جایگاه های CNG

مقدمه

با توجه به ناترازی های انرژی و نیاز روزافزون کشور ایران به اصلاح الگوی مصرف انرژی، کمبود بنزین تولید شده در داخل کشور و نیاز مبرم به واردات روزافزون بنزین و از طرفی آلودگی هوا نیاز به استفاده از سوخت پاک تر و ارزان تر از بنزین در کشور به شدت احساس می شود. با توجه به گران شدن بنزین در سال 1398، وجود ذخایر عظیم گاز در کشور و مقرون به صرفه تر بودن استفاده از گاز به جای بنزین برای وسایل نقلیه، مردم را بر آن داشت تا از سوخت گاز به عنوان جایگزین بنزین استفاده کند. ایجاد طرح های تشویقی و سرمایه گذاری های عظیم دولت و تشویق بخش خصوصی باعث شد تا استفاده از سوخت گاز کم کم مورد استقبال قرار گیرد. در سال های گذشته از سوخت LPG در خودروها استفاده می شد اما به دلایلی از جمله خطرناک بودن استفاده از آنها برای سوخت گیری خودروها و همچنین کمبود کپسول های گاز مایع در فصل سرما باعث شد تا استفاده از آنها کم کم ممنوع و غیر ایمن تلقی شود.

تاریخچه پیدایش جایگاه های CNG

دو شوک نفتی در سال هاب 1974 و 1979 و پیرو آن، بروز محدودیت های ناشی از وابستگی به سوخت های متکی بر نفت، عامل اصلی رونق استفاده از گاز طبیعی در کشورهای مختلف بود. تا اواخر سال 1980، تعداد خودروهای تولید شده توسط سازندگان خودروهای گازسوز، بسیار محدود بود. پس از آن، انجمن انرژی جهان از سال 1995 در توکیو گازطبیعی را رسماً به عنوان سوخت جایگزین سوخت های حمل و نقل اعلام کرد. با توجه به مسایل زیست محیطی و آلودگی هوا، برنامه های مربوط به گازسوز کردن خودروها در سطح اروپا، آمریکا و سایر کشورهای صنعتی به سرعت در حال گسترش می باشد. در حال حاضر، طبق آخرین آمار منشره توسط انجمن بین المللی خودروهای گازسوز (IANGV) بیش از 2 میلیون خودرو با سوخت گازطبیعی در جهان در حال تردد می باشند. تاریخچه استفاده از گازطبیعی در خودروها نشان می دهد که ایتالیا اولین کشوری است که از سال 1910 به فکر استفاده از گازطبیعی فشرده به عنوان سوخت در خودرو افتاده و اکنون دارای 370000 خودروی گازطبیعی سوز و حدود 420 جایگاه CNG می باشد. سایر کشورها نیز در این زمینه فعالیت گسترده ای را آغاز کرده اند و در حال حاضر نیز در رابطه با توسعه این صنعت از رشد قابل توجهی برخوردار بوده اند. کشورهای کانادا، زلاندنو، ایتالیا، ژاپن، روسیه، آمریکا، آرژانتین، برزیل، ترکیه، آذربایجان، هلند، چین و سایر کشورها در این زمینه تجربه های قابل قبولی دارند به طوری که حتی در روسیه و آمریکا و چند کشور دیگر، استفاده از گازطبیعی فشرده در سوخت هواپیما در دست مطالعه است. در استرالیا و کانادا نیز از این سوخت برای محرکه کشتی ها استفاده می شود. در حال حاضر بیش از 5000 جایگاه سوخت گیری در سطح جهان موجود می باشد. تاریخچه جایگاه های سوخت گیری در ایران: جایگاه شهر شیراز: شهر شیراز اولین شهر در ایران است که نسبت به احداث جایگاه سوخت گیری CNG اقدام کرده است. این شهر، دارای دو جایگاه سوخت گیری گازطبیعی است که در حال حاضر تنها یکی از آنها در ابتدای جاده بوشهر فعال می باشد و جایگاه دیگر به دلیل عدم تامین قطعات یدکی تجهیزات جایگاه، در حال حاضر تعطیل شده و تجهیزات اصلی آن مانند کمپرسورها، مخازن و … به صورت یدکی به جایگاه دیگر منتقل شده اند. جایگاه جاده بوشهر در سال 1351 تاسیس شده و در سال 1355 به بهره برداری رسیده و در سال 1359 به علت بروز جنگ، موقتاً به حالت تعطیل درآمده و در سال های دهه 60 با تامین گاز فعالیت خود را از سرگرفته است. این جایگاه، دارای 5 مدول است که در هر کدام 4 کمپرسور قرار دارد. در حال حاضر با تلاش کارکنان جایگاه، 16 واحد آنها در غالب چهار مجموعه فعال است. کمپرسورهای این جایگاه ساخت کارخانه Dual Fuel System Inc. کشور آمریکا می باشند که به دلیل عدم دسترسی به قطعات یدکی، در حال حاضر در شرایط ایده آلی به سر نمی برند. این جایگاه توانایی تامین 1500 مترمکعب گاز در ساعت را دارد ولی با توجه به آنکه در شرایط نرمال آماده به کار، 1 مدول از 5 مدول به طور نوبتی کار می کند حدود 20 درصد ظرفیت اسمی جایگاه تامین می شود که معادل 300 مترمکعب بر ساعت می باشد.   در کشور ما طرحِ گازسوز کردن خودروها، برای اولین بار در سال ۱۳۵۶ و در قالب یک طرح آزمایشی در شهر شیراز با تبدیل ۱۲۰۰ دستگاه سواری به مرحله اجرا درآمد و به همین منظور، دو ایستگاه سوختگیری CNG برای سرویس دهی به این خودروها احداث گردید. در سال ۱۳۶۶ این طرح نیز در مشهد به اجرا درامد که در آن بالغ بر ۱۲۰۰ خودرو گازسوز گردید .شرکت واحد اتوبوسرانی تهران و حومه نیز در سال ۱۳۷۱ تحقیقاتی را در زمینه، گازسوز کردن اتوبوس های درون شهری  آغاز نمود که این طرح در سال ۱۳۷۵ به بهره برداری رسید.

با تاسیس سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور در سال 1379 در مجموعه وزارت نفت، مطالعات مقدمات طرح گازسوز کردن خودروها، در این سازمان انجام شد و بمنظور دستیابی به کاهش مصرف بنزین و کاهش آلاینده های هوا، طرح مزبور با انعقاد قراردادهایی با خودروسازان و بخش خصوصی، برای تولید و تبدیل خودروهای گازسوز از یک سو و ایجاد زیرساخت های لازم و ساخت جایگاه های CNG  از سوی دیگر،وارد مرحله اجرایی گردید.

با توجه به سیاست اتخاذ شده توسط دولت مبنی بر تغییر سوخت خودروها از بنزین و گازوییل به گازطبیعی فشرده و نیاز خودروهای تبدیل شده به سوخت گیری در جایگاه های توزیع سی ان جی (Compressed Natural Gas) و از آنجا که پرهزینه ترین بخش در مورد گاز سوز کردن خودروها، بخش تامین و ساخت ایستگاه می باشد، می توان گفت که انتخاب و تامین تجهیزات جایگاه سوخت گیری مناسب از لحاظ عملکرد و هزینه، یکی از مهم ترین و اساسی ترین فاکتورها در تصمیم گیری برای استفاده از CNG به عنوان سوخت خودروها به حساب می آید.

خصوصیات گاز CNG

گازطبیعی گازطبیعی یکی از انواع سوخت های فسیلی می باشد که به صورت گاز یا گاز همراه نفت خام یا مایعات گازی از چاه ها استخراج می شود. گاز طبیعی به طور عمده از متان (CH4) تشکیل شده است و حاوی مقادیر ناچیزی اتان (C2H6)، بوتان (C4H10) و پنتان (O5H12) می باشد. گاز معروفی که در منازل ومحل های کار و بخش های صنعتی استفاده می شود در اصل متان است که گازی بی رنگ و بی بو و با شعله ای کمرنگ و نسبتاً روشن می سوزد. گازطبیعی، تمیزترین سوخت نوع فسیلی است زیرا عمدتاً فقط بخار آب و دی اکسیدکربن تولید می کند. این گاز غالباً ناخالصی هایی چون دی اکسیدکربن (گاز اسیدی)، سولفیدهیدروژن (گاز ترش)، آب نیتروژن، هلیم و سایر گازهای نادر را در خود دارد.

دمای احتراق خود به خود گازطبیعی 649 درجه سانتی گراد است که 315 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای خود اشتعالی بنزین می باشد. ارزش حرارتی این گاز، بستگی به ترکیب درصد مواد تشکیل دهنده آن دارد ولی به طور متوسط درحدود 8890 کیلوکالری به ازای نرمال متر مکعب گاز می باشد. گازطبیعی فشرده، یک سوخت کاربردی برای اتومبیل است که در مقایسه با بنزین، دارای مزایا و معایبی می باشد.

این سوخت دارای اکتان بالا بوده، تمیز می سوزد، قابل اندازه گیری است و معمولاً میزان تولید گازهای خروجی پایینی دارد. گازطبیعی معمولاً جهت افزایش دانسیته انرژی از فشار Kpa 20690 تا فشار Kpa 24820 در جایگاه سوخت گیری توسط کمپرسور متراکم می شود و به این ترتیب، حجم ذخیره لازم برای خودرو در پیمایش و بار معین کاهش می یابد. برخی از خصوصیات استفاده از CNG برای سوخت گیری خودروها عبارتست از:

1. قیمت های میانگین CNG و بنزین در بازارهای جهانی نشان می دهد که قیمت گاز یک پنجم قیمت جهانی بنزین است.
2. گاز سی ان جی سوختی با احتراق بهینه، پاکیزه و تمیز است که این امر سبب افزایش عمر موتور و کاهش تعمیرات آن می گردد.
3. سی ان جی قابل انتقال و مکش از مخزن خودرو نمی باشد و احتمال سرقت سوخت کاهش می یابد.
4. هنگام استفاده از CNG شتاب حرکت خودرو در مقایسه با بنزین اندکی کمتر خواهد بود.
5. گاز طبیعی ایمن تر است. زیرا برخلاف بنزین در زمان وقوع حوادث و تصادفات در هوا نشر و پراکنده می گردد.
6. باعث آلودگی یا رقیق شدن روغن موتور نمی‌شود.
7. با گاز سی ان جی رسوبات سخت سرب روی شمع‌ها ایجاد نشده و عمر مفید شمع‌ها نیز تا حد چشمگیری افزایش می‌یابد
8. این گاز از هوا نیز سبک‌تر است. بنابراین در صورتی که نشست کند، در جو، صعود کرده و محو می‌شود.
9. در بسیاری از کشورها CNG دارای بهترین ارزش است. پس از آن گازوئیل، LNG و در نهایت بنزین قرار دارد.
10. احتراق بنزین منبع مهمی از تولید دی اکسید کربن توسط انسان است. و باعث گرم شدن کره زمین می شود.
11. در موتورهای بنزینی، بنزین تاثیر خنک کننده‌ای در سیستم مکش سوخت و سیلندرها دارد.
12. قیمت بنزین در سراسر جهان همواره به طرز چشمگیری تغییر می کند و این مسئله بر هزینه رانندگی یک وسیله نقلیه تأثیر می گذارد.
13. در صورت احتراق گاز طبیعی ( CNG ) ،گاز منو اکسید کربن در حدود ۷۰درصد و مواد آلاینده گازی غیر متانی ۸۹ درصد واکسید نیتروژن ۸۷ درصد کمتر می شود.

انواع جایگاه های CNG

سوخت گیری درجایگاه های CNG، بستگی به زمان لازم برای سوخت گیری خودروها دارد. انواع جایگاه های متداول سوخت گیریCNG  را می توان به دو دسته سوخت گیری سریع و سوخت گیری آرام تقسیم بندی کرد که مبنای تفاوت آنها در این است که در جایگاه های سوخت گیری سریع، گاز فشرده شده در مخازن ذخیره می شود به همین دلیل زمان سوخت گیری خودروها کم می باشد (حدود 3-2 دقیقه برای هر خودرو).

از جایگاه های سوخت گیری آرام، برای سوخت گیری چندین خودرو به طور همزمان در زمان نسبتاً طولانی و کافی استفاده می شود. در جایگاه های سوخت گیری آرام، نیازی به استفاده از مخازن ذخیره سازی فشار بالا نبوده و خودروها مستقیماً از کمپرسورها سوخت گیری می کنند.

این فرآیند معمولاً 8-6 ساعت طول می کشد، مدت زمان سوخت گیری به تعداد خودروهایی که باید سوخت گیری کنند و مقدار CNG باقی مانده در مخزن خودروها، فشار مورد نیاز برای پرکردن سیلندرهای خودروها و ظرفیت کمپرسور بستگی دارد.

این ایستگاه ها نیاز به شبکه و مدار گاز رسانی پیچیده ای ندارند ولی انتخاب و طراحی آن، نیازمند مهارت و تخصص ویژه می باشد زیرا بدون سیلندرهای ذخیره سازی، اندازه کمپرسورها باید به نحوی محاسبه و تعیین شود که مقدار تحویل گاز به خودروها در مدت زمان تعیین شده جوابگو باشد. از این نوع سوخت گیری می توان برای سوخت گیری در پارکینگ منازل به هنگام شب یا در کارهای تحقیقاتی استفاده کرد.

ساختار جایگاه های CNG

جایگاه های CNG دارای ساختار متفاوت و برندهای متنوعی می باشد اما به صورت کلی دارای پنج قسمت میترینگ، درایر، کمپرسور، مخازن و توزیع کننده ها می باشد.

میترینگ:

این بخش در اختیار اداره گاز استان ها می باشد و مصرف گاز جایگاه ها را اندازه می گیرد و اولین قسمت در ورودی جایگاه ها می باشد که لوله گاز شهری به آن وارد می شود و با استفاده از رگلاتورهای داخل آن، وظیفه کاهش و تنظیم فشار گاز شهری را دارد.

درایر:

به دلیل اینکه گاز شهری داخل لوله ها دارای مقادیری رطوبت می باشد لازم است که قبل از ورود گاز به داخل کمپرسور رطوبت گاز گرفته شود و گاز خشک شده وارد مراحل فشرده سازی شود. درایر دارای دو برج می باشد که گاز وارد شده به آن را با گرمای هیتر گرم کرده و رطوبت جذب مواد جاذب داخل برج ها می شود.

کمپرسور:

قلب تپنده هر جایگاه CNG کمپرسور است که وظیفه اصلی آن افزایش فشار گاز شهری در 3 یا 4 مرحله تا 250 بار می باشد. کمپرسورها دارای برندهای متنوعی از جمله: پارس کمپرسور، هوایار، کمپرسورسازی تبریز، اینترمک، dresser، LMF و … می باشد. افزایش فشار توسط سیلندر و پیستون های داخل کمپرسور رخ می دهد که با آرایش خطی یا وی شکل عموما به صورت افقی یا ایستاده صورت می گیرد. برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار، هر مرحله فشرده سازی با یک سری از ادوات مثل سنسورها، گیج ها و شیرهای اطمینان کنترل می شود. به دلیل افزایش بیش از حد فشار، دمای کاری در کمپرسورها به شدت بالا می رود فلذا سیکل کاری کمپرسور که توسط روغن روانکاری می شود نیاز به خنک کاری دارد که این فرآیند توسط آب یا هوا انجام می شود.

مخازن:

در قسمت مخازن، گاز فشار بالا پس از کمپرسور وارد مخازن ذخیره می شود تا بسته به تعداد و نوع خودروها و میزان تقاضا به داخل خودروها در زمان موردنیاز تزریق شود. هر جایگاه بسته به ظرفیت کمپرسور دارای تعداد مشخصی مخازن می باشد. مخازن نیز دارای برندهای متفاوت و استاندارد ساخت مشخصی است.

توزیع کننده:

گاز ذخیره شده در مخازن در آخرین مرحله، هنگام نیاز به تزریق سوخت به داخل خودروها توسط توزیع کننده ها از مخازن داخل جایگاه به مخازن خودروها منتقل می شود. این فرآیند توسط شلنگ ها و نازل ها انجام می شود.

تجهیزات ایمنی:

هر جایگاه CNG برای جلوگیری از بروز خطر، نشتی گاز و انفجار دارای یک سری ادوات می باشد مانند: کپسول های آتشنشانی، کلیدهای قطع اضطراری و آشکارسازهای دود، شعله و گاز که هنگام بروز هرگونه خطر می بایست عمل کرده و مسیر ورود گاز به قسمت های مختلف جایگاه را مسدود کرده.

بازرسی از جایگاه های CNG:

مطابق استاندارد ملی 12054 شرکت های بازرسی موظفند به صورت سالیانه از کلیه قسمت های مختلف جایگاه از میترینگ تا توزیع کننده ها را برای جلوگیری از بروز هرگونه خطر بازرسی کنند. در این بازرسی ها علاوه بر کارکرد کلیه قسمت ها می بایست تابلوبرق ها، مخازن، لوله ها و اتصالات، شیرها و فیلترها، شیلنگ ها، تجهیزات ایمنی، ادوات کنترلی و عدم نشتی و خوردگی و آسیبهای سطحی در کلیه قسمت ها را کنترل کرده و صحت عملکرد کلیه قسمت های جایگاه را به اطلاع سازمان ملی استاندارد برساند.