ГАЗОВІ ВУГЛЕВОДНЕВІ ПАЛИВА

Перші двигуни на газовому паливі працювали ще в середині ХІХ сторіччя. Використання газового палива дає можливість значно скоротити витрати рідкого нафтового палива, зменшити забруднення навколишнього середовища. У відпрацьованих газах автомобілів, наприклад, що працюють на зрідженому газі, приблизно у 5 разів менше оксиду вуглецю і в 3... 3, 5 рази менше незгорілих вуглеводнів порівняно із вмістом цих компонентів у відпрацьованих газах автомобілів, що працюють на бензині. При роботі на газовому паливі зменшується зношування ЦПГ внаслідок відсутності змиву мастильної плівки рідким паливом, а також збільшується строк роботи оливи до заміни, бо відсутнє розбавлення картерної оливи паливом, що не згоріло. При роботі на газовому паливі знижується рівень шуму приблизно на 8... 9 дБ.

Переобладнання бензинових двигунів на газове паливо не дає відчутних економічних переваг порівняно з роботою двигуна на бензині Енергетичні показники двигуна при переведенні з бензину на газове паливо без спеціальних доробок погіршуються: знижується потужність з 6...8 до 18...19%, збільшуються витрати палива до 10...12%, пуск двигуна утруднений, часто - неможливий за рахунок збіднення суміші. Газові палива доцільно використовувати як добавки до низькооктанових бензинів, а як самостійне паливо - у спеціальних газових двигунах, які забезпечують стале горіння на збіднілих сумішах, що дозволяє знизити витрати палива, збільшити потужність двигуна до 15% і більше порівняно з бензиновими двигунами. В дизелях газове вуглеводневе паливо може використовуватись як самостійне (у цьому випадку двигун втрачає свої переваги як дизель), так і в суміші з дизельним паливом.

Вуглеводневі газові палива складаються з вуглеводнів та інших горючих (оксиду вуглецю, водню) та негорючих компонентів (азоту, вуглекислого газу СО₂, кисню, парів води). Вуглеводневі палива мають значний запас теплової енергії порівняно із середньою теплотою згоряння різних палив (у кДж/кг): деревина, торф -19500...19600. вугілля - 33300; бензин, гас, мазут – 44000…38400; гази (у кДж/м³)-природні: 30000-36000; попутні та нафтопереробних заводів -36000-44000. Теплотехнічні показники газових палив наведені в табл. 48.

Об'ємні теплотехнічні характеристики водню менші порівняно з бензином внаслідок дуже малої густини.

Таблиця 48. Теплотехнічні показники газових палив

Показники	Гази
	водень, Н₂	оксид вуглецю, CO	метан, СН₄	етан, С₂Н₆	пропан, С₃Н₈	бутан, С₄Н₁₀
Нижча теплота згоряння, кДж/м³	10500*
Необхідна кількість повітря для згоряння, м³/м³	2,38	2,38	9,52	16,66	23,80	30,94
Температура горіння, °С:
• калориметрична
• теоретична
Концентрація газу в повітрі при максимальній швидкості розповсюдження полум'я, % об.	38,5	45,0	9,8	6,5	4,6	3,6
Максимальна швидкість розповсюдження полум'я, м/сек.

4,83	1,25	0,67	0,85	0,82	0,82
Температура спалаху, °С	530-590	810-658	645-800	530-594	530-588	490-569

*В МДж/м^з.

Важливою характеристикою газоподібних палив є температура горіння, яку розподіляють на калориметричну (температура, яку будуть мати продукти згоряння за умов витрат теплоти, що виділяється, тільки на їх нагрівання), теоретичну (яка відповідає миттєвому і повному згорянню газу без витрат в оточуюче середовище) та дійсну (яка відповідає витратам теплота на нагрівання продуктів згоряння, дисоціацію газу та розсіювання в оточуюче середовище). Газове вуглеводневе паливо має високі октанові числа, що робить доцільним його використання у двигунах із ступенем стиснення 12... 14,

Однорідність горючої суміші при використанні газу забезпечує повноту згоряння більшу, ніж при використанні рідкого палива. Тому витрато газу менші, ніж бензину. Оскільки паливо у двигун подається в газоподібному стані і можливе використання збіднілих сумішей, зменшується вміст оксидів вуглецю у відпрацьованих газах. Зниження температури робочого циклу дає змогу зменшити кількість оксидів азоту. Вміст оксидів азоту у відпрацьованих газах при переході з бензину на зріджений газ зменшується не тільки за рахунок більш низьких температур згоряння, але й за рахунок більшої гомогенності і меншої швидкості згоряння газоповітряної суміші (див. табл. 48). Вміст оксидів азоту зменшується в 1, 2... 3 рази. Саме тому знижується кількість оксидів азоту у відпрацьованих газах при добавках спиртів до бензинів або використанні спиртів як палива у чистому вигляді.

Принципової конструкційної відзнаки газового двигуна від бензинового немає. Зміна і ускладнення системи живлення і підвищення ступеня стиснення - основна різниця між газовим і бензиновим двигуном.

Маючи переваги перед рідким паливом, газове вуглеводневе паливо одночасно має ряд недоліків. Це, передусім, більш складні і дорогі газонаповнювальні станції порівняно з автозаправними станціями рідким паливом, більш трудомістке технічне обслуговування газобалонних автомобілів. Втрати газових палив перевищують втрати рідких палив, які мають місце при їх видобуванні, транспортуванні і заправках, а також можуть бути із системи живлення внаслідок її несправності або недосконалості.

Газове паливо - невідновлювальне природне багатство і ставитись до нього треба бережно. Вуглеводневе газове паливо має підвищену небезпеку під час експлуатації, бо до складу його входять низькокиплячі вуглеводні. Воно легко проникає через нещільності з'єднань, утворює з повітрям вибухонебезпечну суміш у широкому діапазоні концентрацій, має наркотичну та отруйну властивість. Внаслідок витікання газу можуть бути отруєння водіїв, пожежі, вибухи. Густина газових вуглеводневих палив, за винятком метану, більша від густини повітря (табл. 49).

Пари вуглеводневих палив можуть накопичуватись у низьких і непровітрювальних місцях і приміщеннях, що може привести до аварійної ситуації. Вибухонебезпечна концентрація газів з повітрям становить 1,5... 8,5% для бутану і 5, 3... 15% для метану при температурі 20 °С. Гранично допустима концентрація газів у повітрі становить 100…300 мг/м³. Людина, що знаходиться в атмосфері з невеликим вмістом парів газу, може відчувати кисневе голодування, а при значних концентраціях - загинути від ядухи.

Основними компонентами вуглеводневих газових палив є метан, етан, пропан, бутани та деякі інші, показники якості яких наведені у табл. 49.

Сировиною для одержання газових палив є природні та попутні гази, що виділяються при видобуванні нафти, гази газоконденсатних родовищ, а також гази нафтопереробних та нафтохімічних заводів. Вуглеводні, що мають критичну температуру, вищу від звичайних температур використання цього палива, легко переходять у рідкий стан під незначним тиском. Критична температура - це температура, вище значення якої газ перевести у рідкий стан неможливо ні під яким тиском. Такі вуглеводні, як пропан та бутани, для переведення у рідкий стан потребують тиск 0, 85...0, 21 МПа при 20 °С.

Вуглеводні, переведення яких у рідкий стан пов'язане з великими значеннями тисків та низькими температурами, використовують частіше у стиснутому стані, Це - метан та етан. Для переведення метану у рідкий стан необхідна температура, нижча за мінус 161 °С, а при температурах вище від мінус 82 °С його не можна перевести у рідкий стан при стисненні до будь-якого високого тиску.

Таблиця 49. Фізичні властивості газів та пентану

Назва	Температура, °С	Тиск для пере- творення газу у рідину при тем-пературі, МПа	Відносна густина за повітрям	Вага 1 дм³ газ; при 0 °С і атмо-сферному тиску, г	Октанове число ОЧ/Д
	кипіння	критична	21 °С	32 °С
Метан	-161	-82,1	-	-	0,554	0,7168
Етан	-94	+ 32,3	37,6		1,038	1,3564	116,3
Пропан	-44	+95,7	9,14	11,6	1,529	2,0196	111,6
Бутан	+0,4	+152,8	2,58	3,74	2,007	2,6726	95,8
Ізобутан	-11,7	+134	3,6	4,8	2,007	2,6726	102,1
Пентан	+36,4	+191,2	0,56	0,83	2,491	-	61,9
Водень	-252,7	-240	-	-	0,069	0,090	-
Оксид вуглецю	-205,1*	-140,3	-	-	0,191	1,250	-
Диоксид							-
вуглецю	-57,5*	+31	-	-	1,521	1,977	-
Повітря	-	-	-	-		1,293	-

* Температура плавлення твердих.

Газове вуглеводневе паливо використовують у зрідженому та стиснутому стані, палива, підвищеного забруднення довкілля, а пізніше-до припинення надходження палива у циліндри двигуна. Зріджений газ містить пропан та бутани (основні компоненти), а також більш легкі та важкі вуглеводні (у незначній кількості). Оптимальний тиск у балонах забезпечується, в основному, пропаном. Тиск насичених парів значно впливає на роботу газового устаткування. Досвід експлуатації засвідчує, що у більшості конструкцій газової апаратури з тиском у балоні менше за 0,5 МПа має місце ускладнення у подачі палива, а при атмосферному тиску у балоні подача палива припиняється. Пуск двигуна забезпечується газовою фазою палива. Тривала робота двигуна з відбором газової фази призводить до переохолодження палива внаслідок витрат його на , випаровування і зниження вмісту пропанової фракції у газовій суміші. Пропанова фракція має нижчі температури випаровування порівняно із температурами кипіння бутанової фракції, тому концентрація пропанів зменшується у суміші, тиск насичених парів у газовому ба

лоні падає. Це веде до обважніння палива, погіршення випаровування, ускладнення при пусках двигуна, перевитрат

За густиною рідкої фази можна визначити концентрацію енергії в одиниці об'єму зріджених газів, які є дуже легкими рідинами, їх густина становить приблизно 0,50...0,55 кг/дм³. Особливістю зріджених газів є більш високий коефіцієнт об'ємного розширення, ніж у рідких нафтопродуктів. Так, густина пропану у рідкому стані при мінус 10°С становить 0,54 кг/дм³, а при температурі +30 °С зменшується до 0,48 кг/дм³. Питомий об'єм при цьому збільшується на 11%. Цю властивість треба враховувати при заповненні балонів газом, залишаючи близько 10% простору на "парову подушку". При повному заповненні балону навіть незначне підвищення температури призведе до підвищення тиску у балоні. Прирощування тиску у балоні становить приблизно 0,7 МПа на один градус підвищення температури зрідженого газу. Тому забороняється застосовувати і зберігати балони із зрідженим газом у закритих та опалювальних приміщеннях, де температура підвищується до 25°С і вище.

Зріджені гази мають високу детонаційну стійкість, їх октанове число за моторним методом становить 95...105. Використовуючи зріджений газ, слід періодично зливати з балону конденсат, який накопичується в міру експлуатації газів. Конденсати зменшують корисний об'єм газового палива, що заправляється у балон, і, отже, зменшується запас ходу автомобіля чи іншої техніки. Зливну частину палива з балонів можна використовувати як добавку до бензину у зимовий період в кількості 10% і більше при температурах повітря від мінус 10 до мінус 25°С і нижче.

При використанні пропан-бутанової суміші треба суворо дотримуватись вимог охорони праці та техніки безпеки, стежити за герметичністю системи газопостачання, зберігання і транспортування газу. Зріджені гази при попаданні на тіло людини викликають обморожування, яке нагадує опік. У приміщеннях для зберігання зріджених газів не допускається робота з відкритим полум'ям; штучне освітлення має бути у вибухозахисному виконанні; ємкості, комунікації, насосні агрегати мають бути герметичні і заземлені; всі роботи повинні проводитись інструментами, які не дають іскри. У випадку загоряння використовують пінні та вуглекислотні вогнегасники, воду у вигляді компактних і тонкорозпилених струменів, пісок, водяну пару, азбестове полотно.

Головним компонентом стиснутих газів є метан. Теплота згоряння (калорійність) природного газу вища порівняно з теплотою згоряння бензину та дизельного палива. Стиснутий газ знаходиться в балонах під високим тиском (вище 19,6 МПа). Температура займання стиснутого газу в камері згоряння становить 635...647°С, що втричі вище від температури запалювання бензину. Це є причиною ускладненого пуску двигуна, який працює на стиснутому газі, особливо при низьких температурах повітря.

Перед використанням стиснутий газ проходить зневоднення. Водяна пара здатна утворювати з газовими вуглеводнями комплексні сполуки (так звані гідрати: СН₄ • 6Н₂О, СН₄ • 7Н₂О, С₂Н₆ • 7Н₂О, С₃Н₈ • 18 Н₂О тощо), які за певних умов є білими кристалами, що зовні схожі на ущільнений сніг або лід. При транспортуванні газу трубопроводами гідрати здатні забивати трубопроводи, ускладнити роботу компресорів. Те саме відбувається в разі використання стиснутого газу (метану) як палива для двигуна при вмісті в його складі води.

До складу стиснутого газу, крім метану, входять етан, пропан та деякі інші речовини, октанові числа яких мають різні значення. Октанове число в цілому стиснутого газу становить 94... 105 за моторним методом. При роботі на стиснутому газі практично немає нагароутворення, на 30...40% збільшується моторесурс двигуна, до 40%

- строк служби свічок запалювання, вдвічі - строк служби моторної оливи, значно зменшується токсичність відпрацьованих газів. Але погіршується економічна ефективність, а саме: збільшуються на 11... 12% вартість автомобіля і амортизаційні відрахування, зменшується вантажопідйомність внаслідок великої ваги балонів і запас ходу автомобіля, зростає трудомісткість обслуговування, погіршуються тягово-динамічні і експлуатаційні характеристики автомобіля. Зниження тягових характеристик погіршує, а іноді і виключає можливість роботи автомобіля з причепом. Високі антидетонаційні властивості стиснутого газу дають можливість використовувати його в двигунах із ступенем стиснення до 10... 12.

Стиснутий газ належить до групи речовин, що здатні утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші. Межі небезпечних концентрацій спалаху (за метаном) в суміші з повітрям: нижня - 5% об., верхня -15% об. Гранично допустима концентрація вуглеводнів стиснутого газу в повітрі робочої зони становить не більше 300 мг/м3 в перерахунку на вуглець. Стиснуті гази швидко випаровуються, можуть мати місце великі втрати газу. Досвід роботи автотранспорту на газі показав, що двигуни працюють нормально, не димлять, практично немає нагарів, значно зменшується зношування двигуна порівняно із зношуванням двигуна при роботі на бензині.

При використанні стиснутих газів особливу увагу слід приділяти корозійності і вологості, особливо останньому показнику, тому що підвищена вологість значно ускладнює експлуатацію і провокує корозійні процеси. Не менш актуальним може бути витік газових вуглеводневих палив внаслідок поганої герметичності всієї паливної апаратури, що може призвести до небезпечних наслідків: отруєння людей, пожежі, вибуху.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ	\|	СПИРТИ, ВОДЕНЬ ТА ІНШІ ПАЛИВА

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.008 сек.