какое давление в метановом баллоне автомобиля

Едем на метане

По данным испытаний «Авторевю», расход метана для Lada Vesta CNG составляет от 7,8 кубометра на 100 км на трассе до 12 кубометров на 100 км для города. Журнал «За рулем» дает чуть более оптимистичные величины — средний расход порядка 6,2 кубометров на 100 км.

И даже с учетом высокой стоимости метанового ГБО срок его окупаемости при указанном пробеге составляет порядка двух лет. Но это — если ездить исключительно на метане.

Почему ездить на метане сложно

Заправку метаном обеспечивают не привычные нам АЗС, а так называемые АГНКС — компрессорные станции. С советского периода в России осталось около 500 таких станций и за последние годы их общая численность не увеличилась — сейчас их, по оценкам, лишь 360. В каждом регионе насчитывается в среднем 15−20 АГНКС, и они составляют лишь 2% от общего числа заправок.

Редкость АГНКС осложняет использование метанового автомобиля, тем более, и пробег на полной заправке метаном, как правило, невысок. Например, первая серийная легковушка с ГБО — Lada Vesta CNG — имеет баллон на 90 литров, в который можно заправить примерно на 18−20 кубометров метана (величина указывается при атмосферном давлении). На таком количестве автомобиль проходит 250−300 километров. Расстояние между некоторыми АГНКС больше этой величины, поэтому при использовании метанового ГБО часть пробега все равно будет проходить в бензиновом режиме. А это увеличивает время окупаемости оборудования.

Метан — легкий углеводород, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода. В нем практически отсутствуют вредные примеси и тяжелые углеводороды, которые приводят к образованию нагара и смол в двигателе.

Выхлоп метановых машин также чище, правда, в нем все равно присутствуют окислы азота, которые образуются из-за высокой температуры в камере сгорания и наличия в ней кислорода. Но содержание сажи, несгоревших углеводородов и угарного газа значительно ниже, чем в случае с бензиновыми и дизельными моторами.

Правда, установка на автомобиль ГБО требует регистрации изменений, и в России процедура забюрокрачена до абсурдности. Самое печальное — это даже не дороговизна и муторность. Главное, процедура почти бесполезна, потому что проверки носят формальный характер и не гарантируют безопасность оборудования для владельца (разве что на бумаге). Тем не менее, несколько лет назад началась кампания по отлову автомобилей с нелегальным ГБО.

С июля нас ждет очередное затягивание гаек, и если сейчас общение с аккредитованными лабораториями возможно в удаленном режиме, то новый ГОСТ 33670 требует посещения такого центра. А их по России — лишь 15.

В каком-то смысле, политика государства противоречива: с одной стороны, людей стимулируют переходить на ГБО, с другой — создают препоны. Забота о безопасности оборудования, работающего под огромным давлением, понятна, но с учетом формальности процедуры вряд ли вызывает понимание у автовладельцев.

А есть ли готовые решения?

Lada Vesta CNG стала первой легковушкой с серийным ГБО для работы на метане, вторым на очереди идет Largus CNG, производство которого стартовало в феврале.

Заводской вариант не требует отдельной легализации ГБО, кроме того, обе машины сохранили бензобак, а пробег на полной заправке превышает 1000 км.

Но та же Vesta CNG на 170 тысяч рублей дороже аналогично оснащенной бензиновой Vesta, хотя 115 тысяч рублей можно компенсировать по программе EcoGas. Кроме того, в ряде регионов действуют субсидии при покупке метановых машин, например, клиентам предоставляются топливные карты, дающие 50-процентную экономию на первые 1500 кубометров газа.

Одной из проблем метановых машин является объем, который занимает баллон. Багажник Vesta, например, сокращается с 480 до 360 литров. Для фургона Largus тот же 90-литровый баллон сокращает объем еще сильнее — на 315 литров.

Ждет ли нас метановое будущее

Дешевый, экологичный, чистый — трудно представить лучшее топливо для России, чем природный газ. Тем более мы обладаем колоссальными запасами газа: по некоторым оценкам, до четверти мировых.

Есть и риски, например, необходимость хранить газ под давлением в 200 атмосфер предъявляет высокие требования к состоянию ГБО — сертификация и техосмотр метановых машин не должны быть формальностью.

Источник

Выбор газового оборудования Метан/Пропан LPG/CNG (система ГБО)

Здравствуйте, разговор пойдёт о том виде топлива, которое заменит бензин. Как Вы уже догадались — это газ. Но какой именно газ? Их ведь много разных.

Сегодня рассмотрим два самых популярных варианта газового оборудования доступных на рынке, работающих на пропан-бутановой смеси и метане.
Газовое оборудование, имеет сокращённую аббревиатуру (согласно наименованию газа): LPG и CNG соответственно.

Введение.
Сначала познакомимся с этими газами поближе. Для этого я надёргал 5 основных таблиц из сети для того, чтобы можно было в деталях получить основные характеристики и свойства газов.

Параметры торговых марок

Критические параметры газов
Газы могут быть превращены в жидкое состояние при сжатии, если температура при этом не превышает определённого значения, характерного для каждого однородного газа. Температура, свыше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической температурой. Давление, необходимое для сжижения газа при этой критической температуре, называется критическим давлением.

Упругость насыщенных паров
Упругостью насыщенных паров сжиженных газов называется давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии со своей газовой фазой. При таком состоянии двухфазной системы не происходит ни конденсации паров, ни испарения жидкости. Каждому компоненту СУГ при определённой температуре соответствует определённая упругость насыщенных паров, возрастающая с ростом температуры. Давление в таблице указано в МПа.

Зависимость плотности от температуры

Определения.
LPG (Liquified Petroleum Gas) – сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан). Наиболее распространенный вид топлива для легковых автомобилей, как коммерческого, так и частного использования. Получается как побочный продукт при переработки нефти.
CNG (Compressed Natural Gas) – сжатый природный газ (метан). Чаще всего встречается в автомобилях коммерческого назначения или у производителей заводского ГБО.

Тезисы для пропан-бутанового оборудования (LPG):
1. Пропан/бутан требует химического синтеза (получения) на предприятии (НПЗ), поэтому дороже метана.
2. Хранится при невысоком давлении в баллоне (до 16 бар).
3. Пропан-бутан отлично сжимается и, впоследствии, сжижается. Это положительно отражается на энерговооруженность авто при равном объёме с метаном.
4. Сжиженный газ LPG находится в равновесном состоянии с паровой фазой (при определённом давлении и температуре) и заполняет всё пространство баллона.
5. Баллоны заправляются не более чем на 80% от максимального объема, жидкой фазой, которая измеряется в литрах. Так делают в целях безопасности от воздействия повышенных температур.

Теперь самая интересная часть.
Сравним энерговооруженность бензиновой системы, LPG и CNG.
Для этого примем заправочную ёмкость равную 60 литрам (бензобак / баллон).
Стандартные условия: t=+20 °C, Ра=100 кПа
Низшая теплота сгорания метана: Qm = 36 МДж/м3
Низшая теплота сгорания пропана: Qp = 91 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бутана: Qb = 119 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бензина (АИ-98): Qv = 33 МДж/л
Плотность метана (паровой фазы): ρma = 0,668 кг/м3
Плотность пропана (паровой фазы): ρpa = 1,872 кг/м3
Плотность пропана (жидкой фазы): ρpl = 500 кг/м3
Плотность бутана (паровой фазы): ρba = 2,519 кг/м3
Плотность бутана (жидкой фазы): ρbl = 570 кг/м3
Плотность бензина: ρv = 750 кг/м3
Газовая постоянная метана: Rm = 519 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная пропана: Rp = 189 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная бутана: Rb =143 Дж/(кг*К)
Уравнение газа: P*V = m*R*T, где
P — давление, Па; V — объём, м3; m — масса, кг; R — газовая постоянная, Дж/(кг*°К); Т — температура, °C.

Бензин
энерговооружённость бака бензина: Wv = 33 Мдж/л * 60 л = 1980 МДж

Метан
масса сжатой паровой фазы в баллоне: mma = P*V/(R*T) = 200*10^5 Па * 0.06 м3 / ( 519 Дж/(кг*°К) * 293 °К) = 7,9 кг
плотность сжатой паровой фазы: Dma = 7,9 кг / 0,06 м3 = 131,7 кг/м3
отношение плотностей сжатой паровой фазы в баллоне и при стандартных условиях: Dma / ρma = 131,7 кг/м3 / 0,668 кг/м3 = 197
энерговооружённость баллона: Wma = 36 МДж/м3 * 0,06 м3 * 197 = 426 МДж (

Стоимость заправки 1 литра жидкого топлива
Бензин
Цена: 44 руб/л
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sb = 44 руб/л / 33 МДж/л = 1,333 руб/МДж

Метан
Цена: 16 руб/м3
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sm = 16 руб/м3 / 36 МДж/м3 = 0,444 руб/МДж

Пропан-Бутан (50/50)
Цена: 18 руб/л
Отношение плотностей жидкой и паровой фазы при стандартных условиях: ρpbl / ρpbv = 535 кг/м3 / 2,2 кг/м3 = 243,2
Из 1 литра жидкой фазы получится 243,2 литра паровой фазы: Vpbv = 0,2432 м3
Энергия этого объёма пара: Qpbv = 0,2432 м3 * 105 МДж/м3 = 25,534 МДж
Стоимость 1 МегаДжоуля: Spb = 18 руб/л / 25,534 МДж = 0,705 руб/МДж

Вывод: согласно расчёту, энергетическая стоимость пропан-бутанового топлива почти вдвое ниже бензина АИ-95.
А стоимость метана ровно в 3 раза ниже стоимости бензина АИ-95.
Цены взяты по Челябинску и округлены до рубля на дату публикации статьи.

Источник

FAQ по метану (часть 1)

Сразу скажу, что в физике газов я не силен.
Ниже по тексту возможны неточности в объяснении физики процесса – так что камнями не кидайте.
Да обычному обывателю оно и не надо – обычному человеку важна экономия

1) на СТО производится установка баллона, в который под большим давлением закачивается метан
Объем баллона измеряется в литрах. У меня стоит 90 л баллон

2) Заправляемый в баллон объем газа изменяется в метрах кубических (м3).

4) Заправляемых объем газа в м3 зависит от двух основных факторов:
— давление, которое может создать компрессор на АНГКС
— температура воздуха (или температура газа) — я точно не знаю
4.1.) Компрессор
На старых АГНКС компрессор не всегда выдает 200 атм. – поэтому в баллон закачают меньше объема, чем туда могло бы закачаться при одинаковой температуре.
На новых, частных АГНКС всегда больше давление, чем на реконструированных или старых газпромовских АГНКС.
Добавлю, что может дело в технических особенностях АГНКС, но я вижу, что на новых АГНКС закачивают больше метана чем на старых!

Я по началу думал, что на новых АГНКС на…бывают, но пробег после заправки на новых АГНКС действительно больше

4.2.) Температура чего-то там
— Зимой в баллон закачивается больше м3 чем летом
— ночью (при существенных перепадах суточных температур) в баллон закачивается больше метана чем днем
— в Батайске рано утром закачивается больше, чем утром в Краснодаре
Например. Я заправился в Батайске в 5-6 утра. Доехал до метановой АГНКС в Краснодаре в 8-9 утра, заправился. Выполнил расчет расхода газа на 100 км – получилось 5,7 м3/100 км
Поехал обратно. Тоже самое в Батайске – расчеты показывают 6,3 м3/100 км
Да, в Краснодаре я захватываю часть пробок, но у меня не единичный опыт.

Т.е. т.к. в Краснодаре теплее, то закачивается туда «меньше» чем в Батайске тремя часами ранее – поэтому и получается заниженный расчетный расход на 100 км. И наоборот. Вечером в Батайске я заправляю больше чем заправил в Краснодаре. Т.к. температура ниже и поэтому получаю повышенный расход – 6,3 м3/100 км

А если на дворе лето и разница в температурах не так существенна, то я туда и обратно получаю 6 м3/100 км

Еще раз, для отличников по физике – я могу ошибаться в обосновании, может еще атмосферное давление влияет – я лишь описываю, то, что я вижу – сколько я потратил денег на заправку и сколько при этом проехал

Например. Я раньше общался с метановодами пока идет заправка.
На мой вопрос:
— баллон какого объема у Вас установлен? (элементарнейший вопрос!)
Я получал три варианта ответа:
1) называют объем баллона (очень редко)
2) брат, я ХЗ, в баллон входит 20 м3
3) брат, я ХЗ, по трассе мне его хватает на 330 км, по городу на 300 км

Друзья, перечитайте еще раз п.4, отчего зависит объем заправки
Как метановод может ответить так бездарно! –ХЗ – или по …уй, или не грамотен или п…здит

В сети тоже самое!
Метановоды несут местами ересь!
Где-то в сети человек писал, что у него в 90 л баллон всегда входит 21-22 м3 (не помню уже точно)
А я заправляю себе 17 м3! – как так-то, епта?
В сети кто-то писал, что стенки китайских баллонов меньше-тоньше-больше – поэтому туда качается меньше газа и т.д.

Я даже ездил «качать» на СТО, почему в мой баллон не входит 21-22 м3? Китайцы подсунули бракованный баллон и т.д.

Да уж!
И это в 2018-2020 г! – информации по метану в сети очень мало! (см. пост приветствие)
Друзья, в общем в мой 90 л в зависимости от перечисленных факторов входит от 17 до 21. десятые я округлил, т.к. специально за этим я не наблюдал.
Кроме того, чтобы за этим наблюдать нужно полностью опорожнить баллон, т.е. приехать на АГНКС на бензине.
Возможно, было 22-23 м3 – не помню, может быть, но это при хорошем минусе и на новой АГНКС

Поэтому расход на 100 км метана можно определить только расчетным путем.
Чтобы понимать какая точная экономия метана перед бензином, нужно точно знать какой расход бензина и какой расход метана на конкретный пройденный путь в одинаковых условиях!
А это установить невозможно! Надеюсь понятно почему! Кроме того, в этом расчете важны «копейки»!

Из чего я исхожу:
1) Мне вообще расход бензина был, в целом, никогда не важен.
За ним я все эти годы, в целом, не наблюдал.
Смысл наблюдать за городским расходом, если он зависит от загруженности города, манеры вождения и т.д. – ну 7,7 л/на 100, ну 8,2 на 100, ну 9 на 100 – мне было все равно

По расходу по трассе у меня получше воспитания.
Я примерно помню что 6 л на 100 км у меня было расход на трассе при 80 км на пятой передаче – режим «тошлиновка», я так и не ездил ни когда.
В целом при 100-110 км/ч расход был наверное 6,6-6,8 л на 100 км
Сейчас у меня расход метана при 100-110 км (в сторону юга) по М4 около 6 м3 на 100 км
Итого получаем при пути 100 км:
6,6 л бензина – х %
6 м3 газа – 100 %
Х = 10 % экономии

Или
6,8 л бензина – х %
6 м3 газа – 100 %
Х = 13 % экономии

Видите, очень важны копейки, десятые
Как их установить точно? – никак

Приведу еще один пример из своего опыта:
Опишу конкретней, местные поймут. Ездил в Калитву. Заправился в Аксае. Поехал. Пробка под Шахтами, через всю Калитву (туда/обратно ), пробка в районе Платова и Грушевки. Отличало эту поездку лишь то, что М4 в ремонте, поток шел одной колонной со скоростью 80-90 км/ч

Маршрут составил 333 км.
Вернулся в Аксай. Баллон полностью не опорожнился. В баллон вошло 18,7 м. куб.
Итого имеем:
333 км – 18,7 м3
100 км – х км
Х = 5,61 м3/100 км.

Чтобы я на бензине уложился в эти показатели? – нереально!
Итого, на сколько точно метана расходуется меньше – на 10 % 14 % — я не знаю.
В своих расчетах я принимаю 10%, что вполне реально

Интересно как у других метановодов с расходом на 100 км?
Метановоды не подтянулись?

Источник

ГБО на метане

Использование метана предъявляет высокие требования к безопасности эксплуатации автомобиля.

Cедельный тягач КамАЗ-65116 на КПГ/СПГ с криобаком для сжиженного метана

Отличие давления пропана и метана

Пропан — нефтяной газ, находящийся в сжиженном состоянии. Для того, чтобы его транспортировать, необходимо создать давление в 10-15 атмосфер. Для этого достаточно, чтобы он был помещен в баллоны, толщина стенок которых составляет 4-5 мм.

Метан — природный газ. Простейший углеводород без цвета и запаха. Чтобы почувствовать его утечку, в него добавляют одоранты, которые придают ему запах газа. Он плохо растворяется в воде, при этом гораздо легче воздуха.

Баллоны для метана в разрезе. Толщина стенки 2-3 см против 4-5 мм у пропановых баллонов

Следует также учесть тот факт, что использование метана предъявляет высокие требования к безопасности эксплуатации автомобиля.

Какие автомобили переоборудуют на метан

Любые автомобили с бензиновым двигателем: карбюраторные, моноинжекторные, распределенного впрыска, а также двигатели с непосредственным впрыском.

Возможна установка и на автомобили с дизельным двигателем и на дизельные генераторы. Би-топливный дизель может быть установлен на автомобили, фургоны, пикапы, автобусы, грузовики и трактора. Топливная смесь DDF (дизель с КПГ) зависит от конфигурации двигателя, мощности и возраста. 40-50% дизельного топлива заменяется КПГ (компримированный или сжатый природный газ).

Система из четырех облегченных метановых металлопластиковых баллонов (тип 2 CNG) 4х34 л (общий объем 136 литров) в багажном отделении внедорожника SsangYong Rexton

Преимущества метана

Влияние на экологию

Кроме того, в метане нет ядовитых примесей, таких как соединения серы, свинца, вредных углеводородов. В результате его использования уровень выделения продуктов горения очень и очень низкий, особенно если используется качественное ГБО, а двигатель предварительно откалиброван.

Это связано с тем, что соотношение между водородом и углеродом в метане определяет значительно меньший уровень выбросов по сравнению с бензином и дизелем — разница составляет 20%. Их уровень в полной мере соответствует законодательству ведущих стран мира, в том числе тех, которые заботятся об экологии на своей территории.

Так что можете смело переходить на использование метана и достигать сразу трех целей:

Сертифицированный мультибрендовый центр по установке, обслуживанию и ремонту газового оборудования:

Источник

Какие бывают автомобильные газовые баллоны для ГБО метан

Одной из основных деталей метанового ГБО является емкость для хранения CNG топлива. Баллоны для метана на авто различаются не только по объёму и размерам, их главное отличие кроется в материалах и технологии производства. От правильного подхода к выбору газового бака зависят, уровень безопасности, оптимальный запас хода, а также грузопассажирские характеристики транспортного средства.

Виды баллонов для метана

В зависимости от материалов изготовления, автомобильные ёмкости для компримированного природного газа (КПГ) разделяют по типам:

Тип 1 (КПГ-1) — цельнометаллические сосуды из легированных либо углеродистых сталей, с толщиной стенки 5.5-9.5 мм (толщина зависит от объёма бака). Имеют бесшовную конструкцию и изготавливаются преимущественно из стальных труб методом горячей закатки. После формовки днища и горловины, баллон проходит ряд этапов:

Также производятся облегченные баллоны CNG-1 методом глубокой вытяжки из листовой стали (без сварных швов). Такие емкости имеют все необходимые прочностные параметры, но при этом их вес снижен до 20% по отношению к сосудам из труб.

Баллоны первого типа считаются очень надёжными, относительно не дорогими, однако они самые тяжёлые.

Тип 2 (КПГ-2) – металлопластиковые баллоны. Изготавливаются из более тонкой стали (4,8-6 мм). Прочность достигается за счет внешнего армирования. Упрочнение происходит методом непрерывной намотки полимерного материала (арамидные, стеклянные, углеродные волокна) на цилиндрическую часть лейнера (корпуса).

Металлокомпозитные ёмкости CNG-2 достаточно надёжны, имеют сравнительно небольшой вес. Их минус – это относительно высокая цена.

Тип 3 (КПГ-3) – емкости с металлическим лейнером из легких алюминиевых сплавов с наружной сплошной обмоткой полимерными материалами. Баллоны CNG-3 являются одними из самых лёгких и дорогих.

Тип 4 (КПГ-4) – композитные баллоны для метана имеют не металлический (пластиковый) лейнер с полимерной оболочкой по всей поверхности. Для горловины используется металлическая закладная. Ёмкости CNG-4 сверхлегкие, но очень дорогие.

Какое давление метана в баллоне авто

Метан при нормальном атмосферном давлении и температуре окружающего воздуха находится в газообразном состоянии. Поэтому для хранения необходимого количества газового топлива в ёмкостях машины, требуется уменьшать его объём методом компримирования, т.е. сжатием.

Регламентированное рабочее давление сжатого природного газа (СПГ) в баллонах автомобиля составляет 20-25 МПА (197-247 атмосфер или 200-250 бар).

Циклическая долговечность сосудов позволяет выдерживать нагрузки от заправок не менее 1000 раз за 1 год эксплуатации. Запас прочности КПГ баков в 2,4 раза превышает рабочее давление, т.е. разрушающее давление составляет не менее 48МПа.

Стоит отметить, что тороидальных баллонов для метана не существует, их производят только для пропана.

Сколько метана входит в баллон

Объём КПГ измеряется кубическими метрами (м³). Зная давление в баллоне, которое показывает штатный манометр, а также температуру окружающей среды можно рассчитать наполнение емкости самостоятельно.

Узнать вместимость любого другого метанового бака можно по формуле:

V/k=количество CNG (м³)

где, V-объём баллона, k-коэффициент, который узнаем из таблицы.

Пример для бака на 100 литров:

Проверяем показание манометра ГБО, допустим 200 бар. Температуру за бортом возьмем +20°C. Смотрим в таблицу на пересечение этих данных и находим цифру 12,5. Далее 50л/12,5=4 – это и есть искомый коэффициент. Затем 100л/4=25. Таким образом, получается, что в 100л баллоне при t=20°C помещается 25 кубов метана.

Сколько можно проехать на таком объёме КПГ, мы уже подробно разбирали в статье о сравнении двух видов газового топлива метана и пропана.

Срок службы метанового баллона

Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ ISO 11439-2014 срок службы, в течении которого эксплуатация КПГ емкостей считается безопасной, устанавливается изготовителем, но этот период не должен превышать 20 лет со дня производства.

По факту практически все производители автомобильных сосудов под метановое топливо устанавливают срок службы на свою продукцию 15 лет. Заводам разрешается проставлять дату истечения срока непосредственно при отгрузке товара.

К тому же на протяжении всего срока эксплуатации необходимо обязательно проходить периодическое освидетельствование баллонов:

Маркировка

Помимо паспорта, каждый баллон должен иметь заводскую маркировку, которая наносится ударным способом клеймами или при помощи этикеток и содержит следующую информацию:

Кроме этого баллон обязательно должен быть сертифицирован. Номер сертификата также указывается в маркировке. Не сертифицированная емкость сделает невозможной регистрацию ГБО.

Баллоны без паспорта или без маркировки, а также с неразборчивой обязательной информацией, к эксплуатации запрещены.

Производители и размеры метановых баллонов

Основные заводы по производству CNG баллонов первого типа:

Продукция этих заводов обладает отличным качеством и надёжностью, соответствует всем предъявляемым требованиям по безопасности, имеет широкую линейку размеров для подбора практически к любому автомобилю.

Второй тип CNG емкостей, доступный для рынка РФ, пока производят только в КНР. Самые надёжные, проверенные китайские баллоны – от предприятий:

Облегченные металлокомпозитные баллоны третьего типа от ООО «НПФ «Реал-Шторм» г. Ижевск уже много лет поставляются на ведущие российские автозаводы, в том числе пассажирской и грузовой техники.

Сертифицированные на территории РФ метановые баллоны 4-го типа производит компания «TK-FUJIKIN CORPORATION» Южная Корея, поставляются только оптовыми партиями под заказ.

ВАЖНО! Никогда не покупайте б/у баллоны, а также емкости неизвестного производства, без документов и соответствующей сертификации. От этого напрямую зависит Ваша безопасность и безопасность окружающих Вас людей.

Источник