Експлуатаційні властивості газоподібних палив

Газоподібне паливо використовують для технологічних і побутових потреб та у двигунах внутрішнього згоряння. Основними горючими компонентами палива є водень, оксид вуглецю, метан і важкі газоподібні вуглеводні: етан, пропан, бутан.

Порівняно з іншими видами газоподібне паливо має такі переваги: дешеве і після вугілля найпоширеніше у природі; згоряє в майже теоретичній кількості повітря, що забезпечує високі коефіцієнт корисної дії та температуру згоряння; при згорянні не утворює небажаних продуктів (сірчистих сполук, кіптяви і диму); легко запалюється при будь-якій температурі навколишнього повітря; може бути використане в стиснутому і зрідженому стані; для зберігання газу не потрібні спеціальні складські приміщення, оскільки його подають газовими магістралями.

Газоподібне паливо має й негативні властивості: утворює вибухові суміші з повітрям (природний газ, метан, водень), легко витікає через нещільності. Гази, до складу яких входить оксид вуглецю (генераторний, змішаний, світильний, водяний, коксовий) дуже отруйні, тому при роботі з ними необхідно суворо дотримуватися правил технічної, особистої та протипожежної безпеки.

Як й інші види палива, газоподібне поділяють на природне – використовується в тому вигляді, в якому воно, знаходиться у надрах землі (природний газ газових родовищ і супутній) і штучне – гази, які одержують як побічний продукт при переробці нафти і твердого палива або спеціально за допомогою газогенераторів (доменний, коксовий, генераторний).

Залежно від фізичних властивостей гази можуть бути зріджені та стиснуті. Зріджені – це гази з відносно високою критичною температурою, тому при підвищенні тиску до 1,0–1,5 МПа переходять у рідкий стан. В основному це пропан-бутанові вуглеводні, які мають теплоту згоряння близько 46000 кДж/кг, октанове число 85–100 (за моторним методом). Стиснуті – це гази з низькою критичною температурою, які залишаються у газоподібному стані при нормальній температурі навіть при дуже високому тиску (до 20 МПа). До них належать метан, оксид вуглецю, водень, етилен.

Стиснутий газ зберігають у товстостінному балоні місткістю 50 дм³ (за водою), в якому під тиском 20 МПа можна накачати 10 м³ газу, що знаходиться під атмосферним тиском. Теплота згоряння газу, що містить 96% метану, становить 33896 кДж/м³.

Для зберігання і транспортування на борту автомобіля зрідженого пропан-бутанового газу застосовують тонкостінні балони місткістю до 250 дм³, які заповнюють під тиском 1,6 МПа рідкою фазою, але не більше 90 % об'єму з метою забезпечення можливості теплового розширення. Решту (10%) займає газоподібна фаза, яка використовується для запуску холодного двигуна. Не допускається присутність у балонах вільної води і лугів. Масова частка сірководню і меркаптанової сірки не більше 0,015%, у тому числі сірководню – 0,003%.

Поділ зріджених газів на зимові та літні прийнято у зв'язку зі зменшенням пружності пари зріджених газів при низьких температурах. Тому для підтримки необхідного тиску в системах газозабезпечення в складі зимової газової суміші повинно бути не менше 75% пропану. Для підвищення загального тиску насиченої пари, що забезпечує в зимовий період надійний запуск двигуна, у паливо додають до 6% етану. Найбільш висококалорійним компонентом зріджених газів є бутан, але при температурі мінус 0,5°С і нормальному атмосферному тиску він переходить у рідкий стан, що погіршує роботу газоподавальної та змішувальної апаратури.

Усі вуглеводневі гази, маючи високу теплоту і температуру згоряння і достатньо низьку займання, надзвичайно пожежонебезпечні при розгерметизації трубопроводів і місткостей, в яких вони транспортуються і зберігаються. У повітрі погано вентильованих приміщень, навіть при незначних витіканнях, можуть створюватися вибухонебезпечні газоповітряні суміші. Межі займання бутану 1,5 – 8,5 %, метану – 5–15%. Одним із засобів зниження вибухонебезпеч-ності є змішування природних газів з деякими штучними (крекінговим, світильним), у яких менші межі вибуховості, тому часто до споживачів надходить змішаний подвійний або потрійний газ.

Відсутність запаху у більшості з газів і кольору у всіх вуглеводнів створює труднощі для виявлення газу при витіканні. Для своєчасного виявлення витікання газу йому надають специфічного запаху, додаючи гостропахнучі речовини, які називають одорантами (меркаптан і його сполуки, найчастіше метил і етилмеркаптан). Наприклад, на 100 л зрідженого газу додають 2,5 г етилмеркаптану і при такій концентрації можна визначити витікання 0,4–0,5 % газу в повітрі.

Використання газоподібного палива в дизельних і карбюраторних двигунах має свої специфічні особливості. Зокрема збільшується в середньому на 35–40% моторесурс двигуна і у 2–3 рази термін роботи моторної оливи, оскільки газоповітряна суміш не змиває оливову плівку з дзеркала циліндра і не розріджує оливу в картері двигуна. Так, при переведенні дизельних двигунів на газоподібне паливо дещо збільшується потужність, оскільки є можливість використати багату пальну суміш, що згоряє без димлення, але одночасно погіршується паливна економічність через зменшення ступеня стиску (до 8–9).

Переводячи карбюраторні двигуни на газоподібне паливо, створюють газову модифікацію стандартного карбюраторного двигуна, обладнують його газобалонною установкою і карбюратором-змішувачем. У такому випадку зберігається можливість роботи двигуна на бензині та газі. Причому на бензині двигун розвиває номінальну потужність, а на газовому паливі потужність двигуна зменшується (на 7–11 % у разі використання зрідженого газу і на 16–
20% – стиснутого) внаслідок зменшення наповнення циліндрів газоповітряною сумішшю, а також меншої їх теплоти згоряння, але поліпшується розподіл паливної суміші між циліндрами. Оскільки газоподібне паливо має високі октанові числа, то така суміш відзначається високими антидетонаційними властивостями, внаслідок чого можна використовувати неетиловані низькооктанові бензини. Завдяки цьому розширюється номенклатура рідких палив і різко зменшується токсичність відпрацьованих газів.

Переведення двигунів на газоподібне паливо зумовлює зростання ціни автомобіля на 21–27 % через наявність додаткової газової апаратури. Метало-
місткість газобалонних автомобілів збільшується на 65–160 кг, а в разі використання стиснутого газу – на 400–950 кг, залежно від кількості та маси балонів високого тиску, що призводить до зниження вантажопідйомності на 14–18%. Трудомісткість технічного обслуговування і ремонту газобалонних автомобілів при використанні зрідженого газу збільшується на 3–5%, а при використанні стиснутого – на 12–15%. Під час використання стиснутого газу пробіг автомобіля на одній заправці скорочується до 200–250 км (замість 400 – 450 км у бензинових двигунів).

Зріджені гази для побутових і технічних потреб відповідно до
ГОСТ 20448-80 виготовляють марок: СПБТЗ – суміш пропану і бутану технічних зимова; СПБТЛ – суміш пропану і бутану технічних літня; БТ – бутан технічний. Гази вуглеводневі зріджені для автомобільного транспорту (ГОСТ27578-87) виготовляють двох марок: ПА – пропан автомобільний і
ПБА – пропан-бутан автомобільний. Природний стиснутий газ згідно з ТУ 51-166-84 виготовляють марок А та Б.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Оцінити природний газ як альтернативне паливо для ДВЗ. Вказати його переваги та недоліки [1, с. 84, 85]; [2, с. 110-117].

2. Вказати нормовані показники якості стиснутого газу [1, с. 85, 86]; [2, с. 113, 114].

3. Пояснити особливості застосування газоподібних палив у двигунах внутрішнього згоряння [1, с. 89-96]; [2, с. 114-117].

4. За якими ознаками класифікують газоподібне паливо? [1, с. 84, 85]; [2, с. 110-113].

5. Які заходи застосовують для зниження пожежонебезпечності газоподібних палив? [1, с. 96].

6. Вкажіть марки газоподібного палива, які застосовуються у ДВЗ [1, с. 92, 93]; [2, с. 113-116].

Дата добавления: 2015-11-14