معرفي اجمالي مخازن CNG و آزمونهاي مرتبط با آنها و استانداردهاي مربوط به آنها

مقدمه

با توجه به مشكلات روزافزون آلودگي هوا و عواقب زيست محيطي آن به دليل استفاده از سوخت هاي دودزا (گازوئيل و بنزين و …) كه حجم عمده اي از اين آلودگي توسط وسايل نقليه شخصي يا عمومي توليد مي گردد، استفاده از سوخت گاز طبيعي به دليل توليد حداقل گازهاي آلوده كننده، درصد اولويت هاي دولت ها جهت جايگزين نمودن اين سوخت بار ديگر سوخت هاي موجود در وسايل نقليه قرار دارد.

از مزاياي عمده سوخت گاز طبيعي نسبت به سوخت بنزيني مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

گاز طبيعي در مجموع داراي آلودگي كمتري نسبت به سوخت هاي فسيلي بوده و از لحاظ شرايط عملكردي موتور وضعيت بهتري از بنزين دارند، چراكه نسبت تراكم مناسب براي موتورهاي با سوخت گاز طبيعي14:1 است، در حالي كه عدد اكتان بنزين 90 مي‌باشد و سبب افزايش راندمان و كارآيي موتورهاي گازي مضر مي‌گردد.

چنانچه موتور براي شرايط گاز سوز طراحي شود، قدرت بيشتري از موتورهاي بنزيني دارند. راندمان سوخت گاز حدود 15% بيشتر از بنزين است و همچنين ارزش حرارتي آن نيز حدود 13% بيشتر از سوخت بنزين است. قيمت گاز طبيعي در مقايسه با بنزين براي انرژي سوخت يكسان حدود يك سوم بنزين معادل مي‌باشد. گاز طبيعي آلودگي منواكسيدكربن را تا 90%، اكسيد نيتروژن را حدود 30% و هيدروكربن ها را تا 50% كاهش داده و تقريباً عاري از مواد سرطان زا مي باشند. اين مزيت ها مهمتريت عواملي هستند كه مشوق انتخاب گاز طبيعي به عنوان سوخت خودرو است ولي به اين نكته كمتر توجه مي‌شود كه آمار ايمني خودروهاي گازسوز (NGV) نسبت به تقريباً همه سوختهاي متداول يا جايگزين امروز، مطلوب ترين وضعيت را دارد. بطوريكه گاز طبيعي را به صورت سوختي با ايمني برابر يا حتي ايمني تر از ساير سوختهاي نفتي معرفي مي‌كند.

دلايل اين ايمني بيشتر عبارتند از:

¨ گاز طبيعي داراي دانسيته حدود 6/0 نسبت به هوا است در نتيه به محض نشت‌كردن، سريعاً در هوا پخش مي‌گردد و تجمع نمي يابد.

¨ گاز طبيعي در يك دامنه بسيار محدود (نسبت گاز به هواي 4 تا 15 درصد ) محترق مي‌گردد، درغير اينصورت صورت احترافي رخ نمي دهد.

¨ از سويي لزومي ندارد صاحب جايگاه با خطر نشت از مخزن زيرزميني است و پنجه نرم كند در حاليكه اين يك نكته قابل ملاحظه و مهم در مورد سوختهاي مايع است.

بنابراين درخصوص خودرو گاز طبيعي سوز نكته ايمني مهم متوجه مخزن و متعلقات آن است و آن هم بيشتر به سبب فشار كاري بالايي است كه با آن كار مي‌گردد.

اين مقاله سعي دارد به معرفي اجمالي مخازن CNG و ازمونهاي مرتبط با آنها بپردازند، استانداردهاي مربوط به آنها را بيان كند و مختصري به تكنولوژي ساخت آنها اشاره داشته باشد.

سعي شده اس مطالب تا حد امكان مختصر، اما مفيد و منسجم باشند تا خواننده در فرصتي كوتاه بتواند اطلاعات قابل توجه و مفيدي راجع به مخازن تحت فشار در خودروهاي گازسوز بدست آورد.

بخش اول

انواع مخازن CNG

مخازن CNG برحسب ساختار مي توانند بر چهار نوع باشند:

مخازن نوع اول ـ مخازن تمام فلزي (CNG-1)

اين مخازن از جنس فولاد يا آلومينيوم هستند و شرايط تركيب شيميائي آنها در استاندارد مربوطه ذكر گرديده است.

مخازن نوع دوم ـ مخازن كمرپيچ (CNG-2)

اين نوع مخازن داراي يك لايه داخلي (Liner) از جنس فولاد يا آلومينيوم بدون دز است و قسمت استوانه اي اين لايه داخلي توسط الياف شيشه، آراميد، يا مخلوطي از آنها كه آغشته به رزين است پيچيده شده و اين ساختار كامپوزيتي كه به مخزن داده شده اين امكان را بوجود مي آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزي كاست و در نتيجه مخزن سبكتري را بدست آورد.

رزيني كه در ساختار مخزن كامپوزيتي استفاده مي‌شود مي تواند از نوع گرما نرم (Thermoplastic) يا گرما سخت (Thermo-setting) باشند.

مخازن نوع سوم ـ مخازن تمام پيچ (CNG-3)

اين نوع مخازن داراي يك لاية داخلي از جنس فولاد يا آلومينيوم بدون درز است و تمام اين لايه داخلي توسط الياف شيشه، آراميد، كربن يا مخلوطي از آنها كه آغشته به رزين است پيچيده است و اين ساختار كامپوزيتي كه به مخزن داده شده اين امكان را بوجود مي آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزي كاست و در نتيجه مخزن سبك تري را نسبت به دو نوع اول بدست آورد.

مخازن نوع چهارم ـ مخازن تمام كامپوزيت (CNG-4)

اين نوع مخازن داراي يك لايه داخلي (Liner) از جنس پليمر بدون درز است. و تمام اين لايه داخلي توسط الياف شيشه، آراميد، كربن يا مخلوطي از آنها كه آغشته به رزين است. پيچيده شده و اين ساختار تمام كامپوزيت يكي از سبكترين انواع را در مخازن CNG تأمين مي نمايد. در ساخت اين نوع مخازن از تكنولوژي بالايي استفاده شده است و تعداد سازندگااني كه از اين نوع مخازن توليد مي كنند، بسيار معدود است و قيمت آنها نيز بالاتر از ساير انواع مي باشند.

استفاده از مخازن CNG در جهان

خودروهاي گازسوز طبيعي بيش از پنجاه سال است كه در جهان مورد استفاده قرار مي گيرند. استفاده از اين خودروها از سال 1970 به دليل مزاياي زيست محيطي و اقتصادي روبه افزايش و به خصوص استفاده از كامپوزيت ها از سال 1980 توسعه يافته است. در حال حاضر بيش از دو ميليون خودرو در جهان براي استفاده از CNG ساخته و يا تبديل شده اند.

اين خودروها و مخازن آنها سابقة عمومي عالي از خودشان داده اند در حاليكه مخزن فولادي در دنيا متداول ترند، بازار آمريكاي شمالي توسط مخازن كامپوزيت اشغال شده‌اند. بسياري از كارخانه هاي سازنده مخازن CNG داراي سابقه طولاني توليد تسليحات بوده اند و بعداً به توليد اين مخزن روي آورده اند.