Свойства сжатых газов
Основные компоненты сжатых газов - метан СН4, окись углерода СО и водород Н2 - получают из горючих газов различного происхождения (природных, попутных, нефтяных, коксовых и др.). В попутных газах в зависимости от месторождения нефти содержание метана может находиться в пределах 40-82%.
Из всех углеводородных газов метан содержит максимум водорода на один атом углерода и поэтому обладает высокой теплотворностью, достаточно широкими пределами воспламеняемости, низким содержанием токсичных веществ (СО и СН) в продуктах сгорания. Он характеризуется наивысшей критической температурой -82 °С и поэтому при нормальных температурах даже при высоком давлении он не может быть сжижен, так как для этого нужны низкие температуры.
Метан имеет высокую детонационную стойкость, что обеспечивает «мягкую» работу двигателя при использовании природного газа и позволяет форсировать двигатель по степени сжатия. Сжатый газ воспламеняется при температуре 635-645 °С в камере сгорания двигателя (в 3 раза выше температуры воспламенения бензина), что затрудняет запуск двигателя, особенно при пониженных температурах окружающего воздуха. При снижении давления метана в газовом редукторе высокого давления температура резко снижается (эффект Джоуля-Томсона). Например, при снижении давления с 10,0 до 1,0 МПа падение температуры газа составит около 30 °С. Поэтому, даже в летний период времени влага, содержащаяся в газе, может образовывать кристаллы льда и препятствовать при подаче газа в двигатель.
Таким образом, важными мероприятиями для надежной работы двигателей на сжатом газе являются: очистка (осушение) газа от воды при заправке на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях; своевременная замена фильтров в системе питания двигателя; эффективный подогрев газа перед снижением давления в редукторе, особенно в зимний период времени года.
Для метана доминирующим является давление заправки. Для сжатого газа применяют газобаллонные установки (баллоны, арматура, редуктор, газопроводы и др.), рассчитанные на работу при высоком давлении 19,6 МПа. По мере расходования газа из баллона рабочее давление в нем непрерывно уменьшается до предельного значения.
По токсичности сжатый газ характеризуется вредным воздействием на центральную нервную систему, вызывает раздражение кожных покровов, слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей.
Метан намного легче воздуха и поэтому при утечках он улетучивается, скапливаясь в верхних частях помещения. Предельно допустимая концентрация газа на рабочих местах установлена до 300 мг/м3 (в пересчете на углерод).
По опасности воспламенения сжатые газы значительно безопаснее бензина. Определенные концентрации газа с воздухом взрывоопасны: верхний предел воспламенения смеси газа с воздухом по объему должен быть 15%, а нижний — 4%.
В качестве преимуществ использования сжатого природного газа как автомобильного топлива при сравнении с бензином следует отметить следующие:
увеличивается в 2-3 раза продолжительность работы масла между заменами из-за отсутствия его разжижения и уменьшения загрязнения и, как следствие этого, расход масла снижается на 30-40%;
увеличивается в среднем на 35-40% ресурс двигателя вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы;
увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;
увеличивается в 1,5 раза межремонтный ресурс двигателей;
снижается до 90% выброс с отработавшими газами вредных веществ, особенно окиси углерода СО.
Наряду с преимуществами использования сжатого природного газа как автомобильного топлива следует отметить следующие его недостатки:
увеличивается на 7-8% трудоемкость обслуживания и ремонта, а также в среднем на 27% цена автомобиля из-за наличия дополнительной газобаллонной аппаратуры;
снижается на 18-20% мощность двигателя и, как следствие этого, ухудшаются тягово-динамические и эксплуатационные характеристики автомобилей: увеличивается время разгона на 24-30%; уменьшается максимальная скорость автомобиля на 5-6%; уменьшаются предельные углы преодолеваемых подъемов на 30-40%; затрудняется эксплуатация автомобиля с прицепом; уменьшается дальность ездки на одной заправке газом, которая не превышает 200-250 км;
снижается на 9-14% грузоподъемность автомобилей в связи с применением тяжелых стальных баллонов высокого давления.