Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива наибольшее распространение получили сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы.

Сжиженные углеводородные газы. К этим газам относятся углеводороды, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно небольших избыточных давлениях.

Необходимое избыточное давление для перехода газа в жидкое состояние увеличивается при повышении температуры и составляет для температуры окружающей среды -Г45°С — 16 дагс/см2. Получают сжиженные газы при переработке нефти и попутного газа; основными составляющими их являются пропан-бутановые фракции.

Сжиженные газы, применяемые в качестве автомобильного топлива, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь* стабильный компонентный состав; обеспечивать избыточное давление насыщенных паров от 16,0 до 0,7 кгс/см2 в интервале температур от +45 до —30°€; не иметь жадного не испаряющегося остатка при испарении и редуцировании в автомобильной тазовой аппаратуре. Ниже приведена характеристика сжиженных углеводородных газов, применяемых. в качестве топлива для газобаллонных автомобилей, которая определена техническими условиями ТУ 38 001 302—78 (действительны для всех климатических районов страны за исключением очень холодного, холодного и умеренно холодного):

Углеводородный состав, °/о по массе:

пропан…………………………………………….. 80+5

сумма пентанов, не более………………… 3

сумма непредельных углеводородов, не более .          6

Наличие жидкого остатка при 40 °С, свободной воды и щелочи          , о

Давление насыщенных паров избыточное, кгс/см2:

при +45 °С, не более………………………… 16

» —30 °С, не менее…………………………. 0,7

Содержание сероводорода, % по массе,     не более          .           0,003

Содержание общей серы,   % по массе,       не более          .           0,045

Минимальная концентрация газа в воздухе, при которой ощущается запах, % по объему . …                                                             0,5

Таблица 7

Параметры

Нормальный пентан С5Л12

X

б

га

н

О)

б

си

н

СТ)

б

га

о

сч

с

Я

и

я

СО

Нормальный бутан С4Н!0

Нормальный бутилен С4Н8

Бензин А-76

Молекулярная масса газа

72,15

30,07

28,06

44,10

42,08

58,12

56,11

Плотность газовой фазы при ОС и 1 кгс/см2, кг/м3

3,220

1,356

1,261

2,019

1,915

2,703

2,500

4,88

Плотность жидкой фазы при 15 °С и 1 кгс/см2, кг/л

0,626

0,446

0,509

0,522

0,582

0,599

0,720

Относительная плотность газовой фазы (условная плотность воздуха равна единице)

2,488

1,048

0,975

1,562

1,481

2,091

1,987

3,78

Температура кипения, °С

+36,1

—88,6

—103,7

—42,1

—47,7

-0,5

—6,2

Не ни-

Низшая теплота сгорания, ккал/кг

Объем паров при испарении 1 л жидкости, м3

10 800

11 264

11 188

10 972

10 895

10845

10 778

же

+35

10 500

0,198

0,310

0,340

0,269

0,287

0,235

0,254

0,148

Октановое число (по моторному методу)

61,7

99,5

96,5

84,9

90,1

80,0

76,0

Основными углеводородными соединениями, входящими в «кт/д сжиженных газов, являются этан, этилен, пропан, пропил бутан и бутилены. Физико-химические свойства простых углеводородов представлены в табл. 7. Для сравнения приведши.) данные о свойствах бензина А-76.

Свойства сжиженных газов определяются по параметрам углеводородов, входящих в смесь. Строения молекул пропана и бутана их смесь подчиняется правилу аддитивности, т. е. параметры смеси пропорциональны параметрам отдельных компонентов. К основным параметрам, которые характеризуют сжиженные тазы как топливо для двигателей автомобилей, относятся давление насыщенных паров, плотность, низшая теплота сгорания.

Свойства газообразных топлив

Давление насыщенных паров оказывает наибольшее влияние на работу газовой установки автомобиля. По максимальному давлению насыщенных паров газа рассчитывают на прочность тазовый баллон. Кроме того, сжиженный газ должен иметь достаточное минимальное избыточное давление (1—2 кгс/см2) для обеспечения нормальной работы топливоподающей аппаратуры. Однако при одной и той же температуре различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров. Давление паров смеси сжиженных газов 1ависнт как от температуры, так и от состава смеси. Давление смеси газов можно определить по значению составляющих (парциальных) давлений углеводородных газов, входящих в состав смеси пропорционально концентрациям, а для смесей, содержащих пропан и бутан, по давлению и температуре можно судить о процентном содержании компонентов (рис. 38).

, Плотность паровой фазы газа оказывает влияние на массовый заряд газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, мощность и топливную экономичность двигателя.

Рис. 38. Зависимость упругости паров пропан-бутановых смесей от температуры:

1— пропан; 2 — 80% пропа«а+20% бутана; 3 — 60% дропан+40% бутана; 4 — 40% пропана+60% бутана; 5 — 20% пропана+ +80% бутана; 6 — бутан

Плотность жидкой фазы углеводородных газов позволяет судить о концентрации энергии в единице объема. В связи с тем что сжиженные газы, являются легкими жидкостями, объем газового баллона у автомобилей превышает объем топливного бака на 30—40%.

Кроме того, в связи с высоким

коэффициентом объемного расширения сжиженных газов, уровень максимального заполнения газового баллона не должен превышать 90%.

Ряд параметров (октановое число, пределы воспламеняемости и др.) сжиженных газов по сравнению с бензином имеет более высокие показатели, что позволяет улучшить внешнюю характеристику двигателя и снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах.

Токсичность самих углеводородных газов проявляется косвенным воздействием на организм человека. Углеводородные газы не вызывают отравления, но смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание в нем кислорода. Человек, находящийся в такой атмосфере, будет испытывать кислородное голодание, поэтому санитарными нормами установлена предельно допустимая концентрация содержания пропана в рабочей зоне, равная 1800 мг/м3, или 0,09% по объему.

К загрязняющим веществам в сжиженных газах относятся сера, ее соединения, вода, и тяжелые углеводороды. Сера находится в сжиженном газе в растворенном состоянии. При испарении и редуцировании газа часть серы выпадает в топливной аппаратуре, сужая проходные, сечения газовых каналов и выводя из строя резино-технические изделия. Другая часть серы сгорает в цилиндрах двигателя, увеличивая токсичность отработавших тазов.

(Вода в сжиженных газах может содержаться как в свободном, так и в растворенном состоянии. При избыточном содержании воды и отрицательных температурах она выпадает в осадок в газовой магистрали, образуя ледяные пробки, и перекрывает подачу газа к двигателю.

Тяжелые углеводороды, начиная с гексана (СбН14), при редуцировании газа скапливаются в виде неиопаряющегося осадка (конденсата) в газовой аппаратуре автомобиля. Наибольшее количество конденсата осаждается на мембранах газового редуктора и нарушает его работу.

Чтобы ощутить наличие газа в воздухе помещения в случае утечки газ одорируют (придают специфический запах). Для этого используют так называемые одоранты.

Одорант должен быть практически безвредным для человека. При тех концентрациях, какие необходимы для обеспечения запаха нужной силы, он также не должен агрессивно действовать на металлы и материалы, из которых сделано газовое оборудование. Продукты горения одоранта не должны содержать вредных веществ в количествах, превышающих санитарно-гигиенические нормы. Этим требованиям удовлетворяет применяемый в нашей стране этилм ер каштан (СгНбЗН).

Сжатый газ. Это автомобильное топливо получается путем компремирован1Ия (сжатия) природного газа, запасы которого в нашей стране (весьма значительны. В зависимости от месторождения способы получения природных газов можно разделить на собственно природные, попутные (нефтяные) и газы г л: юной д ен с а т н ы х место р о жд ен и й.

Собственно природные газы получают из буровых скважин газовых месторождений. Они имеют высокие показатели по Теплотворности и содержанию наиболее качественного компонента— метана. В них, как правило, отсутствуют вредные примеси.

Попутные газы получают при добыче нефти. Ресурсы их весьма значительны, так как на одну тонну добытой нефти выделяется от 50 до. 100 м3 газа. Основным компонентом попутных газов также является метан. Кроме метана попутные газы содержат большое количество тяжелых углеводородов.

Газы газоконденсатных месторождений значительно меньше, чем. попутные, содержат тяжелых углеводородов и по своему составу приближаются к собственно природным газам.

Примерный компонентный состав природных газов (в % по объему) 1приведен в табл. 8. Метан, являющийся основной составляющей природных газов, обладает всеми положительными свойствами, присущими газообразным топливам (табл, 9):    высоким октановым числом, большой теплотворной (способностью, нормальной скоростью сгорания. Кроме того, метан является нетоксичным газом.

Для получения заданных параметров газовых двигателей количество метана в (сжатых газах должно быть регламентировано в пределах (95± 5) %.

Тяжелые углеводороды, находящиеся в природных (попутных) газах, при сжатии в компрессорах конденсируются и выпадают в отстойниках или резервуарах, нарушая работу

Таблица 8

.Месторождение

Состав газа

% по объему

Метан

СН4

Этан

С2Н6

Пропан

СзН8

Б утаи С4Ню и выше

Углекислый газ

со2

Азот Ы2 и другие газы

Природный газ

Саратовское

I Й9Д6

\ 2,88

0,91

0,43

0,06

6,70

Дашавское *

| 98,30

| 0,63

0,12

0,15

0,2

0,60

Попутные газы

Туймазинское

| 41,00

19,50

18,20

9,30

12,00

Ишимбаевское

| 53,60

14,90

12,70

10,3

0,80

7,70

Газ газоконденсатных месторождений

Карагандинское

1 89,30

3,10

1,80

5,80

_

Канев ское

! 88,50

3,80

2,90

3,00

0,40

1,40

-Таблица $

Параметры

Метан

СН,

Окись углерода СО

Угле

кислый

газ

со2

Н

О

СО сч

Природный газ

с й

Газ газоконденсатных месторождений

Плотность газовой фазы

при нормальных услови-

ях, кг/м3

0,787

1,25-

1,98

1,25

0,79—

1,37—

0,97—

0,73

1,25

0,86

Относительная плотность

(условная плотность воз-

духа равна единице)

0,554

0,967

1,529

0,967

0,613—

1,055—

0,745 —-

0,562

0,965

0,661

Теплотворность, мкал/кг

8,52

2,98

8,37—

13,90—

9,67—

8,55

16,18

10,30

Температура воспламене-

кия, °С

640—

625—

_

_

800-

675

Октановое число

100

100

110

газового оборудования газонаполнительных станций и газобаллонных автомобилей. Для обеспечения нормальной работы газового оборудования содержание тяжелых углеводородов должно быть ограничено в пределах не более: этан 4%; пропан 1,5; бутан 1; пентан 0,3%. Поэтому нефтяные попутные газы, содержащие большое количество пропана, бутана, и пентана, предварительно на заводах подвергают фракционированию (извлечению тяжелых углеводородов).

К вредным примесям в природных газах, подлежащим ограничению, относятся горючие составляющие — сероводород (Н23) и окись углерода СО, а также негорючие — азот, углекислый газ (С02) и инертные газы. Сероводород и окись углерода обладают сильным токсичным действием на организм человека. Содержание окиси углерода в воздухе в количестве 0,1—0,2 мг/л вызывает у человека одышку при резких движениях, а при 4—6 мг/л наступает мгновенная смерть. Повышенное содержание сероводорода приводит к образованию на поверхностях трубопроводов и баллонов, которые работают под большим давлением, отдулин и расслоений. Кроме того, сероводород при сгорании образует сернистые соединения, разрушающие детали двигателей и газовой аппаратуры. Одной из мер предотвращения вредного влияния является ограничение содержания сероводорода в газе, используемом как топливо до 3—5 г/100 1М3.

Негорючие составляющие снижают теплотворную способность газа и, следовательно, мощность двигателя, и запас хода автомобиля. Содержание азота в газе должно быть не более 5 %, а углекислого газа не более 1 %.

Важным показателем, характеризующим качество газа, является степень осушки. При наличии воды в газе, при отри- дательных температурах и при дросселировании образуются ледяные пробки. При содержании в тазе сернистых и цианистых соединений вода способствует образованию кислот, которые. вызывают коррозию стенок баллонов и трубопроводов. Степень осушки таза характеризуется навалом конденсации воды -г- точкой росы, которая для сжатых природных газов, используемых в качестве топлива для автомобилей в средней полосе нашей страны, .должна быть не выше минус 40°С при давлении 200 кпУсм2.

Ваш отзыв