۲۶ مهر ۱۳۹۴

گاز طبيعي فشرده

CNG  يك سوخت بسيار تميز و عاري از هرگونه آلاينده بخصوص سرب ميباشد. منواكسيدكربن آزاد شده توسط اين سوخت حدود 90% كمتر از ساير سوختها است كه پارامتر  نداشتن سرب باتوجه به سمي بودن آن يكي از مهمترين عوامل حفظ محيط زيست ميباشد.

 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.

دركشورهائي كه درحال استفاده ازCNG  ميباشند آمار مصرف سوخت مايع مثل بنزين ، گازوئيل و هزينه هاي ناشي از دي اكسيد كربن موجود در هواي آن شهرها را پائين آورده.
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 فيلتر مي شود، سپس گاز فيلتر 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 فيلترهاي 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