При переходе на СПГ в качестве топлива значительно сокращается шум двигателя в результате уменьшения силы выхлопа отработанных газов. Таким образом, даже при увеличении мощности двигателя производимый им шум будет меньше.
Хотя теплосодержание СПГ на 15% выше, чем авиационного керосина в расчете на единицу веса, плотность сжиженного газа (424 г/л) значительно ниже плотности керосина (780 г/л). Теплосодержание СПГ на единицу объема фактически на 40% ниже по сравнению с теплосодержанием авиационного керосина. Это значит, что с увеличением теплового к.п.д. уменьшается вес горючего, хранимого на борту самолета, а объем баков остается почти тот же.
Сжиженный природный газ в отличие от авиационного керосина не имеет запаха и не токсичен.
При замене реактивного топлива сжиженным природным газом в выхлопных газах не содержится ни сажи, ни серосоединений. Значительно уменьшается также содержание окиси углерода. При работе двигателя на СПГ выхлопные газы практически не содержат олефиновых углеводородов, которые под действием солнечного света соединяются с окислами азота и образуют наиболее неприятную по запаху и вредную для здоровья часть выхлопных газов.
Таким образом, в отличие от других видов топлива сжиженный природный газ является дешевым и удобным в употреблении топливом,. гарантирующим повышение эксплуатационных качеств летательных аппаратов.
Источник: «Производство и использование сжиженных газов за рубежом (Обзор зарубежной литературы)» (Москва, ВНИИОЭНГ, 1974)
lngas.ru
Газобаллонные установки характеризуются тем, что топливо при любом агрегатном состоянии вытекает из баллонов под значительным давлением. Поэтому в этих системах питания нет насосов, перекачивающих и подающих топливо, но введен редуктор, который позволяет снижать давление газа до рабочего, которое должно быть примерно равно атмосферному давлению или несколько превышать его.
При работе на сжатом газе исходное давление в баллонах составляет 20 МПа и более, поэтому эту систему питания оснащают баллонами высокого давления. По мере расхода газа давление в баллонах снижается.
При работе на сжиженном газе давление в баллоне не превышает 1,6…2,0 МПа. Баллоны этих установок относятся к баллонам низкого давления. Давление в них изменяется только в зависимости от состава газовой смеси и от температуры окружающей среды. При любом количестве жидкого газа в баллоне давление в нем всегда будет равно давлению насыщенных паров топлива для условий окружающей среды. Давление насыщенных паров основных компонентов сжиженного нефтяного газа (СНГ) пропана и бутана при изменении температуры от -40 до +40 ˚С изменяется от 0,12 до 1,7 и от 0,18 до 0,39 соответственно.
В обоих случаях в системе предусматривается фильтр для улавливания твердых частичек (окалины и др.) и теплообменник, размещаемый отдельно или в общем корпусе с редуктором. Для сжиженного газа теплообменник служит испарителем на выходе из баллона, а для сжатого – подогревателем.
Подогреватель необходим в системе сжатого газа, так как резкое снижение давления в процессе его расширения на выходе из баллона приводит к значительному понижению температуры, и при наличии влаги в газе может привести к ее замерзанию и нарушению нормальной работы системы вследствие закупоривания магистральных трубок льдом. Для подогрева сжатого газа обычно используют тепло отработавших газов, пропускаемых через теплообменное устройство, а для подогрева сжиженного газа чаще всего используют жидкость из системы охлаждения двигателя.
***
Принципиальная схема газобаллонной установки для работы на сжатом газе показана на рис. 1. Установка для грузового автомобиля с пятью баллонами, сгруппированными в две секции I и II, размещаемыми обычно под платформой кузова. Каждая секция снабжена соединительной арматурой 2 с трубками 3 и расходным вентилем 4, что позволяет расходовать из них газ порознь и одновременно.
Из баллонов 1 по трубкам 3 и через расходные вентили 4 газ поступает в подогреватель 6, в который через дозирующую шайбу 8 из приемной трубы 7 поступают горячие отработавшие газы. Далее через магистральный вентиль 9 и фильтр 10 газ проходит в одноступенчатый редуктор 11, где давление его снижается до 1,2 МПа, и через второй фильтр 12 в двухступенчатый редуктор 13 с понижением давления почти до атмосферного.
При работающем двигателе газ засасывается в карбюратор-смеситель, причем на режиме холостого хода по трубке 21 он поступает непосредственно в задроссельное пространство и впускной трубопровод 15, который связан трубкой 14 с разгрузочным (пусковым) устройством редуктора.
Система снабжена двумя манометрами: высокого давления 23, включаемого до магистрального вентиля, и низкого 22, фиксирующего давление первой ступени редуктора. По показаниям первого манометра судят о количестве газа в баллонах, а по показаниям второго – о работе редуктора.
Так как автомобильные газобаллонные установки всегда предусматривают возможность питания двигателя и традиционным топливом, то и в рассматриваемой схеме обеспечено питание как газовым топливом, вводимым форсункой 20 в проставку 17, т. е. в зону между диффузором карбюратора и дроссельной заслонкой, так и жидким, вводимым в диффузор распылителем 18. Баллоны наполняются газом через вентиль 5.
***
На рисунке 2 приведена схема газобаллонной установки грузового автомобиля ГАЗ-53-07, работающего на сжиженном газе. Из баллона 7 через расходные вентили 6 (для паровой фазы) или 12 (для жидкой фазы), магистральный вентиль 5 и расходные трубки сжиженный газ поступает в испаритель 4, подогреваемый жидкостью из системы охлаждения двигателя. Далее газ в паровой фазе проходит через сетчатый фильтр 3 и двухступенчатый редуктор 2, откуда засасывается в газовый смеситель 15. Пуск и прогрев двигателя осуществляется только на паровой фазе, которую отбирают из баллонов через вентиль 6.
Газовый баллон 7 емкостью 170 л размещается под грузовой платформой автомобиля. Заполняют его через вентиль 10 до уровня, фиксируемого с помощью контрольного вентиля 9, а текущий запас топлива оценивают по указателю уровня 11. Баллон оснащен предохранительным клапаном 8, срабатывающим в случае превышения давления сверх допустимого, равного 1,6 МПа.
Магистральный вентиль 5 и контрольные манометры 13 и 14 размещают в кабине водителя на контрольном щитке. Запас жидкого топлива рассчитывают на кратковременную работу двигателя и хранят в бензобаке 1, который используют в случае отказа газовой аппаратуры или для поездки до ближайшей заправочной газовой станции. С этой целью двигатель оснащают однокамерным карбюратором.
Таким образом, питание газового двигателя бензином может осуществляться с помощью обычного базового карбюратора-смесителя с газовой проставкой или отдельного карбюратора упрощенной конструкции.
***
Узлы и приборы газобаллонных установок
k-a-t.ru
Почему спросите вы сжиженный УГ , типа пропан-бутановой смеси ? Сегодня доля "добычи" этого попутного нефтяного газа и его складирование вместо утилизации некоторыми компаниями , возросло до 85-90% ! Кроме того СУГ хотя и более опасен чем метан ( КПГ -CNG ) , но зато его надо гораздо меньше на тот же запас хода и он находится гораздо под меньшим давлением чем метан , 16 кг/см2 вместо 200-220кг/см2 , что существенно влияет на ту же пассивную и активную безопасность такого ТС ! К тому же сеть АГНС пропан-бутаном куда гораздо более разветвлёней и доступна , чем заправка сжатым газом метан . К тому же тут вся система построена именно на применении сжиженного углеводорода , что и позволит без разборки дизельного мотора конвертировать его в газовый двигатель и наоборот , если это конечно потребуется .
crowd.nami.ru
