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.

Судя по высоким темпам роста мирового газомоторного рынка в последнее десятилетие, можно утверждать, что перевод автотранспорта на газомоторное топливо – общемировая тенденция, которая в ближайшем будущем сохранится и усилится. Надеюсь, моя книга поможет менеджерам газомоторной сферы, предпринимателям и автовладельцам максимально эффективно использовать возможности развивающегося рынка КПГ.

* * *

компанией ЛитРес .

Глава 1. Природный газ как моторное топливо

КПГ, или Сжатый метан

Природный газ, который промышленным способом добывают из недр Земли, на 70-98% состоит из метана – простейшего углеводорода без цвета и запаха. В числе его компонентов также присутствуют более тяжелые углероды (этан, пропан, бутан) и некоторые неуглеродные вещества (водород, сероводород, азот и др).

Чтобы потребители могли вовремя отреагировать на утечки природного газа в его состав специально добавляют одоранты – ароматизирующие примеси в незначительных, а потому не представляющих угрозу здоровью, количествах. Чаще всего в качестве одорантов используют серосодержащие органические соединения, обдающие неприятным запахом, который заставляет обратить на себя внимание.

«На сегодняшний день природный газ является наиболее значимым альтернативным топливом.»

– ТимКеллер, Erdgas Mobil GmbH

Поскольку в качестве топлива используются только углероды, то сразу после добычи природный газ очищается от неуглеродных примесей. Из очищенной смеси углеродов отдельно извлекается метан, который обычно и называют природным газом, а также смесь пропана и бутана, которая являет собой отдельный продукт и обычно называется «углеводородным газом» или «сжиженным углеводородным газом» (СУВГ). По сути настоящий природный газ – это смесь углеродных газов, которые в целях потребления промышленным способом отделяются друг от друга.

Область применения природного газа очень широка. Он используется как источник электрической и тепловой энергии, в химической промышленности, а также в качестве моторного топлива в сжатом или сжиженном виде. Именно это качество природного газа (далее под ним я буду иметь в виду только очищенный метан) является темой этой книги.

Любой газ для использования в качестве моторного топлива сжимают или сжижают, чтобы сократить объем и тем самым упростить и удешевить транспортировку и использование. Объем сжатого метана сокращается в 200-250 раз, сжиженного – в 600 раз.

Сжижение позволяет максимально сократить объем газа, поэтому на первый взгляд сжижение кажется более выгодным, но поскольку это более сложный и дорогой технологический процесс, что резко увеличивает производственные затраты, то метан для использования в качестве автомобильного топлива обычно не сжижают, а сжимают.

Также следует заметить, что энергоотдача пропан-бутановой смеси (СУВГ) почти на 25% ниже, чем энергоотдача метана. То есть пропан-бутана нужно как минимум на 25% больше, чем метана, чтобы проехать одно и то же расстояние, поскольку сжиженная пропан-бутановая смесь не во столько раз дешевле сжатого метана, во сколько раз в отличие от него меньше места занимает в баллоне. СУВГ дешевле бензина на 40-50%, в то время как КПГ дешевле на 30-50%.

Хотя на сегодняшний день использовать сжиженную пропан-бутановую смесь финансово выгоднее, чем сжатый метан, это преимущество временное. Учитывая тот факт, что запасы пропана и бутана гораздо ниже запасов метана, будущее газомоторного топлива за метаном. Точнее за сжиженным метаном или компримированным природным газом (далее – КПГ).

Сжатие метана происходит путем внешнего давления. Очищенный метан сжимают при помощи компрессора и закачивают в специальные баллоны, которые способны выдержать определенный уровень давления. После добычи природный газ доставляютна завод илиавтомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) по подземному газопроводу, где он очищается, измеряется и сжимается для последующей заправки автомобилей конечными пользователями.

Экологически чистое топливо

Газификация автомобильного транспорта в первую очередь вызвана необходимостью улучшить экологическую ситуацию в крупных городах, жители которых задыхаются от смога. Из-за загрязнения воздуха, которое по оценкам специалистов от 50 до 90% вызвано выбросами вредных веществ при эксплуатации автотранспорта, люди часто страдают от заболеваний дыхательных путей, онкологических и других серьезных болезней.

Эксперты считают, что при массовом использовании автомобилей на газомоторном топливе вред выбросов для здоровья человека на 60% ниже, чем при массовом использовании бензина и дизельного топлива. Кроме этого перевод 20 млн единиц транспорта на газ в мировом масштабе позволит на 20% сократить парниковые выбросы.

Таблица 1. Удельные выбросы токсичных веществ автомобильными ДВС

Сгорая, метан выделяет в основном воду и углекислый газ. Нет ни золы, ни копоти, портящих двигатели и загрязняющих атмосферу.

КПГ в отличие от бензина и по сравнению с ним:

полностью избавляет выбросы от свинцовых соединений, поскольку не содержит свинца;

в 5 раз снижает количество выбросов окиси углерода;

в 2 раза снижает количество выбросов несгоревших углеводородов;

в 9 раз снижает задымленность атмосферы;

в 2 раза снижет уровень шума при работе двигателя, что также очень важно для больших шумных городов.

КПГ содержит немного серы, ароматических углеводородов и других примесей. То есть продукты его сгорания не являются абсолютно безвредными для человека, но все же метан одно из самых экологически чистых видов моторного топлива, поэтому его использование устраняет и уменьшает ряд серьезных экологических проблем.

Стандарты качества моторного топлива постоянно меняются. Требования к его экологической чистотевсе время повышаются, поскольку чем оно чище, тем безопаснее и дешевле обходится эксплуатация автомобильного двигателя и меньший вред наносится окружающей среде.

Природный газ позволяет перейти на использование экологически чистого моторного топлива, которое соответствует стандарту Евро 5, быстро окупив вложения на переоборудование авто за счет его более низкой стоимости по сравнению с бензином и дизельным топливом.

К метану технически невозможно добавить какую-то химическую смесь, поэтому он не может быть некачественным. Его только можно плохо очистить от углеводородных или неуглеродных примесей, однако современные технологии позволяют делать это на достаточно высоком уровне, чтобы потребители не волновались за чистоту КПГ.

Экономическая выгода

Актуальность перевода автотранспорта на газ вызвана не только необходимостью улучшить экологическую обстановку, проблемы с которой сказываются на состоянии здоровья населения и, как следствие, понижают качество жизни, уровень производительности труда и требуют увеличения расходов на медицину, но и многими другими причинами.

«Мировые лидеры по числу газобаллонных автомобилей – Иран, Аргентина, Бразилия, Индия, Китай, Италия. Если сравнить этот список со списком наиболее развивающихся экономик мира, то можно найти прямую связь. Экономичность, экологичность и безопасность – вот три составляющие, которые характеризуют газовое топливо.»

– Рафаэль Батыршин, Альфред Гатиятов, ООО «РариТЭК»

Обратить внимание на газомоторное топливо многие страны мира вынуждает дефицит и дороговизна бензина, зависимость от импортного топлива, необходимость сократить темпы инфляции, которые частично зависят от роста цен на моторное топливо, удешевить моторное топливо для населения и организаций, рационально использовать природные ресурсы и необходимость повысить бюджетную эффективность.

Сжатый метан стоит в 2-3 раза дешевле, чем бензин А-92. Его использование в качестве моторного топлива на 15-20% уменьшает эксплуатационные расходы автомобиля.

Все это делает природный газ самым низко затратным способом перехода на экологически чистый вид топлива как для частных автовладельцев и коммерческих предприятий, обладающих собственным автопарком, так и для коммунальных служб.

Преимущества газификации автомобиля:

не требует переделки двигателя;

увеличивает срок службы двигателя в 2 раза, поскольку тот меньше загрязняется продуктами сгорания;

увеличивает срок службы моторных масел в 1,5-2,0 раза;

увеличивает срок службы свечей зажигания на 40%;

делает работу двигателя более пожаробезопасной, поскольку при утечке метан не скапливается, а быстро улетучивается.

Некоторые эксперты предлагают отнести метан к числу возобновляемых источников энергии, поскольку его можно производить промышленным способом (биометан), используя органические отходы, что одновременно решает и часть экологических, и часть экономических (энергетических) проблем человечества.

Как я уже неоднократно писал, развитие газомоторного рынка, которое снизит уровень негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду и здоровье населения, требует решения ряда задач научного, технического и организационного характера. В их числе которых:

«сокращение выбросов загрязняющих веществ автотранспортом вследствие применения экологически чистого топлива;

расширение и стабилизацию рынка моторных топлив за счет увеличения доли использования газового топлива;

введение новых мощностей по производству КПГ позволит обеспечить внутренние потребности в автомобильном топливе в долгосрочной перспективе;

повышение эффективности использования существующих мощностей с целью энергосбережения;

наращивание инвестиций в реальную экономику в посткризисный период;

внедрение новых технологий во все отрасли экономики;

развитие газификации и надежное газоснабжение потребителей;

развитие газозаправочной сети;

размещениеавтогазозаправочных пунктов на основных международных транспортных коридорах»1 .

Поскольку экологические проблемы усугубляются, газодобывающие и газоперерабатывающие технологии совершенствуются, а запасы нефти истощаются, интерес к метану как источнику энергии и альтернативному виду моторного топлива продолжает расти. В качестве моторного топлива метан особо ценен для стран, у которых есть большие запасы природного газа или возможности для выработки биометана, а также для тех стран, где остро стоят вопросы повышения бюджетной эффективности, улучшения экологической обстановки и обеспечения энергетической безопасности.

Преимущества для частных автовладельцев

Частных автовладельцев переводить автомобили на газ чаще всего стимулирует дороговизна бензина и дизельного топлива. Тем, кто много передвигается на колесах, ежемесячное снижение расходов на топливо и других эксплуатационных расходов в 2-3 раза, позволяет больше денег оставить в семейном бюджете, не отказываясь от использования автомобиля и не урезая другие статьи семейных расходов.

Следует отметить, что переход на газомоторное топливо наиболее выгоден тем частным автовладельцам, которые много и часто пользуются автомобилем. Тем, кто лишь изредка пользуется своим авто, придется долго ждать, пока окупится переоборудование машины, что и сдерживает их от покупки и установки на машину ГБО. Однако если речь идет о покупке нового или подержанного автомобиля, рассчитанного на газомоторное топливо, то такая покупка с финансовой точки зрения является более выгодным решением, чем покупка нового авто на бензине.

Бюджетная эффективность

Не секрет, что бюджеты коммунальных служб всегда ограничены, а экономия на транспортных расходах в связи с переводом общественного транспорта и транспорта коммунальных служб на газомоторное топливо, позволяет им потратить часть денег на другие цели.

Главная экономическая выгода от автогазификации заключается в экономии приблизительно третьей части расходов на заправку автомобилей, автобусов и другой автомобильной техники. Также, поскольку реализация газомоторных проектов всегда улучшает экологическую обстановку в регионе. Люди меньше и реже болеют, что также сокращает расходы на медицинское обслуживание и выплаты по временной нетрудоспособности.

Развитие малого бизнеса

Потребление КПГ в кризисные периоды по сравнению с потреблением бензина снижается крайне незначительно. К примеру, в 2009 году в период мирового финансового кризиса российский рынок КПГсократился всего на 1,1%, рынок пропан-бутановой смеси на 4%, а рынок бензина – на 18%2 . Это значит, что участники газомоторного рынка, особенно сегмента КПГ, меньше подвержены риску убытков и риску неполучения прибыли, чем участники других рынков моторного топлива.

Малому бизнесу, особенно занятому грузовыми и пассажирскими перевозками, перевод транспорта на газомоторное топливо часто не только позволяет выжить, но и дает возможность получить конкурентное преимущество в цене товаров и услуг для конечного потребителя через снижение их себестоимости.

Развенчивание мифов

Количество автотранспорта в мире постоянно растет. С одной стороны это свидетельствует о развитии экономики и росте благосостояния людей, с другой – об увеличении потребности в доступном моторном топливе и обострении экологическим проблем, связанных с выбросами вредных продуктов сгорания. Перевод автотранспорта на газомоторное топливо успешно решает и те, и другие проблемы, однако в силу ряда факторов процесс газификации происходит медленно и скачкообразно.

Ускоренному развитию газомоторного топлива в частности препятствует недостаточная информированность конечных потребителей о преимуществах метана в качестве моторного топлива. Некоторые частные автовладельцы опасаются, что использование КПГ небезопасно, снижает мощность двигателя и грузоподъемность автомобиля. Такие мифы нужно развенчивать, поскольку они препятствуют развитию газомоторного рынка.

Заблуждение: метан легко взрывается

Реальность: метан безопаснее бензина и пропана

Метан легче воздуха, пропан и бензин – тяжелее. После утечки метан быстро улетучивается, пропан – скапливается в любом удобном месте. Поэтому по техническим причинам иногда загораются автомобили, в которых установлены пропан-бутановые или бензиновые двигатели, но не метановые. Метан быстро испаряется даже при низкой температуре воздуха.

Автовладельцы боятся, что ГБО по какой-то причине взорвется и в салоне нельзя курить. На самом деле газовые баллоны выдерживают не только давление сжатого газа, но и сильные удары. Они специально созданы так, чтобы выдерживать гораздо большее давление, чем давление сжатого в 200-250 раз природного газа.

Метановые автомобили с установленным качественным ГБО не загораются и не взрываются. А если газобаллонная система качественная, нет проблем с герметичностью, все клапаны исправны, запаха газа не чувствуется, то бояться пожара не стоит, даже автомобиль ездит на пропан-бутановой смеси. Придерживаясь техники безопасности, используя любое топливо, нет причин чего-то либо бояться.

Заблуждение: метановое ГБО очень тяжелое

Реальность: современное метановое ГБО бывает очень легким

Есть тяжелые и легкие баллоны для КПГ. Вопрос в цене. Тяжелые баллоны для сжатого метана стоят дешевле. Легкие баллоны стоят гораздо дороже, но они есть. Если вес ГБО для водителя или автовладельца критически важен, то найти легкий газовый баллон не трудно, просто на его покупку придется потратить большую сумму.

Заблуждение: установка ГБО портит автомобиль

Реальность: правильная установка не портит автомобиль

Ошибки в установке ГБО могут привести к поломке автомобиля, но это не имеет отношение к ГБО как таковому, а только к квалификации механиков, выполняющих работы по его установке. Профессиональный механик не допустит подобных ошибок, поэтому переоборудовать авто нужно не в кустарных условиях, а в профессиональном специализированном сервисе. Там же нужно регулярно проводить его техосмотр.

Использование метана также не приводит к более быстрому износу двигателя. В старых двигателях, где сухой смазкой в клапанах выступал свинец, такая проблема действительно была. В новых двигателях свинец для смазки клапанов не используется, поэтому перевод автомобиля на газ не приводит к более быстрому износу двигателя.

Заблуждение: двигатель значительно теряет мощность

Реальность: максимум на 10%

Потеря мощности двигателя при переоборудовании на метан до 10% многими автовладельцами даже не ощущается. Любители быстрой езды могут протестировать автомобиль с заводским газовым оборудованием от Mersedes, Passat или Volvo и убедиться в том, что возможности современных газовых автомобилей ничуть уступают бензиновым.

Техническое обеспечение

В последние годы в мире наблюдается рост количества автомобилей, использующих природный газ в качестве моторного топлива. В их числе находятся и переоборудованные под использование газа автомобили, и заводские газомоторные автомобили, и гибридные автомобили, в которых предусмотрены два источники энергии.

Для массовой газификации автомобилей нужны:

достаточное количество добытого и очищенного метана;

развитая газотранспортная сеть для транспортировки природного газа после добычи;

автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), которые обеспечивают комплексную обработку (очистку, замеры, сжатие) и хранение газа;

газобаллонное оборудование (ГБО), которое устанавливается на автомобили;

заводские газомоторные автомобили (легковые, грузовые, специальная техника);

специализированные сервисы, которые занимаются установкой и техническим обслуживанием ГБО.

Транспорт на метановом топливе

Крупные автопроизводители давно выпускают гибридные автомобили и автомобили с метановыми двигателями. К сожалению, из-за низкого спроса (по сравнению с бензиновыми автомобилями) количество газовых моделей не так уже велико (около сотни3 ), но оно постоянно увеличивается.

Грузовые и легковые газомоторные автомобили производят такие автогиганты как Volkswagen, Volvo, Audi, Ореl, Fiat, Renault, КАМАЗ, Группа ГАЗ, Komatsu. Коммунальные службы, сельскохозяйственные и строительные компании закупают газомоторные автобусы Hengtong, Volgabus, Volvo, Группы ГАЗ; специальную технику Iveco (грузовики); Dayun и Volvo (тягачи); Valtra (тракторы), КАМАЗ (разнообразная сельскохозяйственная, коммунальная, дорожно-строительная техника).

Газобаллонное оборудование (ГБО)

На практике принято различать несколько поколений ГБО. Каждое новое поколение гораздо дороже, но и гораздо совершеннее предыдущего: обеспечивает высшую безопасность, более комфортное использование, меньшую потерю мощности двигателя и грузоподъемности автомобиля.

ГБО состоит из небольшого количества элементов, основными среди которых являются следующие:

заправочное устройство (используется для заправки баллона газом и предупреждения утечек газа);

баллон (резервуар для газа);

редуктор (обеспечивает снижение давления газа при его непосредственной подачи из баллона в двигатель);

форсунки (выдает порцию газа и распыляет ее);

клапан (включает и выключает подачу газа из баллона);

датчик уровня топлива;

манометр (измеряет уровень давления газа);

дозатор топлива;

переключатель (производит переключение между источниками топлива в гибридных авто).

Количество и тип деталей (электрические, механические) зависит от поколения ГБО и типа авто: карбюраторное или инжекторное.

Вес и объем баллонов раньше являлся весомой причиной, по которой автовладельцы не желали устанавливать ГБО на легковые автомобили. Современные технологии устранили эту проблему: баллоны стали легче и безопаснее, а также долговечнее и удобнее. Для грузовиков баллоны делают более объемными и их количество в одном автомобиле доходит до десяти. Баллоны для легковых автомобилей компактные, к тому же обычно их устанавливают не больше одного.

Баллоны для КПГ, в основном цилиндрической формы, делают из стали, металлопластика и полимерных композиционных материалов. Самые тяжелые и дешевые баллоны – стальные, самые легкие и дорогие – полимерно-композитные (на 70% легче, чем металлические). Стальные баллоны традиционно считаются более надежными, хотя современные полимерно-композитные баллоны полностью защищены от утечек газа, не боятся ударов и огня, поэтому полностью взрывобезопасны.

Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции бывают частными и общественными, материнскими (ведущими) и дочерними; стационарными и мобильными. Среди мобильных АГНКС в частности различаютблочно-контейнерные, в том числе модульные, и индивидуальные (бытовые, домашние) газозаправочные станции.

Стационарные АГНКС обычно занимают большую площадь и получают метан непосредственно из подземного магистрального газопровода. Такая АГНКС состоит из нескольких блоков, обеспечивающих передачу газа из газопровода, его осушку, очистку, сжатие, хранение, редуцирование и заправку в баллоны.

Изредка стационарные АГНКС могут быть не подключены к газопроводу, получая КПГ из АГНКС, которая в нему подключена. В таком случае АНГКС, которая подключена к газопроводу, называют «материнской», «ведущей», в АНГКС, получающую газ из материнской, – «дочерней».

В некоторых странах используются передвижные автомобильные газовые заправщики – ПАГЗ, которые часто называют просто передвижными автозаправочными станциями. В основном ПАГЗ используются для доставки КПГ в местности, где ни одна АГНКС еще не построена по причине отсутствия заинтересованных инвесторов или же в места, где нет магистрального трубопровода, к которому можно было подключить новую АГНКС.

В некоторых странах используется схема эксплуатации материнской и дочерних АГНКС при помощи ПАГЗ. К примеру, в Италии, при помощи ПАГЗ доставляют метан на общественные АГНКС, которые не подключены к магистральному трубопроводу по причине его отсутствия. В этом случае при помощи компрессорной установки на материнской АГНКС газ заправляют в ПАГЗ, потом отправляют его на дочернюю АГНКС, где в процессе передачи КПГ в цистерне падает давление, из-за чего возникает потребность в дополнительном компримировании газа, которое и проводится на дочерней АГНКС, также оборудованной соответствующим компрессором.

Обычно дочерние АГНКС строят рядом с крупными населенными пунктами, где использовать ПАГЗ не представляется возможным в виду того, что потребности в КПГ слишком большие и его нужно постоянно доставлять на станцию. То есть ПАГЗы фактически выполняют функцию автоперевозчика моторного топлива, а непосредственная заправка автомобилей осуществляется на стационарной дочерней АГНКС.

Сравнительно небольшое количество частных газифицированных автомобилей делает бизнес автозаправщиков не особо выгодным. Частично эту проблему решают мини-АГНКС. Каждое предприятие, обладающие собственным автопарком, может перевести его на газомоторное топливо и приобрести мини-АГНКС, мощностей которой хватит для удовлетворения собственных нужд в газомоторном топливе.

Модульный принцип устройства мини-АГНКС позволяет владельцу выбрать именно ту мощность станции, которая ему нужна, что позволяет окупить ее за 1-1,5 года. При расширении автопарка количество насосных агрегатов можно легко увеличить, тем самым увеличив мощность собственной АГНКС. Обычно мини-АГНКС устанавливают владельцы таксопарков, сельскохозяйственные предприятия и предприятия коммунального транспорта, торговые сети и строительные организации.

Специализированные сервисы

Метановое ГБО можно установить практически на любой автомобиль, но только в специализированном сервисе. Иногда его устанавливают в кустарных условиях, но такая практика не рекомендуется специалистами из соображений безопасности. В профессиональном сервисе ГБО не только правильно установят и настроят, но и дадут гарантию на работы и рассчитают примерный срок его окупаемости.

Кроме установки ГБО такие автосервисы проводят испытания газобаллонного оборудования, регулярный технический осмотр авто, ремонт и замену изношенных запчастей, а также консультируют потребителей по всем вопросам, связанным с переоборудованием и эксплуатацией транспорта, использующего газ в качестве моторного топлива.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Метан на транспорте. Проблемы, задачи и перспективы развития рынков компримированного природного газа (А. А. Батталханов) предоставлен нашим книжным партнёром -

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:

1. В 1.6 раз легче воздуха. То есть при утечке он просто быстро поднимается вверх и рассеивается.
2. 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.

На один и тот же факт можно смотреть как минимум с трех точек зрения. Так на использование сжатого природного газа на транспорте в качестве топлива, можно сказать - это удел бедных и даже нищих, а можно сказать, что это выбор экономных и не привыкших сорить деньгами зря, а еще есть мнение, что метан - это топливо будущего и те кто сейчас переходит на него, просто идут в ногу со временем и оседлали волну близкого и перспективного мейнстрима. Как считать - выбор ваш!

Поиск альтернативных источников автомобильного топлива - проблема, которой в последние годы уделяется самое пристальное внимание. Рост цен на нефть энергоносители, ужесточение экологических требований, экономия горючесмазочных материалов - все это стало основной движущей силой в поиске альтернативных топлив для многих стран. В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу третья волна популярности природного газа, используемого в качестве моторного топлива.
По прогнозам экспертов, эта волна достигнет апогея к концу первой четверти ХХI века.

Природный газ
Природный газ, более чем на 90 % состоящий из метана, сегодня доступен практически во всем мире. А что тогда говорить о России!

По мнению экспертов, на использование природного газа в меньшей степени влияют экономические кризисы, чего нельзя сказать о рынке нефти и нефтепродуктов. Метан, будь то ископаемый природный газ или биометан, может распределяться как через существующую сеть природного газа, так и через уже имеющуюся заправочную сеть. Правда, в некоторых странах, стоящих на пороге промышленной революции, вопрос с распределительными сетями пока не решен. Метан, необходимый для автомобильного транспорта, к потребителю может поставляться:
■ по международной газопроводной сети;
■ в виде сжиженного природного газа с помощью наливных судов, автомобильных или железнодорожных цистерн;
■ по местным трубопроводам низкого давления (биометан);
■ автомобильными цистернами (сжиженный биометан).
В настоящее время приняты международные стандарты и одобрены основные виды транспортных средств, пригодных для доставки метана, и в большинстве регионов уже есть сертифицированные поставщики комплектного газового оборудования для применения его в автомобилях.

Неоспоримые преимущества
Перевод автомобилей на природный газ не требует переделки двигателя и позволяет значительно улучшить экологию, так как снижается выброс токсичных веществ в атмосферу.
Так, выбросы оксида углерода уменьшаются в 5–10 раз, углеводородов - в 3 раза, оксидов азота - в 1,5–2,5 раза. Уровень шума работающего двигателя понижается в 2 раза. Работа двигателя на сжатом газе становится мягче, ни в одном режиме не происходит детонации, октановое число газа - 110. К тому же метан легче воздуха и при утечке сразу улетучивается, не создавая взрывоопасной смеси.

Использование газового топлива увеличивает срок службы двигателя и моторного масла в 2 раза, а свечей зажигания - на 40 %. При одинаковом расходе на 100 км пути стоимость газа в 2–3 раза ниже стоимости бензина или дизельного топлива, что сдерживает рост тарифов на транспортные услуги. Использование природного газа в качестве моторного топлива уменьшает зависимость транспорта от нефти и нефтепродуктов и высвобождает значительную их часть для применения в областях, где им нет альтернативы. Сразу заметим, что далее речь пойдет только о природном газе (метане: сжатом или сжиженном), а не о пропанбутановой смеси, широко применяемой в быту, а также применяемой на транспорте (т. н. сжиженный углеводородный газ).

Сжатый или сжиженный
Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) получают при охлаждении природного газа метана до –162 °С. В жидком состоянии объем газа уменьшается в 600 раз, что позволяет в значительной степени увеличить эффективность его хранения и транспортировки. Сжиженный природный газ транспортируют так же, как и нефть, в специальных танкерах. В странах импортерах он хранится в резервуарах. В специальных терминалах СПГ разогревается, благодаря чему возвращается в газообразное состояние, и после этого за качивается в газотранспортную систему. Компримированный, или сжатый природный газ (КПГ англ. CNG - compressed natural gas) - это тот же метан, но находящийся в газообразном состоянии, под давлением до 20 МПа. Потребитель может сразу использовать этот газ для собственных нужд. Эксперты попрежнему продолжают спор о достоинствах и недостатках сжатого и сжиженного природного газа. Некоторые считают, что со временем, при создании необходимых условий, сжиженный природный газ вытеснит сжатый, однако другие так не думают. В таблице 1 приведена сравнительная характеристика сжиженного природного газа и компримированного, сжатого.

Видно, что КПГ не требует специальных транспортных устройств для доставки от производителя, однако при его применении необходимо использовать специальные баллоны, имеющие высокую стоимость и значительный вес. Что касается цены такого топлива, то в России стоимость кубометра компримированного газа устанавливается законодательно - в размере 50 % от стоимости литра бензина АИ76. По этой позиции КПГ значительно выигрывает у сжиженного углеводородного газа, для которого цену диктует рынок. Однако проигрывает по стоимости баллонов и оснастки.
СПГ за рубежом
Несмотря на все сложности, за рубежом параллельно с использованием КПГ расширяется применение в автотранспорте и сжиженного природного газа метана, особенно это показательно для США. Так, широкая сеть автозаправочных станций создана на югозападе США в штатах Калифорния, Аризона, Колорадо, Техас, Пенсильвания и других. Крупные автомобильные корпорации, такие как Mack, Ford, MAN уделяют этому вопросу самое серьезное внимание. В Европе производством автомобилей, работающих на сжиженном природном газе, занимаются такие компании, как MercedesBenz, MAN, BMW и др. Сжиженный газ как моторное топливо стал применяться в Бельгии, Финляндии, Германии, Нидерландах, Норвегии, Франции, Испании, Великобритании и других странах Европы.
КПГ в СНГ
На сегодня в России большее распространение в автотранспортной сфере получил КПГ, особенно для городского и коммунального транспорта. В последние годы предпринимаются попытки расширить применение данного вида топлива. К решению этой проблемы привлечены государственные организации и частные компании. Уже имеется многолетний опыт эксплуатации автомобильного газового оборудования, работающего на КПГ, особенно в структуре ОАО «Газпром».
В 2001 году Экономический совет СНГ предложил к реализации межгосударственную программу «Использование природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств на 2001–2005 годы», и отчасти благодаря ей в России, да и странах СНГ, наибольшее распространение получил именно КПГ (сжатый метан), а не сжиженный природный газ.

Баллоны для КПГ
Для замены одного литра дизельного топлива аналогичным количеством энергии, содержащимся в бензине, потребуется топливный бак, объем которого на 15 % больше. Если же использовать СПГ, то объем бака придется увеличить на 70 %, а при использовании компримированного природного газа (метана), который хранится при рабочем давлении в 200 бар (20 МПа), топливные баки должны занимать объем больший в 4,5 раза.

Поэтому применение компримированного природного газа во многом ограничивается наличием специальных баллонов. В отличие от остальных стран СГН в России этот вопрос решается достаточно успешно. Баллоны для метана, как правило, имеют цилиндрическую форму и условно подразделяются на четыре типа, включающие как баллоны, традиционно изготавливаемые из стали, так и облегченный вариант - баллоны с использованием полимерных композиционных материалов на основе стеклянных углеродных или органических волокон. Среди таких емкостей:
■ бесшовные стальные баллоны;
■ металлопластиковые баллоны (тип 1), состоящие из металлической толсто стенной оболочки (лейнера), несущей основную нагрузку, и внешней армирующей оболочки из полимерного композиционного материала;

■ металлопластиковые баллоны (тип 2) - тонкостенный металлический лейнер и армирующая оболочка из полимерного композиционного материала типа «кокон» по всей поверхности;
■ композитные баллоны - полимерный лейнер с закладными металлическими элементами для присоединения запорной аппаратуры и силовая оболочка из композиционного материала.
В России насчитывается 4 производителя баллонов для сжатого природного газа (рассчитанные на давление 20 МПа), два из них выпускают как цельнометаллические, так и металлопластиковые баллоны (см. таблицу 2).

Такие компании, как, «Рузхиммаш» (г. Рузаевка, Мордовия) и «Оргэнергогаз» (подразделение «Газпрома»), производившие эту продукцию, прекратили выпуск автомобильных баллонов. Мелкие партии производит НПП «Маштест» (г.Королев).
Имеется пара производителей автомобильных баллонов для КПГ на Украине.
Это ОАО «Бердичевский машиностроительный завод Прогресс» и ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича». В условиях хорошего спроса на КПГ и развитой сети газозаправочных станций на Украине производители отмечают неплохой спрос на свои изделия.
Практически все российские производители баллонов ориентированы на внутренний рынок и рынок стран СНГ, хотя завод в Орске получил международный сертификат и имеет возможность поставлять данную продукцию в страны дальнего зарубежья.
Мировая практика свидетельствует, что около 70–80 % используемых для транспортировки метана баллонов - цельнометаллические. И это несмотря на то, что использование металлопластиковых баллонов позволяет снизить вес комплекта примерно в 1,3–1,5 раза, что особо актуально при необходимости установления нескольких баллонов. Связано это с тем, что эффективные технологии производства «композитных» баллонов появились значительно позже и, конечно же, с тем, что металлопластиковые баллоны дороже цельнометаллических. Однако нужно заметить, что применение облегченных баллонов в продолжительной перспективе выгоднее из-за экономии веса машины, приводящей к экономии топлива, и повышения грузоподъемности средства передвижения - последнее особенно важно, когда речь идет о грузовом транспорте.
ГБО - газобаллонное оборудование
Кроме самих баллонов для установки их на автотранспортное средство необходимо закупать дополнительно соответствующее газобаллонное оборудование (ГБО). У владельца транспортного средства есть два варианта - купить отечественное ГБО (производства «Рязанский завод автомобильной аппаратуры», «Воткинский завод газовой аппаратуры» и др.) или импортное.
Цена вопроса
Переоборудовать автомобиль для рабо ты на КПГ - удовольствие недешевое. Так, стоимость металлокомпозитного баллона составляет около 7,5–8,5 долл./л, цельнометаллического - 7 долл./л. Таким образом, серийный металлокомпозитный баллон объемом 50 л обойдется потребителю в 400 долларов, цельнометаллический - 350 долларов, и это без учета стоимости газобаллонного оборудования. Если же планируется перевод на КПГ грузовых автомобилей или автобусов, то, в зависимости от необходимого объема, придется устанавливать несколько баллонов, что приведет к удорожанию комплекта в несколько раз. Перевод легкового автомобиля на КПГ обойдется в 1 тыс. долларов, грузового и автобусов - выше 2,0–2,5 тыс. долларов.

Стоимость автомобильных баллонов стран СНГ на 50 л для сжиженного углеводородного газа (пропанбутановая смесь) равняется 30–50 долларам, а затраты на переоборудование легкового автомобиля составят порядка 200–400 долларов, в зависимости от производителя и вида ГБО.
Окупаемость
По расчетам экспертов, с учетом цен на топливо на начало 2006 года, окупаемость автомобильных транспортных средств при переводе с бензина на компримированный газ, при среднегодовом пробеге 60 тыс. км составляет от 3 до 5 лет, в зависимости от грузоподъемности и типа автомобиля. Если учесть возросшую с начала года стоимость бензина и больший пробег автомобиля, то период окупаемости может оказаться существенно короче. Если же взять автотракторную технику, например К700 или Т150, то благодаря внушительному расходу топлива срок окупаемости составит около года.
Становится понятно, почему в западных странах и в нашей столице на альтернативное газовое топливо прежде всего переводится городской транспорт - экономия слишком очевидна и велика.
Мировой опыт
К концу 2005 года в мире насчитывалось свыше 4,6 млн автомобилей, работающих на КПГ. Несомненными лидерами среди стран в данной области являются Аргентина, Бразилия и Пакистан. Первые две страны имеют парк газобаллонных автомобилей (ГБА) свыше одного миллиона.
АГНКС - заправочные станции
Современные АГНКС должны удовлетворять следующим требованиям:
■ низкая стоимость;
■ минимальные габариты и масса;
■ простота установки и эксплуатации;
■ независимость от систем электро и теплоснабжения;
■ максимальная безопасность и комфортность условий работы обслуживающего персонала;
■ автоматизация управления станцией;
■ оперативность заправки с точностью, достаточной для коммерческого учета (до 2 %).
Производители должны быть готовы предложить заказчику достаточную номенклатуру АГНКС по производительности.

Аргентина и Бразилия располагают хорошо развитой системой автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Количество АГНКС, действующих в этих странах к началу 2006 года, превышало тысячу, что позволило реализовывать Аргентине около 280 млн куб. м. газа в месяц, а Бразилии - около 163 млн куб. м. Примечательно, что набольшие темпы в строительстве новых АГНКС отмечены в Пакистане и Китае, где запланировано строительство более 200 станций. Свыше 100 АГНКС строятся в Бразилии и Иране, а вот лидер по числу автомобилей, работающих на газе, - Аргентина - пока не планирует строительство новых АГНКС.
Россия и СНГ
Несмотря на значительные запасы природного газа, Россия пока уступает Украине в использовании КПГ и занимает в мировом рейтинге 12 место (см. таблицу 3).

Российский парк автомобилей, работающих на метане, оценивается примерно в 52 тысячи. Сегодня в России действует 215 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, 87 % из которых принадлежит «Газпрому», их суммарная проектная мощность
составляет около 2 млрд куб. м/год, что позволило бы заправлять 250 тыс. автомобилей в год. Через российские АГНКС в 2005 году было реализовано 237 млн куб. м природного газа (19,75 млн куб. м/мес.).
Таким образом, загрузка имеющихся газозаправочных станций в России составляет лишь 10–15 %, но в целом за последние годы потребление природного газа автомобильным транспортом в России стабильно растет на 25–30 % в год.

Свою сеть многотопливных заправочных комплексов (МАЗК) в России создала и компания Douglas Consulting, которая не только реализует газомоторное топливо, но и предлагает полный спектр услуг по переводу автомобилей на газ. В последние годы на КПГ обратили внимание и другие нефте и газодобывающие компании. Благодаря политике «Газпрома», в схемах газификации регионов в обязательном порядке предусматривается сооружение АГНКС, на газ постепенно переводятся целые отрасли. Так, ОАО «Российские железные дороги» успешно реализует программу перевода на газ магистральных и маневровых тепловозов.
Подготавливается аналогичная программа по газификации сельхозтехники. В программе «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» указано, что в предстоящие годы наиболее динамично будет расти потребление моторного топлива - на 15–26 % к 2010 году и на 33–55 % к 2020 году. При этом в качестве моторного топлива в долго срочной перспективе будут использоваться наряду с традиционными жидкими нефтепродуктами сжиженный и сжатый природный газ (в эквиваленте до 5 млн т нефтепродуктов к 2010 году и до 10–12 млн т в 2020 году).
В Татарстане, нефтяном российском регионе, действуют 9 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций ООО «Таттрансгаз» суммарной производительностью 70,6 млн куб. м в год, при этом их фактическая загрузка составляет в среднем 7–8 % проектной мощности изза малого количества газобаллонных автомобилей. В 2006–2010 гг. ООО «Таттрансгаз» планирует ввести в эксплуатацию еще 11 АГНКС. Кроме того, в республике действуют десятки газораспределительных станций, способных после дополнительной установки заправочных компрессорных модулей обеспечить получение значительного количества сжатого природного газа для заправки транспортных средств. Таким образом, КПГ в России имеет неплохие перспективы.
Украина
К концу 2005 года на Украине насчитывалось около 67 тыс. газобаллонных автомобилей и 147 АГНКС. Реализация КПГ достигла 540 млн куб. м/год. Первоначально большинство АГНКС находились в ведении компании «Укравтогаз», однако затем стали появляться независимые операторы. Однако, несмотря на убедительные преимущества, полностью реализовать потенциал КПГ пока не удается. Согласно оценкам структур, работающих в газо вой сфере, Украина ежегодно может переоборудовать 20–25 тыс. транспортных средств.
Одной из вероятных причин отставания эксперты считают отсутствие на Украине современного производства металлокомпозитных баллонов. Два производителя, о которых упоминалось ранее, поставляют на внутренний рынок только цельнометаллические баллоны, да и они пока не могут полностью удовлетворить потребности рынка.
Среди задач, требующих решения, остается также развитие сети ГЗС, поддержка государства и муниципальных властей в данной сфере.
Армения
По информации министерства транспорта Армении, в настоящее время газовыми установками оснащено около 38 тыс. автомобилей, что составляет от 20 до 30 % эксплуатируемых в стране машин - довольно высокий показатель. Причина резкого увеличения использования КПГ - значительная разница между ценами на компримированный природный газ и традиционными видами автомобильного топлива. Согласно прогнозам, высокие темпы роста перевода автомобилей на газ в этой стране сохраняться и в ближайшие годы, более того, они могут достичь 20–30 % в год.
Другие члены содружества
Таджикистан переживает существенный рост потребления природного газа автомобильным транспортом. Начиная с 1997 года, после выхода соответствующего постановления правительства страны, количество АГНКС возросло к 2006 году с 3 до 53. В основном это станции не большой производительности. На сегодняшний день сеть АГНКС Белоруссии состоит из 24 АГНКС в 17 городах республики, 5 передвижных АГЗС. Обслуживаемый парк - 5,5 тыс. газобаллонных автомобилей. ОАО «Белтрансгаз» разработало стратегию расширения использования КПГ, на базе национальной программы расширения использования газа в качестве моторного топлива, и концепцию развития сети АГНКС. К 2010 году планируется довести число ГБА до 14,5 тыс. и объем реализации КПГ до 72,3 млн куб. м/год.
В Молдове и Узбекистане перевод автотранспорта на сжатый природный и сжиженный газ происходит не так быстро. Так, в Молдове насчитывается около 4,5 тыс. ГБА и лишь 8 АГНКС. В Узбекистане эксплуатируется менее 10 тыс. единиц автомобилей, работающих на газовом топливе (менее 1% от всего автомобильного парка), используется порядка 30,0 тыс.т сжиженного углеводородного газа и 70–72 млн куб. м КПГ, хотя природные ресурсы позволяют значительно увеличить количество ГБА.

Тормоз для КПГ
По мнению аналитиков рынка, существуют проблемы, мешающие более масштабному переходу на КПГ. Главные из них:
■ высокая стоимость переоборудования транспорта для работы на газе и зачастую - отсутствие для этих целей необходимых денежных средств у хозяйств, коммунальных служб и т. п.;
■ отсутствие серийного производства уже готовых газобаллонных автомо билей российскими автопроизводителями;
■ недостаточно развитая сеть АГНКС. В странах Европы пункты заправки находятся на максимальном расстоянии друг от друга в 30 км, а в РФ имеются трассы, где на тысячи километров не насчитывается ни одной АГНКС.

Кроме того, приходится решать и вопросы высокой степени износа (особенно по резерву двигателей) автопарка муниципальной собственности и госструктур, неподготовленность персонала во многих региона РФ к обслуживанию автомобилей, работающих на КПГ. В России ограничено число компаний, имеющих сертификаты и способных переоборудовать транспортные средства для работы на КПГ, своевременно освидетельствовать автотранспортное средство с ГБО. Эта проблема особенно актуальна для регионов.
Перевод транспорта на природный газ - задача несомненно важная и при разумном подходе экономически выгодная, однако решение ее возможно только при непосредственном участии соответствующих ведомственных организаций и поддержке государства.

России, имеющей крупнейшие в мире запасы природного газа, непозволительно не воспользоваться ситуацией для популяризации КПГ и возможной замены традиционных видов топлива.

Сергей Ким Октябрь 2006

P.S. От себя могу добавить, что муж моей родственницы, работающий таксистом уже более 15 лет, постоянно переводит свои вновь купленные машины на метан и после переделки стоимость топлива для пробега машины снижается примерно в 3 раза по сравнению с бензином.

Это, так сказать, непосредственный опыт.

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.

1. 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/(кгград):

, (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 0,930,97; из в зависимости от степени сжатия имеет значение 0,640,78; механический к. п. д. меняется в пределах 0,850,95.

Бизнес блоги