گاز طبيعي فشرده (CNG)

حــامد

مدیر بازنشسته
کاربر ممتاز
گاز طبيعي فشرده (CNG) يکي از مناسب ترين و در دسترس ترين جانشين هاي بنزين به شمار مي آيد، به ويژه در ايران که با بهره برداري از همه منابع شناسايي شده تا حدود ۱۷۰ سال گاز طبيعي با بهاي ثابت خواهد داشت، سوختي ايده آل است و در صورت گسترش مصرف، کشور را از واردات بنزين بي نياز مي سازد.
گاز طبيعي نيز سوختي فسيلي است که به صورت گاز و يا گاز همراه با چاه هاي نفت يا مايعات حاوي گاز از چاه ها استخراج مي شود. گاز طبيعي به طور عمده از متان CH 4تشکيل شده و داراي مقادير ناچيزي اتان C2H6، پروپان(C3H8)، بوتان C4H10 و پنتان C5H12 است. متان، بي رنگ و بي بو است و با شعله اي کم رنگ و نسبتاً روشن مي سوزد.


گاز طبيعي تميز ترين سوخت فسيلي است، زيرا به طور عمده فقط بخار آب و دي اکسيد کربن توليد مي کند . دماي احتراق خود به خود گاز طبيعي 649 درجه سانتي گراد است که 315 درجه سانتي گراد بالاتر از دماي خود اشتعالي بنزين است.
گاز طبيعي فشرده، سوختي قابل استفاده در خودروها است و نسبت به بنزين مزيت ها و معايبي دارد . اين سوخت اکتان بالايي دارد، تميز مي سوزد، قابل اندازه گيري است و معمولاً ميزان توليد گازهاي خروجي آن پايين است.


اصولاً دو نوع جايگاه سوخت گيري CNG متداول براي خودروها وجود دارد: جايگاه هاي سوخت گيري سريع و سوخت گيري آرام . در جايگاه هاي سوخت گيري سريع، زمان سوخت گيري خودروها کم است 2 تا 3 دقيقه براي هر خودرو . در جايگاه هاي سوخت گيري آرام، عمليات سوخت رساني به خودرو در 6 تا 8 ساعت انجام مي شود و براي سوخت گيري در پارکينگ منازل يا مکان هايي که خودروها در طول شب پارک مي شوند، مناسب است.


ايستگاه CNG، گاز مورد نياز خود را از شبکه گاز شهري دريافت مي کند . نخست گاز وارد اتاقک (metering) و ميزان گاز ورودي اندازه گيري و ***** مي شود، سپس گاز ***** شده وارد دستگاه هايي به نام خشک کن (Dryer) مي شود . اين دستگاه را مي توان در انتهاي مسير نيز قرار داد، اما حالت بهينه استفاده از آن در ابتداي خط است . کار دستگاه خشک کن اين است که رطوبت موجود در شبکه گاز شهري را جذب کند و گاز خشک شده را به درون کمپرسور مي فرستد . دليل اين امر اين است که آب بزرگ ترين دشمن تجهيزات CNG است . آب مي تواند سبب خوردگي اتصالات و جدار داخلي سيلندرها شود . آب موجود در گاز فشرده در فشار 200 بار در 15 درجه سانتي گراد يخ مي زند و تشکيل بلورهاي يخ مي تواند موجب انسداد اريفيس هاي کوچک(Orifice) و يا خطوط انتقال گاز طبيعي فشرده شود . خشک کن هاي مورد استفاده در جايگاه هاي CNG معمولاً از نوع جذبي هستند و درون برج هاي دو قلوي آنها معمولاً مواد جذب کننده رطوبت مانند گليکول يا سيليکازل قرار داده مي شود که با يک سيستم کنترلي به طور متناوب، عمل جذب رطوبت گاز ورودي را انجام مي دهند.


پس از اين مرحله، کمپرسور گاز خشک را مي مکد و در 3 تا 4 مرحله گاز را از فشار حدود 250-220(psi) به 3000 تا 3600(psi) مي رساند . کمپرسورهاي مورد استفاده در ايستگاه هاي سوخت رساني CNG معمولاً از نوع رفت و برگشتي هستند که داراي مزيت هاي سهولت تعميرات به دليل اشتراک سازکار کار آنها با بسياري از کمپرسورهاي رفت و برگشتي در صنايع ديگر، امکان ساخت به صورت يک يا چند مرحله اي در يک پوسته واحد، کارآيي قابل قبول اين کمپرسورها در حد بالا و دبي هاي نسبتاً پايين و امکان استفاده از موتورهاي گازسوز يا موتورهاي الکتريکي به عنوان نيروي محرک است . از معايب آنها بزرگي ابعاد و ارتعاش هاي زياد آنها است که مي بايد به عنوان عوامل اساسي به هنگام محاسبه شاسي ، قاب و خود پوسته کمپرسور لحاظ شوند
.

گاز در هر مرحله فشرده سازي به دليل اصطکاک مولکول هاي گاز با يکديگر و با جدار سيلندرها به شدت گرم مي شود؛ در نتيجه مي بايد در ميان مسير عبور آن خنک کن مياني يا Intercooler قرار داد . اين کولرها مي بايد توان جذب 85 تا 90 درصد گرماي حاصل از عمل فشرده سازي در هر مرحله را داشته باشند . کولرها به صورت هوا خنک( با کمک فن هاي خنک ساز) يا آب خنک( با استفاده از رادياتور) انتخاب مي شوند . ياتاقان ها و رينگ هاي پيستون ها مي بايد پيوسته روغن کاري شوند که انواع روغن کاري به دو دسته روغن کاري تحت فشار و روغن کاري پاششي تقسيم مي شود . روغن کاري تحت فشار، روش بهتري شمرده مي شود . دوره کارکرد رينگ هاي کمپرسورها با روغن کاري تقريباً 8000 ساعت است. براي جداسازي روغن موجود در گاز *****هاي روغن و جداسازهاي دقيق تر به کارمي روند . کمپرسورهاي مورد استفاده در ايستگاه هاي CNG معمولاً 200-2 مترمکعب در ساعت، ظرفيت توليدگاز فشرده دارند.


نيروي محرک کمپرسورهاي CNG بيشتر موتور الکتريکي است. اين موتورها با برق سه فاز کار مي کنند و نيروي توليدي توسط آنها معمولاً با استفاده از تسمه ها و قرقره ها، چرخ دنده ها و چرخ زنجير به کمپرسور انتقال داده مي شوند. انتقال نيرو با کوپلينگ ها، روش بهتري براي انتقال نيرو به شمار مي آيد، زيرا ارتعاش کمتري دارد و هم محوري را دقيق تر و طولاني تر نگاه مي دارد . حداکثر توان مورد مصرف براي الکتروموتورهاي کمپرسورها 250 اسب بخار است که با توجه به توان مورد نياز کمپرسور انتخاب مي شوند.

مخازن بازيافت
براي اين که پس از خاموش شدن کمپرسور به هر دليلي گاز فشرده شده در پشت سيلندرها باقي نماند، لوله کشي جداگانه به مخزن بازيافت انجام مي پذيرد . گاز تخليه شده در اين مخزن دوباره به وسيله رگولاتوري به جريان ورودي بازگردانده مي شود.

مخازن
در مرحله پاياني تراکم گاز با فشاري در حدود (psi)3600 يا 250 بار کمپرسور را ترک مي کند . خودروها با فشاري حدود 200 بار سوخت گيري مي کنند . نصب يک مخزن فشار بالا در ايستگاه زمان سوخت گيري به ميزان عمده اي از کاهش و خاموش و روشن شدن هاي پي در پي کمپرسور پيشگيري مي کند و در نتيجه عمر کاري کمپرسور افزايش مي يابد . مخازن ذخيره سازي CNG در ايستگاه را معمولاً به سه دسته تقسيم مي کنند . اين سه دسته عبارتند از:


سيلندرهاي فشار بالا (High pressure)،
سيلندرهاي فشار متوسط (Medium Pressure) و
سيلندرهاي فشار پايين (Low Pressure)


با اين آرايه مخازن ذخيره در جايگاه هاي سوخت گيري، گازرساني به مخزن سوخت خودروها در زمان کمتري انجام مي شود و بسته به فشار و مقدار گاز موجود در مخزن خودرو به صورت آبشاري (Cascade) ابتدا از سيلندرهاي ذخيره فشار پايين، سپس از سيلندرهاي فشار متوسط و در پايان از سيلندرهاي ذخيره فشار بالا سوخت گيري انجام مي شود.
سامانه اولويت بندي سوخت گيري، وظيفه کنترل و هدايت گاز فشرده شده از مخازن به توزيع کننده ها (dispensers) را بر عهده دارد و مخازن خالي شده را به ترتيب نياز، پر مي کند.

توزيع کننده (Dispenser)
گاز فشرده شده از طريق نازل هاي توزيع کننده ها وارد خودرو مي شود . سيستم هاي کنترلي پيشرفته اي روي Dispenser ها نصب شده اند که مي توان به کمک آنها ميزان سوخت تزريقي را اندازه گيري کرد. حس گرهاي توزيع کننده اين قابليت را دارند که زمان پرشدن مخزن CNG خودرو را حس و تزريق سوخت را متوقف کنند تا از سرريز سوخت پيشگيري شود . معمولاً فشار گاز psig 3600 در کمپرسورها توليد مي شود و فشار سوخت گيري ) psig 3000 حدود 200 بار) است . ظرفيت مخازن معمول در خودروها در دماي F ْ 70، psig 3600، 3000 و 2400 است . براي حجم ثابتي از گاز، فشار و دماي آن به طور مستقيم به هم وابسته اند، يعني با افزايش دما فشار نيز افزايش خواهد يافت. اين نکته اهميت به سزايي دارد و مي بايد در طراحي مخازن در نظر گرفته شود.
دماي گاز درون مخزن به دليل اصطکاک ميان خود مولکول هاي گاز و مولکول هاي گاز و جدار سيلندر به هنگام سوخت گيري افزايش خواهد يافت، در نتيجه پس از کاهش دما، امکان افت فشار خواهيم داشت. در توزيع کننده هاي پيشرفته تر سعي بر اين است که اين افت فشار کاهش يابد، اما هنوز تحقيقات کاربردي در اين زمينه ادامه دارد.


توزيع کننده ها داراي بخش هاي متفاوتي هستند که در اينجا برخي از آنها را شرح مي دهيم:


جريان سنجي (flowmeter): مقدار گاز وارد شده به خودرو را محاسبه مي کند.
تئوري عملکرد اين حس گرها شتاب کوريوليس است. حس گرهاي ديگري نيز وجود دارند که سرعت صوتي گاز در يک گلوگاه ونتورتي را اندازه مي گيرند و به اين وسيله ميزان جرم گاز را تعيين مي کنند . سنجش با استفاده از ميزان کيلوگرم گاز مصرفي، بسيار دقيق و مناسب تر خواهد بود و برخلاف تصورعمومي که قيمت گاز از قيمت سوخت مايع معادل بالاتر است، زيرا يک کيلوگرم گاز 50 درصد بيشتر از يک ليتر گازوييل انرژي دارد، گاز طبيعي به لحاظ صرفه اقتصادي بسيار مناسب است . محل نصب توزيع کننده مي بايد تاحد امکان نزديک به خودرو باشد تا از دقت اين وسيله کاسته نشود.

حس گرهاي فشار
روي شيلنگ هاي توزيع کننده نصب مي شوند تا فشار درون مخازن خودروها را اندازه بگيرند. معمولاً به دليل سرعت بالاي گاز در داخل لوله هاي توزيع کننده، حس گرها نمي توانند فشار دقيق مخازن خودروها را ثبت کنند.

صفحه نمايش
ميزان گاز انتقال يافته به مخزن خودرو را به اپراتور نشان مي دهد و بسته به نوع بورد الکترونيک، قيمت کل و قيمت هر واحد سوخت را نيز مي تواند نمايش دهد.
ميزان گاز تزريقي مي تواند بر حسب جرم )پوند يا کيلوگرم , ( حجم , (scf) ظرفيت گرمايي و يا ميزان گالن گازوييل يا بنزين معادل محاسبه شود.

اتصال هاي قطع کننده
هنگام بروز خطر يا دورشدن ناگهاني خودرو در حالي که شيلنگ به خودرو متصل است، بي درنگ جدا مي شود و جريان قطع مي شود.

شيلنگ
شيلنگ هاي ايستگاه هاي CNG معمولاً از فولاد ضد زنگ و مواد مصنوعي به همراه پلاستيک فلوئوري ساخته مي شوند. جنس مواد شيلنگ هادي الکتريسيته ساکن است .


نازل سوخت رساني
نازل ها معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگي ساخته مي شوند و به وسيله برنج و آهن ضدزنگ سخت کاري مي شوند. *****ي براي جلوگيري از ورود ذرات خروجي نيز در نازل ها تعبيه مي شود.

» منبع: وبلاگ نفت و انرژي
 

حــامد

مدیر بازنشسته
کاربر ممتاز
مخزن CNG

مخزن CNG

يكي از تجهيزات لازم براي تبديل سوخت مصرفي خودرو از بنزين و گازوئيل به گاز طبيعي مخزن ذخيره سوخت است متان جز اصلي گاز طبيعي است كه تقريبا 90 در صد آن را تشكيل مي دهد دماي بحراني اين گاز پائين تر از منهاي 160 درجه است يعني در دماي بالاتر از منهاي 160 درجه تحت فشار به مايع تبديل نمي شود و لذا براي ذخيره بيشتر گاز فشار الزامي است به همين دليل طبق اكثر استانداردهاي موجود در دنيا گاز طبيعي در فشار 200 بار در مخزن شارژ مي شود فشار كاري 200 بار و خستگي ناشي از پر و خالي شدن مداوم در طول عمر خودرو رعايت شرايط خاصي را در فرايند توليد ازمايش و نگهداري، الزامي مي كند

انواع مخازن:
مخازن CNGV در چهار نوع ساخته مي شوند :

CNG1 مخازن نوع اول - فولادي
اين مخازن از فولاد كروم - موليبدن يا فولاد كربن - منگنز ساخته مي شوند طبق استاندارد هاي موجود اين مخازن بايد در فرايندي بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند بنا به فشار كاري 200 بار اين مخازن بايد توان تحمل تا 450 بار را داشته باشند
فشار تركيدن در مخازن CNG حداقل بايد 450 بار باشد و به همين دليل ضخامت بدنه اين مخازن بالاست.
اين مخازن سنگين بوده و به ازاي هر ليترآب 1/1-9/0 كيلوگرم وزن دارند .

CNG2 مخازن نوع دوم - كمر پيچ
اين مخازن از يك لايه داخلي فولادي يا آلومينيومي بدون درز كه قسمت استوانه اي آن با مواد مركب تقويت شده ساخته مي شود بنا به محاسبات مكانيكي دو انتهاي مخزن به علت شكل كروي آنها تحمل تنش بيشتري را نسبت به قسمت استوانه اي مخازن دارند ولي در فرآيند توليد در حال حاضر نمي توان ضخامت كمتري را در آن ا يجاد كرد و به اين ترتيب محاسبات طراحي بر اساس قسمت نازكتر مخازن انجام مي شود در مخازن نوع دوم از ضخامت كمتري براي ساخت مخزن استفاده شده و قسمت استوانه اي آن براي رسيدن به سطح تحمل تنش و فشار مورد نظر با مواد مركب كه بسيار سبكتر از فولادند تقويت شده و به اين ترتيب مخازن سبكتري توليد مي شود اين مخازن به ازاي هر ليتر ظرفيت آبي 7/0 - 65/0 كيلوگرم وزن دارند

مخازن نوع سوم - تمام پيچ
براي كاهش وزن مخازن لايه داخلي از فولاد و آلومينيوم با ضخامت كمتري ساخته شده و تمام سطح با مواد مركب عمدتا رزينهاي اپوكسي و الياف كربن تقويت مي شود لايه داخلي اين مخازن عمدتا از جنس آلومينيوم است كه سبكتر از فولاد مي باشد .

CNG4 مخازن نوع چهارم - تمام مركب
اين مخازن شبيه مخازن نوع سوم هستند با اين تفاوت كه لايه داخلي اين مخازن نيز از مواد پليمري ساخته مي شود در ساخت اين مخازن از تكنو لوژي بسيار بالائي كه عمدتا در ساخت سازه هاي فضائي به كار مي رود استفاده شده است محل نصب شير و پورتهاي خروجي از جنس آلومينيوم است كه با روش خاصي به لايه داخلي متصل مي شود به دليل اختلاف ضريب انبساطي حجمي آلومينيوم و مواد پليمري در اثر تغييرات دمايي و فشار داخل مخزن ممكن است اين دو ماده از هم جدا شوند و مخزن دچار نشتي گردد ايمن سازي مخزن در برابر اين پديده يكي از پيچيدگي هاي ساخت اين مخازن است اين مخازن به ازاي هر ليتر ظرفيت آبي 35/0 كيلوگرم وزن دارد سازندگان اين نوع مخازن در دنيا بسيار محدودند.
 
بالا