Опыт и перспективы использования компримированного природного газа в качестве моторного топлива в уральском регионе. Природный газ - моторное топливо

Статья предоставлена компанией ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», г. Екатеринбург

Использование КПГ в мире

По экономическим, экологическим, ресурсным и техническим критериям компримированный природный газ (КПГ) еще долго будет оставаться наилучшим моторным топливом.

Сегодня на КПГ работают 14,7 млн автомобилей, что составляет 1,5% от мирового парка (900 млн ед.). В последние годы мировой парк автомобилей, работающих на природном газе, увеличивается на 25-30% (рис. 1). Согласно прогнозу Международного газового союза рост парка газобаллонного автотранспорта составит к 2020 г. 50 млн единиц, а к 2030 г. - более 100 млн единиц. Сегодня в мире насчитывается уже 20 746 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС).

Инфраструктура заправочных станций уже существует или быстро развивается в ряде стран, таких как Германия, Швеция, Швейцария, Австрия, Италия. В Южной Корее 95% муниципальных автобусов работают на КПГ. В Риме транспорт на альтернативном топливе, освобожден от уплаты налогов на 3 года. Во Франции действует запрет на использование нефтяного топлива на муниципальных автобусах. В Швеции «газомобили» освобождены от сборов на платных стоянках. На сегодняшний день многие мировые автопроизводители осуществляют серийный выпуск автомобилей, использующих КПГ (Audi, BMW, Cadillac, Ford, Mercedes-Benz, Chrysler, Honda, Kia, Toyota, Volkswagen и другие).

Такое бурное развитие этого направления вполне объяснимо - в настоящее время из всех массово используемых моторных топлив и технологий природный газ обеспечивает наиболее безопасные выбросы отработавших газов автотранспорта. Перевод автомобилей с бензина на газ позволяет снизить в среднем в пять раз выбросы вредных веществ, а шумовое воздействие - вдвое.

ДЛЯ СПРАВКИ Компримированный природный газ (КПГ, сжатый природный газ, англ. Compressed natural gas) - сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу. Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ Метан (основной компонент природного газа) легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от более тяжелого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва. Не токсичен в малых концентрациях; Не вызывает коррозии металлов. Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит. Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха. Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы. Источник: Википедия

КПГ в России

В нашей стране уже накоплен богатый опыт использования природного газа в качестве моторного топлива. ОАО «Газпром» прогнозирует рост потребления КПГ в качестве моторного топлива по итогам 2011 г. порядка 10% - до 370 млн м 3 против 345 млн м 3 в 2010 г. (рис. 2). На сегодняшний день на территории Российской Федерации существует 255 АГНКС, действующих в 60 регионах России, 206 (93%) построено ОАО «Газпром». Парк газифицированного автотранспорта на сегодняшний день насчитывает 86 тыс. машин. Наибольшее по стране потребление КПГ отмечается в Ставропольском и Краснодарском краях, Свердловской, Челябинской и Ростовской областях, Кабардино-Балкарии и Северной Осетии.

Рис.1. Мировой парк автотранспорта на КПГ

(по данным Национальной Газомоторной Ассоциации)

Рис. 2. Потребление КПГ в России, млн м 3

Природный газ значительно дешевле бензина. Извлекаемый из недр, природный газ не подвергается последующей переработке. Это в конечном итоге гарантирует его более низкую стоимость по сравнению с продуктами переработки нефти. Мировые запасы природного газа существенно превышают запасы нефти. Природный газ не подвержен сезонным изменениям цен. Кроме этого, в соответствии с постановлением Правительства России цена на природный газ для автотранспорта не может превышать 50% от цены бензина марки А-80. В 2011 г. средняя розничная цена КПГ в Российской Федерации для автотранспорта составила 8,5 руб./м 3 .

Причины метанизации автотранспорта Уральского региона те же самые, что и в России, да и, пожалуй, во всем мире - экологические и экономические преиму-щества использования природного газа в качестве моторного топлива.

КПГ в Уральском регионе

В настоящее время ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует сеть из 30 (АГНКС) и 6 пунктов переоборудования автотранспорта, расположенных в Свердловской, Челябинской, Курганской и Оренбургской областях.

Основным потребителем КПГ в Уральском регионе является городской пассажирский автотранспорт. Это маршрутные такси типа автобусов «ПАЗ» и микроавтобусов «Газель».

Помимо стационарных АГНКС у нас есть возможность осуществлять заправку газобаллонных АТС с использованием передвижных автомобильных газовых заправщиков (ПАГЗ) с дожимным компрессором. Он выполнен на базе автомобиля КАМАЗ-43118 с газовым двигателем. Разработан и проходит промышленные испытания малогабаритный блочный комплекс, обеспечивающий регазификацию сжиженного природного газа для заправки газобаллонных автомобилей.

В настоящее время в РФ серийным выпускам автомобилей с газовым двигателем занимаются ОАО «КАМАЗ» (ООО «РариТЭК») - автобусы НЕФA3, седельные тягачи, самосвалы. «Группа ГАЗ» производит автобусы с газовым двигателем - ЛИАЗ-6213, ЛИАЗ-6212, ЛИАЗ-5256, ЛИАЗ 5293, ПАЗ 320302 и др.

Кроме этого имеется возможность приобретения газобаллонной техники зарубежных автопроизводителей - Iveco, Volkswagen, Mercedes, Opel, Toyota и др.

ДЛЯ СПРАВКИ Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG - liquefied natural gas) - природный газ, искусственно сжиженный, путем охлаждения до -160 °C, для облегчения хранения и транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах. При сжижении природный газ уменьшается в объеме примерно в 600 раз. Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняется и не взрывается. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 до 15 %. Если концентрация до 5 %, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода. СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ - это Япония, где практически 100% потребностей газа покрывается импортом СПГ. Источник: Википедия

На сегодняшний день ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» эксплуатирует 691 ед. АТС, использующих в качестве моторного топлива КПГ. В 2011 г. экономический эффект от замещения жидкого моторного топлива составил 22,3 млн руб .

В результате трехстороннего сотрудничества с ОАО «КАМАЗ» и ОАО «НПО Гелиймаш» были созданы: седельный тягач и городской автобус, укомплектованные газовыми двигателями с криогенным баком для заправки СПГ. Первые результаты показали их значительное преимущество в сравнении с газобаллонными автомобилями, использующими КПГ. Так, более чем в два раза вырос пробег автомобилей без дозаправки.

В целях расширения использования КПГ в июле 2011 г., в рамках международной выставки «ИННОПРОМ - 2011» было подписано трехстороннее «Соглашение» между Правительством Свердловской обл., ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и ОАО «КАМАЗ» о развитии применения природного газа в качестве моторного топлива. В соглашении, в частности, предусматривается поставка в Свердловскую обл. автомобилей «КАМАЗ», использующих в качестве моторного топлива как КПГ, так и СПГ. ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» обеспечивает заправку КПГ и СПГ газобаллонного автотранспорта, осуществляет методологическую помощь сторонним пунктам переоборудования АТС и непосредственно выполняет перевод существующего парка АТС области на использование газомоторного топлива.

В октябре 2011 г. по поручению ОАО «Газпром» Обществом была организована подготовка и проведен автопробег газобаллонных автомобилей заводского изготовления «Голубой коридор - 2011» по маршруту Екатеринбург - Челябинск - Уфа - Оренбург - Самара - Саратов - Волгоград - Тамбов - Воронеж - Тула - Москва. В рамках этого пробега между правительствами Челябинской, Оренбургской областей и Обществом были подписаны «Протоколы о намерениях», предусматривающие использование КПГ в качестве моторного топлива, как приоритетное направление деятельности сторон.

В соответствии с Целевой комплексной программой развития газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе, на 2007-2015 гг. в зоне ответственности ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» определены для строительства шесть АГНКС.

Предложения по расширению
использования природного газа

ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» предлагает ряд мер, принятие которых позволит увеличить использование природного газа в качестве моторного топлива.

На федеральном уровне предлагается:

1. Принять закон «Об использовании газового моторного топлива».

2. Разработать и принять Правительством РФ ряд мер экономического стимулирования хозяйствующих субъектов и физических лиц, осуществляющих производство, реализацию и использование природного газа в качестве моторного топлива.

На уровне субъектов Российской Федерации предлагается:

1. Разработка и внедрение региональных программ использования газомоторного топлива на автотранспорте.

2. Обеспечение приоритетного приобретения за счет бюджетных средств общественного транспорта и коммунальной техники, использующих газомоторное топливо, с целью снижения бюджетных затрат на топливо и улучшения экологической обстановки в городах.

3. Включение затрат на дооборудование гаражных комплексов бюджетных организаций при переводе АТС на использование газомоторного топлива в бюджеты муниципалитетов.

4. Затраты на эксплуатацию газомоторной техники снижаются за счет экономии в стоимости топлива. РЭК, на основании Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 года, должна сохранять тарифы на перевозку неизменными в течение 5 лет.

ОАО «Газпром» предлагается:

1. Продолжить работу по принятию ФЗ «Об использовании газомоторного топлива» и по разработке и производству современного и эффективного ГБО.

2. Реализовать программу ОАО «Газпром» «Развитие газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе на 2007-2015 годы».

3. Организовывать заправку автотранспорта потенциальных потребителей с помощью мобильных заправщиков с последующим строительством АГНКС.

Заключение

В апреле 2012 г. Владимир Путин, находясь в Тольятти, предложил выделить дополнительные субсидии российским регионам на обновление автобусного парка.

Средства предлагается выделять тем регионам, которые будут переводить свой автобусный парк на более чистый вид топлива - газ. Предварительно на эти цели планируется выделить 3,5 млрд руб. из бюджета РФ.

В настоящее время более 50% парка автобусов старше 15 лет, а у большинства наших европейских соседей автобусы по соображениям безопасности обновляются каждые десять лет.

Приобретение муниципального транспорта, использующего КПГ и СПГ в качестве моторного топлива, должно быть синхронизировано со строительством новых АГНКС, пунктов переоборудования и технического обслуживания автомобилей, пунктов переосвидетельствования баллонов, вводом в эксплуатацию передвижных автомобильных газовых заправщиков. Это в дальнейшем обеспечит реальное улучшение экологической обстановки в крупных промыш-ленных городах, повысит экономическую эффективность грузопассажир-ских перевозок, снизит издержки в бюджетах всех уровней, ускорит формирование нового рынка использования природного газа в Уральском регионе.

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.

СЖАТИЕ ГАЗА

СЖАТИЕ ГАЗА , сокращение объема газа, достигаемое за счет приложения к нему внешнего давления. Некоторые газы, в том числе углекислый, можно превратить в жидкость путем сжатия при комнатной температуре. Другие газы необходимо предварительно охлаждать для того, чтобы их можно было превратить в жидкость под давлением. Самая высокая температура, при которой газ можно превратить в жидкость, применив к нему давление, называется критической.

.

Смотреть что такое "СЖАТИЕ ГАЗА" в других словарях:

СЖАТИЕ, уменьшение объема вещества путем принудительного вмещения его в малое по объему пространство (например, при компрессии газа) или ограничения расширения нагреваемого вещества (как при приготовлении пищи в скороварке). Этот процесс… … Научно-технический энциклопедический словарь

Сжатие, компрессия (от лат. compressio): В Викисловаре есть статья «сжатие» … Википедия

- (a. gas cooling; н. Gasabkuhlung; Gaskuhlung; ф. refroidissement du gaz; и. refrigeracion de gas, enfriamiento de gas) понижение темп ры перекачиваемого газа на газовых сборных пунктах и компрессорных станциях магистральных газопроводов,… … Геологическая энциклопедия

- (скачок уплотнения), распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в к рой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости в ва. У. в. возникают при взрывах, детонации, при сверхзвуковых движениях тел, при… … Физическая энциклопедия

Тепловые процессы Статья является частью одноименн … Википедия

Перевод в ва из газообразного состояния в жидкое. С. г. возможно только при темп pax, меньших критической температуры. В пром сти С. г. с критич. темп рой выше темп ры окружающей среды (практически выше 50 °С) осуществляется сжатием газа в… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Природный газ - (Natural gas) Природный газ это один из самых распространенных энергоносителей Определение и применение газа, физические и химические свойства природного газа Содержание >>>>>>>>>>>>>>> … Энциклопедия инвестора

И; ж. [от лат. compressio сжатие] 1. Техн. Сжатие воздуха, газа или горючей смеси под давлением в цилиндре двигателя. 2. Сокращение объёма написанного без ущерба для его содержания. Произвести необходимую компрессию текста статьи. * * *… … Энциклопедический словарь

- (лат. compressio сжатие) сжатие газа в цилиндре двигателя, воздуха в компрессоре. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009. компрессия [лат. compressio] – сжатие; сжатие газа в цилиндре двигателя. Большой словарь иностранных слов.… … Словарь иностранных слов русского языка

ГОСТ 28567-90: Компрессоры. Термины и определения - Терминология ГОСТ 28567 90: Компрессоры. Термины и определения оригинал документа: Hubkolbenverdichter oder Membranverdichter, Lage der Zylinder oder Membran rechtwinklig zueinander (Winkelbauart) 68 Определения термина из разных документов:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

• , Романенко Светлана Валентиновна. В издании представлен материал базового курса лекций по дисциплине&171;Сопротивление материалов&187;, читаемый в течение двух семестров в РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина. Рассмотрены…
• Сопротивление материалов. Учебное пособие , С. В. Романенко. В издании представлен материал базового курса лекций по дисциплине`Сопротивление материалов`, читаемый в течение двух семестров в РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина. Рассмотрены…

Основой природного газа, который имеет природное (натуральное) происхождение является метан (CH4). Формирование природного газа произошло в процессе органического преобразования. Содержание метана в природном газе может колебаться в диапазоне от 91 до 99%, все остальное это - пропан, этан, бутан, а также азот.Такой разброс в процентах объясняется отличием химического состава газа, добытого в разных уголках нашей Земли. Однако, при сгорании природный газ разного происхождения выделяет одинаковое количество тепла, что делает его геопривязку абсолютно не важной как для вас, так и для вашего двигателя. Благодаря электронным датчикам газобаллонного оборудования, состав газа автоматически определяется после чего происходит регулировка пропорции топливной смеси с учетом особенностей этого газа.

Преимущества природного газа

Химический состав природного газа, благоприятно сказывается на состоянии двигателя и не влечет за собой проблем, связанных с эксплуатацией. Благодаря отсутствию в составе метана добавок, которые присутствуют в сжиженных углеводородных газах (СУГ ), продукты горения природного газа не содержат вредных включений. Более того, при сгорании природного газа уровень выбросов CO2 снижается на 25%.

Количество метана в природном газе это - как октановое число для бензина, по этому параметру принято характеризовать природный газ . Что это значит для двигателя? От этого параметра зависит работа двигателя, а также вероятность появления такого явления как детонация.

Сжатый природный газ (СПГ) имеет ряд неоспоримых преимуществ перед сжиженным нефтяным газом (СНГ), среди которых - экологичность и безопасность. Метан, которого, как вы уже знаете, в природном газе больше всего, быстро растворяется в воздухе, что практически сводит на нет вероятность воспламенения газа в случае повреждения . Способ хранения природного газа позволяет минимизировать вероятность неконтролируемой утечки. Исправные цилиндры обязаны выдерживать давление разрыва равное более чем 600 бар, а благодаря клапанной системе происходит контролируемая подача газа.

При работе на СПГ мотор может демонстрировать высокую производительность за счет высокого октанового числа (~130), в особенности, когда мотор оснащен турбиной или системой рециркуляции отработанных газов, а лучше и то и другое вместе. Хотя это имеет и обратную сторону, например, большое потребление газа, а также проблемы с теплоотдачей. Уровень шума двигателя во время работы на природном газе снижается на 3 дБ, поэтому такой тип топлива очень актуален для общественного транспорта. Сжатый природный газ, как и СНГ можно использовать как на бензиновых, так и , хотя в случае с дизелями вам придется столкнуться с низкой окупаемостью. Проблема в том, что на дизельный мотор потребуется устанавливать систему с искровым зажиганием или смешанный цикл, в котором дизельное топливо будет выступать в качестве в качестве поджигающего вещества.

Существуют также и недостатки у этого типа топлива

1. Низкая плотность энергии. Из-за этой особенности природный газ очень часто используется в сжатом виде. Давление или степень сжатия равно 20 МПа или 200 бар. В переводе на плотность энергии мы получаем 7 кдж/дм3, по сравнению с бензином у которого этот показатель равен 30 кдж/дм3 можно получить без каких-либо дополнительных операций по сжатию. Эта особенность природного газа приводит к тому, что мотор для того, чтобы работать на этом топливе должен быть оптимизирован для этого, а сам при этом буде существенно выше. При равных размерах газовых (СНГ и СПГ) на СНГ можно проехать больше, поэтому чтобы компенсировать низкую производительность, желающим использовать метан в качестве альтернативного топлива , приходится ставить на свои авто больше газовые резервуары. Это как вы понимаете ведет к увеличению общего веса автомобиля, и уменьшению свободного места в багажнике. Высокое давление, необходимое для хранения заполненных СПГ резервуаров (как правило, цилиндрической или круглой формы) делают емкости весьма громоздкими и в случае с легковушками отнимают много места.

Существует два вида систем способных работать на природном газе - моновалентные и двухвалентные.

• Моновалентный тип предусматривает сжигание исключительно СПГ, который поступает из специального резервуара.
• Бивалентный тип предусматривает одновременное использование газа вместе с основным топливом, за счет чего возникает экономия денежных средств и снижается расход бензина.

Химический состав газа. Применение

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) – до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды – гомологи метана:

этан (C 2 H 6),

пропан (C 3 H 8),

бутан (C 4 H 10),

а также другие неуглеводородные вещества:

водород (H 2),

сероводород (H 2 S),

диоксид углерода (СО 2),

гелий (Не).

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.

Углеводородные фракции – ценное сырьё для химической и нефтехимической промышленности. Они широко используются для получения ацетилена. Пиролизом этана получают этилен – важный продукт для органического синтеза. При окислении пропан-бутановой фракции образуются ацетальдегид, формальдегид, уксусная кислота, ацетон и др. продукты. Изобутан служит для производства высокооктановых компонентов моторных топлив, а также изобутилена – сырья для изготовления синтетического каучука. Дегидрированием изопентана получают изопрен – важный продукт при производстве синтетических каучуков.

Компримированный природный газ – сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана.

Природный газ, как и любой другой, может быть сжат при помощи компрессора. При этом занимаемый им объем значительно уменьшается. Природный газ традиционно сжимается до давления 200–250 бар, что приводит к сокращению объема в 200-250 раз. Газ компримируют (сжимают) для транспортировки по магистральным газопроводам, для поддержания правильного давления внутри пласта (пластового давления) во время закачки под землю, а еще получение компримированного природного газа является промежуточной ступенью при производстве сжиженного природного газа. Компримированный природный газ дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.

Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ:

· Метан (основной компонент природного газа) легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от более тяжёлого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва.

· Не токсичен в малых концентрациях;

· Не вызывает коррозии металлов.

· Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит.

· Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха.

· Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы.

· Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных.

Еще одной особенностью сжатого природного газа является то, что котлы, работающие на природном газе, имеют больший КПД – до 94 %, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые).

Природный газ, охлажденный после очистки от примесей до температуры конденсации (–161,5 0 С), превращается в жидкость, называемую сжиженным природным газом . Сжиженный газ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в два раза меньше плотности воды. На 75-99% состоит из метана. Температура кипения –158…–163 0 C. В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен. Для использования подвергается испарению до исходного состояния. При сгорании паров образуется диоксид углерода и водяной пар. Объем газа при сжижении уменьшается в 600 раз, что является одним из основных преимуществ этой технологии. Процесс сжижения идет ступенями, на каждой из которых газ сжимается в 5-12 раз, затем охлаждается и передается на следующую ступень. Собственно сжижение происходит при охлаждении после последней стадии сжатия. Процесс сжижения, таким образом, требует значительного расхода энергии – до 25% от её количества, содержащегося в сжиженном газе. Сжиженный газ производится на так называемых ожижительных установках (заводах), после чего может быть перевезен в специальных криогенных емкостях – морских танкерах или цистернах для сухопутного транспорта. Это позволяет доставлять газ в те районы, которые находятся далеко от магистральных газопроводов, традиционно используемых для транспортировки обычного природного газа. Природный газ в сжиженном виде долго хранится, что позволяет создавать запасы. Перед поставкой непосредственно потребителю Сжиженный газ возвращают в первоначальное газообразное состояние на регазификационных терминалах. Первые попытки сжижать природный газ в промышленных целях относятся к началу XX века. В 1917 г. в США был получен первый сжиженный газ, но развитие трубопроводных систем доставки надолго отложило совершенствование этой технологии. В 1941 г. была совершена следующая попытка произвести СПГ, но промышленных масштабов производство достигло только с середины 1960-х гг. В России строительство первого завода сжиженного природного газа началось в 2006 г. в рамках проекта «Сахалин-2». Торжественное открытие завода состоялось зимой 2009 г.

Сланцевый газ – природный газ, добываемый из сланца, состоящий преимущественно из метана. Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 г. Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато компанией Devon Energy в США в начале 2000-х на месторождении Barnett Shale, которая на этом месторождении в 2002 г. пробурила впервые горизонтальную скважину. Благодаря резкому росту его добычи, названному «газовой революцией», в 2009 г. США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд м 3), причём более 40% приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ).

Ресурсы сланцевого газа в мире составляют 200 трлн м 3 . В январе 2011 г. экономист А.Д. Хайтун писал о возможности того, что сланцевый газ «повторит судьбу угольного метана со значительным падением прироста добычи при длительной эксплуатации месторождений или судьбу биотоплива, подавляющая часть мирового производства которого приходится на Америку, а сейчас сокращается».

Запасы и ресурсы газа

Мировые геологические запасы горючих газов на континентах, в зоне шельфов и мелководных морей, по прогнозной оценке, достигают 10 15 м 3 , что эквивалентно 10 12 т нефти.

Наиболее крупными месторождениями в СССР были: Уренгойское (4 трлн м 3) и Заполярное (1,5 трлн м 3), Вуктыльское (452 млрд м 3), Оренбургское (650 млрд м 3), Ставропольское (220 млрд м 3), Газли (445 млрд м 3) в Средней Азии; Шебслинское (390 млрд м 3) на Украине.

На полуострове Ямал и в прилегающих акваториях открыто 11 газовых и 15 нефтегазоконденсатных месторождений, разведанные и предварительно оцененные (АВС 1 +С 2) запасы газа которых составляют порядка 16 трлн м 3 , перспективные и прогнозные (С 3 -Д 3) ресурсы газа – около 22 трлн м 3 . Наиболее значительным по запасам газа месторождением Ямала является Бованенковское – 4,9 трлн м 3 (АВС 1 +С 2), которое в 2012 г. начнет разрабатываться, а газ поступит в новый магистральный газопровод Бованенково-Ухта. Начальные запасы Харасавэйского, Крузенштернского и Южно-Тамбейского месторождений составляют около 3,3 трлн м 3 газа.

Восточная Сибирь и Дальний Восток составляют порядка 60% территории Российской Федерации. Начальные суммарные ресурсы газа суши Востока России – 52,4 трлн м 3 , шельфа – 14,9 трлн м 3 .

В РФ добыча газа только ОАО «Газпром» в 2011 г. составила 513,2 млрд м 3 . При этом прирост запасов категории С 1 достиг рекордного уровня – 686,4 млрд м 3 , конденсата – 38,6 млн т. В 2012 г. планируется добыть 528,6 млрд м 3 газа и 12,8 млн т газового конденсата.

Конденсат

Конденсат – жидкий продукт сепарации природных газов. Представлен, в основном, жидкими в нормальных условиях УВ – пентаном и более тяжелыми УВ алканового, цикланового и аренового состава. Плотность обычно не превышает 0,785 г/см 3 , хотя известны разности с плотностью до 0,82 г/см 3 . Конец кипения от 200 до 350 0 С.

Различают сырой конденсат, полученный при сепарации, и стабильный , полученный путем глубокой дегазации сырого конденсата. Количество конденсата в пластовых газах выражается либо отношением его объема к объему сепарированного газа (см 3 /м 3) и называется конденсатным фактором . Количество конденсата, отнесенное к 1 м 3 сепарированного (свободного) газа, достигает 700 см 3 . В зависимости от величины конденсатного фактора газы бывают «сухие» (менее 10 см 3 /м 3), «тощие» (10-30 см 3 /м 3) и «жирные» (30-90 см 3 /м 3). Газы, характеризующиеся величиной газового фактора более 90 см 3 /м 3 называют газоконденсатом. На Вуктыльском нефтегазоконденсатном месторождении конденсатный фактор составляет 488-538 см 3 /м 3 , природные газы месторождений Западной Сибири, как правило, «сухие».