inspektor
Завсегдатай
- Регистрация
- 3 Сен 2010
- Сообщения
- 963
- Реакции
- 551
- Баллы
- 215
Свойства СЖИЖЕННОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА(обобщено по материалам статей и книг).
ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГАЗОВОМУ ТОПЛИВУ
Для обеспечения необходимых технико-эксплуатационных показателей газобаллонных автомобилей, работающих на СНГ(сжиженный нефтяной газ) или СПГ(сжатый природный газ), к газовому топливу предъявляют специальные требования.
Газ должен хорошо смешиваться с воздухом для образования однородной горючей смеси, обеспечивать высокую теплоту сгорания горючей смеси, не детонировать при сгорании горючей смеси. Содержание в газе веществ, способствующих нагарообразованню и загрязняющих систему питания, а также вызывающих коррозию деталей, должно быть минимальным. При сгорании горючей смеси вредных веществ должно образовываться минимальное количество.
В состав СНГ входят преимущественно пропановые и бутановые фракции, а также этан, этилен и другие компоненты. Тяжелые углеводороды, сера и ее соединения, различные механические примеси и влага относятся к загрязняющим веществам, поэтому их содержание в СНГ крайне нежелательно.
Для большинства основных компонентов газов октановое число составляет 90... ... 120, т. е. выше, чем у лучших сортов автомобильных бензинов.
Выпускаемые по ГОСТ 20448—80 сжиженные газы для коммунально-бытовых целей иногда применяют в качестве топлива для автомобильных двигателей. Углеводородный состав данных газов изменяется в широких пределах. Поэтому при их использовании на автотранспорте не обеспечивается стабильность мощностных, экономических показателей и показателей токсичности двигателей, а наличие примесей затрудняет работу газовой аппаратуры.
В СНГ, поставляемом автомобильному транспорту, по технологическим причинам содержится некоторое количество масла, это в дальнейшем отрицательно сказывается на надежности работы газовой аппаратуры и стабильности регулировок газового редуктора. Повышенное содержание масла в СНГ связано с тем, что в процессе транспортирования СНГ от завода-изготовителя до потребителя их несколько раз перекачивают. Для исключения загрязнения газа маслом в компрессорах и насосах, перекачивающих СНГ, применяют сухие гильзы, смазываемые графитовой смазкой. Однако в ряде случаев устанавливают компрессоры, использующие картерное масло, утечки которого загрязняют СНГ.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНГ И СПГ
Сжиженными называют такие углеводородные нефтяные газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре (без дополнительного охлаждения) и сравнительно невысоком давлении.
СНГ. Основные характеристики — давление насыщенных па¬ров, плотность газа, теплота сгорания, точка росы и элементарный состав. Физические свойства СНГ в значительной степени зависят от химического их состава.
Давление насыщенных паров — давление паров в присутствии жидкой фазы. СНГ представляют собой насыщенные кипящие жидкости. При наличии свободной поверхности над жидкой фа¬зой всегда возникает двухфазная система жидкость — пар. Давление паров СНГ изменяется в зависимости от температуры жидкой фазы.
Зная давления насыщенных паров, можно правильно рассчи¬тать объем, который может занимать СНГ при определенной максимальной температуре внешней среды, а также обеспечить подачу жидкой и газовой фаз в систему питания двигателя.
Этан, входящий в состав СНГ в незначительных количествах, обладает достаточно высоким давлением насыщенных паров. Последнее способствует поддержанию необходимого давления в баллоне при отрицательных температурах внешней среды. Бутановая составляющая, которая включает нормальный бутан, изобутан, бутилен, изобутилен и другие изомеры, имеет высокую теплоту сгорания и легко сжижается. СНГ с большим содержанием бутана целесообразно применять при положительных темпе-ратурах окружающей среды, особенно в районах с жарким климатом.
В зависимости от температуры газа насыщенные пары СНГ имеют широкие пределы изменения давления.
СНГ обладают большим коэффициентом объемного расширения. При полном заполнении баллона (паровая подушка отсутствует) даже незначительное повышение температуры может привести к резкому увеличению давления, которое в этом случае составит около 0,7 МПа на 1⁰С.
В эксплуатационных условиях паровая подушка газового баллона для обеспечения безопасной эксплуатации автомобиля должна иметь определенный объем. Объем паровой подушки, составляющий 10 % полного объема, обеспечивает оптимальное давление в газовом баллоне при изменении температуры СНГ в пределах —10... +25 °С. Повышение температуры газа в указанных пределах может произойти лишь при длительном хранении автомобиля с полностью заправленным баллоном. Поэтому при постановке автомобиля на длительное хранение часть газа из баллона должна быть израсходована. При эксплуатации автомобиля, когда газ постоянно расходуют из баллона, вероятность подобной ситуации практически исключена.
Теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 газа, при атмосферном давлении и температуре 20 °С является одним из важнейших количественных показателей топливно-энергетических возможностей СНГ.
Различают высшую Qв и низшую QH теплоту сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания газа учитывают всю теплоту, выделившуюся во время сгорания и отведенную от про¬дуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1 кг воды от 0 до 100 °С, которая равна 418,6 кДж.
Плотность СНГ в жидком состоянии определяют при температуре 15 °С и давлении, равном давлению насыщенных паров, а в газовом — при атмосфер ном давлении и температуре 0 и 15° С. Плотность СНГ в жидком состоянии, как и любой жидкости, не зависит от давления и является функцией температуры. С увеличением температуры СНГ плотность компонентов уменьшается в результате теплового расширения. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С плотность пропана в жидком состоянии составляет 510кг/м3,а бутана 580кг/м3. Плотность пропана в газовом состоянии при атмосферном давлении и тем¬пературе 15° С равна 1,9 кг/м3, а бутана — 2,55 кг/м3. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С из 1 кг жидкого бутана образуется 0,392 м3 газа, а из 1 кг пропана 0,526 м3.
При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяют низшую теплоту сгорания газа, которая является стандартной величиной.
Газовое топливо имеет более благоприятное, чем бензин, соотношение С и Н. Углеродное число у современных бензинов составляет около 6, а у СНГ оно равно 4,9 (у ПГ 2,98). Более высокое содержание в газовом топливе водорода обеспечивает и его более полное сгорание в цилиндрах двигателя.
ОСНОВНЫЕ МОТОРНЫЕ СВОЙСТВА СНГ .
Для полного сгорания пропана на одну его молекулу приходится 5 молекул кислорода, а бутана — 6,5 молекул кислорода. Содержание кислорода в воздухе, как известно, составляет 21,0 %. Поэтому для полного сгорания 1 м3 пропана требуется 24 м3 воздуха, а для бутана 31 м3. При сгорании СНГ необходимая масса (объем) воздуха всегда будет больше по сравнению с массой бензина.
Теплота сгорания газового топлива не эквивалентна теплоте сгорания горючей смеси, поэтому законы аддитивности при расчетах не применимы.
Выделение теплоты на единицу массы у СНГ несколько больше, чем у бензина. Однако, если сравнивать выделение теплоты на единицу объема горючей смеси, то окажется, что при использовании СНГ оно снижается по сравнению с бензином на 6 ... 8%. С увеличением коэффициента а теплота сгорания горючей смеси газовых топлив уменьшается в меньшей степени по сравнению с жидкими топливами.
При переводе двигателя с жидкого топлива на СНГ при одних и тех же режимах работы его мощность снижается. Причины этого явления связаны в основном с уменьшением:
теплоты сгорания горючей смеси;
коэффициента наполнения цилиндра;
коэффициента молекулярного изменения при сгорании газообразных топлив.
Поскольку СНГ поступает в двигатель только в газообразном состоянии, то в результате уменьшения коэффициента наполнения снижается мощность двигателя. Наиболее заметно (5... 10%) снижается мощность двигателя при высокой частоте вращения коленчатого вала. При небольшой частоте вращения, когда объём заряда смеси, поступающей в цилиндры двигателя, сравнительно невелик, заметного снижения мощности не происходит. Подогрев горючей смеси в газовых двигателях оказывает вредное воздействие на характеристики рабочего процесса. Поэтому его нецелесообразно применять в современных газовых двигателях.
Коэффициент молекулярного изменения при сгорании газовых топлив несколько меньше, чем у жидких топлив. Это приводит к снижению индикаторных показателей двигателя, в резуль¬тате чего ухудшается эффективность его работы.
ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
При использовании газа в качестве топлива для автомобильных двигателей исключается возможность попадания жидкой фазы в цилиндры двигателя, вследствие чего снижается смывание масляной пленки со стенок цилиндров и замедляется изнашивание цилиндропоршневой группы. При этом не образуются лаковые отложения и отсутствует нагарообразование в цилиндре двигателя и в системе питания. В условиях эксплуатации это дает возможность увеличить сроки замены моторного масла, масляных фильтров и реже проводить регулировки двигателя и его систем.
При применении газового топлива на автомобильном транспорте увеличивается срок службы моторного масла в 1,5 ... 2 раза, в результате чего расход его в эксплуатации уменьшается на 15... 20 % (по сравнению с бензиновыми двигателями), а затраты сокращаются на 15 ... 30 %; возрастает моторесурс двигателя; срок службы свечей зажигания увеличивается примерно на 40%.
К важным преимуществам СНГ следует отнести и относительно невысокую их стоимость.
В зависимости от режима работы газовый двигатель из-за более «мягкого» протекания рабочего процесса обеспечивает снижение уровня шума на 8... 9 дБ по сравнению с бензиновым.
Однако перевод бензинового двигателя на питание СНГ сопровождается снижением его максимальной мощности на 5... 7%, а при работе на СПГ — на 18... 20. Последнее в некоторых случаях не позволяет применять автомобильные прицепы и снижает коэффициент использования грузоподъемности автомобиля.
Появилось время привести развернутый анализ,который с удовольствием предлагаю в приложении.
ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГАЗОВОМУ ТОПЛИВУ
Для обеспечения необходимых технико-эксплуатационных показателей газобаллонных автомобилей, работающих на СНГ(сжиженный нефтяной газ) или СПГ(сжатый природный газ), к газовому топливу предъявляют специальные требования.
Газ должен хорошо смешиваться с воздухом для образования однородной горючей смеси, обеспечивать высокую теплоту сгорания горючей смеси, не детонировать при сгорании горючей смеси. Содержание в газе веществ, способствующих нагарообразованню и загрязняющих систему питания, а также вызывающих коррозию деталей, должно быть минимальным. При сгорании горючей смеси вредных веществ должно образовываться минимальное количество.
В состав СНГ входят преимущественно пропановые и бутановые фракции, а также этан, этилен и другие компоненты. Тяжелые углеводороды, сера и ее соединения, различные механические примеси и влага относятся к загрязняющим веществам, поэтому их содержание в СНГ крайне нежелательно.
Для большинства основных компонентов газов октановое число составляет 90... ... 120, т. е. выше, чем у лучших сортов автомобильных бензинов.
Выпускаемые по ГОСТ 20448—80 сжиженные газы для коммунально-бытовых целей иногда применяют в качестве топлива для автомобильных двигателей. Углеводородный состав данных газов изменяется в широких пределах. Поэтому при их использовании на автотранспорте не обеспечивается стабильность мощностных, экономических показателей и показателей токсичности двигателей, а наличие примесей затрудняет работу газовой аппаратуры.
В СНГ, поставляемом автомобильному транспорту, по технологическим причинам содержится некоторое количество масла, это в дальнейшем отрицательно сказывается на надежности работы газовой аппаратуры и стабильности регулировок газового редуктора. Повышенное содержание масла в СНГ связано с тем, что в процессе транспортирования СНГ от завода-изготовителя до потребителя их несколько раз перекачивают. Для исключения загрязнения газа маслом в компрессорах и насосах, перекачивающих СНГ, применяют сухие гильзы, смазываемые графитовой смазкой. Однако в ряде случаев устанавливают компрессоры, использующие картерное масло, утечки которого загрязняют СНГ.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНГ И СПГ
Сжиженными называют такие углеводородные нефтяные газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре (без дополнительного охлаждения) и сравнительно невысоком давлении.
СНГ. Основные характеристики — давление насыщенных па¬ров, плотность газа, теплота сгорания, точка росы и элементарный состав. Физические свойства СНГ в значительной степени зависят от химического их состава.
Давление насыщенных паров — давление паров в присутствии жидкой фазы. СНГ представляют собой насыщенные кипящие жидкости. При наличии свободной поверхности над жидкой фа¬зой всегда возникает двухфазная система жидкость — пар. Давление паров СНГ изменяется в зависимости от температуры жидкой фазы.
Зная давления насыщенных паров, можно правильно рассчи¬тать объем, который может занимать СНГ при определенной максимальной температуре внешней среды, а также обеспечить подачу жидкой и газовой фаз в систему питания двигателя.
Этан, входящий в состав СНГ в незначительных количествах, обладает достаточно высоким давлением насыщенных паров. Последнее способствует поддержанию необходимого давления в баллоне при отрицательных температурах внешней среды. Бутановая составляющая, которая включает нормальный бутан, изобутан, бутилен, изобутилен и другие изомеры, имеет высокую теплоту сгорания и легко сжижается. СНГ с большим содержанием бутана целесообразно применять при положительных темпе-ратурах окружающей среды, особенно в районах с жарким климатом.
В зависимости от температуры газа насыщенные пары СНГ имеют широкие пределы изменения давления.
СНГ обладают большим коэффициентом объемного расширения. При полном заполнении баллона (паровая подушка отсутствует) даже незначительное повышение температуры может привести к резкому увеличению давления, которое в этом случае составит около 0,7 МПа на 1⁰С.
В эксплуатационных условиях паровая подушка газового баллона для обеспечения безопасной эксплуатации автомобиля должна иметь определенный объем. Объем паровой подушки, составляющий 10 % полного объема, обеспечивает оптимальное давление в газовом баллоне при изменении температуры СНГ в пределах —10... +25 °С. Повышение температуры газа в указанных пределах может произойти лишь при длительном хранении автомобиля с полностью заправленным баллоном. Поэтому при постановке автомобиля на длительное хранение часть газа из баллона должна быть израсходована. При эксплуатации автомобиля, когда газ постоянно расходуют из баллона, вероятность подобной ситуации практически исключена.
Теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 газа, при атмосферном давлении и температуре 20 °С является одним из важнейших количественных показателей топливно-энергетических возможностей СНГ.
Различают высшую Qв и низшую QH теплоту сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания газа учитывают всю теплоту, выделившуюся во время сгорания и отведенную от про¬дуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1 кг воды от 0 до 100 °С, которая равна 418,6 кДж.
Плотность СНГ в жидком состоянии определяют при температуре 15 °С и давлении, равном давлению насыщенных паров, а в газовом — при атмосфер ном давлении и температуре 0 и 15° С. Плотность СНГ в жидком состоянии, как и любой жидкости, не зависит от давления и является функцией температуры. С увеличением температуры СНГ плотность компонентов уменьшается в результате теплового расширения. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С плотность пропана в жидком состоянии составляет 510кг/м3,а бутана 580кг/м3. Плотность пропана в газовом состоянии при атмосферном давлении и тем¬пературе 15° С равна 1,9 кг/м3, а бутана — 2,55 кг/м3. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15° С из 1 кг жидкого бутана образуется 0,392 м3 газа, а из 1 кг пропана 0,526 м3.
При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяют низшую теплоту сгорания газа, которая является стандартной величиной.
Газовое топливо имеет более благоприятное, чем бензин, соотношение С и Н. Углеродное число у современных бензинов составляет около 6, а у СНГ оно равно 4,9 (у ПГ 2,98). Более высокое содержание в газовом топливе водорода обеспечивает и его более полное сгорание в цилиндрах двигателя.
ОСНОВНЫЕ МОТОРНЫЕ СВОЙСТВА СНГ .
Для полного сгорания пропана на одну его молекулу приходится 5 молекул кислорода, а бутана — 6,5 молекул кислорода. Содержание кислорода в воздухе, как известно, составляет 21,0 %. Поэтому для полного сгорания 1 м3 пропана требуется 24 м3 воздуха, а для бутана 31 м3. При сгорании СНГ необходимая масса (объем) воздуха всегда будет больше по сравнению с массой бензина.
Теплота сгорания газового топлива не эквивалентна теплоте сгорания горючей смеси, поэтому законы аддитивности при расчетах не применимы.
Выделение теплоты на единицу массы у СНГ несколько больше, чем у бензина. Однако, если сравнивать выделение теплоты на единицу объема горючей смеси, то окажется, что при использовании СНГ оно снижается по сравнению с бензином на 6 ... 8%. С увеличением коэффициента а теплота сгорания горючей смеси газовых топлив уменьшается в меньшей степени по сравнению с жидкими топливами.
При переводе двигателя с жидкого топлива на СНГ при одних и тех же режимах работы его мощность снижается. Причины этого явления связаны в основном с уменьшением:
теплоты сгорания горючей смеси;
коэффициента наполнения цилиндра;
коэффициента молекулярного изменения при сгорании газообразных топлив.
Поскольку СНГ поступает в двигатель только в газообразном состоянии, то в результате уменьшения коэффициента наполнения снижается мощность двигателя. Наиболее заметно (5... 10%) снижается мощность двигателя при высокой частоте вращения коленчатого вала. При небольшой частоте вращения, когда объём заряда смеси, поступающей в цилиндры двигателя, сравнительно невелик, заметного снижения мощности не происходит. Подогрев горючей смеси в газовых двигателях оказывает вредное воздействие на характеристики рабочего процесса. Поэтому его нецелесообразно применять в современных газовых двигателях.
Коэффициент молекулярного изменения при сгорании газовых топлив несколько меньше, чем у жидких топлив. Это приводит к снижению индикаторных показателей двигателя, в резуль¬тате чего ухудшается эффективность его работы.
ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
При использовании газа в качестве топлива для автомобильных двигателей исключается возможность попадания жидкой фазы в цилиндры двигателя, вследствие чего снижается смывание масляной пленки со стенок цилиндров и замедляется изнашивание цилиндропоршневой группы. При этом не образуются лаковые отложения и отсутствует нагарообразование в цилиндре двигателя и в системе питания. В условиях эксплуатации это дает возможность увеличить сроки замены моторного масла, масляных фильтров и реже проводить регулировки двигателя и его систем.
При применении газового топлива на автомобильном транспорте увеличивается срок службы моторного масла в 1,5 ... 2 раза, в результате чего расход его в эксплуатации уменьшается на 15... 20 % (по сравнению с бензиновыми двигателями), а затраты сокращаются на 15 ... 30 %; возрастает моторесурс двигателя; срок службы свечей зажигания увеличивается примерно на 40%.
К важным преимуществам СНГ следует отнести и относительно невысокую их стоимость.
В зависимости от режима работы газовый двигатель из-за более «мягкого» протекания рабочего процесса обеспечивает снижение уровня шума на 8... 9 дБ по сравнению с бензиновым.
Однако перевод бензинового двигателя на питание СНГ сопровождается снижением его максимальной мощности на 5... 7%, а при работе на СПГ — на 18... 20. Последнее в некоторых случаях не позволяет применять автомобильные прицепы и снижает коэффициент использования грузоподъемности автомобиля.
Появилось время привести развернутый анализ,который с удовольствием предлагаю в приложении.
Вложения
Последнее редактирование: