Выбор газового оборудования Метан/Пропан LPG/CNG (система ГБО)
Здравствуйте, разговор пойдёт о том виде топлива, которое заменит бензин. Как Вы уже догадались — это газ. Но какой именно газ? Их ведь много разных.
Сегодня рассмотрим два самых популярных варианта газового оборудования доступных на рынке, работающих на пропан-бутановой смеси и метане.
Газовое оборудование, имеет сокращённую аббревиатуру (согласно наименованию газа): LPG и CNG соответственно.
Введение.
Сначала познакомимся с этими газами поближе. Для этого я надёргал 5 основных таблиц из сети для того, чтобы можно было в деталях получить основные характеристики и свойства газов.
Параметры торговых марок
Критические параметры газов
Газы могут быть превращены в жидкое состояние при сжатии, если температура при этом не превышает определённого значения, характерного для каждого однородного газа. Температура, свыше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической температурой. Давление, необходимое для сжижения газа при этой критической температуре, называется критическим давлением.
Упругость насыщенных паров
Упругостью насыщенных паров сжиженных газов называется давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии со своей газовой фазой. При таком состоянии двухфазной системы не происходит ни конденсации паров, ни испарения жидкости. Каждому компоненту СУГ при определённой температуре соответствует определённая упругость насыщенных паров, возрастающая с ростом температуры. Давление в таблице указано в МПа.
Зависимость плотности от температуры
Определения.
LPG (Liquified Petroleum Gas) – сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан). Наиболее распространенный вид топлива для легковых автомобилей, как коммерческого, так и частного использования. Получается как побочный продукт при переработки нефти.
CNG (Compressed Natural Gas) – сжатый природный газ (метан). Чаще всего встречается в автомобилях коммерческого назначения или у производителей заводского ГБО.
Тезисы для пропан-бутанового оборудования (LPG):
1. Пропан/бутан требует химического синтеза (получения) на предприятии (НПЗ), поэтому дороже метана.
2. Хранится при невысоком давлении в баллоне (до 16 бар).
3. Пропан-бутан отлично сжимается и, впоследствии, сжижается. Это положительно отражается на энерговооруженность авто при равном объёме с метаном.
4. Сжиженный газ LPG находится в равновесном состоянии с паровой фазой (при определённом давлении и температуре) и заполняет всё пространство баллона.
5. Баллоны заправляются не более чем на 80% от максимального объема, жидкой фазой, которая измеряется в литрах. Так делают в целях безопасности от воздействия повышенных температур.
Теперь самая интересная часть.
Сравним энерговооруженность бензиновой системы, LPG и CNG.
Для этого примем заправочную ёмкость равную 60 литрам (бензобак / баллон).
Стандартные условия: t=+20 °C, Ра=100 кПа
Низшая теплота сгорания метана: Qm = 36 МДж/м3
Низшая теплота сгорания пропана: Qp = 91 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бутана: Qb = 119 МДж/м3
Низшая теплота сгорания бензина (АИ-98): Qv = 33 МДж/л
Плотность метана (паровой фазы): ρma = 0,668 кг/м3
Плотность пропана (паровой фазы): ρpa = 1,872 кг/м3
Плотность пропана (жидкой фазы): ρpl = 500 кг/м3
Плотность бутана (паровой фазы): ρba = 2,519 кг/м3
Плотность бутана (жидкой фазы): ρbl = 570 кг/м3
Плотность бензина: ρv = 750 кг/м3
Газовая постоянная метана: Rm = 519 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная пропана: Rp = 189 Дж/(кг*К)
Газовая постоянная бутана: Rb =143 Дж/(кг*К)
Уравнение газа: P*V = m*R*T, где
P — давление, Па; V — объём, м3; m — масса, кг; R — газовая постоянная, Дж/(кг*°К); Т — температура, °C.
Бензин
энерговооружённость бака бензина: Wv = 33 Мдж/л * 60 л = 1980 МДж
Метан
масса сжатой паровой фазы в баллоне: mma = P*V/(R*T) = 200*10^5 Па * 0.06 м3 / ( 519 Дж/(кг*°К) * 293 °К) = 7,9 кг
плотность сжатой паровой фазы: Dma = 7,9 кг / 0,06 м3 = 131,7 кг/м3
отношение плотностей сжатой паровой фазы в баллоне и при стандартных условиях: Dma / ρma = 131,7 кг/м3 / 0,668 кг/м3 = 197
энерговооружённость баллона: Wma = 36 МДж/м3 * 0,06 м3 * 197 = 426 МДж ( 
Стоимость заправки 1 литра жидкого топлива
Бензин
Цена: 44 руб/л
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sb = 44 руб/л / 33 МДж/л = 1,333 руб/МДж
Метан
Цена: 16 руб/м3
Стоимость 1 МегаДжоуля: Sm = 16 руб/м3 / 36 МДж/м3 = 0,444 руб/МДж
Пропан-Бутан (50/50)
Цена: 18 руб/л
Отношение плотностей жидкой и паровой фазы при стандартных условиях: ρpbl / ρpbv = 535 кг/м3 / 2,2 кг/м3 = 243,2
Из 1 литра жидкой фазы получится 243,2 литра паровой фазы: Vpbv = 0,2432 м3
Энергия этого объёма пара: Qpbv = 0,2432 м3 * 105 МДж/м3 = 25,534 МДж
Стоимость 1 МегаДжоуля: Spb = 18 руб/л / 25,534 МДж = 0,705 руб/МДж
Вывод: согласно расчёту, энергетическая стоимость пропан-бутанового топлива почти вдвое ниже бензина АИ-95.
А стоимость метана ровно в 3 раза ниже стоимости бензина АИ-95.
Цены взяты по Челябинску и округлены до рубля на дату публикации статьи.
FAQ по метану (часть 1)
Сразу скажу, что в физике газов я не силен.
Ниже по тексту возможны неточности в объяснении физики процесса – так что камнями не кидайте.
Да обычному обывателю оно и не надо – обычному человеку важна экономия
1) на СТО производится установка баллона, в который под большим давлением закачивается метан
Объем баллона измеряется в литрах. У меня стоит 90 л баллон
2) Заправляемый в баллон объем газа изменяется в метрах кубических (м3).
4) Заправляемых объем газа в м3 зависит от двух основных факторов:
— давление, которое может создать компрессор на АНГКС
— температура воздуха (или температура газа) — я точно не знаю
4.1.) Компрессор
На старых АГНКС компрессор не всегда выдает 200 атм. – поэтому в баллон закачают меньше объема, чем туда могло бы закачаться при одинаковой температуре.
На новых, частных АГНКС всегда больше давление, чем на реконструированных или старых газпромовских АГНКС.
Добавлю, что может дело в технических особенностях АГНКС, но я вижу, что на новых АГНКС закачивают больше метана чем на старых!
Я по началу думал, что на новых АГНКС на…бывают, но пробег после заправки на новых АГНКС действительно больше
4.2.) Температура чего-то там
— Зимой в баллон закачивается больше м3 чем летом
— ночью (при существенных перепадах суточных температур) в баллон закачивается больше метана чем днем
— в Батайске рано утром закачивается больше, чем утром в Краснодаре
Например. Я заправился в Батайске в 5-6 утра. Доехал до метановой АГНКС в Краснодаре в 8-9 утра, заправился. Выполнил расчет расхода газа на 100 км – получилось 5,7 м3/100 км
Поехал обратно. Тоже самое в Батайске – расчеты показывают 6,3 м3/100 км
Да, в Краснодаре я захватываю часть пробок, но у меня не единичный опыт.
Т.е. т.к. в Краснодаре теплее, то закачивается туда «меньше» чем в Батайске тремя часами ранее – поэтому и получается заниженный расчетный расход на 100 км. И наоборот. Вечером в Батайске я заправляю больше чем заправил в Краснодаре. Т.к. температура ниже и поэтому получаю повышенный расход – 6,3 м3/100 км
А если на дворе лето и разница в температурах не так существенна, то я туда и обратно получаю 6 м3/100 км
Еще раз, для отличников по физике – я могу ошибаться в обосновании, может еще атмосферное давление влияет – я лишь описываю, то, что я вижу – сколько я потратил денег на заправку и сколько при этом проехал
Например. Я раньше общался с метановодами пока идет заправка.
На мой вопрос:
— баллон какого объема у Вас установлен? (элементарнейший вопрос!)
Я получал три варианта ответа:
1) называют объем баллона (очень редко)
2) брат, я ХЗ, в баллон входит 20 м3
3) брат, я ХЗ, по трассе мне его хватает на 330 км, по городу на 300 км
Друзья, перечитайте еще раз п.4, отчего зависит объем заправки
Как метановод может ответить так бездарно! –ХЗ – или по …уй, или не грамотен или п…здит
В сети тоже самое!
Метановоды несут местами ересь!
Где-то в сети человек писал, что у него в 90 л баллон всегда входит 21-22 м3 (не помню уже точно)
А я заправляю себе 17 м3! – как так-то, епта?
В сети кто-то писал, что стенки китайских баллонов меньше-тоньше-больше – поэтому туда качается меньше газа и т.д.
Я даже ездил «качать» на СТО, почему в мой баллон не входит 21-22 м3? Китайцы подсунули бракованный баллон и т.д.
Да уж!
И это в 2018-2020 г! – информации по метану в сети очень мало! (см. пост приветствие)
Друзья, в общем в мой 90 л в зависимости от перечисленных факторов входит от 17 до 21. десятые я округлил, т.к. специально за этим я не наблюдал.
Кроме того, чтобы за этим наблюдать нужно полностью опорожнить баллон, т.е. приехать на АГНКС на бензине.
Возможно, было 22-23 м3 – не помню, может быть, но это при хорошем минусе и на новой АГНКС
Поэтому расход на 100 км метана можно определить только расчетным путем.
Чтобы понимать какая точная экономия метана перед бензином, нужно точно знать какой расход бензина и какой расход метана на конкретный пройденный путь в одинаковых условиях!
А это установить невозможно! Надеюсь понятно почему! Кроме того, в этом расчете важны «копейки»!
Из чего я исхожу:
1) Мне вообще расход бензина был, в целом, никогда не важен.
За ним я все эти годы, в целом, не наблюдал.
Смысл наблюдать за городским расходом, если он зависит от загруженности города, манеры вождения и т.д. – ну 7,7 л/на 100, ну 8,2 на 100, ну 9 на 100 – мне было все равно
По расходу по трассе у меня получше воспитания.
Я примерно помню что 6 л на 100 км у меня было расход на трассе при 80 км на пятой передаче – режим «тошлиновка», я так и не ездил ни когда.
В целом при 100-110 км/ч расход был наверное 6,6-6,8 л на 100 км
Сейчас у меня расход метана при 100-110 км (в сторону юга) по М4 около 6 м3 на 100 км
Итого получаем при пути 100 км:
6,6 л бензина – х %
6 м3 газа – 100 %
Х = 10 % экономии
Или
6,8 л бензина – х %
6 м3 газа – 100 %
Х = 13 % экономии
Видите, очень важны копейки, десятые
Как их установить точно? – никак
Приведу еще один пример из своего опыта:
Опишу конкретней, местные поймут. Ездил в Калитву. Заправился в Аксае. Поехал. Пробка под Шахтами, через всю Калитву (туда/обратно ), пробка в районе Платова и Грушевки. Отличало эту поездку лишь то, что М4 в ремонте, поток шел одной колонной со скоростью 80-90 км/ч
Маршрут составил 333 км.
Вернулся в Аксай. Баллон полностью не опорожнился. В баллон вошло 18,7 м. куб.
Итого имеем:
333 км – 18,7 м3
100 км – х км
Х = 5,61 м3/100 км.
Чтобы я на бензине уложился в эти показатели? – нереально!
Итого, на сколько точно метана расходуется меньше – на 10 % 14 % — я не знаю.
В своих расчетах я принимаю 10%, что вполне реально
Интересно как у других метановодов с расходом на 100 км?
Метановоды не подтянулись?
метановые
Баллоны для метана на авто бывают 4 типов. Ввиду высокого давления компримированного (сжатого) природного газа (КПГ/CNG), все ёмкости имеют только цилиндрическую бесшовную конструкцию. Рабочее давление баллонов для автотранспорта составляет 200 атмосфер (20Мпа).
Отличительными техническими характеристиками емкостей для автомобильного газобаллонного оборудования работающем на метане являются:
Тип 1 (КПГ 1) — полностью металлический баллон из стали с толщиной стенки 5-10мм (зависит от литража бака). Самыми безопасными, при относительно низкой цене, считаются именно CNG-1, в то же время они самые тяжёлые. Применяются как на коммерческом транспорте (автобусы, грузовики, сельхоз техника), так и на частном легковом.
Тип 2 (КПГ 2) – облегчённый цельнометаллический баллон с композитным укреплением, толщина стенки 4-6 мм. Снижение веса достигается за счёт уменьшения толщины стенки. Прочность компенсируется непрерывной кольцевой обмоткой материала на основе стекловолокна, только по цилиндрической части баллона. Емкости CNG-2 устанавливают на легковые и грузовые автомобили.
Тип 3 (КПГ 3) – металлокомпозитный баллон, состоит из алюминиевого лейнера, армированного по всей поверхности при помощи базальтовых нитей. CNG 3 имеет низкую массу, при достаточно высокой стоимости.
Тип 4 (КПГ 4) – баллон из полимерного лейнера, укрепленного оболочкой из композитных материалов. Ёмкости CNG-4 самые легкие, однако имеют более высокую цену.
Метановые баллоны: особенности конструкции, разновидности и отличия от пропановых
В целях безопасности на метановом баллоне устанавливается ручной или электромагнитный запорный клапан. В случае необходимости такой клапан позволяет изолировать баллон. Рабочий кран с запорным клапаном должны выдерживать высокое давление такое же, как и общее давление баллона.
Какие виды баллонов существуют?
Как я уже говорил выше, метановые баллоны могут изготавливаться из металла или композитных материалов. Между этими баллонами очень много отличий, о которых мы сейчас и поговорим.
Плюсы и минусы металлических баллонов под метан
Металлические баллоны под метан
Плюсы:
Минусы:
Композитные метановые баллоны
Плюсы:
Минусы:
Подведем итоги
Лучшим, на мой взгляд, вариантом будет ГБО баллон для метана выполненный из композита, в конечном итоге его стоимость будет оправдана надежностью и сроком службы. Металлический метановый баллон я бы не рекомендовал устанавливать на легковые авто по ряду причин, описанных выше. Если же вы все же решили остановиться именно на этом варианте, вам следует регулярно следить за состоянием баллона, вовремя проводить его освидетельствование, а также проверку на предмет исправности. Только при таком раскладе эксплуатация метанового ГБО с металлическим баллоном будет безопасной.
У меня все, пишите ваши комментарии относительно данной темы, а также делитесь опытом эксплуатации как металлических, так и композитных метановых баллонов ГБО. Спасибо за внимание, до новых встреч на ГБОшнике. Делитесь статьей с друзьями и знакомыми, при помощи кнопок соц. сетей, расположенных ниже, тем самым вы поможете развитию нашего проекта.
Выбор метанового баллона. Что надо учитывать
Отличие метановых баллонов от пропановых для автомобилей продиктовано разницей в физико-химических свойствах газа. Сжиженный нефтяной газ – хранится в баллоне в жидком состоянии под сравнительно небольшим давлением – 16 атмосфер. Соответственно, к баллону предъявляются сравнительно невысокие требования по прочности. И как выбрать такой баллон мы рассказали КАК ВЫБРАТЬ БАЛЛОН ГБО ПРОПАН.
(и тут опять же требуется отступление. Технологии сжижения природного газа существуют и, например, в Китае используются на транспорте. Но для наших краев – это будущее).
1. Маленький запас хода на метане
Вы должны быть готовы к тому, что метановый баллон обеспечивает значительно меньший запас топлива в сравнении с бензиновым баком и даже в сравнении с баллоном для сжиженного газа. К примеру, в 100 литровый баллон для метана можно закачать 20-24 кубических метра природного газа. Расход природного газа, как правило таков: 1 кубический метр метана = 1 литр бензина. Таким образом, заняв баллоном на 100 литров половину багажника легковушки, можно обеспечить пробег на 200-250 километров.
2. Баллоны для природного газа имеют только цилиндрическую форму
Их невозможно «спрятать» как пропановый баллон «в форме бублика» в нишу для запасного колеса. Метановые баллоны выпускаются только цилиндрической формы. Хотя вот здесь, по ссылке на YouTube вы можете посмотреть пример установки метановых баллонов на Ладу Весту в нишу для запасного колеса.
3. Большой вес баллона
4. Высокая стоимость
5. Существует несколько технологий производства метановых баллонов
Стальные, цельнометаллические баллоны. (CNG-1). Это самые дешевые баллоны. Имеют самую толстую стенку и соответственно самый высокий вес. Из-за большого веса такие баллоны практически не применяются при переоборудовании легкового транспорта для работы на метане. Обычно цельнометаллические баллоны устанавливают на грузовой транспорт и микроавтобусы. Устанавливается причем сразу несколько баллонов в кассете. На данный момент, такие баллоны представлены в нашем магазине WebGas.by продукцией Оркского машиностроительного завода. Большинство типоразмеров баллонов ОМЗ доступно на складе в Минске
Облегченные баллоны с лайнером. (CNG-2) Наиболее широко используемый при переоборудовании «легковушек» тип метановых баллонов. В магазине WebGas.by этот тип представлен баллонами Sinoma, Jinhua и Digitronic.
6. Ну и, пожалуй, последнее. Установка метана на автомобиль – технологически более сложный процесс, чем переоборудование для работы транспорта для работы на сжиженном газе. Каждый фактор – конечный вес оборудования на автомобиле, возможность установки баллонов на раму или в кузов, запас хода на газе, бюджет проекта – требует более детальной проработки и участия профессионалов еще на этапе планирования. Поэтому, если вы задумали переоборудовать Ваш автомобиль для работы на метане – свяжитесь с технической поддержкой WebGas.by. Мы окажем необходимую помощь и подберем Вам комплект оборудования для автомобиля.
Вы так же можете ознакомиться с видео о метановых баллонах, которое было снято коллегами из России:
