Перспективы газификации на автомобильном транспорте и сервис газобаллонных автомобилей

Введение 

 Сжиженный углеводородный газ (СУГ) или пропан-бутан является одним из наиболее широко распространенных видов альтернативного топлива. Сжиженный газ в качестве топлива для автомобилей представляет собой смесь пропана, нормального бутана, изобутана, пропилена, этана, этилена и других углеводородов. Его получают как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах или при добыче нефти и природного газа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнительные характеристики пропана, бутана и бензина приведены в таблице:

Параметры	Пропан	Бутан	Бензин
Химическая формула	C2H8	C4H10	C8H17
Молекулярная масса	44	58	114
Плотность жидкой фазы при  температуре 15° С и атмосферном давлении, кгм/м3	510	580	730
Температура кипения при  атмосферном давлении, С	-43	-0,5	Не ниже 35
Теплота сгорания в газообразном состоянии, МДж/м3	85	111	213
Пределы воспламеняемости в  смеси с воздухом при нормальных атмосферных условиях, % объема:
нижний	2,4	1,8	1,5
верхний	9,5	8,5	6,0
Октановое число	110	95	92
Степень сжатия	10...12	7,5...8,5	8,2
Теоретически необходимое  количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг	15,8	15,6	14,7

 

Из данных таблицы видно, что свойства бензина отличаются от свойств сжиженного нефтяного газа (пропана и бутана) углеродным числом, представляющим собой более благоприятное соотношение молекулярных масс углерода и водорода. Углеродное число у бензина — 8, у пропана — 3, а у бутана — 4.

Плотность жидкой фазы, как  следует из таблицы, зависит от температуры, с увеличением которой плотность  уменьшается в результате теплового  расширения, а при атмосферном  давлении и температуре 15° С плотность жидкой фазы пропана составляет 510 кг/м3, бутана — 580 кг/м3. Сжиженный газ тяжелее воздуха (пропан в 1,5 раза, бутан в 2 раза). Температура кипения у бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный нефтяной газ закипает при более низких температурах. Это означает, что бензин может быть в баке в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ находится в баллоне при давлении, равном давлению его насыщенных паров при данной температуре. Хотя теоретически температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, он также подвержен испарению, создавая в баке автомобиля повышенное давление.

Теплота сгорания газа —  этот важный количественный показатель, определяющий количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 м3 газа. Нижний предел воспламеняемости газа составляет 1,8 — 2,4%, а бензина — 1,5%. Поэтому  при эксплуатации, техническом обслуживании и хранении газобаллонного автомобиля нужно тщательнейшим образом  выполнять все предписываемые меры предосторожности.

Из октанового числа, очевидно, что сжиженный нефтяной газ обладает значительно лучшей антидетонационной  способностью, чем высококачественный бензин. Это позволяет увеличить  степень сжатия у двигателей и  тем самым улучшить топливно-экономические  показатели.

Теоретически необходимое  количество воздуха для сгорания 1 кг топлива показывает, какое количество воздуха необходимо для полного  сгорания 1 кг газа. Для газа этот показатель выше, чем для бензина.

Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость — пар вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.

Это свойство пропана и  бутана позволяет хранить газ  в небольших объемах, что очень  важно.

Давление насыщенного  пара бутана составляет 0,1 МПа при 0° С и 0,17 МПа при 15° С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.

Поэтому никогда не заполняйте баллон жидким сжиженным газом полностью. Обязательно оставляйте паровую  подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона.

Эти два газа (пропан и  бутан) различаются между собой  температурой кипения, при которой  они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43° С, для бутана эта температура равна 0° С.

В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе — смеси пропана и бутана, — предназначенном для использования  в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей газификации смеси.

На газозаправочные станции  согласно ГОСТу 27578-87, введенному с 1 июля 1988 г., поступает сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА — пропан-бутан  автомобильный с содержанием 50 ± 10% пропана, остальное бутан и  зимний ПА — пропан автомобильный  с содержанием 90 ± 10% пропана.

Отличительной чертой сжиженного нефтяного газа является его способность  растворять жир: масло и краску. Он также деформирует натуральную  резину. Следовательно, для трубопроводов  низкого давления используются резиновые  шланги из бензомаслостойкой резины или синтетических материалов.

Некоторую опасность представляет собой сжиженный газ, попавший на кожу: под действием быстро испаряющегося газа на коже могут возникнуть очаги обморожения.

Теплота сгорания газа несколько  больше, чем у бензина. Однако с  увеличением количества подаваемого  в двигатель воздуха теплота  сгорания несколько уменьшается.

Молекулярная масса сжиженного газа меньше, чем у бензина, и это  ухудшает работу двигателя. Поскольку  в двигатель сжиженный газ  поступает в газообразном состоянии, то по сравнению с бензином уменьшается  наполнение им цилиндров (ниже скорость горения газовоздушной смеси) при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. При уменьшении частоты вращения в двигатель подается меньший объем газа. Таким образом, при работе двигателя на газе его мощность снижается. И в этом один из недостатков газобаллонного двигателя. Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 90%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%.

Снижение мощности двигателя  происходит по причине более низкой, чем у бензина, теплоты сгорания газа (см. табл.1). И в результате происходит неполное наполнение цилиндров двигателя  газовоздушной смесью. Однако ранней установкой угла опережения зажигания до ВМТ на 3 — 5° этот недостаток частично устраняется. В условиях эксплуатации большой разницы при движении автомобиля на газе или на бензине не ощущается.

 

 

Заправка ГБА  СПГ на АГНКС и ПАГЗ

 

Структура АГНКС

 

АГНКС осуществляет заправку автомобилей и других транспортных средств, двигатели которых конвертированы или изначально рассчитаны на работу на сжатом (компримированном) природном газе. Природный газ поступает на АГНКС по газопроводам. На станции давление газа повышается (или снижается в зависимости от давления в подводящем газопроводе) до 20 МПа (200 атм) и в таком виде закачивается в баллоны транспортных средств.

Базовый комплект оборудования АГНКС в конструктивном исполнении состоит из следующих блоков:

1. Технологический блок, в котором размещены компрессоры  для сжатия природного газа  до давления 25 МПа, замерный узел  и система подготовки газа (очистки  и осушки).

2. Блок аккумуляторов  газа.

3. Блок оператора –  помещение для обслуживающего  персонала, в котором находятся  приборы контроля и управления  технологическими процессами.

4. Блок входных кранов.

5. Газораздаточная колонка.

В составе технологического блока находятся: компрессор с блоком охлаждения, работающий на входном  давлении от 2 до 12 бар, с приводом от электродвигателя; шкаф управления компрессором; общий силовой щит (категория  электроснабжения АГНКС определяется заказчиком); воздушный компрессор с блоком осушки воздуха; блок подготовки газа, включающий системы осушки и  очистки газа; замерный узел.

АГНКС работают в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Система  автоматического управления обеспечивает контроль параметров станции, ее автоматическое включение и выключение.

Функциональное описание. Природный газ от газопровода  поступает в замерный узел, затем  в блок подготовки газа, проходит подготовку до необходимого качества (очистка  и осушка) и после этого поступает  в компрессор, сжимается до давления 25,0 МПа и направляется в систему  аккумуляторов газа и далее в  автомобиль.

Двухпостовая колонка укомплектована системой учета газа и информационным табло, обеспечивает заправку автомобилей до давления 19,6 МПа. Заправка обеспечивается в две ступени.

Осушка газа производится блоком осушки с селикагелевым адсорбентом и его регенерацией в автоматическом режиме.

Управление технологическим  процессом осуществятся с пульта оператора из блока оператора.

Размещение и документирование. Для правильного выбора земельного участка под возведение газонаполнительной станции необходимо выполнение следующих  условий:

1. Отсутствие на расстоянии 100 м от границы АГНКС (большей  частью прямоугольный участок  площадью не менее 0,4 га) любых  жилых сооружений, в том числе  сооружений с массовым накоплением  людей.

2. Расстояние от аккумуляторов  газа и газозаправочных колонок: 

– до промышленных предприятий  и других сооружений – не менее 60 м;

– до железнодорожных станций, мостов железнодорожных дорог общего назначения и автомобильных дорог  І и ІІ категорий – не менее 150 м;

– до лесных массивов хвойных  пород – 50 м;

– до лесных массивов лиственных пород – 20 м;

– до воздушных линий  электропередач – 1,5 высоты свечи АГНКС.

3. Наличие вблизи газопроводов  с максимально возможным избыточным  давлением, но не менее 0,1 МПа.  Газопровод должен обеспечивать  максимальный расход газа на  АГНКС не менее 576 Н•м3/ч.

4. Наличие трансформаторной  подстанции или линии электропередач  для обеспечения установленной  мощности (рекомендованная мощность  трансформаторной подстанции 400 кВт).

5. Размещение максимально  близко к автодорогам и местам  концентрации транспортных средств,  которые могут использовать газ  в качестве моторного топлива.

6. Необходимая площадь  участка под расположение АГНКС  не менее 0,4 га.

На сегодняшний день сеть АГНКС не так развита, как сеть АЗС. Дефицит метановых газовых  заправок сдерживает желание владельцев автотранспортных средств переходить на газ. Но благодаря тем темпам, которыми сегодня развивается рынок  газового оборудования, можно предположить, что проблема нехватки газовых заправок – это временное явление. Тем  не менее за это время можно успеть занять неосвоенную нишу и развернуть достаточно быстро окупаемый бизнес.

 

ПАГЗ (Передвижной  автомобильный газозаправщик).

 

ПАГЗ представляет собой  специальное транспортное средство, в состав которого входит блок сосудов, блоки управления, газовая арматура, трубопроводы, заправочные посты  и дополнительное оборудование.

ПАГЗ и ПГУ (передвижные  газовые установки) являются неотъемлемой частью "инфраструктуры" АГНКС, они  позволяют с максимальной отдачей  выполнить загрузку АГНКС и в  несколько раз увеличить площадь  обслуживания.

 

Принципы работы ПАГЗ:

- Автономная работоспособность  без подключения к энергоресурсам  объекта (кроме газовой сети) использование  в качестве привода двигателя  внутреннего сгорания, работающего  на природном газе