Топливо кпг расшифровка. Природный газ - моторное топливо
В производственных процессах, связанных с использованием газов (диспергирование, перемешивание, пневмотранспорт, сушка, абсорбция и т. д.), перемещение и сжатие последних происходит за счет энергии, сообщаемой им машинами, которые носят общее название компрессионных . При этом производительность компрессионных установок может достигать десятков тысяч кубометров в час, а давление изменяется в пределах 10 –8 –10 3 атм., что обусловливаетбольшое разнообразие типов и конструкций машин, применяемых для перемещения, сжатия и разрежения газов. Машины, предназначенные для создания повышенныхдавлений, получили название компрессоров, а машины, работающие на создание разрежения –вакуум-насосов .
Классифицируют компрессионные машины в основном по двум признакам: принципу действия и степени сжатия. Степень сжатия – это отношение конечного давления газа на выходе из машиныр 2 к начальному давлению на входеp 1 (т. е.p 2 /p 1).
По принципу действия компрессионные машины подразделяют на поршневые, лопастные (центробежные и осевые), ротационные и струйные.
По степени сжатия различают:
– компрессоры, используемые для создания высоких давлений, со степенью сжатия р 2 /р 1 > 3;
– газодувки, служащие для перемещения газов при большом сопротивлении газопроводной сети, при этом 3 > p 2 /p 1 >1,15;
– вентиляторы, применяемые для перемещения больших количеств газа при p 2 /p 1 < 1,15;
– вакуум-насосы, отсасывающие газ из пространства с пониженным давлением (ниже атмосферного) и нагнетающие его в пространство с повышенным (выше атмосферного) или атмосферным давлением.
В качестве вакуум-насосов могут быть использованы любые компрессионные машины; более глубокий вакуум создают поршневые и ротационные машины.
В отличие от капельных жидкостей, физические свойства газов функционально зависят от температуры и давления; процессы перемещения и сжатия газов связаны с внутренними термодинамическими процессами. При малых перепадах давлений и температур изменения физических свойств газов в процессе их движения с малыми скоростями и давлениями, близкими к атмосферному, незначительны. Это дает возможность использования всех основных положений и законов гидравлики для их описания. Однако при отклонении от нормальных условий, в особенности при высоких степенях сжатия газа, многие положения гидравлики претерпевают изменение.
Термодинамические основы процесса сжатия газов
Влияние температуры на изменение объема газа при постоянном давлении, как известно, определяется законом Гей – Люссака, т. е. при p = const объем газа прямо пропорционален его температуре:
где V 1 иV 2 – объемы газа соответственно при температурахТ 1 иТ 2 , выраженные по шкале Кельвина.
Связь между объемами газа при разных температурах может быть представлена зависимостью
, (4.1)
где V иV 0 – конечный и начальный объемы газа, м 3 ;t иt 0 – конечная и начальная температура газа, °С;β t – относительный коэффициент объемного расширения, град. –1 .
Изменение давления газа в зависимости от температуры:
, (4.2)
где р ир 0 – конечное и начальное давление газа, Па;β р – относительный температурный коэффициент давления, град. –1 .
Масса газа М
при
изменении его объема остается постоянной.
Если ρ 1 иρ 2 плотности двух температурных состояний
газа, то
и
либо
,
т.е. плотность газа при постоянном
давлении обратно пропорциональна его
абсолютной температуре.
По закону Бойля-Мариотта, при одной и
той же температуре произведение удельного
объема газа v
на значение его давленияр
есть величина постояннаяp
v
= const.
Следовательно, при постоянной температуре
,
а
,
т. е. плотность газа прямо пропорциональна
давлению, так как
.
Учитывая уравнение Гей-Люссака, можно получить соотношение, связывающее три параметра газа: давление, удельный объем и его абсолютную температуру:
. (4.3)
Последнее уравнение носит название уравнения Клайперона . В общем виде:
либо
, (4.4)
где R – газовая постоянная, которая представляет собой работу, совершаемую единицей массы идеального газа в изобарном (p = const) процессе; при изменении температуры на 1° газовая постояннаяR имеет размерность Дж/(кгград):
, (4.5)
где l р – удельная работа изменения объема, совершаемого 1 кг идеального газа при постоянном давлении, Дж/кг.
Таким образом, уравнение (4.4) характеризует состояние идеального газа. При давлении газа свыше 10 атм использование этого выражения вносит погрешность в расчеты (p v ≠RT ), поэтому рекомендуется пользоваться формулами, которые более точно описывают зависимость между давлением, объемом и температурой реального газа. Например, уравнением Ван-дер-Ваальса:
, (4.6)
где R = 8314/M – газовая постоянная, Дж/(кг·К);М – молекулярная масса газа, кг/кмоль;а ив – величины, постоянные для данного газа.
Величины а ив могут быть рассчитаны по критическим параметрам газа (Т кр ир кр):
;
. (4.7)
При высоких давлениях величина а/v 2 (дополнительного давления в уравнении Ван-дер-Ваальса) мала по сравнению с давлениемp и ею можно пренебречь, тогда уравнение (4.6) превращается в уравнение состояния реального газа Дюпре:
, (4.8)
где величина в зависит только от рода газа и не зависит от температуры и давления.
На практике для определения параметров газа при различных его состояниях чаще пользуются термодинамическими диаграммами: Т –S (температура–энтропия),p–i (зависимость давления от энтальпии),p –V (зависимость давления от объема).
Рисунок 4.1 – Т–S диаграмма
На диаграммеТ –S (рис. 4.1) линияАKВ представляет собой пограничную кривую, которая делит диаграмму на отдельные области, соответствующие определенным фазовым состояниям вещества. Область, расположенная слева от пограничной кривой, представляет собой жидкую фазу, справа – область сухого пара (газа). В области, ограниченной кривойАВK и осью абсцисс, одновременно сосуществуют две фазы – жидкость и пар. ЛинияАK соответствует полной конденсации пара, здесь степень сухостиx = 0. ЛинияKВ соответствует полному испарению,x = 1. Максимум кривой соответствует критической точкеK , в которой возможны все три состояния вещества. Помимо пограничной кривой на диаграмму нанесены линии постоянных температур (изотермы,Т = const) и энтропии (S = const), направленные параллельно осям координат, изобары (p = const), линии постоянных энтальпий (i = const). Изобары в области влажного пара направлены так же, как и изотермы; в области перегретого пара они меняют направление круто вверх. В области жидкой фазы изобары почти сливаются с пограничной кривой, так как жидкости практически несжимаемы.Все параметры газа на диаграмме Т–S отнесены к 1 кг газа.
Так как в соответствии с термодинамическим
определением
,
то теплота изменения состояния газа
.
Следовательно, площадь под кривой,
описывающей изменение состояния газа,
численно равна энергии (теплоте) изменения
состояния.
Процесс изменения параметров газа называют процессом изменения его состояния. Каждое состояние газа характеризуется параметрами p ,v иТ . В процессе изменения состояния газа могут меняться все параметры или один из них оставаться постоянным. Так, протекающий при постоянном объеме процесс называетсяизохорическим , при постоянном давлении –изобарическим , а при постоянной температуре –изотермическим . Когда при отсутствии теплообмена между газом и внешней средой (теплота не отводится и не подводится) изменяются все три параметра газа (p, v ,Т ) в процессе его расширения либо сжатия, процесс называется адиабатическим , а когда изменение параметров газа происходит при непрерывном подводе или отводе теплоты– политропическим .
При изменяющихся давлении и объеме, в зависимости от характера теплообмена с окружающей средой, изменение состояния газа в компрессионных машинах может происходить изотермически, адиабатически и политропически.
При изотермическом процессе изменение состояния газа следует закону Бойля–Мариотта:
pv = const.
На диаграмме p–v
этот процесс
изображается гиперболой (рис. 4.2).
Работа 1 кг газаl
графически
представляется заштрихованной площадью,
которая равна
,
т. е.
либо
. (4.9)
Количество тепла, которое выделяется при изотермическом сжатии 1 кг газа и которое необходимо отводить путем охлаждения, чтобы температура газа оставалась постоянной:
, (4.10)
где c v иc р – удельные теплоемкости газа при постоянном объеме и давлении, соответственно.
На диаграмме Т–S процесс изотермического сжатия газа от давленияр 1 до давленияр 2 изображается прямой линиейаб , проведенной между изобарамир 1 ир 2 (рис. 4.3).
|
|
|
|
Рисунок
4.2 – Процесс изотермического сжатия
газа на диаграмме
|
Рисунок 4.3 – Процесс изотермического сжатия газа на диаграмме Т–S |
Тепло, эквивалентное работе сжатия, изображается площадью, ограниченной крайними ординатами и прямой аб , т. е.
.
(4.11)
Рисунок
4.4 – Процессы
сжатия газа на диаграмме
:
А – адиабатический процесс;
Б – изотермический процесс
Поскольку в выражение для определения работы, затрачиваемой в изотермическом процессе сжатия, входят только объем и давление, то в пределах приложимости уравнения (4.4) безразлично, какой газ будет сжиматься. Иначе говоря, на изотермическое сжатие 1 м 3 любого газа при одних и тех же начальных и конечных давлениях расходуется одно и то же количество механической энергии.При адиабатическом процессе сжатия газа изменение его состояния происходит за счет изменения его внутренней энергии, а следовательно, и температуры.
В общей форме уравнение адиабатического процесса описывается выражением:
,
(4.12)
где
–
показатель адиабаты.
Графически (рис. 4.4) этот процесс на диаграмме p–v изобразится гиперболой более крутой, чем на рис. 4.2., так какk > 1.
Если принять
,
то
.
(4.13)
Поскольку
иR
= const, полученное уравнение можно
выразить иначе:
или
.
(4.14)
Путем соответствующих преобразований можно получить зависимости для других параметров газа:
;
. (4.15)
Таким образом, температура газа в конце его адиабатического сжатия
. (4.16)
Работа, совершаемая 1 кг газа в условиях адиабатического процесса:
. (4.17)
Тепло, выделяющееся при адиабатическом сжатии газа, эквивалентно затрачиваемой работе:
С учетом соотношений (4.15) работа на сжатие газа при адиабатическом процессе
. (4.19)
Процесс адиабатического сжатия характеризуется полным отсутствием теплообмена между газом и окружающей средой, т.е. dQ = 0, аdS = dQ/T , поэтомуdS = 0.
Таким образом, процесс адиабатического сжатия газа протекает при постоянной энтропии (S = const). На диаграммеТ–S этот процесс изобразится прямой линиейАВ (рис. 4.5).
Рисунок 4.5 – Изображение процессов сжатия газа на диаграмме Т–S
Если в процессе сжатия выделяющееся тепло отнимается в меньшем количестве, чем это необходимо для изотермического процесса (что происходит во всех реальных процессах сжатия), то фактически затрачиваемая работа будет большей, чем при изотермическом сжатии, и меньшей, чем при адиабатическом:
, (4.20)
где m
– показатель политропы,k
>m
>1
(для воздухаm
).
Значение показателя политропы m зависит от природы газа и условий теплообмена с окружающей средой. В компрессионных машинах без охлаждения показатель политропы может быть больше показателя адиабаты (m >k ), т. е. процесс в этом случае протекает по сверхадиабате.
Работу, затрачиваемую на разрежение газов, рассчитывают по тем же уравнениям, что и работу на сжатие газов. Отличие лишь в том, что р 1 будет меньше атмосферного давления.
Процесс политропического сжатия газа от давленияр 1 до давления р 2 на рис. 4.5 изобразится прямойАС . Количество тепла, выделяемое при политропическом сжатии 1 кг газа, численно равно удельной работе сжатия:
Конечная температура сжатия газа
. (4.22)
Мощность, затрачиваемая компрессионными машинами на сжатие и разрежение газов, зависит от их производительности, конструктивных особенностей, теплообмена с окружающей средой.
Теоретическая мощность, затрачиваемая
на сжатие газа
,
определяется производительностью и
удельной работой сжатия:
, (4.23)
где G
иV
– массовая и объемная
производительность машины соответственно;
–
плотность газа.
Следовательно, для различных процессов сжатия теоретически затрачиваемая мощность:
;
(4.24)
; (4.25)
, (4.26)
где
–
объемная производительность компрессионной
машины, приведенная к условиям всасывания.
Фактически затрачиваемая мощность в силу ряда причин больше, т.е. потребляемая машиной энергия выше, чем та, которую она передает газу.
Для оценки эффективности компрессионных машин используют сравнение данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.
Машины с охлаждением сравнивают с машинами, которые сжимали бы газ при данных условиях изотермически. В этом случае к. п. д. носит название изотермического, из:
, (4.27)
где N – фактически затрачиваемая мощность данной машиной.
Если машины работают без охлаждения, то сжатие газа в них происходит по политропе, показатель которой выше показателя адиабаты (m k ). Поэтому затрачиваемую мощность в таких машинах сравнивают с мощностью, которую затрачивала бы машина при адиабатическом сжатии газа. Отношение этих мощностей представляет собой адиабатический к.п.д.:
.
(4.28)
С учетом мощности, теряемой на механическое трение в машине и учитываемой механическим к.п.д. – мех, мощность на валу компрессионной машины:
либо
. (4.29)
Мощность двигателя рассчитывается с учетом к.п.д. самого двигателя и к.п.д. передачи:
. (4.30)
Установочная мощность двигателя
принимается с запасом (
):
. (4.31)
Значение ад колеблется в пределах 0,930,97; из в зависимости от степени сжатия имеет значение 0,640,78; механический к. п. д. меняется в пределах 0,850,95.
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.
| №№п/п | Показатели | Значение |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м 3 , 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/м 3 , не более | 0,02 |
| 5. | Концентрация меркаптановой серы, г/м 3 , не более | 0,036 |
| 6. | Масса механических примесей в 1м 3 , 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/м 3 , не более | 9,0 |
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.
В большинстве случаев современный личный, пассажирский и грузовой автотранспорт работает, конечно же, на нефтяном топливе. Однако иногда машины могут заправляться и компримированным природным газом. Это топливо имеет в первую очередь то преимущество, что может считаться самым экономичным автомобильным на данный момент.
Определение и что собой представляет
До 1994 г. компримированный газ называли просто сжиженным природным газом. На настоящий момент среди автолюбителей этот вид топлива пользуется довольно-таки большой популярностью. Представляет собой КПГ обычный природный газ метан, сжатый на специальном оборудовании до давления в 20 МПа и заправленный в баллоны. Последние далее устанавливаются непосредственно в автомобиль и включаются в его топливную систему.
Преимущества и недостатки
Таким образом, компримированный природный газ — это просто сжиженный метан. Преимуществ такой вид топлива, помимо экономии денежных средств, имеет массу. К плюсам КПГ, помимо всего прочего, можно отнести:
- увеличение ресурса двигателя, благодаря отсутствию копоти;
- экологическую безопасность;
- снижение шумности работы двигателя;
- надежность.
Разумеется, у компримированного газа как топлива, имеются и некоторые недостатки. К таковым можно отнести, к примеру:
- высокую стоимость переделки машины под газ;
- большие габариты баков под КПГ;
- некоторую потерю двигателем мощности;
- возможность появления запаха газа.
Как получают
Сжижают природный газ метан на станциях с помощью специальных компрессоров. Хранят и транспортируют его в накопителях особой конструкции. Собственно на сами АГНКС природный газ поставляется обычным образом — по магистральным трубопроводам. На таких станциях, конечно же, должны соблюдаться разного рода нормативы по транспортировке, подготовке, хранению и закачке компримированного природного газа. ГОСТ 27577-2000 — документ, согласного которому должны производиться все эти операции.
Состав КПГ
Изготавливается КПГ, таким образом, из обычного метана путем сжатия. Соответственно и состав он имеет такой же. То есть представляет он собой смесь углеводородов CnH2n+2. Основным компонентом КПГ, как уже упоминалось, является метан СН4. Его в состав компримированного газа входит около 98%. Также компонентами КПГ могут быть и более тяжелые углеводороды:
- этан С 2 Н 6 ;
- бутан С 4 Н 10 ;
- пропан С 3 Н 8 .
Также в таком газе могут содержаться и неуглеводородные вещества:
- водород Н 2 ;
- диоксид углерода СО 2 ;
- гелий Не;
- азот N 2 ;
- сероводород H 2 S.
Образуется природный газ, сжимаемый в последующем в КПГ, в недрах земли и является результатом анаэробного разложения органических веществ. Изначально этот вид полезного ископаемого не имеет ни цвета, ни запаха. Однако природный газ, в том числе и КПГ, является веществом взрывоопасным. Поэтому перед использованием в него добавляют специальные летучие компоненты с резким запахом. Это необходимо для того, чтобы люди при работе с таким газом могли оперативно выявлять его утечки. Запах подготовленный таким образом КПГ имеет очень резкий даже в малых концентрациях.
Эксплуатационные свойства
Компримированный природный газ — это вид топлива, характеризующийся, помимо всего прочего, и относительно невысокой степенью пожароопасности. Нижний порог его воспламенения составляет 645 °С. Для бензина этот показатель, к примеру, равен 550 °С. Опасная концентрация КПГ в воздухе равна 4-15% от объема последнего.
Также природный газ:
- В 1.6 раз легче воздуха. То есть при утечке он просто быстро поднимается вверх и рассеивается.
- Не отличается токсичностью.
Согласно нормативам, этот вид топлива относится к 4 классу по степени чувствительности. К примеру, тот же бензин считается более опасным в этом плане веществом и относится к материалам 3 класса опасности.
Физико-химические свойства
Таким образом, компримированный газ имеет температуру воспламенения в 640-680 °С и состоит в основном из углеводородов. Также такое топливо характеризуется следующими физико-химическими характеристиками:
- молекулярной массой — 16.4;
- полярностью при нормальных условиях — 0.718 кг/м;
- необходимым количеством воздуха для сгорания — 9.52.
К особенностям природного газа, помимо всего прочего, относят и то, что он имеет высокую детонационную стойкость. Это также относят к плюсам такого вида топлива. Из-за детонационной стойкости КПГ двигатели автомобилей работают мягче, чем при применении бензина.
Также при дросселировании такого газа, к примеру, в редукторе, его температура резко падает. Называют такую особенность природного газа эффектом Джоуля-Томсона. Из-за этого КПГ требует высокой степени сушки, что обязательно нужно учитывать при эксплуатации автомобилей на таком топливе.
Требования
Компримированный природный газ — это в первую очередь вид топлива, используемый для работы достаточно сложных по конструкции современных автомобильных двигателей. Во избежание поломки моторов и других узлов, КПГ для машин, конечно же, нужно использовать исключительно чистый.
Согласно нормативам, к примеру, в таком топливе не допускается присутствия пыли и жидкого остатка. Также используемый для автомобилей компримированный природный газ должен иметь определенную степень влажности. Это требование связано прежде всего с тем, что при выпадении гидрантов в таком топливе в автомобиле может произойти закупорка каналов топливной системы.
На газонаполнительных станциях, помимо собственно сжимания, поставляемого по магистралям, топлива, может, таким образом, дополнительно производиться его очистка. Для этой цели на АГНКС обычно используется специальное фильтрационное, осушительное и сепарационное оборудование.
ПАГЭ
Производится заправка компримированным природным газом автомобилей чаще всего именно на АГНКС. Но, поскольку в большинстве своем машины в наше время передвигаются все же на бензине, таких станций в стране на настоящий момент оборудовано не слишком много. В районах, удаленных от АГНКС, заправка автомобилей может производиться на передвижных ПАГЗ. На таких мобильных станциях монтируется специальная трехсекционная газобалонная установка. Такое оборудование при этом снабжается блоками зарядки газом заправщика и его раздачи.
Баллоны для компримированного природного газа: требования
Любое оборудование, предназначенное для хранения, транспортировки, закачки или использования КПГ, конечно же, должно иметь большой запас прочности. Касается это и баллонов, устанавливаемых на автомобилях для такого топлива. Такие емкости перед поставками на реализацию проходят испытания на разрушение:
- при выстреле из огнестрельного оружия;
- при падении с высоты;
- под воздействием открытого огня;
- под воздействием экстремальных температур и агрессивных сред.
Согласно статистике, в 90-х и 2000-х годах при ДТП из 1360 столкновений удар в автомобилях приходился именно на газовые баллоны. При этом ни разу при аварии такая емкость не была сколько-нибудь значительно повреждена. Поэтому работающие на компримированном природном газе автомобили считаются на настоящий момент даже более безопасным видом транспорта, чем машины, двигатели которых функционируют на бензине или солярке.
Стратегия
Производство и реализация компримированного и сжиженного природного газа в качестве моторного топлива — одно из приоритетных направлений деятельности ПАО «Газпром». Для системной работы по развитию рынка газомоторного топлива создана специализированная компания — ООО «Газпром газомоторное топливо» .
Самое экономичное и экологичное топливо
На сегодняшний день природный газ является наиболее экономичным, экологичным и безопасным топливом. Природный газ — это фактически готовое моторное топливо, поэтому он гораздо дешевле бензина и дизельного топлива. При этом двигатель такого транспортного средства соответствует высочайшим стандартам — Евро-5 и Евро-6. Согласно классификации МЧС, природный газ относится к самому безопасному классу горючих веществ.
В качестве моторного топлива используется природный газ двух видов: компримированный (КПГ) и сжиженный (СПГ).
Целевые сегменты рынка:
- КПГ — пассажирский, легкий грузовой, легковой транспорт и коммунальная техника;
- СПГ — магистральный автомобильный, железнодорожный, водный транспорт, карьерная и сельскохозяйственная техника.
Российский рынок газомоторного топлива
Потребление природного газа в качестве моторного топлива в России стабильно увеличивается.
Значительному потенциалу роста отечественного рынка газомоторного топлива способствуют:
- существенные запасы природного газа и развитая газораспределительная сеть , позволяющие обеспечивать стабильность поставок газомоторного топлива в долгосрочной перспективе;
- внедрение энергоэффективных видов топлива на транспорте, в том числе перевод пассажирского транспорта и коммунальной техники на природный газ в городах с численностью населения более 100 тыс. человек;
- расширение ассортимента техники, работающей на природном газе, и газозаправочной инфраструктуры;
- низкая по сравнению с традиционными видами топлива цена на газомоторное топливо.
На территории Российской Федерации по состоянию на 31 декабря 2018 года действовали 293 автомобильных газонаполнительных компрессорных станции (АГНКС), принадлежащих Группе «Газпром», из которых 235 АГНКС находились в эксплуатации ООО «Газпром газомоторное топливо» и 58 — в эксплуатации дочерних компаний ПАО «Газпром».
Объем реализации КПГ через газозаправочную сеть «Газпрома» в 2018 году составил 598,2 млн куб. м.
Развитие газомоторной инфраструктуры
Стратегический подход к созданию розничной сети на территории России предусматривает развитие газомоторной инфраструктуры в 60 субъектах Российской Федерации.
Совместно с Федеральным дорожным агентством разработана Генеральная схема размещения объектов газозаправочной инфраструктуры на автомобильных дорогах федерального значения, предполагающая строительство до 2030 г. опорной сети из 181 объекта и создание так называемых «газомоторных коридоров» на ключевых действующих и перспективных автомагистралях России.
В 2018 году построены и выкуплены у частных инвесторов 21 АГНКС и три площадки для передвижных автомобильных газовых заправщиков (ПАГЗ), проведена реконструкция четырех АГНКС и двух площадок для ПАГЗ.
Реализуется Программа по созданию заправочной инфраструктуры на промышленных площадках дочерних обществ ПАО «Газпром» на период 2017-2019 гг., предусматривающая установку 100 блоков компримирования природного газа для нужд собственного транспорта.
Ведется работа по созданию инфраструктуры для производства и использования в качестве моторного топлива СПГ. Принята Программа развития малотоннажного производства и использования СПГ, реализация которой запланирована в период 2016-2032 гг.
Зарубежный рынок газомоторного топлива
Расширением использования природного газа как топлива для автомобильного и водного транспорта «Газпром» занимается и на зарубежных рынках.
В Европе в этом сегменте «Газпром» представлен на рынках Германии, Чехии и Польши через компанию Gazprom NGV Europe GmbH , а также через компанию NIS, входящую в Группу «Газпром нефть», которая реализует КПГ на рынке Сербии.
В 2018 году количество АГНКС и крио-АЗС в странах Европы составило 70. Продажи КПГ и СПГ через собственные станции Группы «Газпром» в Европе в 2018 году составили 12,9 млн куб. м.
Также Группа «Газпром» реализует КПГ через АГНКС в Армении, Белоруссии, Киргизии. В 2018 году объем продаж составил 42,3 млн куб. м.
Реализуются проекты по созданию газомоторной инфраструктуры в Боливии и Вьетнаме.
Статья предоставлена компанией ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», г. Екатеринбург
Использование КПГ в миреПо экономическим, экологическим, ресурсным и техническим критериям компримированный природный газ (КПГ) еще долго будет оставаться наилучшим моторным топливом.
Сегодня на КПГ работают 14,7 млн автомобилей, что составляет 1,5% от мирового парка (900 млн ед.). В последние годы мировой парк автомобилей, работающих на природном газе, увеличивается на 25-30% (рис. 1). Согласно прогнозу Международного газового союза рост парка газобаллонного автотранспорта составит к 2020 г. 50 млн единиц, а к 2030 г. - более 100 млн единиц. Сегодня в мире насчитывается уже 20 746 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС).
Инфраструктура заправочных станций уже существует или быстро развивается в ряде стран, таких как Германия, Швеция, Швейцария, Австрия, Италия. В Южной Корее 95% муниципальных автобусов работают на КПГ. В Риме транспорт на альтернативном топливе, освобожден от уплаты налогов на 3 года. Во Франции действует запрет на использование нефтяного топлива на муниципальных автобусах. В Швеции «газомобили» освобождены от сборов на платных стоянках. На сегодняшний день многие мировые автопроизводители осуществляют серийный выпуск автомобилей, использующих КПГ (Audi, BMW, Cadillac, Ford, Mercedes-Benz, Chrysler, Honda, Kia, Toyota, Volkswagen и другие).
Такое бурное развитие этого направления вполне объяснимо - в настоящее время из всех массово используемых моторных топлив и технологий природный газ обеспечивает наиболее безопасные выбросы отработавших газов автотранспорта. Перевод автомобилей с бензина на газ позволяет снизить в среднем в пять раз выбросы вредных веществ, а шумовое воздействие - вдвое.
ДЛЯ СПРАВКИ Компримированный природный газ (КПГ, сжатый природный газ, англ. Compressed natural gas) - сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу. Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ
Источник: Википедия |
КПГ в России
В нашей стране уже накоплен богатый опыт использования природного газа в качестве моторного топлива. ОАО «Газпром» прогнозирует рост потребления КПГ в качестве моторного топлива по итогам 2011 г. порядка 10% - до 370 млн м 3 против 345 млн м 3 в 2010 г. (рис. 2). На сегодняшний день на территории Российской Федерации существует 255 АГНКС, действующих в 60 регионах России, 206 (93%) построено ОАО «Газпром». Парк газифицированного автотранспорта на сегодняшний день насчитывает 86 тыс. машин. Наибольшее по стране потребление КПГ отмечается в Ставропольском и Краснодарском краях, Свердловской, Челябинской и Ростовской областях, Кабардино-Балкарии и Северной Осетии.
Рис.1. Мировой парк автотранспорта на КПГ
(по данным Национальной Газомоторной Ассоциации)
Рис. 2. Потребление КПГ в России, млн м 3
Природный газ значительно дешевле бензина. Извлекаемый из недр, природный газ не подвергается последующей переработке. Это в конечном итоге гарантирует его более низкую стоимость по сравнению с продуктами переработки нефти. Мировые запасы природного газа существенно превышают запасы нефти. Природный газ не подвержен сезонным изменениям цен. Кроме этого, в соответствии с постановлением Правительства России цена на природный газ для автотранспорта не может превышать 50% от цены бензина марки А-80. В 2011 г. средняя розничная цена КПГ в Российской Федерации для автотранспорта составила 8,5 руб./м 3 .
Причины метанизации автотранспорта Уральского региона те же самые, что и в России, да и, пожалуй, во всем мире - экологические и экономические преиму-щества использования природного газа в качестве моторного топлива.
КПГ в Уральском регионе
В настоящее время ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует сеть из 30 (АГНКС) и 6 пунктов переоборудования автотранспорта, расположенных в Свердловской, Челябинской, Курганской и Оренбургской областях.
Основным потребителем КПГ в Уральском регионе является городской пассажирский автотранспорт. Это маршрутные такси типа автобусов «ПАЗ» и микроавтобусов «Газель».
Помимо стационарных АГНКС у нас есть возможность осуществлять заправку газобаллонных АТС с использованием передвижных автомобильных газовых заправщиков (ПАГЗ) с дожимным компрессором. Он выполнен на базе автомобиля КАМАЗ-43118 с газовым двигателем. Разработан и проходит промышленные испытания малогабаритный блочный комплекс, обеспечивающий регазификацию сжиженного природного газа для заправки газобаллонных автомобилей.
В настоящее время в РФ серийным выпускам автомобилей с газовым двигателем занимаются ОАО «КАМАЗ» (ООО «РариТЭК») - автобусы НЕФA3, седельные тягачи, самосвалы. «Группа ГАЗ» производит автобусы с газовым двигателем - ЛИАЗ-6213, ЛИАЗ-6212, ЛИАЗ-5256, ЛИАЗ 5293, ПАЗ 320302 и др.
Кроме этого имеется возможность приобретения газобаллонной техники зарубежных автопроизводителей - Iveco, Volkswagen, Mercedes, Opel, Toyota и др.
ДЛЯ СПРАВКИ Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) - природный газ, искусственно сжиженный, путем охлаждения до -160 °C, для облегчения хранения и транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах. При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз. Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняется и не взрывается. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 до 15 %. Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода. СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ - это Япония, где практически 100% потребностей газа покрывается импортом СПГ. Источник: Википедия |
На сегодняшний день ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует 691 ед. АТС, использующих в качестве моторного топлива КПГ. В 2011 г. экономический эффект от замещения жидкого моторного топлива составил 22,3 млн руб .
В результате трехстороннего сотрудничества с ОАО «КАМАЗ» и ОАО «НПО Гелиймаш» были созданы: седельный тягач и городской автобус, укомплектованные газовыми двигателями с криогенным баком для заправки СПГ. Первые результаты показали их значительное преимущество в сравнении с газобаллонными автомобилями, использующими КПГ. Так, более чем в два раза вырос пробег автомобилей без дозаправки.
В целях расширения использования КПГ в июле 2011 г., в рамках международной выставки «ИННОПРОМ - 2011» было подписано трехстороннее «Соглашение» между Правительством Свердловской обл., ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и ОАО «КАМАЗ» о развитии применения природного газа в качестве моторного топлива. В соглашении, в частности, предусматривается поставка в Свердловскую обл. автомобилей «КАМАЗ», использующих в качестве моторного топлива как КПГ, так и СПГ. ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» обеспечивает заправку КПГ и СПГ газобаллонного автотранспорта, осуществляет методологическую помощь сторонним пунктам переоборудования АТС и непосредственно выполняет перевод существующего парка АТС области на использование газомоторного топлива.
В октябре 2011 г. по поручению ОАО «Газпром» Обществом была организована подготовка и проведен автопробег газобаллонных автомобилей заводского изготовления «Голубой коридор - 2011» по маршруту Екатеринбург - Челябинск - Уфа - Оренбург - Самара - Саратов - Волгоград - Тамбов - Воронеж - Тула - Москва. В рамках этого пробега между правительствами Челябинской, Оренбургской областей и Обществом были подписаны «Протоколы о намерениях», предусматривающие использование КПГ в качестве моторного топлива, как приоритетное направление деятельности сторон.
В соответствии с Целевой комплексной программой развития газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе, на 2007-2015 гг. в зоне ответственности ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» определены для строительства шесть АГНКС.
Предложения по расширению
использования природного газа
ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» предлагает ряд мер, принятие которых позволит увеличить использование природного газа в качестве моторного топлива.
На федеральном уровне предлагается:
1. Принять закон «Об использовании газового моторного топлива».
2. Разработать и принять Правительством РФ ряд мер экономического стимулирования хозяйствующих субъектов и физических лиц, осуществляющих производство, реализацию и использование природного газа в качестве моторного топлива.
На уровне субъектов Российской Федерации предлагается:
1. Разработка и внедрение региональных программ использования газомоторного топлива на автотранспорте.
2. Обеспечение приоритетного приобретения за счет бюджетных средств общественного транспорта и коммунальной техники, использующих газомоторное топливо, с целью снижения бюджетных затрат на топливо и улучшения экологической обстановки в городах.
3. Включение затрат на дооборудование гаражных комплексов бюджетных организаций при переводе АТС на использование газомоторного топлива в бюджеты муниципалитетов.
4. Затраты на эксплуатацию газомоторной техники снижаются за счет экономии в стоимости топлива. РЭК, на основании Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 года, должна сохранять тарифы на перевозку неизменными в течение 5 лет.
ОАО «Газпром» предлагается:
1. Продолжить работу по принятию ФЗ «Об использовании газомоторного топлива» и по разработке и производству современного и эффективного ГБО.
2. Реализовать программу ОАО «Газпром» «Развитие газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе на 2007-2015 годы».
3. Организовывать заправку автотранспорта потенциальных потребителей с помощью мобильных заправщиков с последующим строительством АГНКС.
Заключение
В апреле 2012 г. Владимир Путин, находясь в Тольятти, предложил выделить дополнительные субсидии российским регионам на обновление автобусного парка.
Средства предлагается выделять тем регионам, которые будут переводить свой автобусный парк на более чистый вид топлива - газ. Предварительно на эти цели планируется выделить 3,5 млрд руб. из бюджета РФ.
В настоящее время более 50% парка автобусов старше 15 лет, а у большинства наших европейских соседей автобусы по соображениям безопасности обновляются каждые десять лет.
Приобретение муниципального транспорта, использующего КПГ и СПГ в качестве моторного топлива, должно быть синхронизировано со строительством новых АГНКС, пунктов переоборудования и технического обслуживания автомобилей, пунктов переосвидетельствования баллонов, вводом в эксплуатацию передвижных автомобильных газовых заправщиков. Это в дальнейшем обеспечит реальное улучшение экологической обстановки в крупных промыш-ленных городах, повысит экономическую эффективность грузопассажир-ских перевозок, снизит издержки в бюджетах всех уровней, ускорит формирование нового рынка использования природного газа в Уральском регионе.
