مقاله کامل آشنائي با خواص گاز مايع و امكان استفاده از آن در موتورهاي درون سوز

مقدمه :
ايران كشور ما داراي منابع سرشار نفت و گاز مي‌باشد و چنانكه بر همه روشن است مقادير عظيم گازهاي طبيعي حاصل از استخراج نفت تا همين چند سال بيش بدون هيچگونه استفاده سوزانده شده و از بين ميرفت. بنابراين با وجود گاز طبيعي فراوان در ايران و در نتيجه در دسترس بودن و ارزاني آن و سوختن تميز با ارزش حرارتي قابل ملاحظه آن همه اينها و خيلي خواص ديگر ميتواند انسان را بر آن دارد كه از گاز نيز مثل ساير مواد سوختني حاصل از نفت درسوخت ماشين‌ها و دستگاه‌هاي سوختي استفاده كنند بطوركلي در دنيا امروزه مهمترين سوخت مورد استفاده در انواع موتورهاي درون سوز شامل : بنزين ، گازوئيل، گاز و گاز مايع مي‌باشند كه همه از تركيبات هيدركربورها مي‌باشند.كه ميزان استفاده از هر كدام از مواد سوختني فوق در هر منطقه در درجه اول به فراواني و ارزاني بستگي دارد.
چكيده :
هدف از اين بررسي آشنائي به خواص گاز مايع و امكان استفاده از آن در موتورهاي درون سوز مي‌باشد. و چنانكه خواهيم ديد موتورهاي گاز مايع سوز شبيه انواع بنزيني است. ولي نظر به سوخت ويژه‌اي كه در اين موتورها بكار مي‌رود ، نياز به برخي و سايل و ابزاري مخصوص بخو د دارد . مطالب مورد بحث در اين مجموعه صرفا يك بررسي مقدماتي جهت شناسايي ساختمان سيستم سوخت رساني موتورهاي گاز مايع سوز و نحوه كارآنها مي‌باشد .
كه در ادامه اين بحث به بررسي كامل انواع سوخت ‌هاي گازي مورد استفاده در موتورهاي بنزيني و همچنين به نحوه كار موتورهاي بنزيني و گازي مي‌پردازيم كه همچنين به بررسي انواع آلاينده‌هاي موجود در موتورهاي بنزيني و گازي و همچنين مقايسه بين آنها از نظر ميزان آلاينده‌ها و همچنين به بررسي تاثير گاز سوز كردن موتورهاي بنزيني از نظر عملكرد موتور و مقايسه بين موتورهاي بنزيني و گازي از نظر عملكرد مي‌پردازيم كه به صورت يك سري نمودار‌ها و داده‌هاي آماري به دست آمده از يك سري منابع ، آورده شده و در كل به نتيجه گاز سوز كردن موتور مي‌پردازيم و در پايان يادآور مي‌شويم كه در صورت گاز سوز شدن صحيح اتوميبل‌ها كاركرد آنها تفاوت چشم گيري نكرده و قدرت و كشش ماشين حدود 5 درصد نسبت به بهترين حالت كار با بنزين ( كه معمولا ماشين‌ها هيچ وقت در اين حالت نمي‌باشد) پائين مي‌آيد كه به هيچ وجه محسوس نمي‌باشد.
فهرست اختصارات بكاربرده شده و علائم :
وسايل نقليه سوخت جايگزين Vehcile Fuelled Alternativel AFV
فشار موثر متوسط ترمز Pressure EFFective Mean Break BMEP
هيات نظارت بر منابع هواي كاليفرنيا Board Resources Air California CARB
گاز طبيعي فشرده شده Gas Natural Compressed CNG
سيستم كاهش غلظت اكسيژن نيتروژن در موتورهاي كم مصرف De_No x
عامل خرابي DF
تزريق مستقيم Enjection Direct DI
خودروهاي سازگار با محيط زيست Vehicle friendly Environmentally Ennaced EEV
چرخه مجدد گازهاي خروجي Recirculation Gas Exhaust EGR
اتحاديه و سايل نقليه گازي اروپا Associution Vehicle Gas Natural European ENGVA
خود روهايي كه آلايندگي آنها معادل صفر است Vehicle Emmission Zero Equivalent EZEV
تزريق مستقيم بنزين Enjection Direct Gasoline GDI
هيدروكربنها Carbons Hydro HC
موتور احتراق داخلي Engine Combustion Internal ICE
وسايل نقليه سبك Vehicle Duty Light LDV
گاز مايع طبيعي Gas Natural Liquified LNG
صافي Nox رقيق LNT
گازمايع نفت طبيعي Gas Petroleum Liquified LPG
اتحاديه گاز مايع نفت طبيعي Association Gas Petroleum Liquified LPGA
وسايل نقليه گاز طبيعي Vehicle Gas Natural NGV
اتحاديه وسايل نقليه گاز طبيعي Association Vehicle Gas Natural NGVA
هيدرو كربن‌هاي غير متان gases organic methane Non- ‌NMHC
اكسيدهاي نيتروژن oxides Nitrogen NOx
توليد كنندگان قطعات اوليه Manufacture Equipment original OEM
مواد خاص Matter Particular PM
قسمت در ميليون million Per Part PPM
اتسوگيو متري Stoichiometric SM
وسايل نقليه با آلودگي بسيار كم Vehicle Emission Low Super SULEV
كل هيدروكربن‌ها Carbons Hydro Total THC
وسايل نقليه با آلودگي فوق العاده كم Vehicle Emission Low ultra ULEV
وسايل نقليه با آلودگي صفر Vehicle Emission Zero ZEV
فصل اول : سوخت و انواع آن
1-1- عوامل قابل اهميت در انواع سوخت :
-بايستي داراي ارزش حرارتي قابل ملاحظه‌اي باشد
-درحرارت‌هاي كم نيز بتواند بصورت بخار در آيند
-بخار سوخت بتواند با مخلوط مناسب اكسيژن فوراً بسوزد
-توليداتي كه از احتراق چنين سوخت‌هايي حاصل مي‌شود بايستي زيان آور نبوده و براي سلامت محيط زيست خطرناك نباشد
-آنها را بتوان در شرايط طبيعي حمل و نقل كرده ، چه از نظر سادگي عمل و چه از نظر اصول ايمني
– توليد آنها از نظر اقتصادي مناسب باشد.
-سيستم مصرف مصرف كننده اقتصادي باشد. [1]
1-2- احتراق سوخت هيدروكربنه :
سوختن بطورعموم عبارت است از تركيب با اكسيژن كه به منجر به ايجاد محصولي بنام اكسيد مي‌شود. سوختن ممكن است خيلي سريع و يا كند باشد. مثلا زنگ زدگي آهن به نتيجه تركيب آهن با اكسيژن بمدت طولاني است و يا سوختن ذغال چوب خيلي سريع انجام مي‌شود.
در موتورهاي درون سوز نيز تركيب ماده سوختني با اكسيژن اتفاق مي‌افتد و نتيجه توليد اكسيدهاي كربن كه اغلب شامل منواكسيد و دي اكسيد كربن و همين طور مقداري بخار آب و حرارت مي‌باشد.[1] مانند :
CO2+2H2O+Q CH4+2O2/ :متان
C8H18+12.5O2 / 8CO2+9H2O+Q : اكتان
1-3- انواع سوخت موتورهاي درون سوز :
معمول‌ترين سوخت‌هاي رايج در موتورهاي درون سوز، عبارت از، بنزين ، نفت ، گاز و گاز مايع و گازوئيل مي‌باشد. كه چهار نوع اول در موتورهائي كه با سيستم جرقه شمع كار مي‌كند مورد استفاده قرار مي‌گيرند و گازوئيل نيز سوخت موتورهاي ديزل را شامل مي‌شود. [1]
1-4- انتخاب صحيح مخلوط سوخت :
بايد دانست كه 23 درصد حجم هوا را اكسيژن تشكيل مي‌دهد، كه در سوختن تاثير دارد و 77 درصد بقيه شامل نيتروژن و ساير گازها است كه در عمل احتراق تاثيري ندارد. البته نيتروژن در حرارت‌هاي بالا تا حدودي مي‌سوزد و ايجاد اكسيد‌هاي ازت كرده، كه در آلودگي محيط زيست تاثير بسزايي دارند.
بطوركلي يك مخلوط سوخت وهوا به نسبت 1 : 15 با در نظر گرفتن وزن صحيح آنها يك احتراق . كامل و طبيعي دارد. در صورتيكه مخلوط از نظر سوخت قوي تر باشد آنرا غني و اگر هوا بيشتر باشد آنرا رقيق مي‌گويند كه مخلوط سوخت‌هاي غني را مي‌توان از ايجاد دوده در اگزوز، كاهش يا ضعف قدرت و بالاخره گرم كردن موتور تشخيص داد. همينطور براي شناسائي مخلوط رقيق مي‌توان از ايجاد شدن Back f iring در مدخل ورودي گاز و كاربراتور كه مهمترين عامل شناسائي اين پديده است، و همچنين دير روشن شدن موتور ، ضعيف شدن قدرت موتورو بالاخره گرم كردن به اين موضوع پي برد.
با توجه به منحني شماره (1-1) كه در مورد بنزين است و از تغيير تنظيم كاربراتور بوجود آمده‌اند نشان مي‌رسد كه ماكزيمم راندمان ، زماني خواهد بود كه نسبت ميزان هوا به سوخت 1 : 16 باشد و ماكزيمم قدرت هنگامي صورت مي‌گيرد كه اين ميزان 1 : 12 مي‌باشد. بنابراين تنظيم صحيح جايي بين اين دو حد قرار دارد.
منحني شماره(1-1) : اثر نسبت هوا و سوخت بر روي قدرت، با صرفه بودن(اقتصادي) و تجزيه گازهاي خروجي اگزوز (در مورد بنزين)
با توجه به منحني‌ها مشاهده مي‌شود، تنظيم كاربورا تور در حالتي كه نسبت اختلاط هوا و سوخت 1 : /14 باشد مي‌توان راندمان واقعي را تا 96 در صد راندمان ماكزيمم بالا ببرد. از
منحني‌هاي قسمت پائين شكل نيز مشاهد مي‌شود كه در حالت اختلاط 1 : 15 ميزان توليد منواكسيد كربن كه گازي بيرنگ و تقريبا بي بو و لي خطرناك است به حداقل خود مي‌رسد ، و تمام گاز سوخته شده بصورت دي اكسيد كربن از اگزوز خارج مي‌شود. [1]
1-5 – سوخت گاز مايع و استفاده از آن در موتور(1)
با توجه به جدول شماره (1-1) ملاحظه مي‌شود، گاز طبيعي ( Natural gas ) گرچه سوخت مناسب و داراي ارزش حرارتي خيلي خوب در حدود 55830 كيلوژول در هر كيلوگرم (24000 Btu . در پوند) مي‌باشد. معهذا آنرا نمي‌توان براحتي بصورت مايع مورد استفاده قرار داد. زيرا بايد دانست كه براي تبديل آن به مايع در حدود 15000 تا 18000 سانتي متر جيوه ( 197 تا 236 اتمسفر) فشار لازم است و در نتيجه لزوم ايجاد مخازن عظيم و يا كم حجم ولي سنگين بمنظور تحمل فشار چنين گازي مقرون بصرفه نخواهد بود.
جدول شماره (1-1)-ارزش عملي در مواد سوختني معمول
* برحسب متر مكعب
در جدول شماره (1-2) سوخت‌هاي گازي مورد استفاده در موتورهاي درون سوز با مشخصات آنها آورده شده است.
جدول شماره (1-2) . سوخت‌هاي مورد استفاده در موتورهاي درون سوز
گازهاي متان و اتان داراي نقطه جوش خيلي پايين بوده و مايع كردن آنها مانند گازطبيعي فوق العاده مشكل است و فشار خيلي زيادي در حد گاز طبيعي براي اين كار لازم ميباشد. و در نتيجه نگهداري و انبار كردن آنها نيز بعلت نياز به مخازن سنگين و حجيم مقرون بصرفه نيست .
گازهاي پروپان و بوتان در شرايط عادي بصورت گاز بوده ، ولي مي‌توان آنها را تحت فشار بصورت مايع در آورد و در مخزن ذخيره كرده و مورد استفاده قرار داد. بايد دانست تركيبات بعداز بوتان مثل پنتان C5 H12 و هگزان C6 H16 و غيره بصورت مايع مي‌باشند كه جزو گازها محسوب نمي‌شوند و تشكيل دهنده مواد سوختي ديگر مثل بنزين هستند[1]
1-6- معرفي گازهاي طبيعي مورد استفاده در موتورهاي بنزيني
در حال حاضر در موتورهاي بنزيني از انواع مختلف گازها استفاده مي‌شود ، كه به بررسي تعدادي از آنها كه در حال حاضر بيشتر از بقيه موارد مورد استفاده قرار مي‌گيرد مي‌پردازيم .
گازهاي طبيعي مورد استفاده در حمل و نقل غالبا به دو صورت گاز طبيعي فشرده ( CNG ) و گاز طبيعي مايع (LNG ) مي‌باشد. [2]
1-6-1- تعريف (LNG )
هنگامي كه گاز طبيعي تحت فشار اتمسفر به دماي تقريبا Fْ260- نزديك شود تبديل به مايع مي‌شود كه اين گاز مايع را گاز طبيعي يا LNG گويند. هر حجم اين گاز طبيعي معادل / گاز طبيعي فضا اشغال مي‌كند . وزن اين گاز تقريبا معادل نصف وزن آب است يا بطور دقيق معادل 45 % وزن آب است.
گاز طبيعي مايع بدون بو ، بدون رنگ ، غيرخورنده و غير سمي مي‌باشد و اين گاز در حالت بخار با 5 الي 15 درصد با هوا مي‌سوزد. [2]
1-6-2- تركيبات :
گاز طبيعي تركيب شده از گازهاي متان در حدود 90 درصد وشامل اتان ، پروپان و هيدروكربنهاي سنگين مي‌باشد . و همچنين از مقدار كمي نيتروژن، اكسيژن، دي اكسيد كربن و تركيبات گوگرد و آب كه در خط لوله گاز طبيعي پيدا مي‌شود. مايع كردن اين گاز باعث از بين رفتن اكسيژن ، دي اكسيد كربن و تركيبات گوگرد و آب مي‌شود. كه با مايع كردن اين گاز طبيعي مي‌توان آن رابه 100 % گاز متان تبديل كرد. [2]
1-6-3- چگونگي ذخيره آن
گاز مايع طبيعي در استوانه‌هاي دو جداره باعايق بندي بسيار خوب ذخيره مي‌شود ، تانكهاي ذخيره اين گاز داراي نسبت عرض به ارتفاع كم مي‌باشد . كه فشار ذخيره سازي آنها در اين مخازن كم و در حدود Pisg 5 و يا كمتر بايد باشد. اين مايع براي اينكه مستقل از فشار بخواهد مايع قرار بگيرد بايد در دماي كمتر از 117- قرار گرفته شود. [2]
1-6-4- چگونگي سرد نگه داشتن آن
عايق بندي كه براي سرد نگه داشتن گاز مايع طبيعي بكار مي‌رود باز هم نمي‌تواند جوابگو باشد بخاطر همين آن را در يك محفظه بنام يخ جوشان كه يك مايع بسيار سرد در دماي جوش مي‌باشد نگه مي‌دارند هنگامي كه گرما به مخزن داده مي‌شود مايع مي‌جوشد و به بخار تبديل مي‌شود دما تغيير نمي‌كند. اين بخار از مخزن خارج شده و فشار در داخل مخزن ثابت مي‌ماند و اگر بخار خارج نشود فشار و دما بالا مي‌روند، اين مانند حالتي است كه آب مايع در حال جوش در ديگ بخار(بويلر) مي‌باشد. LNG يك گاز طبيعي است كه مانند بقيه گازها و سوختها حمل و نقل و ذخيره مي‌شود[2]
1-6-5- علت استفاده از LNG به عنوان سوخت ماشين‌ها و وسايل نقليه
استفاده از گاز LNG به چند دليل مي‌باشد كه شامل دليلهاي زير است.
1-LNG گازي مي‌باشد. كه در هنگام سوخت به صورت گازمي سوزد و منافع استفاده از اين گاز هنگامي مورد توجه قرار مي‌گيرد كه با سوخت بنزين و گازوئيل مقايسه شود.
2-سوخت گاز طبيعي نسبت به سوختهاي معمولي(بنزين و گازوئيل ) داراي آلودگي كمتر مي‌باشند كه اين آلودگي شامل مواد خاص( PM ) ، مونواكسيدكربن (Co ) ،تركيبات نيتروژن Nox و هيدروكربنهاي غير متان (NMHC )
3-LNG چگالي بالاتري نسبت به ديگر سوختهاي جايگزين دارد كه با يك مقايسه به اين سوختها براي بدست آوردن برد يكسان 105 گالن از LNG معادل يك گالن از بنزين و 107 گالن از LNG معادل يك گالن گازوئيل مي‌باشد.
4-LNG از نظر انرژي ارزانتر از بنزين و گازوئيل مي‌باشد.
5-زمان سوخت گيري LNG معادل سوختهايي است كه جايگزين آنها شده است.
6-LNG مي‌تواند مانند ديگر سوختها ي مايع توسط وسايل نقليه به ايستگاههاي سوخت گيري برداشته شود.
7-علاوه بر وجود بعضي از عدم اعتماد‌ها نسبت به LNG ولي آزمايشها نشان مي‌دهد كهLNG كه به عنوان سوخت نسبت به گازوئيل خطرناكتر نيست و امن تر مي‌باشد . دماي احتراق اين سوخت Fْ500 از گازوئيل بيشتري مي‌باشد . و در حدود 5 الي 15درصد با هوا تركيب مي‌شود و در هواي آزاد منفجر نمي‌شود. [2]

فایل : 82 صفحه

فرمت : Word