Класифікація і застосування газоподібного палива
Газоподібне паливо класифікують за агрегатним станом, теплотою згоряння тощо. Звідси походять різні назви – природне та промислове, стиснене та зріджене, високо- і середньокалорійне газове паливо.
Під природними розуміють гази, здобуті безпосередньо із свердловини.
Промислові гази – це звичайні побічні продукти різних технологічних процесів – коксування вугілля (коксовий газ), виплавки чавуну (доменний газ), добування вугілля (метан).
Під зрідженими газами найчастіше розуміють зріджені пропан-бутанові фракції, але є й газоподібні речовини (наприклад, природний газ – метан). Технологія зрідження їх різна. Нафтові пропан-бутанові фракції зріджуються без зниження температури, а природні (метан) – при знижених температурах.
Зріджені нафтові гази без зниження температури
До таких газів належать пропан-бутанові фракції нафтових (попутних) газів. Крім бутану і пропану, в них у невеликій кількості містяться пропен, бутен, ізобутен, ізобутан тощо. Одержують їх із попутних газів, що виходять із нафтою, та із газоподібних фракцій при різних видах переробки нафтопродуктів і кам'яного вугілля.
Критична температура пропану дорівнює 97 °С, а бутану – 126 °С. При тиску відповідно 0,716 та 0,103 МПа і температурі, нижчій від критичної (20 °С) ці вуглеводні легко зріджуються, стаючи бензопо-дібною рідиною (густина бензинів становить 720...730, а зріджених газів – близько 600 кг/м3).
Октанові числа пропану та бутану дорівнюють відповідно 120 і 93, що забезпечує форсування двигунів вантажних автомобілів зі ступенем стиску до 8,5...9 та дає змогу збільшити їхню потужність.
Згідно з ГОСТ 20448-90 зріджені гази випускають двох марок: СПБТЗ і СПБТЛ (суміші пропану та бутану технічні відповідно зимова і літня) з характеристиками, наведеними в табл. 3.3.
Таблиця 3.3
Характеристики зріджених нафтових газів
Крім того, в технічних умовах ТУ 38001–78 «Гази вуглеводневі зріджені, паливо для газобалонних автомобілів» нормовано такі їхні показники:
вміст пропану -80 + 5 %, пентанів – не більш як 3 %, сірководню–не більш як 0,003 %, вільної сірки – не більш як 0,015 %;
тиск насиченої пари при температурі 45 °С не повинен перевищувати 1,6 МПа, а при температурі -30 °С – 0,07 МПа;
води і рідкого залишку газу при температурі 40 °С не повинно бути.
Для автомобільного транспорту випускається дві марки зріджених газів (табл. 3.4): ПА – пропан автомобільний (застосовується взимку при температурах повітря -20...-35 °С та ПБА – пропан-бутан автомобільний (використовують в усіх кліматичних зонах при температурі повітря не нижче -20 °С).
Таблиця 3.4
Основні показники якості автомобільних зріджених газів
До складу зрідженого газу додають одоранти, оскільки не всі гази мають запах і колір, через що виявити їх витікання буває важко.
Як одорант найчастіше використовують етилмеркоптан (температура кипіння 37 °С) з різким неприємним запахом. Його відчувають уже при незначній концентрації – 0,19 г на 1000 м3 повітря.
Зріджені гази вигідно використовувати як паливо для автомобільних двигунів, для чого досить установити тонкостінний балон, змішувач, редуктор-дозатор та невеликий паливоприймач, щоб випаровувати зріджений газ. За необхідності двигун може працювати також на бензині.
Для зберігання зріджених газів автомобілі мають балони об'ємом до 250 л, розраховані на робочий тиск 1,57 МПа.
Цей тиск достатній для того, щоб підтримувати навіть чистий пропан у рідкому стані при температурах, не вищих від 48,5 °С, тобто газобалонні автомобілі по всій території України можна експлуатувати весь рік.
Зріджені нафтові гази без зниження температури транспортуються у звичайних залізничних і автомобільних цистернах, а заправка ними автомобілів проводиться простими газозаправними приладами та вузлами. Тиск у системі становить 1,5...2 МПа.
Нині промисловість випускає газобалонні автомобілі двох типів: із спеціальними двигунами, розрахованими для роботи на газу з резервною системою живлення для короткочасової роботи на бензині (ЗИЛ-138, ЗИЛ-138В, ЛиАЗ-45023, ЛиАЗ-677Г, ГАЗ-53-07, ЛАЗ-695П); з універсальними двигунами, що допускають тривалу роботу як на бензині, так і на газу (ГАЗ-52-07, ГАЗ-52-08, ҐАЗ-24-07). Потужність універсальних двигунів нижча на 10 % порівняно з їхньою роботою на бензині.
Двигуни автомобілів першого типу мають вищий ступінь стиску (8 у ЗИЛ-138 замість 6,5 у ЗИЛ-130), оптимальний для роботи на зрідженому газі. Тому їхня потужність практично не поступається потужності базових двигунів, а паливна економічність вища, ніж при роботі на бензині (у двигуна ЗИЛ-138 вона дорівнює 240 г/лкінська сила, або 366 г/кВт-год).
Автомобілі, що працюють на зрідженому газі, мають такий самий запас ходу, що й автомобілі, які працюють на бензині (450...500 км). Для системи резервного живлення двигунів газобалонних автомобілів застосовують бензин А-76. Він використовується для короткочасної роботи двигунів у разі повної витрати газу, а також у разі важкого пуску двигуна на газі при низьких температурах.
Експлуатаційні якості автомобілів з газовими двигунами (порівняно з бензиновими) оцінюють так: у газових двигунах можна підвищити ступінь стиску, тому що октанове число зріджених нафтових газів більше, ніж 100. У зв'язку з цим потужність і паливна економічність газових двигунів, що працюють на зріджених нафтових газах, зростають. При правильному регулюванні й нормальному режимі роботи системи подачі газового палива знижується токсичність відпрацьованих газів: за оксидом водню – в 3...4 рази, за оксидом азоту – в 1,2...2 рази, за вуглеводнем в 1,2...1,4 раза і більше; термін заміни оливи збільшується в 2...2,5 раза. Моторесурс та надійність роботи двигуна також збільшуються. Міжремонтний пробіг автомобілів, що працюють на зріджених нафтових газах, підвищується в 1,2...1,4 раза.
Пускові якості двигуна, що працює на зрідженому нафтовому газі, при температурі до 5 °С рівнозначні пуску холодного двигуна, який працює на бензині, але погіршуються за нижчих температур.
Трудомісткість технічного обслуговування і ремонту газобалонних автомобілів зростає на 3...5 %, але ці витрати покриваються збільшенням пробігу їх між ремонтами.