Компримированный природный газ — не роскошь, а средство для передвижения. Природный газ - моторное топливо

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 – CH 4

Молярная масса, кг/моль – 16,03

Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:

— в газообразном состоянии, кг/м 3 – 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/м 3 – 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 1м 3 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.

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 10м 3 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/м 3 для метана с воздухом и 3,55 МДж/м 3 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.

Газообразные углеводороды, добываемые из газовых и газоконденсатных месторождений принято называть собственно природным газом. Природный газ является в настоящее время одним из основных бытовых и экологически чистых промышленных топлив. Он используется также в качестве сырья для производства водорода, технического углерода (сажи), этана, этилена, ацетилена.

Природный газ состоит главным образом из алканов, представлен­ных, прежде всего, нормальными углеводородами с числом атомов угле­рода от 1 до 4-х (С Г С 4) и изобутаном.

Основным компонентом сухого природного газа является метан (93-98 %), в котором соотношение Н:С составляет 33%. Остальные углеводородные компоненты содержатся в меньших ко­личествах. Газообразные алканы в природном газе имеют температуры ки­пения при нормальном давлении от-162 С до 0 С.

Если в XX веке основное внимание в мире уделялось изучению, раз­ведке, освоению месторождений природного газа, представляющих собой обычные (традиционные) газосодержащие скопления углеводородов, то в XXI веке экономическая конъюнктура уже требует обратиться к значи­тельным потенциальным ресурсам природного газа, заключенным в нетрадиционных источниках, прежде всего к природным газовым гидратам (ГТ). ГГ являются весьма существенным и до сих пор мало разрабатывае­мым источником природного газа на Земле. Они могут составить реальную конкуренцию традиционным месторождениям в силу огромных ресурсов, широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа (один кубометр природного метан-гидрата в твердом со­стоянии содержит около 164 м метана в газовой фазе и 0,87 м воды).

Со времени обнаружения первых залежей природных газовых гидра­тов прошло немного лет. Приоритет в открытии их принадлежит россий­ским ученым. В марте 2000 г. российско-бельгийская экспедиция обнаружила уни­кальное месторождение газовых гидратов в пресноводных придонных от­ложениях озера Байкал, на глубине нескольких сотен метров от поверхно­сти воды. Впервые со дна озера удалось достать крупные кристаллы газогидратов, размером до 7 см.

Исследованиями, проведенными в разных регионах мира, установле­но, что около 98% ресурсов ГТ находится в акваториях мирового океана (у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Японии, Норвегии и Африки, а также в Каспийском и Черном морях) на глубинах воды более 200-700 м, и только 2% - в приполярных частях материков. По средневзвешенным оценкам ресурсы газогидратных залежей составляют около 21000 трлн м 3 . При современном уровне потребления энергии, даже при использовании только 10% ресурсов газогидратов, мир будет обеспечен высококачественным сырьем для экологически чистой выработки энергии на 200 лег.

По мнению Мирового совета по энергии, до 2020 г. природный газ представляется как самое технологически подготовленное топливо для двигателей внутреннего сгорания и с точки зрения подготовки автомобиля, требующее минимальных затрат на переоборудование автомобиля с жид­кого топлива на газообразное, и с точки зрения запасов природного газа.

И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу примерно одинаковое количество углеводородов, В то же время для здоро­вья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает массу различных угле­водородов, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных уг­леводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен.

По запасам природного газа (в основном метана) и его добыче Рос­сия находится на первом месте в мире.

Доля природного газа в топливно-энергетическом ба­лансе мира весьма скромная - 23%. И темпы роста га­зовой промышленности в большинстве стран мира также невысокие. Ис­ключение представляют такие страны, как Россия, Нидерланды, Норвегия и ряд других, в которых, можно считать, что на смену "эпохе нефти" при­шла "эпоха природного газа" или "эпоха метана".

При использовании газа в карбюраторных двигателях 1 м 3 его для грузовых автомобилей, в среднем, заменяет 1 л, а для легковых автомоби­лей-1,2 л бензина.

Применение КПГ на автомобильном транспорте может обеспечить создание автомобилей мощностью на 30-40% выше, чем современные ав­томобили, работающие на бензине, с эффективным КПД до 38-40% при одновременном увеличении срока службы двигателя в 1,5 раза и сроков смены масла в два раза.

Главный недостаток природного газа как моторного топлива заклю­чается прежде всего в меньшей (в 1000 раз) объемной его энергоплотности по сравнению с жидкими нефтяными топливами - 0,034 МДж/л для при­родного газа, 31,3 и 35,6 МДж/л для бензина и дизельного топлива.

Природный газ сам по себе очень громоздкое топливо,поскольку его плотность в шестьсот раз ниже плотности бензина. Для хранения его в компримированном состоянии приходится использовать специальные достаточно тяжелые баллоны. Массивные газовые баллоны, устанавливае­мые на автомобиле увеличивают его массу и снижают грузоподъем­ность. Сжатый газ хранится в основном в металлических баллонах. оптимальная высокая степень сжатия двигателей газовых ав­томобилей не устанавливается из-за необходимости сохранять возмож­ность быстрого перехода на бензин, что приводит к снижению мощности двигателя (до 20%), вследствие которого на 5-6 % уменьшается макси­мальная скорость, затрудняется пуск двигателя в холодное время года (ниже 0 °С), что объ­ясняется более высокой температурой воспламенения и самовоспламене­ния природного, поэтому в схеме питания предусмотрены подогреватели газового топлива; при отсутствии подогрева возможен пуск двигателя на нефтяном топливе с последующим переводом на газовое по­сле прогрева двигателя; усложняется конструкция топливной системы, увеличивается ее масса и на 3-10% увеличивается объем и стоимость тех­нического обслуживания и ремонта;

По правилам техники безопасности газ необходимо сработать, перед тем как ставить автомобиль на стоянку и тем более в гараж. А в начале ра­бочего дня необходимо на жидком топливе ехать заправляться на специа­лизированную газозаправочную станцию, что очень неудобно.

Каталитические нейтрализаторы отработавших га­зов автомобиля, предназначенные для бензина, неэффективны для сниже­ния содержания окислouов азота и метана при работе на природном газе. Не­обходимо усовершенствование двигателей и каталитических нейтрализа­торов. С точки зрения охраны окружающей среды газовый двигатель с ре­гулируемым трехступенчатым каталитическим нейтрализатором мог бы быть наиболее перспективным решением для достижения сокращения эмиссии всех загрязняющих веществ более чем на 90%.

Использование природного газа в дизельных двигателях затрудня­ется из-за его сравнительно высокой температуры самовоспламенения и соответственно низкого цетанового числа. Чтобы преодолеть это затруд­нение, используют так называемую двухтопливную систему - небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в камеру сгорания в качест­ве запального заряда, а затем подается сжатый природный газ. Иногда приходится устанавливать систему искрового зажигания. Дизельные дви­гатели, работающие на природном газе, широко применяют в самой газо­вой промышленности в поршневых газоперекачивающих агрегатах и мо-торо-генераторах с искровым и форкамерно-факельным зажиганием.

Надо заметить, что газообразное топливо - единственный вид аль­тернативного топлива, для которого в России в основном решены техниче­ские и экологические проблемы использования, хотя определенные слож­ности вызывает ломка психологии потребителя, с предубеждением отно­сящегося к непривычному топливу.

Использование КПГ в авиации позволяет кардинально изменить экологические характеристики выхлоп­ных газов, ликвидировать дефицит на многие десятилетия в авиационных тбпливах и существенно снизить затраты на топливо.

Анализ перспектив использования природного газа на судах показал, что этот вид энергоносителя может быть рекомендован к применению только на судах служебно-вспомогательного флота.

1.1.2 Метансодержащие газы угольных пластов и подземной гид­росферы

Практическое применение нашел шахтный метан, добываемый из угольных пород. В последнее время его вполне определенно относят к числу альтернативных видов автомобильных топлив. Его количество сопоставимо с ресурсами ка­менного угля (104 млрд т).

Хотя в мире добывают немного шахтного метана, но он уже получил применение. К 1990 году в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рей­совых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахт­ном газе колеблется от 1 до 98%. Как моторное топливо наибольший инте­рес представляет собой газ, извлекаемый из угольных пластов, вне зон влияния горных работ, по технологиям углегазового промысла. Сущность такого промысла заключается в извлечении газа скважинами, пробурен­ными с поверхности, с применением методов стимулирования газоотдачи, при этом шахтный газ имеет в своем составе 95-98% метана, 3-5% азота и 1-3% диоксида углерода.

В России шахтный метан как вид энергетиче­ского топлива и химического сырья, привлекает внимание с позиций по­тенциальных запасов, которые определены к настоящему времени.

Следует отметить, что содержание горючих газов в угольных пла­стах зависит от глубины отработки запасов и возрастает по мере ее увели­чения. Это приводит к росту интенсивности и объемов выделения газов в горные выработки.

В настоящее время в России шахтный метан, со­держащийся в угольных пластах и окружающих их породах, извлекается на поверхность вакуумнасосными станциями через специально пробурен­ные скважины, а из шахтного пространства выбрасывается в атмосферу через вентиляционную систему.

Во всех случаях использование метановоздушной смеси в качестве энергетического топлива определяется ее составом, т.е. соотношением в ней метана как такового и воздуха. Процентное соотношение этих компо­нентов предопределяет энергетическую ценность метановоздушной смеси и возможность ее использования, особенно в части взрывоопасности при сжигании.

Практика подтвердила, что метановоздушная смесь с содержанием метана в пределах от 2,5 до 30% по существующей классификации отно­сится к некондиционной и является взрывоопасной при сжигании, а смеси, содержащие чистого метана менее 2,5 и свыше 30%, являются безопасны­ми при сжигании в энергетических установках. Обе смеси безусловно яв­ляются потенциальными источниками энергетического топлива.

Техническое использование некондиционной метановоздушной сме­си заключается в доведении содержания чистого метана до кондиционных уровней (свыше 30% и менее 2,5%). Это может быть осуществлено, во-первых, за счет улучшения систем дегазации, позволяю­щих поддерживать содержание метана в смеси свыше 30%. Но реализация этого пути, судя по доле некондиционного шахтного метана в общей структуре выхода метана, имеет определенные трудности. Второй путь -повышение концентрации метана за счет добавления в смесь природного газа. Третье направление - снижение концентрации метана до нижнего предела взрывоопасности за счет разбавления смеси воздухом -является наиболее простым для практического осуществления.

В настоящее время в России наилучшие успехи в дегазации и ис­пользовании шахтного метана достигнуты в Воркутинском бассейне, где он применяется в котельных, огненных калориферах и сушилках. Современные технологии позволяют эффективно из­влекать метан при неглубоком залегании угольных пластов большой мощ­ности и высокой газонасыщенности, там, где возможно применение мето­дов интенсификации притоков газа к забою. Только немногие углегазонос-ные регионы мира отвечают этим условиям, поэтому, несмотря на высокие ресурсы метана угольных пластов, реальная добыча газа в ближайшие го­ды вряд ли превысит 5-10% общей газодобычи.

Водорастворенные а диспергированные газы подземной гидро­сферы (до глубин 4500 м) распространены почти повсеместно в земной коре. Общие ресурсы газа в подземных водах до глубин 4500 м, по оцен­кам ВНИГРИ, достигают 10000 трлн м\ а до глубин, в среднем, не превы­шающих 10 км,

Подземная гидро­сфера Земли в силу высокой растворимости в ней углеводородных и дру­гих газовых компонентов в геологическом времени пребывает в состоянии перманентного, местами прогрессирующего газонасыщения преимущест­венно углеводородами, следствием которого неизбежно является образо­вание зон предельного газонасыщения. Изучение таких зон, достоверно Установленных в настоящее время в пределах молодых платформ, а также существовавших на древних этапах развития ряда регионов, позволяет раскрыть характер геохимических связей между залежами углеводородов и газонасыщенными подземными водами.

тогом научных изысканий в области нефтегазовой гидрогеологии является установление общей закономерности, согласно которой промышленные залежи газа, а возможно и нефти, " являются следствием глобального процесса газонасыщения подземной гидросферы.

Приведенная схемагическсая модель достаточно близко соответствует природным условиям следующих конкретных газоносных провинций и га­зоносных районов.

Биогаз

О газообразных топливах из местных ресурсов раньше в России ни­кто серьезно не задумывался. Страна, обладающая крупными запасами нефти и газа, могла себе это позволить. В странах же, не имеющих естест­венных природных богатств, уже с середины 1980-х были поставлены на учет и запущены в производство все потенциальные местные источники альтернативных моторных топлив. К числу их относятся прежде всего раз­личные виды биомасс растительного и животного происхождения.

Биогаз - это смесь метана и углекислого газа, образующаяся при ме­тановом сбраживании различных биомасс. Метановое брожение - резуль­тат природного биоценоза анаэробных бактерий - протекает при темпе­ратурах от 10 до 55 °С в трех диапазонах: 10...25 °С - психрофильное; 25 .40 °С - мезофильное; 52...55 °С - термофильное. Влажность системы составляет от 8 до 99 %, оптимальное значение - 92 - 93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.

Биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств, представляет серьезный практический интерес для России. В нашей стране ежегодно накапливается до 300 млн. т (по сухому веществу) органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйст­венном производстве, 50 млн т в виде ТБО. Эти отходы являются прекрас­ным сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м 3 , то есть 40 млн т нефтя­ного эквивалента на сумму 20 млрд евро. Общая потенциальная стоимость вырабатываемого объема биотоилив (сингаз и биогаз) может составить 35 млрд евро в год.

Сбраживание отходов лучше всего проводить в метантенках - метал­лических или железобетонных резервуарах с подогревом и перемешивани­ем.

Для производства биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО) их сначала измельчают, а затем в метантенке перемешивают с канализацион­ным осадком из отстойников очистных сооружений. В своем составе газы имеют до 50 % метана, 25 % двуокиси углерода, до 2 % водорода и азота. Эта технология достаточно широко ис­пользуется за рубежом - в США, Германии, Японии, Швеции.

Биогаз является одним из наиболее перспективных видов моторных топлив, производимых из местного сырья, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств. За корот­кий срок во многих странах мира была создана целая индустрия по произ­водству биогаза.

Значительная часть производимого биогаза идет на получение электроэнергии.

Среди промышленно развитых стран ведущее место -в произ­водстве и использовании биогаза принадлежит Дании

Как показывает практика, выход кана­лизационных газов со станции переработки, питаемой канализационной сетью, обслуживающей населенный пункт с численностью жителей 100 тыс. человек, достигает в сутки более 2500 м 3 , что эквивалентно 2000 л" бензина.

К производству биогаза относится также получение лендфиллгаза, или биогаза из мусора со свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для твердых бытовых отходов с целью извлечения из них биогаза для производства электриче­ской и тепловой энергии. Значительные объемы сырья для брожения имеются в сельском хо­зяйстве.

Биогазовые технологии эффективны в любом климатическом регио­не огромной России. Таким способом уже производятся газообразное топ­ливо и высокоэффективные органические удобрения, так необходимые со­временному российскому сельскому хозяйству

Однако создание двигателей автотранспортных средств, работающих на газе с низкой теплотой сгорания, как у биогаза, представляет опреде­ленные трудности. Поэтому целесообразнее использовать не биогаз, а по­лучаемый из него биометан. Для этого из биогаза удаляют С0 2 и другие примеси. Получаемый газ (биометан), содержит 90-97 % CH4 и имеет теп­лоту сгорания 35-40 МДж/м 3 . Очистка биогаза от двуокиси углерода может производиться различными способами. Наиболее распространенные: про­мывка газов жидкими поглотителями (например, водой), вымораживание, адсорбция при низких температурах.

Биометан, как и другие газовые топлива, имеет низкую объемную концентрацию энергии.

Сжиженные газы

Похожая информация.

Общее описание поршневых компрессоров. Одноступенчатые и двухступенчатые. Вредное пространство

В соответствии с характером действия, поршневые компрессоры могут быть одинарного (или простого) действия и двойного действия. В агрегатах простого действия, за один ход поршня осуществляется одно всасывание или нагнетание. В компрессорах двойного действия, за один ход поршня осуществляется два всасывания или нагнетания.

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессоры делятся на три типа: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Ступенью сжатия принято называть часть компрессора, в которой газ сжимается до промежуточного или конечного давления.

Конструктивно, одноступенчатые компрессоры могут быть вертикальными или горизонтальными. Как правило, компрессоры с горизонтальной конструкцией являются машинами двойного действия, а компрессоры с вертикальной конструкцией относятся к агрегатам простого действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия с горизонтальным типом конструкции, поршень перемещается внутри цилиндра. Цилиндр оснащен крышкой, которая имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Поршень компрессора соединяется с шатуном и кривошипом. На валу кривошипа располагается маховик. В процессе хода поршня слева направо, в зоне между поршнем и цилиндром возникает разрежение. Разность давления в линии всасывания и цилиндре заставляет открываться клапан, в результате чего газ поступает в цилиндр. Когда поршень совершает обратное движение справа налево, всасывающий клапан закрывается, и газ в цилиндре сжимается до уровня давления p 2 . Далее, через клапан газ вытесняется в линию нагнетания. Цикл завершается и повторяется снова.

Одноступенчатый компрессор двойного действия оснащен четырьмя клапанами (двумя всасывающими и двумя нагнетательными). Такие машины устроены сложнее, но уровень производительности у них в два раза выше. В целях охлаждения цилиндр и крышки могут оснащаться водяными рубашками. Чтобы увеличить показатель производительности данные машины могут изготавливаться многоцилиндровыми конструкциями. Одноступенчатые компрессоры с вертикальным типом конструкции являются более производительными и быстроходными, чем горизонтальные. Кроме того, они занимают меньшую производственную площадь и более долговечны.

Двухступенчатые компрессоры с горизонтальным типом конструкции, как правило, оснащены одним цилиндром и ступенчатым или дифференциальным типом поршня. Газ подвергается сжатию в цилиндре левой стороной поршня, после чего проходит сквозь холодильник и подается в цилиндр с другой стороны, где сжимается до уровня p 2 .

Многоступенчатые конструкции оснащены цилиндрами, которые располагаются последовательно (система тандем) или параллельно (система компаунд). Существуют также оппозитные конструкции компрессоров, где поршни двигаются взаимно противоположно. Цилиндры в конструкциях данного типа располагаются по обе стороны вала.

Следует отметить, что реальный процесс сжатия газа в компрессоре отличается от теории. Так, между поршнем, когда он находится в крайнем положении и крышкой цилиндра есть некий свободный объем. Данный зазор носит название вредного пространства. В данном зазоре, по завершению нагнетания, сжатый газ расширяется при обратном ходе поршня. По этой причине всасывающий клапан открывается только после снижения уровня давления до уровня давлении на всасывании. Таким образом, поршень совершает холостое движение, что снижает производительность компрессора.

На один и тот же факт можно смотреть как минимум с трех точек зрения. Так на использование сжатого природного газа на транспорте в качестве топлива, можно сказать - это удел бедных и даже нищих, а можно сказать, что это выбор экономных и не привыкших сорить деньгами зря, а еще есть мнение, что метан - это топливо будущего и те кто сейчас переходит на него, просто идут в ногу со временем и оседлали волну близкого и перспективного мейнстрима. Как считать - выбор ваш!

Поиск альтернативных источников автомобильного топлива - проблема, которой в последние годы уделяется самое пристальное внимание. Рост цен на нефть энергоносители, ужесточение экологических требований, экономия горючесмазочных материалов - все это стало основной движущей силой в поиске альтернативных топлив для многих стран. В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу третья волна популярности природного газа, используемого в качестве моторного топлива.
По прогнозам экспертов, эта волна достигнет апогея к концу первой четверти ХХI века.

Природный газ
Природный газ, более чем на 90 % состоящий из метана, сегодня доступен практически во всем мире. А что тогда говорить о России!

По мнению экспертов, на использование природного газа в меньшей степени влияют экономические кризисы, чего нельзя сказать о рынке нефти и нефтепродуктов. Метан, будь то ископаемый природный газ или биометан, может распределяться как через существующую сеть природного газа, так и через уже имеющуюся заправочную сеть. Правда, в некоторых странах, стоящих на пороге промышленной революции, вопрос с распределительными сетями пока не решен. Метан, необходимый для автомобильного транспорта, к потребителю может поставляться:
■ по международной газопроводной сети;
■ в виде сжиженного природного газа с помощью наливных судов, автомобильных или железнодорожных цистерн;
■ по местным трубопроводам низкого давления (биометан);
■ автомобильными цистернами (сжиженный биометан).
В настоящее время приняты международные стандарты и одобрены основные виды транспортных средств, пригодных для доставки метана, и в большинстве регионов уже есть сертифицированные поставщики комплектного газового оборудования для применения его в автомобилях.

Неоспоримые преимущества
Перевод автомобилей на природный газ не требует переделки двигателя и позволяет значительно улучшить экологию, так как снижается выброс токсичных веществ в атмосферу.
Так, выбросы оксида углерода уменьшаются в 5–10 раз, углеводородов - в 3 раза, оксидов азота - в 1,5–2,5 раза. Уровень шума работающего двигателя понижается в 2 раза. Работа двигателя на сжатом газе становится мягче, ни в одном режиме не происходит детонации, октановое число газа - 110. К тому же метан легче воздуха и при утечке сразу улетучивается, не создавая взрывоопасной смеси.

Использование газового топлива увеличивает срок службы двигателя и моторного масла в 2 раза, а свечей зажигания - на 40 %. При одинаковом расходе на 100 км пути стоимость газа в 2–3 раза ниже стоимости бензина или дизельного топлива, что сдерживает рост тарифов на транспортные услуги. Использование природного газа в качестве моторного топлива уменьшает зависимость транспорта от нефти и нефтепродуктов и высвобождает значительную их часть для применения в областях, где им нет альтернативы. Сразу заметим, что далее речь пойдет только о природном газе (метане: сжатом или сжиженном), а не о пропанбутановой смеси, широко применяемой в быту, а также применяемой на транспорте (т. н. сжиженный углеводородный газ).

Сжатый или сжиженный
Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) получают при охлаждении природного газа метана до –162 °С. В жидком состоянии объем газа уменьшается в 600 раз, что позволяет в значительной степени увеличить эффективность его хранения и транспортировки. Сжиженный природный газ транспортируют так же, как и нефть, в специальных танкерах. В странах импортерах он хранится в резервуарах. В специальных терминалах СПГ разогревается, благодаря чему возвращается в газообразное состояние, и после этого за качивается в газотранспортную систему. Компримированный, или сжатый природный газ (КПГ англ. CNG - compressed natural gas) - это тот же метан, но находящийся в газообразном состоянии, под давлением до 20 МПа. Потребитель может сразу использовать этот газ для собственных нужд. Эксперты попрежнему продолжают спор о достоинствах и недостатках сжатого и сжиженного природного газа. Некоторые считают, что со временем, при создании необходимых условий, сжиженный природный газ вытеснит сжатый, однако другие так не думают. В таблице 1 приведена сравнительная характеристика сжиженного природного газа и компримированного, сжатого.

Видно, что КПГ не требует специальных транспортных устройств для доставки от производителя, однако при его применении необходимо использовать специальные баллоны, имеющие высокую стоимость и значительный вес. Что касается цены такого топлива, то в России стоимость кубометра компримированного газа устанавливается законодательно - в размере 50 % от стоимости литра бензина АИ76. По этой позиции КПГ значительно выигрывает у сжиженного углеводородного газа, для которого цену диктует рынок. Однако проигрывает по стоимости баллонов и оснастки.
СПГ за рубежом
Несмотря на все сложности, за рубежом параллельно с использованием КПГ расширяется применение в автотранспорте и сжиженного природного газа метана, особенно это показательно для США. Так, широкая сеть автозаправочных станций создана на югозападе США в штатах Калифорния, Аризона, Колорадо, Техас, Пенсильвания и других. Крупные автомобильные корпорации, такие как Mack, Ford, MAN уделяют этому вопросу самое серьезное внимание. В Европе производством автомобилей, работающих на сжиженном природном газе, занимаются такие компании, как MercedesBenz, MAN, BMW и др. Сжиженный газ как моторное топливо стал применяться в Бельгии, Финляндии, Германии, Нидерландах, Норвегии, Франции, Испании, Великобритании и других странах Европы.
КПГ в СНГ
На сегодня в России большее распространение в автотранспортной сфере получил КПГ, особенно для городского и коммунального транспорта. В последние годы предпринимаются попытки расширить применение данного вида топлива. К решению этой проблемы привлечены государственные организации и частные компании. Уже имеется многолетний опыт эксплуатации автомобильного газового оборудования, работающего на КПГ, особенно в структуре ОАО «Газпром».
В 2001 году Экономический совет СНГ предложил к реализации межгосударственную программу «Использование природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств на 2001–2005 годы», и отчасти благодаря ей в России, да и странах СНГ, наибольшее распространение получил именно КПГ (сжатый метан), а не сжиженный природный газ.

Баллоны для КПГ
Для замены одного литра дизельного топлива аналогичным количеством энергии, содержащимся в бензине, потребуется топливный бак, объем которого на 15 % больше. Если же использовать СПГ, то объем бака придется увеличить на 70 %, а при использовании компримированного природного газа (метана), который хранится при рабочем давлении в 200 бар (20 МПа), топливные баки должны занимать объем больший в 4,5 раза.

Поэтому применение компримированного природного газа во многом ограничивается наличием специальных баллонов. В отличие от остальных стран СГН в России этот вопрос решается достаточно успешно. Баллоны для метана, как правило, имеют цилиндрическую форму и условно подразделяются на четыре типа, включающие как баллоны, традиционно изготавливаемые из стали, так и облегченный вариант - баллоны с использованием полимерных композиционных материалов на основе стеклянных углеродных или органических волокон. Среди таких емкостей:
■ бесшовные стальные баллоны;
■ металлопластиковые баллоны (тип 1), состоящие из металлической толсто стенной оболочки (лейнера), несущей основную нагрузку, и внешней армирующей оболочки из полимерного композиционного материала;

■ металлопластиковые баллоны (тип 2) - тонкостенный металлический лейнер и армирующая оболочка из полимерного композиционного материала типа «кокон» по всей поверхности;
■ композитные баллоны - полимерный лейнер с закладными металлическими элементами для присоединения запорной аппаратуры и силовая оболочка из композиционного материала.
В России насчитывается 4 производителя баллонов для сжатого природного газа (рассчитанные на давление 20 МПа), два из них выпускают как цельнометаллические, так и металлопластиковые баллоны (см. таблицу 2).

Такие компании, как, «Рузхиммаш» (г. Рузаевка, Мордовия) и «Оргэнергогаз» (подразделение «Газпрома»), производившие эту продукцию, прекратили выпуск автомобильных баллонов. Мелкие партии производит НПП «Маштест» (г.Королев).
Имеется пара производителей автомобильных баллонов для КПГ на Украине.
Это ОАО «Бердичевский машиностроительный завод Прогресс» и ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича». В условиях хорошего спроса на КПГ и развитой сети газозаправочных станций на Украине производители отмечают неплохой спрос на свои изделия.
Практически все российские производители баллонов ориентированы на внутренний рынок и рынок стран СНГ, хотя завод в Орске получил международный сертификат и имеет возможность поставлять данную продукцию в страны дальнего зарубежья.
Мировая практика свидетельствует, что около 70–80 % используемых для транспортировки метана баллонов - цельнометаллические. И это несмотря на то, что использование металлопластиковых баллонов позволяет снизить вес комплекта примерно в 1,3–1,5 раза, что особо актуально при необходимости установления нескольких баллонов. Связано это с тем, что эффективные технологии производства «композитных» баллонов появились значительно позже и, конечно же, с тем, что металлопластиковые баллоны дороже цельнометаллических. Однако нужно заметить, что применение облегченных баллонов в продолжительной перспективе выгоднее из-за экономии веса машины, приводящей к экономии топлива, и повышения грузоподъемности средства передвижения - последнее особенно важно, когда речь идет о грузовом транспорте.
ГБО - газобаллонное оборудование
Кроме самих баллонов для установки их на автотранспортное средство необходимо закупать дополнительно соответствующее газобаллонное оборудование (ГБО). У владельца транспортного средства есть два варианта - купить отечественное ГБО (производства «Рязанский завод автомобильной аппаратуры», «Воткинский завод газовой аппаратуры» и др.) или импортное.
Цена вопроса
Переоборудовать автомобиль для рабо ты на КПГ - удовольствие недешевое. Так, стоимость металлокомпозитного баллона составляет около 7,5–8,5 долл./л, цельнометаллического - 7 долл./л. Таким образом, серийный металлокомпозитный баллон объемом 50 л обойдется потребителю в 400 долларов, цельнометаллический - 350 долларов, и это без учета стоимости газобаллонного оборудования. Если же планируется перевод на КПГ грузовых автомобилей или автобусов, то, в зависимости от необходимого объема, придется устанавливать несколько баллонов, что приведет к удорожанию комплекта в несколько раз. Перевод легкового автомобиля на КПГ обойдется в 1 тыс. долларов, грузового и автобусов - выше 2,0–2,5 тыс. долларов.

Стоимость автомобильных баллонов стран СНГ на 50 л для сжиженного углеводородного газа (пропанбутановая смесь) равняется 30–50 долларам, а затраты на переоборудование легкового автомобиля составят порядка 200–400 долларов, в зависимости от производителя и вида ГБО.
Окупаемость
По расчетам экспертов, с учетом цен на топливо на начало 2006 года, окупаемость автомобильных транспортных средств при переводе с бензина на компримированный газ, при среднегодовом пробеге 60 тыс. км составляет от 3 до 5 лет, в зависимости от грузоподъемности и типа автомобиля. Если учесть возросшую с начала года стоимость бензина и больший пробег автомобиля, то период окупаемости может оказаться существенно короче. Если же взять автотракторную технику, например К700 или Т150, то благодаря внушительному расходу топлива срок окупаемости составит около года.
Становится понятно, почему в западных странах и в нашей столице на альтернативное газовое топливо прежде всего переводится городской транспорт - экономия слишком очевидна и велика.
Мировой опыт
К концу 2005 года в мире насчитывалось свыше 4,6 млн автомобилей, работающих на КПГ. Несомненными лидерами среди стран в данной области являются Аргентина, Бразилия и Пакистан. Первые две страны имеют парк газобаллонных автомобилей (ГБА) свыше одного миллиона.
АГНКС - заправочные станции
Современные АГНКС должны удовлетворять следующим требованиям:
■ низкая стоимость;
■ минимальные габариты и масса;
■ простота установки и эксплуатации;
■ независимость от систем электро и теплоснабжения;
■ максимальная безопасность и комфортность условий работы обслуживающего персонала;
■ автоматизация управления станцией;
■ оперативность заправки с точностью, достаточной для коммерческого учета (до 2 %).
Производители должны быть готовы предложить заказчику достаточную номенклатуру АГНКС по производительности.

Аргентина и Бразилия располагают хорошо развитой системой автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Количество АГНКС, действующих в этих странах к началу 2006 года, превышало тысячу, что позволило реализовывать Аргентине около 280 млн куб. м. газа в месяц, а Бразилии - около 163 млн куб. м. Примечательно, что набольшие темпы в строительстве новых АГНКС отмечены в Пакистане и Китае, где запланировано строительство более 200 станций. Свыше 100 АГНКС строятся в Бразилии и Иране, а вот лидер по числу автомобилей, работающих на газе, - Аргентина - пока не планирует строительство новых АГНКС.
Россия и СНГ
Несмотря на значительные запасы природного газа, Россия пока уступает Украине в использовании КПГ и занимает в мировом рейтинге 12 место (см. таблицу 3).

Российский парк автомобилей, работающих на метане, оценивается примерно в 52 тысячи. Сегодня в России действует 215 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, 87 % из которых принадлежит «Газпрому», их суммарная проектная мощность
составляет около 2 млрд куб. м/год, что позволило бы заправлять 250 тыс. автомобилей в год. Через российские АГНКС в 2005 году было реализовано 237 млн куб. м природного газа (19,75 млн куб. м/мес.).
Таким образом, загрузка имеющихся газозаправочных станций в России составляет лишь 10–15 %, но в целом за последние годы потребление природного газа автомобильным транспортом в России стабильно растет на 25–30 % в год.

Свою сеть многотопливных заправочных комплексов (МАЗК) в России создала и компания Douglas Consulting, которая не только реализует газомоторное топливо, но и предлагает полный спектр услуг по переводу автомобилей на газ. В последние годы на КПГ обратили внимание и другие нефте и газодобывающие компании. Благодаря политике «Газпрома», в схемах газификации регионов в обязательном порядке предусматривается сооружение АГНКС, на газ постепенно переводятся целые отрасли. Так, ОАО «Российские железные дороги» успешно реализует программу перевода на газ магистральных и маневровых тепловозов.
Подготавливается аналогичная программа по газификации сельхозтехники. В программе «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» указано, что в предстоящие годы наиболее динамично будет расти потребление моторного топлива - на 15–26 % к 2010 году и на 33–55 % к 2020 году. При этом в качестве моторного топлива в долго срочной перспективе будут использоваться наряду с традиционными жидкими нефтепродуктами сжиженный и сжатый природный газ (в эквиваленте до 5 млн т нефтепродуктов к 2010 году и до 10–12 млн т в 2020 году).
В Татарстане, нефтяном российском регионе, действуют 9 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций ООО «Таттрансгаз» суммарной производительностью 70,6 млн куб. м в год, при этом их фактическая загрузка составляет в среднем 7–8 % проектной мощности изза малого количества газобаллонных автомобилей. В 2006–2010 гг. ООО «Таттрансгаз» планирует ввести в эксплуатацию еще 11 АГНКС. Кроме того, в республике действуют десятки газораспределительных станций, способных после дополнительной установки заправочных компрессорных модулей обеспечить получение значительного количества сжатого природного газа для заправки транспортных средств. Таким образом, КПГ в России имеет неплохие перспективы.
Украина
К концу 2005 года на Украине насчитывалось около 67 тыс. газобаллонных автомобилей и 147 АГНКС. Реализация КПГ достигла 540 млн куб. м/год. Первоначально большинство АГНКС находились в ведении компании «Укравтогаз», однако затем стали появляться независимые операторы. Однако, несмотря на убедительные преимущества, полностью реализовать потенциал КПГ пока не удается. Согласно оценкам структур, работающих в газо вой сфере, Украина ежегодно может переоборудовать 20–25 тыс. транспортных средств.
Одной из вероятных причин отставания эксперты считают отсутствие на Украине современного производства металлокомпозитных баллонов. Два производителя, о которых упоминалось ранее, поставляют на внутренний рынок только цельнометаллические баллоны, да и они пока не могут полностью удовлетворить потребности рынка.
Среди задач, требующих решения, остается также развитие сети ГЗС, поддержка государства и муниципальных властей в данной сфере.
Армения
По информации министерства транспорта Армении, в настоящее время газовыми установками оснащено около 38 тыс. автомобилей, что составляет от 20 до 30 % эксплуатируемых в стране машин - довольно высокий показатель. Причина резкого увеличения использования КПГ - значительная разница между ценами на компримированный природный газ и традиционными видами автомобильного топлива. Согласно прогнозам, высокие темпы роста перевода автомобилей на газ в этой стране сохраняться и в ближайшие годы, более того, они могут достичь 20–30 % в год.
Другие члены содружества
Таджикистан переживает существенный рост потребления природного газа автомобильным транспортом. Начиная с 1997 года, после выхода соответствующего постановления правительства страны, количество АГНКС возросло к 2006 году с 3 до 53. В основном это станции не большой производительности. На сегодняшний день сеть АГНКС Белоруссии состоит из 24 АГНКС в 17 городах республики, 5 передвижных АГЗС. Обслуживаемый парк - 5,5 тыс. газобаллонных автомобилей. ОАО «Белтрансгаз» разработало стратегию расширения использования КПГ, на базе национальной программы расширения использования газа в качестве моторного топлива, и концепцию развития сети АГНКС. К 2010 году планируется довести число ГБА до 14,5 тыс. и объем реализации КПГ до 72,3 млн куб. м/год.
В Молдове и Узбекистане перевод автотранспорта на сжатый природный и сжиженный газ происходит не так быстро. Так, в Молдове насчитывается около 4,5 тыс. ГБА и лишь 8 АГНКС. В Узбекистане эксплуатируется менее 10 тыс. единиц автомобилей, работающих на газовом топливе (менее 1% от всего автомобильного парка), используется порядка 30,0 тыс.т сжиженного углеводородного газа и 70–72 млн куб. м КПГ, хотя природные ресурсы позволяют значительно увеличить количество ГБА.

Тормоз для КПГ
По мнению аналитиков рынка, существуют проблемы, мешающие более масштабному переходу на КПГ. Главные из них:
■ высокая стоимость переоборудования транспорта для работы на газе и зачастую - отсутствие для этих целей необходимых денежных средств у хозяйств, коммунальных служб и т. п.;
■ отсутствие серийного производства уже готовых газобаллонных автомо билей российскими автопроизводителями;
■ недостаточно развитая сеть АГНКС. В странах Европы пункты заправки находятся на максимальном расстоянии друг от друга в 30 км, а в РФ имеются трассы, где на тысячи километров не насчитывается ни одной АГНКС.

Кроме того, приходится решать и вопросы высокой степени износа (особенно по резерву двигателей) автопарка муниципальной собственности и госструктур, неподготовленность персонала во многих региона РФ к обслуживанию автомобилей, работающих на КПГ. В России ограничено число компаний, имеющих сертификаты и способных переоборудовать транспортные средства для работы на КПГ, своевременно освидетельствовать автотранспортное средство с ГБО. Эта проблема особенно актуальна для регионов.
Перевод транспорта на природный газ - задача несомненно важная и при разумном подходе экономически выгодная, однако решение ее возможно только при непосредственном участии соответствующих ведомственных организаций и поддержке государства.

России, имеющей крупнейшие в мире запасы природного газа, непозволительно не воспользоваться ситуацией для популяризации КПГ и возможной замены традиционных видов топлива.

Сергей Ким Октябрь 2006

P.S. От себя могу добавить, что муж моей родственницы, работающий таксистом уже более 15 лет, постоянно переводит свои вновь купленные машины на метан и после переделки стоимость топлива для пробега машины снижается примерно в 3 раза по сравнению с бензином.

Это, так сказать, непосредственный опыт.

К атегория:

Автомобильные эксплуатационные материалы

Применение сжатого природного газа

Природный газ состоит в основном из метана и небольшой примеси других газообразных компонентов. Состав природного газа отличается в зависимости от его месторождения и может характеризоваться следующими средними значениями: метана 85…99, этана 1…8, пропана и бутана 0,5…3, пентана до 0.5…2, азота 0,5…0,7, углекислоты до 1,8% об.

Теплота сгорания природных газов отдельных месторождений может доходить до 47 МДж/м3, однако в среднем она составляет 33…36 МДж/м3. Эта величина почти в 1000 раз меньше, чем у жидкого нефтяного топлива, что и является основным недостатком природного газа как моторного топлива. Поэтому для обеспечения приемлемых эксплуатационных качеств автомобиля, прежде всего запаса хода при работе на природном газе, требуется его специальная подготовка: сжатие до давления 20 МПа и более с последующим хранением на автомобиле в баллонах высокого давления либо сжижение с помощью глубокого охлаждения до -162 °С с хранением в специальных криогенных (теплоизолированных) емкостях. Из-за большей простоты наиболее широко применяется природный газ в сжатом виде.

К природному газу, используемому в сжатом виде в качестве моторного топлива, предъявляются следующие специфические требования: отсутствие пыли и жидкого остатка, а также минимальная влажность. Последнее требование связано с исключением возможности закупорки каналов топливной системы, вызываемой замерзанием и выпадением гидратов вследствие дросселирования и снижения температуры газа при заправке автомобиля. Для обеспечения выполнения этих требований природный газ подвергается очистке с помощью фильтрующего, сепарационного и осушительного оборудования, установленного на газонаполнительных станциях.

В соответствии с ТУ 51-166-83 «Газ горючий природный сжатый, топливо для газобаллонных автомобилей», для заправки газовых автомобилей предназначены две марки СПГ (табл. 7). Их отличием является различное содержание метана и азота. В составе СПГ ограничено содержание следующих продуктов (г/м3, не более): сероводорода-0,02; меркаптановой серы- 0,016; механических примесей - 0,001; влаги - 0,009. Массовая доля сероводородной и меркаптановой серы в СПГ не должна превышать 0,1%.

В настоящее время наибольшее распространение получило использование природного газа в сжатом виде на автомобилях с двигателями внешнего смесеобразования и принудительным (искровым) воспламенением. Обычно на автомобиль с карбюраторным двигателем дополнительно устанавливаются баллоны для хранения природного газа под высоким давлением, газовые редукторы, электромагнитные клапаны и другая газовая арматура, обеспечивающая возможность работы двигателя на газе. Универсальность питания такого автомобиля (бензин или природный газ) является и его недостатком, так как не позволяет полностью использовать высокую детонационную стойкость природного газа.

Опыт эксплуатации отечественных газовых автомобилей, работающих на СПГ , выявил ряд положительных сторон, схожих с достоинствами при работе на СПГ . При использовании СПГ в качестве моторного топлива моторесурс двигателя увеличивается на 35…40%, срок службы свечей на 30…40%, расход моторного масла снижается благодаря увеличению периодичности (срока) его смены в 2…3 раза. Вместе с тем перевод на сжатый природный газ бензиновых автомобилей ведет к ухудшению ряда их эксплуатационных показателей. Мощность двигателя снижается на 18…20%, что ведет к снижению максимальной скорости на 5…6%, увеличению времени разгона на 24…30% и уменьшению максимальных углов преодолеваемых подъемов. Из-за большой массы баллонов для хранения газа высокого давления грузоподъемность автомобиля снижается на 9…14%. Дальность ездки на одной заправке газа не превышает 200…280 км.

Из-за наличия дополнительной топливной системы трудоемкость технического обслуживания и ремонта газового автомобиля увеличивается на 7…8%.

При использовании природного газа в качестве моторного топлива отмечены его плохие пусковые свойства. Предельное значение температуры холодного пуска двигателя (без дополнительных средств подогрева) на природном газе на 3…8 °С выше, чем на СНГ , и на 10…12 °С, чем на бензине. Трудность пуска объясняется высокой температурой воспламенения метана, а также тем, что в процессе воспламенения после нескольких вспышек на свечах осаждается вода, шунтирующая искровой промежуток.

Важным достоинством газовых топлив по сравнению с нефтяными являются лучшие экологические свойства, связанные прежде всего с уменьшением выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя. Как известно, такими веществами являются окись углерода СО, окислы азота NO.t, суммарные углеводороды СН и в случае применения этилированных бензинов соединения свинца. Применение газовых топлив, отличающихся высокой детонационной стойкостью, исключает необходимость использования токсичного антидетонатора ТЭС и поэтому является эффективным фактором снижения загрязнения окружающей среды высокотоксичными свинцовыми соединениями. Изменение содержания окиси углерода при работе двигателя на газе и бензине в зависимости от состава топливно-воздушной смеси примерно одинаково. Однако, учитывая возможность работы газового двигателя на более бедных смесях, при его оптимальной регулировке обеспечиваются более низкие концентрации СО. Уровни выбросов СН также примерно одинаковы, однако их состав принципиально отличен. Вредное воздействие углеводородов, образующихся в продуктах сгорания нефтяных топлив, связано главным образом с образованием смога. При работе на природном газе углеводородная часть отработавших газов состоит в основном из метана, обладающего высокой устойчивостью к образованию смога.

Окислы азота являются наиболее токсичными компонентами отработавших газов. Их максимальное содержание для газового двигателя примерно в 2 раза меньше, чем для бензинового. Кроме того, оно может быть дополнительно снижено в 2…3 раза за счет регулировки состава топливной смеси.

Исходя из рассмотренных факторов применение газовых автомобилей на СПГ наиболее рационально на внутригородских грузовых перевозках для обслуживания предприятий торговли, быта и др. Использование природного газа перспективно и на городском пассажирском автотранспорте ввиду снижения в этом случае вредных выбросов, загрязняющих атмосферу. Для этой цели в нашей стране начат выпуск газовых автобусов ЛАЗ -695НГ и газовой модификации легкового автомобиля-такси ГАЗ -24-27.

Наиболее массовым автомобилем, работающим на сжатом природном газе, является грузовой автомобиль ЗИЛ -1Э8А. Основные элементы универсальной системы питания этого автомобиля, обеспечивающей работу на газе и бензине, использованы во всех других моделях газовых автомобилей. Газовая система питания автомобиля ЭИЛ -138А (рис. 23) включает восемь баллонов из углеродистой стали объемом 50 л каждый, рассчитанных на рабочее давление 20 МПа. Баллоны соединены трубками высокого давления и разделены на две секции с отдельными запорными вентилями 12. Заправка баллонов газом осуществляется с помощью вентиля. Перед подачей в двигатель газ проходит теплообменник, в котором подогревается горячими отработавшими газами двигателя. Для снижения давления газа используется редуктор высокого давления (снижает давление до 1,2 МПа) и низкого давления 5. Для контроля за работой системы питания служат два манометра, находящиеся в кабине водителя.

Рис. 1. Принципиальная схема топливной системы автомобиля ЗИЛ -1Э8А

Рис. 2. Схема газодизельной топливной системы автомобиля КамАЗ: 1 -двигатель; 2- ТНВД ; 3-дозатор газа; 4 - электромагнитный клапан с фильтром; 5-редуктор высокого давления; 6 - подогреватель газа; 7- вентили; 8 - манометр; 9 - редуктор низкого давления; 10- баллон; 11- смеситель; 12 - педаль подачи топлива

Резервная система питания бензином включает стандартный бензобак, электромагнитный клапан-фильтр, бензонасос и карбюратор-смеситель. Переход с одного вида топлива на другой осуществляется с помощью электромагнитных клапанов.

Общая вместимость баллонов составляет 400 л, что позволяет заправить 80 м3 газа при массе газобаллонной установки около 800 кг.

Сложность применения газовых топлив в дизельных двигателях связана с их плохой воспламеняемостью, низким цетановым числом и высокой температурой воспламенения. Поэтому для организации работы дизеля на природном газе используется газодизельный процесс, заключающийся в подаче в цилиндры дозы запального дизельного топлива, обеспечивающего воспламенение газовоздушной смеси.

Газодизельный процесс использован в ряде газовых модификаций автомобилей семейства КамАЗ, а также дизельных автобусах. В состав газодизельной системы питания автомобилей КамАЗ входит 8… 10 газовых баллонов высокого давления. Сжатый газ из баллонов поступает в подогреватель 6, где подогревается с помощью тепла охлаждающей жидкости. В редукторе давление газа снижается до 0,95… 1,1 МПа. После этого через электромагнитный клапан-фильтр он поступает в двухступенчатый редуктор низкого давления и затем через дозатор газа в смеситель, где смешивается с воздухом. Газовоздушная смесь подается в цилиндры двигателя, где в конце такта сжатия в нее через обычную форсунку впрыскивается запальная доза дизельного топлива.

Привод рычага управления регулятором топливного насоса высокого давления (ТНВД ) соединен тягой с приводом дроссельной заслонки дозатора. С помощью специального механизма обеспечивается постоянство расхода запальной дозы дизельного топлива в газодизельном режиме работы двигателя независимо от положения педали подачи топлива. Пуск газодизельного двигателя и его работа на холостом ходу происходят только на дизельном топливе. На остальных режимах повышение мощности двигателя достигается путем увеличения подачи газового топлива. Величина подачи запальной дозы составляет 15…20% от суммарного расхода топлива.

Заправка автомобилей природным газом осуществляется на стационарных автомобильных газонаполнительных станциях (АГНКС ) или с помощью передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ ). Типовая АГНКС обеспечивает 500 заправок в сутки. Ее технологическая схема состоит из пяти основных функциональных блоков: сепараторов, компрессоров, осушки, аккумуляторов газа и раздаточных колонок. АГНКС является сложным сооружением, включающим производственно-технологический корпус с газораздаточной и операторной, заправочную площадку с боксами для стоянки автомобилей и внешние коммуникации (подключение к газовой сети, водопровод, линия электропередачи и др.). Газ, поступающий из внешней сети, проходит сепарацию, далее сжимается компрессорами до 25 МПа и подается в установку осушки. Сухой газ направляется для хранения в аккумуляторы, откуда через газозаправочные колонки поступает на заправку автомобилей.

Рис. 3. Технологическая схема стационарной АГНКС

Число заправочных колонок на АГНКС - 8, время заправки с учетом всех операций составляет: для грузового автомобиля 10…12 мин, легкового - 6…8 мин.

Для заправки автомобилей автотранспортных предприятий, удаленных от АГНКС , используются передвижные автогазозаправщики (ПАГЗ ). На ПАГЗ смонтирована газобаллонная установка, снабженная блоками зарядки газом заправщика и раздачи газа автомобилям. Газобаллонная установка обычно включает три секции газовых баллонов объемом 400 fl каждая с давлением 32 МПа для ступенчатой заправки автомобилей бескомпрессорным способом. Заправка осуществляется с помощью двух раздаточных устройств.