Свойства Сжиженного газа
Сжиженный газ, используемый как автомобильное топливо, представляет собой смесь пропана (С3Н8), бутана (С4Н10) и незначительного количества (около 1%) непредельных углеводородов.
Сжиженный газ могут вырабатывать как из нефти, так и из конденсатной фракции природного газа. Образующаяся в процессе переработки смесь углеводородов С1…С6 поступает на абсорбционно-газофракционирующую установку, где в специальных колоннах происходит разделение на отдельные фракции.
Пропан и бутан очищаются от сернистых соединений, щелочи, воды и других компонентов. В зависимости от марки ГСН, пропан и бутан смешиваются в необходимых соотношениях.
Существует две марки cжиженного нефтяного газа (ГСН): ПА — пропан автомобильный и ПБА — пропан-бутан автомобильный. Марка газа ПБА допускается к применению во всех климатических районах при температуре окружающего воздуха не ниже -20°С. Марка ПА используется в зимний период в тех климатических районах, где температура воздуха опускается ниже -20°С (рекомендуемый интервал -20°С…-25°С). В весенний период времени с целью полной выработки запасов сжиженного газа марки ПА допускается ее применение при температуре до 10°С. Более высокая температура может привести к нежелательному повышению давления в газоподающей системе автомобиля и ее разгерметизации.
В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном газе, предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей испаряемости смеси: пропан остается в жидком состоянии при температуре ниже -42 «С, для бутана эта температура составляет -0,5 °С. На газозаправочные станции согласно ГОСТу 27578—87, введенному с 1 июля 1988 г., поступает сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА — пропан-бутан автомобильный с содержанием 50±10% пропана, остальное бутан и зимний ПА — пропан автомобильный с содержанием 90±10% пропана.
Плотность жидкой фазы газа зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается. При нормальном атмосферном давлении и температуре 15 °С плотность жидкой фазы пропана составляет 0,51 кг/л, бутана — 0,58 кг/л. Паровая фаза пропана тяжелее воздуха в 1,5 раза, бутана — в 2 раза. Температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный газ испаряется при более низких температурах. Это означает, что бензин в баке находится, как правило, в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ в баллоне — при давлении, соответствующем температуре окружающей среды.
Удельная теплота сгорания, т. е. количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива, — важнейший количественный показатель его энергетических возможностей. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В качестве характеристики газового топлива применяют низшую теплоту сгорания — стандартную величину, определяющую энергетические свойства газа и показывающую, какое наименьшее количество теплоты может выделиться при сгорании единицы его массы
Октановое число газового топлива выше, чем бензина, поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества. Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия потребляющих высокооктановый (и дорогой) бензин. Среднее октановое число сжиженного газа — 105 — недостижимо для любых марок бензина.
Диффузия.
Газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише. Газовая смесь сгорает полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания.
Давление в баллоне.
В закрытом сосуде ГСН образует двухфазную систему, состоящую из жидкой и паровой фаз. Давление в баллоне зависит от давления насыщенных паров, которое в свою очередь зависит от температуры жидкой фазы и процентного соотношения пропана и бутана в ней. Давление насыщенных паров характеризует испаряемость ГСН. Испаряемость пропана выше чем бутана, поэтому и давление при отрицательных температурах у него значительно выше. Расчетами и экспериментами установлено, что при низких температурах окружающего воздуха эффективнее использовать ГСН с повышенным содержанием пропана, так как при этом обеспечивается надежное испарение газа, а следовательно и холодный запуск двигателя. Кроме того, достаточное избыточное давление в баллоне обеспечит надежную подачу газа в двигатель (ГСН марки ПА). При высоких положительных температурах окружающего воздуха эффективнее использовать ГСН с меньшим содержанием пропана, так как при этом в баллоне и трубопроводах будет создаваться значительное избыточное давление, что может повлиять на герметичность газовой системы (ГСН марки ПБА). Кроме пропана и бутана, в состав ГСН входит незначительное количество метана, этана и других углеводородов, которые могут изменять свойства ГСН. В процессе работы двигателя может образовываться неиспаряемый конденсат, который отрицательно сказывается на работе газовой аппаратуры. Этан обладает повышенным, по сравнению с пропаном, давлением насыщенных паров, что оказывает положительное влияние на поддержание давления в баллоне при отрицательных температурах и может оказать отрицательное влияние при положительных температурах.
Изменение объема жидкой фазы при нагревании.
Правилами Европейской Экономической Комиссии ООН предусмотрена установка автоматического устройства, ограничивающего наполнение баллона до 80% его емкости. Данное требование объясняется большим коэффициентом объемного расширения жидкой фазы, который для пропана составляет 0,003, а для бутана 0,002 на 1°С повышения температуры газа. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана в 15 раз, а бутана в 10 раз, больше, чем у воды.
Изменение объема газа при испарении
При испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250л. газообразного. Таким образом, даже незначительная утечка ГСН может быть очень опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз.
Плотность газовой фазы в 1,5—2,0 раза больше плотности воздуха. Этим объясняется тот факт, что при утечках газ с трудом рассеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении. Пары его могут накапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя взрывоопасную смесь.
Одорация. Применяется для определения возможных утечек газа органами обоняния человека. При массовой доле меркаптановой серы менее 0,001% ГСН должны быть одорированы. Для одорации применяется этилмеркаптан (С2Н5SH), представляющий собой неприятно пахнущую жидкость плотностью 0,839 кг/л и с точкой кипения 35°С. Порог чувствительности запаха 0,00019 мг/л, предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны 1 мг/м3. Во время эксплуатации автомобиля одорант может накапливаться в топливоподающей аппаратуре, выпускном тракте автомобиля, на открытых поверхностях деталей. Выделение одоранта может происходить даже при полностью герметичной газовой системе питания при заправке автомобиля, сливе конденсата из редуктора и, главным образом, с отработавшими газами. Попадание одоранта в салон автомобиля происходит из атмосферы на стоянках через открытые окна и двери, что может вызывать ухудшение состояния человека. Сернистые соединения одоранта и самого газа снижают долговечность работы редуктора вследствие интенсивного старения мембран, резиновых уплотнений и вызывают коррозию трубопроводов.
Запах одоранта из выхлопной трубы особенно сильно ощущается при повышенной токсичности отработавших газов двигателя. В случае, когда их токсичность в норме или несколько ниже нормы, запах одоранта практически не ощущается и его накопления в салоне автомобиля не происходит.