گاز طبيعي فشرده (CNG) يكي از مناسب ترين و در دسترس ترين جانشين هاي بنزين به شمار مي آيد، به ويژه در ايران كه 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، كشور را از واردات بنزين بي نياز مي سازد.گاز طبيعي نيز سوختي فسيلي است كه 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 (CH۴) تشكيل شده و داراي مقادير ناچيزي اتان (C۶H۶)، پروپان(C۳H۸)، بوتان (C۴H۱۰) و پنتان(C۵H۱۲) است. متان، بي رنگ و بي بو است و با شعله اي كم رنگ و نسبتاً روشن مي سوزد.
گاز طبيعي تميز ترين سوخت فسيلي است، زيرا به طور عمده فقط بخار آب و دي اكسيد كربن توليد مي كند. دماي احتراق خود به خود گاز طبيعي 649 درجه سانتي گراد است كه 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 اكتان 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 كم 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 پاركينگ منازل يا مكان هايي كه خودروها در طول شب پارك مي شوند، مناسب است.
ايستگاه CNG، گاز مورد نياز خود را از شبكه گاز شهري دريافت مي كند. نخست گاز وارد اتاقك(metering) و ميزان گاز ورودي اندازه گيري و فيلتر مي شود، سپس گاز فيلتر شده وارد دستگاه هايي به نام خشك كن(Dryer) مي شود. اين دستگاه را مي توان در انتهاي مسير نيز قرار داد، اما حالت بهينه استفاده از آن در ابتداي خط است. كار دستگاه خشك اين است كه رطوبت موجود در شبكه گاز شهري را جذب كند و گاز خشك شده اي را به درون كمپرسور مي فرستد. دليل اين امر اين است كه 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 تشكيل بلورهاي يخ مي تواند موجب انسداد اريفيس هاي كوچك و يا خطوط انتقال گاز طبيعي فشرده شود. خشك كن هاي مورد استفاده در جايگاه هاي CNG معمولاً از نوع جذبي هستند و درون برج هاي دو قلوي آنها معمولاً مواد جذب كننده رطوبت مانند گليكول يا سيليكازل قرار داده مي شود كه با يك سيستم كنترلي به طور متناوب، عمل جذب رطوبت گاز ورودي را انجام مي دهند. پس از اين مرحله، كمپرسور گاز خشك را مي مكد و در 3 تا 4 مرحله گاز را از فشار حدود 250-220(psi) به 3000 تا 3600(psi) مي رساند. كمپرسورهاي مورد استفاده در ايستگاه هاي سوخت رساني CNG معمولاً از نوع رفت و برگشتي هستند كه داراي مزيت هاي سهولت تعميرات به دليل اشتراك سازكار كار آنها با بسياري از كمپرسورهاي رفت و برگشتي در صنايع ديگر، امكان ساخت به صورت يك يا چند مرحله اي در يك پوسته واحد، كارآيي قابل قبول اين كمپرسورها در حد بالا و دبي هاي نسبتاً پايين و امكان استفاده از موتورهاي گازسوز يا موتورهاي الكتريكي به عنوان نيروي محرك است. از معايب آنها بزرگي ابعاد و ارتعاش هاي زياد آنها است كه مي بايد به عنوان عوامل اساسي به هنگام محاسبه شاسي ، قاب و خود پوسته كمپرسور لحاظ شوند. گاز در هر مرحله فشرده سازي به دليل اصطكاك مولكول هاي گاز با يكديگر و با جدار سيلندرها به شدت گرم مي شود؛ در نتيجه مي بايد در ميان مسير عبور آن خنك كن مياني يا intercooler قرار داد. اين كولرها مي بايد توان جذب 85 تا 90 درصد گرماي حاصل از عمل فشرده سازي در هر مرحله را داشته باشند. كولرها به صورت هوا خنك (با كمك فن و فين هاي خنك ساز)يا آب خنك (با استفاده از رادياتور) انتخاب مي شوند. ياتاقان ها و رينگ هاي پيستون ها مي بايد پيوسته روغن كاري شوند كه انواع روغن كاري به دو دسته روغن كاري تحت فشار و روغن كاري پاششي تقسيم مي شود. روغن كاري تحت فشار، روش بهتري شمرده مي شود. دوره كاركرد رينگ هاي كمپرسورها با روغن كاري تقريباً 8000 ساعت است. براي جداسازي روغن موجود در گاز فيلترهاي روغن و جداسازهاي دقيق تر به كارمي روند. كمپرسورهاي مورد استفاده در ايستگاه هاي CNG معمولاً 200-2 مترمكعب در ساعت، ظرفيت توليدگاز فشرده دارند. نيروي محرك كمپرسورهاي CNG بيشتر موتور الكتريكي است. اين موتورها با برق سه فاز كار مي كنند و نيروي توليدي توسط آنها معمولاً با استفاده از تسمه ها و قرقره ها، چرخ دنده ها و چرخ زنجير به كمپرسور انتقال داده مي شوند. انتقال نيرو با كوپلينگ ها، روش بهتري براي انتقال نيرو به شمار مي آيد، زيرا ارتعاش كمتري دارد و هم محوري را دقيق تر و طولاني تر نگاه مي دارد. حداكثر توان مورد مصرف براي الكتروموتورهاي كمپرسورها 250 اسب بخار است كه با توجه به توان مورد نياز كمپرسور انتخاب مي شوند.
مخازن بازيافت
براي اين كه پس از خاموش شدن كمپرسور به هر دليلي گاز فشرده شده در پشت سيلندرها باقي نماند، لوله كشي 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 تراكم گاز با فشاري در حدود (psi)3600 يا 250 بار كمپرسور را ترك مي كند. خودروها با فشاري حدود 200 بار سوخت گيري مي كنند. نصب يك مخزن فشار بالا در ايستگاه زمان سوخت گيري به ميزان عمده اي از كاهش و خاموش و روشن شدن هاي پي در پي كمپرسور پيشگيري مي كند و در نتيجه عمر كاري كمپرسور افزايش مي يابد. مخازن ذخيره سازي CNG در ايستگاه را معمولاً به سه دسته تقسيم مي كنند. 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 كمتري 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 كنترل و هدايت گاز فشرده شده از مخازن به توزيع كننده ها(dispensers) را بر عهده دارد و مخازن خالي شده را به ترتيب نياز، پر مي كند.
توزيع كننده(Dispenser)
گاز فشرده شده از طريق نازل هاي توزيع كننده ها وارد خودرو مي شود. سيستم هاي كنترلي پيشرفته اي روي Dispenser ها نصب شده اند كه مي توان به كمك آنها ميزان سوخت تزريقي را اندازه گيري كرد. حس گرهاي توزيع كننده اين قابليت را دارند كه زمان پرشدن مخزن CNG خودرو را حس و تزريق سوخت را متوقف كنند تا از سرريز سوخت پيشگيري شود. معمولاً فشار گاز psig 3600 در كمپرسورها 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 نكته اهميت به سزايي دارد و مي بايد در طراحي مخازن در نظر گرفته شود. دماي گاز درون مخزن به دليل اصطكاك ميان خود مولكول هاي گاز و مولكول هاي گاز و جدار سيلندر به هنگام سوخت گيري افزايش خواهد يافت، در نتيجه پس از كاهش دما، امكان افت فشار خواهيم داشت. در توزيع كننده هاي پيشرفته تر سعي بر اين است كه اين افت فشار كاهش يابد، اما هنوز تحقيقات كاربردي در اين زمينه ادامه دارد. توزيع كننده ها داراي بخش هاي متفاوتي هستند كه در اينجا برخي از آنها را شرح مي دهيم: جريان سنجي(flowmeter): مقدار گاز وارد شده به خودرو را محاسبه مي كند.
تئوري عملكرد اين حس گرها شتاب كوريوليس است. حس گرهاي ديگري نيز وجود دارند كه سرعت صوتي گاز در يك گلوگاه ونتورتي را اندازه مي گيرند و به اين وسيله ميزان جرم گاز را تعيين مي كنند. سنجش با استفاده از ميزان كيلوگرم گاز مصرفي، بسيار دقيق و مناسب تر خواهد بود و برخلاف تصورعمومي كه قيمت گاز از قيمت سوخت مايع معادل بالاتر است، زيرا يك كيلوگرم گاز 50 درصد بيشتر از يك ليتر گازوييل انرژي دارد، گاز طبيعي به لحاظ صرفه اقتصادي بسيار مناسب است. محل نصب توزيع كننده مي بايد تاحد امكان نزديك به خودرو باشد تا از دقت اين وسيله كاسته نشود.
حس گرهاي فشار
روي شيلنگ هاي توزيع كننده نصب مي شوند تا فشار درون مخازن خودروها را اندازه بگيرند. معمولاً به دليل سرعت بالاي گاز در داخل لوله هاي توزيع كننده، حس گرها نمي توانند فشار دقيق مخازن خودروها را ثبت كنند.
صفحه نمايش
ميزان گاز انتقال يافته به مخزن خودرو را به اپراتور نشان مي دهد و بسته به نوع بورد الكترونيك، قيمت كل و قيمت هر واحد سوخت را نيز مي تواند نمايش دهد. ميزان گاز تزريقي مي تواند بر حسب جرم(پوند يا كيلوگرم) حجم (scf) ظرفيت گرمايي و يا ميزان گالن گازوييل يا بنزين معادل محاسبه شود.
اتصال هاي قطع كننده
هنگام بروز خطر يا دورشدن ناگهاني خودرو در حالي كه شيلنگ به خودرو متصل است، بي درنگ جدا مي شود و جريان قطع مي شود.
شيلنگ
شيلنگ هاي ايستگاه هاي CNG معمولاً از فولاد ضد زنگ و مواد مصنوعي به همراه پلاستيك فلوئوري ساخته مي شوند.آموزش مكانيك خودرو جنس مواد شيلنگ هادي الكتريسيته ساكن است و 5/1 برابر فشار پيشنهادي سازنده تست مي شود.
نازل سوخت رساني
نازل ها معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگي ساخته مي شوند و به وسيله برنج و آهن ضدزنگ سخت كاري مي شوند. فيلتري براي جلوگيري از ورود ذرات خروجي نيز در نازل ها تعبيه مي شود
نويسنده : س.خ - شانا