Сжатый природный газ.
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/м3 – 0,717
— в жидком состоянии, кг/л – 0,42
Углеродное число – 2,96
Температура кипения, °С – -161,7
Температура самовоспламенения (вспышки), °С – 590
Низшая теплота сгорания:
— в газообразном состоянии, кДж/м3 – 33800
— в жидком состоянии, кДж/л – 20900
Относительная плотность (по воздуху) – 0,554
Коррозионная активность – отсутствует
Токсичность – не токсичен
Температура горения, °С – 2030
Для справки. Теплота сгорания.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м3 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.
Таблица 1.
| №№п/п | Показатели | Значение |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м3, 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/м3, не более | 0,02 |
| 5. | Концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более | 0,036 |
| 6. | Масса механических примесей в 1м3, 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/м3, не более | 9,0 |
Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м3 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 10м3 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/м3 для метана с воздухом и 3,55 МДж/м3 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.
Автотранс-консультант.ру.
