Поддержка Справочные материалы URL: http://www.energy-etc.ru/content/materials/print19-189.html
Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) - это один из наиболее широко распространенных видов альтернативного топлива. Сжиженный нефтяной газ в качестве топлива для газовых генераторов 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.
Использование смеси данных газов в качестве моторного топлива обусловлено рядом физико-химических свойств. В первую очередь это достаточно высокие температуры кипения при атмосферном давлении. Такие свойства позволяют хранить пропан-бутановую смесь в сжиженном состоянии в диапазоне эксплуатационных температур от минус 40°С до плюс 45°С при относительно низком давлении (до 1,6 МПа).
Основными преимуществами газов, находящихся в сжиженном состоянии, по сравнению с компримированным (сжатым) газом являются: большая концентрация тепловой энергии в единице объема, значительно меньшее давление газа в баллоне и соответственно меньшая прочность и толщина стенок баллона, а соответственно меньшая масса и стоимость. Каждый из компонентов имеет определенную температуру кипения, поэтому давление паровой фазы сжиженного газа зависит как от температуры, так и от его компонентного состава.
Компонентный состав сжиженного нефтяного газа регламентируется ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия». Стандарт предусматривает две марки газа: зимнюю – ПА (пропан автомобильный) и летнюю – ПБА (пропан-бутан автомобильный). В марке ПА содержится (85±10)% пропана, в марке ПБА – (50±10)% пропана, остальное бутан и не более 6% непредельных углеводородов.
Давление насыщенных паров оказывает большое влияние на конструкцию и работу газобаллонного оборудования. Так, в газе марки ПА давление насыщенных паров при температуре минус 35°С должно быть не менее 0,07 МПа, в газе марки ПБА – при температуре плюс 45°С – не более 1,6 МПа, а при температуре минус 20°С не менее 0,07 МПа. Содержание жидкого остатка при 40°С, свободной воды и щелочи не допускается. Снижение давления газа в баллоне ниже указанных величин приводит к нестабильной работе двигателя или его остановке.
На автомобильные газонаполнительные станции поступает, в основном, газ по ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия». Данный ГОСТ имеет более широкие допуски на содержание компонентов, в том числе вредных с точки зрения воздействия на двигатель и топливную аппаратуру (например, серу и ее соединения, непредельные углеводороды и т. д.). По этим техническим условиям газовое топливо поступает двух марок: смесь пропан-бутановая зимняя (СПБТЗ) и смесь пропан-бутановая летняя (СПБТЛ).
Количество непредельных углеводородов типа пропилена и бутилена по сути не определено, а именно непредельные углеводороды при нагреве вступают в реакцию с другими углеводородами, в результате чего могут образовываться полимерные цепи. Примеси масла, попадающего в газ из компрессоров и насосов, тяжелых остатков, воды, соединений серы адсорбируются на резино-технических соединениях газобаллонной аппаратуры и со временем выводят ее из строя. Именно поэтому все производители газобаллонного оборудования категорически настаивают на использовании в качестве моторного топлива газа по ГОСТ 25578-87, жидкий остаток в которых не допускается.
Компоненты газа в сжиженном состоянии имеют большой коэффициент объемного расширения, именно поэтому во избежание разрушения баллона запрещается заправлять его полностью. Любая топливная автомобильная аппаратура учитывает это требование и обеспечивает автоматическое прекращение заправки баллона при заполнении его на 80%.
Плотность паровой фазы газа оказывает влияние на массовый заряд газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а, следовательно, и на мощность и топливную экономичность. В зимнее время, когда плотность газовоздушной смеси достигает максимальных значений, двигатель имеет наилучшие эксплуатационные показатели.
Основными преимуществами использования сжиженного нефтяного газа являются:
1. Топливная экономичность
Топливная экономичность газового двигателя – наиболее важный показатель автомобильного мотора – определяется октановым числом топлива и пределом воспламенения топливовоздушной смеси. Октановое число является показателем детонационной стойкости топлива, которая ограничивает возможность применения топлива в мощных и экономичных двигателях с высокой степенью сжатия. В современной технике октановое число является главным показателем сортности топлива: чем оно выше, тем качественнее и дороже топливо. СПБТ имеет значение октанового числа от 100 до 110 единиц, поэтому ни на одном режиме работы двигателя не возникает детонация.
Анализ теплофизических свойств топлива и его горючей смеси (теплота сгорания и теплотворность горючей смеси) показывает, что все газы превосходят бензин по теплотворной способности, однако в смеси с воздухом их энергетические показатели снижаются и это является одной из причин уменьшения мощности двигателя. Уменьшение мощности при работе на сжиженном пропан-бутане составлят до 7%. Аналогичный двигатель при работе на сжатом (компримированном) метане теряет до 20% мощности.
Вместе с тем высокие октановые числа позволяют повысить степень сжатия газовых двигателей и поднять показатель мощности, но в условиях монтажного участка произвести данную доработку слишком дорого, а зачастую просто невозможно. Высокие октановые числа требуют увеличения угла опережения зажигания на 5°…7°. Однако, раннее зажигание может привести к перегреву деталей двигателя. В практике эксплуатации наблюдались случаи прогара днищ поршня и клапанов при слишком раннем зажигании и работе на сильно обедненных смесях.
Удельные расходы топлива двигателем тем меньше, чем беднее топливовоздушная смесь, на которой работает двигатель, то есть чем меньше топлива приходится на 1 кг воздуха, поступающего в двигатель. Однако очень бедные смеси, где топлива слишком мало просто не воспламеняются от искры. Это и ставит предел повышению топливной экономичности. В смесях бензина с воздухом предельное содержание топлива в 1 кг воздуха, при котором воспламенение возможно, составляет 54 г. В предельно бедной газо-воздушной смеси это содержание составляет только 40 г. Поэтому на режимах, когда от двигателя не требуется развивать максимальную мощность (городское движение) автомобиль, работающий на природном газе значительно экономичнее, чем бензиновый. Специально поставленные ВНИИГАЗом опыты показали, что расход топлива на 100 км при движении автомобиля, работающего на газе, со скоростями в пределах от 25 до 50 км/час в 2 раза меньше чем у того же автомобиля в тех же условиях, работающего на бензине. Компоненты газового топлива имеют пределы воспламенения, значительно смещенные в сторону бедных смесей, что дает дополнительные возможности повышения топливной экономичности.
2. Экологическая безопасность газовых двигателей
Газообразные углеводородные топлива относятся к наиболее чистым в экологическом отношении моторным топливам. Выбросы токсичных веществ с отработавшими газами по сравнению с выбросами при работе на бензине снижены в 3…5 раз.
Бензиновые двигатели в силу высокого значения предела обеднения (54 г топлива на 1 кг воздуха) вынужденно регулируются на богатые смеси, что приводит к недостатку кислорода в смеси и неполному сгоранию топлива. В результате в выхлопе такого двигателя может содержаться значительное количество угарного газа (СО), который всегда образуется при недостатке кислорода. В случае же, когда кислорода достаточно, в двигателе при сгорании развивается высокая температура (более 1800о С), при которой происходит окисление азота воздуха избыточным кислородом с образованием окислов азота, токсичность которых в 41 раз превосходит токсичность СО. Кроме этих компонентов, в выхлопе бензиновых двигателей содержаться углеводороды и продукты их неполного окисления, которые образуются в пристеночном слое камеры сгорания, где охлаждаемые водой стенки не позволяют жидкому топливу испариться за короткое время рабочего цикла двигателя и ограничивают доступ кислорода к топливу. В случае применения газового топлива все указанные факторы действуют значительно слабее, в основном вследствие более бедных смесей. Продукты неполного сгорания практически не образуются, так как всегда есть избыток кислорода. Окислы азота образуются в меньшем количестве, так как при бедных смесях температура сгорания значительно ниже. Пристеночный слой камеры сгорания содержит меньше топлива при бедных газо-воздушных смесях, чем при более богатых бензино-воздушных. Таким образом, при правильно отрегулированном газовом двигателе выбросы в атмосферу угарного газ оказываются в 5-10 раз меньше, чем у бензинового, окислов азота в 1,5 – 2,0 раза меньше и углеводородов в 2 –3 раза меньше. Использование газа в качестве моторного топлива является одним из немногих экологических мероприятий, затраты на которое окупаются прямым экономическим эффектом в виде сокращения расходов на горюче-смазочные материалы. Подавляющее большинство других экологических мероприятий являются исключительно затратными.
В условиях мегаполиса с миллионным количеством автомобилей использование газа в качестве топлива позволяет значительно снизить загрязнение окружающей среды. Во многих странах на решение этой проблемы направлены отдельные экологические программы, стимулирующие перевод двигателей с бензина на газ. Московские экологические программы с каждым годом ужесточают требования к владельцам транспортных средств в отношении выброса выхлопных газов. Переход на использование газа - это решение экологической проблемы в сочетании с экономическим эффектом
3. Износостойкость и безопасность газового двигателя
Износостойкость двигателя вплотную связана с взаимодействием топлива и моторного масла. Одним из неприятных явлений в бензиновых двигателях является смывание бензином масляной пленки с внутренней поверхности цилиндров двигателя при холодном запуске, когда топливо поступает в цилиндры не испарившись. В этом же случае бензин в жидком виде попадает в масло, растворяется в нем и разжижает его, ухудшая смазочные свойства. Оба эффекта ускоряют износ двигателя. Сжиженный нефтяной газ независимо от температуры двигателя всегда остается в газовой фазе, что полностью исключает отмеченные факторы. Сжиженный нефтяной газ не может проникнуть в цилиндр, как это происходит при использовании обычных жидких видов топлива, поэтому не возникает необходимость промывания двигателя. Двигатель гозового генератора меньше изнашиваются, что увеличивает срок службы двигателя.
При несоблюдении правил эксплуатации и обслуживания любое техническое изделие представляет определенную опасность. В то же время при определении потенциальных рисков следует учитывать такие объективные физико-химические свойства газов, как температура и концентрационные пределы самовоспламенения. Для взрыва или воспламенения необходимо образование топливовоздушной смеси, то есть объемное смешение газа с воздухом. Нахождение газа в баллоне под давлением исключает возможность проникновения туда воздуха, в то время как в баках с бензином или дизельным топливом всегда присутствует смесь их паров с воздухом. Опыт эксплуатации гозовых генераторов показывает, что они менее пожаро-и взрывоопасны в аварийных ситуациях, чем бензиновые генераторы.
3. Экономическая целесообразность применения
По действующим ценам на бензин и газ, применение газового генератора вместо бензинового или дизель генератора приносит ощутимую экономию. При переводе бензинового двигателя на газовое топливо увеличивается ресурс его работы в 1,5-2 раза. Улучшается работа системы зажигания, срок службы свечей возрастает на 40%, происходит более полное сгорание газо-воздушной смеси, чем при работе на бензине. Уменьшается нагарообразование в камере сгорания, головке блока цилиндров и на поршнях, поскольку сокращается количество углеродистых осадков.
Таким образом, в целом использование газа в качестве моторного топлива экономически эффективно, экологично и достаточно безопасно.
Дата публикации на сайте: 03.04.2009
Путь на фронтоффисе:
ЭТК Энергия Поддержка Справочные материалы
URL: http://www.energy-etc.ru/content/materials/print19-189.html
Copyright © ЭНЕРГИЯ, 2012