ПЕРЕХОДИМ НА ГАЗ?

И хотя в современной России, благодаря росту цен на бензин, немалая доля владельцев легковых авто и малых коммерческих автомобилей перевела свою технику на сжиженный газ, многочисленные начинания правительства по «поголовной» газификации транспорта на сжатом природном газе каждый раз, едва начавшись, проваливались. Теперь за нас возьмутся всерьез. В условиях, когда Европа постепенно будет отказываться от российского газа, покупать его заставят нас. Совсем это плохо или у газификации есть хоть какие-то плюсы?

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Самый распространенный сейчас альтернативный вид топлива — сжиженный нефтяной газ пропан-бутан, получаемый в качестве «бонуса» при перегонке нефти. Именно соотношением этих газов отличается газомоторное топливо от бытового газа. Это неплохое топливо для газовых плит и автомобильных моторов: его удобно сжижать, перевозить и хранить. Поскольку пропан и бутан выходят с технологических установок НПЗ вне зависимости от желания их хозяев, выгоднее эту смесь продать хоть за гроши, нежели бесплатно сжигать ее в факеле. Этим и объясняется относительно невысокая стоимость сжиженного газа на заправках и более-менее распространенная их сеть.

Но банкет не может продолжаться бесконечно. Пропана и бутана в нефти всего чуть более 5 процентов. Современные технологии все в большей степени позволяют перерабатывать бросовые прежде газы. К тому же газы — ценное сырье для химической промышленности. А по мере роста автовладельцев, оборудовавших свои машины ГБО, спрос на газ будет расти при неизменном, а возможно и при уменьшающемся предложении. Да и, в принципе, стоимость сжиженного нефтяного газа рассчитывается исходя из стоимости нефти. Поэтому сэкономить на топливе больше, чем сейчас — не получится, а с каждым годом «вилка» между стоимостью бензина и газа будет уменьшаться. Как ни крути, а перспектив, несмотря на относительную распространенность и дешевизну как самого топлива, так и оборудования, у пропан-бутановой смеси нет.

Другое дело — природный газ метан. Хотя он получается и как побочный продукт на различных производствах, в том числе при нефтедобыче и нефтепереработке, основной способ его получения — добыча из газовых и газоконденсатных месторождений. Конечно, метан также надо подготавливать к транспортировке и использованию, очищать от примесей, сушить. Но эти процессы гораздо проще получения моторного топлива и масел из нефти, а значит — природное газовое топливо должно быть априори дешевле нефтяного.

Но есть одна загвоздка. Если для смеси нефтяных газов, в зависимости от процентного содержания в ней пропана и бутана, температура кипения колеблется от -40°С до 0°, что вполне позволяет хранить, перевозить и использовать ее в сжиженном виде под небольшим избыточным давлением, с метаном такой фокус не пройдет. Газ этот намного легче пропана, сжижается при -161°С, а значит, на попытках его использования в сжиженном виде на автомобилях придется поставить крест. В последнее время некоторые морские суда, имеющие достаточно места для размещения огромных резервуаров-термосов, работают на сжиженном переохлажденном метане, но из-за громоздкой и уязвимой системы его хранения такое топливо не подходит для автомобилей.

Отсюда возникает необходимость сжимать его и хранить под огромным давлением. Велик ли запас хода автомобиля на сжатом газе? Водители, работавшие в 80-х годах на газо-дизельных КАМАЗах, уверенно скажут «нет», и будут правы. Почему? Допустим, у нас имеется седельный тягач или большой одиночный грузовой автомобиль, на котором мы ухитрились разместить 12 80-литровых баллонов — без малого тысяча литров газа. Много это или мало? Мало, потому что в одном кубометре под нормальным давлением может находиться всего 710 грамм метана. Сожмем газ до 200 атмосфер и получим 140 килограмм. Тепла от сгорания 1 кг метана получается на 1/5 больше, чем от сгорания такого же количества дизельного топлива, а значит, в нашей батарее баллонов будет запасена энергия, которую мы можем получить из 170 кг или, с учетом плотности, 200 литров дизельного топлива. Получается, что на каждый замененный литр дизтоплива нужно 5 литров сжатого до 200 атмосфер метана. Но и такого соотношения тоже не получится — на газовой заправке вам не накачают 200 атмосфер даже при технически возможных 250. Да и искать ее придется значительно раньше, так как газонаполнительных станций, торгующих сжатым метаном, 4 на всю Москву и около 250 на Россию!

О своевременном пополнении запасов дизельного топлива водителю газодизельного автомобиля также не придется забывать. Если автомобиль с двигателем с искровым зажиганием, использующий пропан-бутан, может работать либо на нем, либо на бензине, то переведенный на газовое топливо дизель без впрыска в его цилиндры небольшой порции дизельного топлива на газу работать не будет. Ведь метан не очень-то хорошо воспламеняется от высокой температуры! Вот почему газодизельный цикл особого распространения не получил.

Есть еще один вариант — поджигать метан искрой. Оборудованием, работающим по такому принципу (не путать с пропан-бутановым), оснащалось небольшое количество автомобилей ЗиЛ-130. Батарея из 6 баллонов между рамой и кузовом смотрелась внушительно, но обеспечивала запас хода по городу не более 150 км. Ведь метан, имеющий октановое число далеко за «100» и выдерживающий степень сжатия аж 12, работал в рассчитанном на 76-ой бензин двигателе со степенью сжатия 6,5. Повысить ее, как показывает опыт спортсменов, выступающих на «ЗиЛах» в автокроссе, конечно, можно, но пострадает ресурс.

Вот почему переоборудовать уже существующий автомобиль на метан особого смысла нет. Мотор должен быть приспособлен к работе на природном газе изначально. Таким путем и пошли конструкторы современных газовых автомобилей. Опытные конструкции есть у всех производителей, но в реальной эксплуатации на территории РФ сейчас находятся специально спроектированные для работы на сжатом метане автомобили с газо-дизельными моторами IVECO и КАМАЗ. Ничего удивительного тут нет, для КАМАЗа эта тема далеко не нова, а газобаллонное оборудование в Италии распространено достаточно сильно. Также небольшое количество городских автобусов ЛиАЗ, работающих в Москве, оборудовано газовыми двигателями.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Два самых главных отличия газовых автомобилей от обычных — двигатель и система питания. Двигатель, как мы уже выяснили, должен быть специально спроектирован для работы на газовом топливе, иметь зажигание от свечей и степень сжатия около 12. Например, на газовом IVECO DAILY она составляет 12,5, против 18 у дизельной версии. У газового двигателя КАМАЗ-820.60-260 степень сжатия также равна 12. Некоторые бензиновые двигатели легких коммерческих и легковых авто, использующих метан, имеют возможность в случае отсутствия газа временно питаться высокооктановым бензином. Этот режим не является оптимальным для спроектированного для работы на газе двигателя, поэтому емкость резервного бензобака метановых авто специально ограничена, чтобы у водителя не было соблазна использовать не очень подходящее топливо все время. Бензиновая система питания предназначена только для того, чтобы добраться до газовой заправки.

Запомните:
Работа на дизельном топливе метановых автомобилей, работающих не по газодизельному, а по чисто газовому циклу, невозможна!

Работа газодизельных метановых автомобилей возможна либо одновременно на дизтопливе и метане, либо на дизтопливе. Использование только метана невозможно!

Что касается системы питания, то здесь возможны варианты: баллоны могут быть разной емкости, как стальные, так и композитные; располагаться как под кузовом, так и на крыше транспортного средства. Например, для большегрузных автомобилей самые распространенные варианты — «батареи» из 50-, либо 80-литровых баллонов. Емкость баллонов «среднетоннажников» — 30-50 литров. Наилучшее их расположение с точки зрения безопасности — на крыше транспортного средства, ведь метан легче воздуха. Так сделано на автобусах. Но бывает, что стремление понизить центр тяжести автомобиля и недостаточная конструктивная прочность кузова вынуждает располагать баллоны внизу.

Что касается материала баллонов, то композитные — такие же прочные, как и стальные, но намного легче. Все это подтверждается расчетами и более чем 30-летним опытом эксплуатации. Сравнивать стальной баллон и баллон из композитных материалов — все равно, что сравнивать два буксирных троса — стальной канат и модный нынче текстильный.

Важно: стальные баллоны под сжатые газы изготавливаются из бесшовных толстостенных труб. Сварных швов на них не должно быть в принципе!

Открывают-закрывают доступ газа из баллонов в трубку высокого давления клапана, которые могут работать как автоматически, так и вручную. Нормальное их положение — закрыто. При повороте ключа зажигания они получают питание, и открываются. Но если вдруг резко возрастет расход, что свидетельствует об утечке, они закроются. На советских машинах такой опции не было, но теперь она обязательна. Также их можно закрывать-открывать вручную. Для чего это надо, расскажем дальше.

От баллонов трубки высокого давления идут к редуктору. Раньше давление понижалось в два этапа, а сейчас появились редукторы, позволяющие делать это за один раз. При любом понижении давления происходит расширение газов и понижается температура, поэтому редуктор обогревается охлаждающей жидкостью. Далее газ подается в цилиндры форсунками. Еще в системе питания может присутствовать газовый фильтр.

Система выпуска отработанных газов — самая простая, практически «совковая». Ведь ни в мочевине, ни в катализаторах-нейтрализаторах работающие на метане автомобили не нуждаются. Метан имеет формулу СН4 — это когда к одной молекуле углерода присоединено аж 4 молекулы водорода. Водород при сгорании дает воду — недаром при запуске холодной метановой машины с выхлопной трубы пару секунд льется струйкой вода. Благодаря тому, что метан очень хорошо перемешивается с воздухом, углерод в его составе полностью сгорает, превращаясь в СО2, а не в ядовитое СО. Но этого достаточно только для достижения экологического стандарта Евро-6. Поэтому без систем EGR или SCR на газовом топливе далее отказаться нельзя. Газовые моторы позволяют отказаться от сажевых фильтров. И еще два важных замечания: летом, когда температура как окружающей среды, так и баллона достигает 30 и выше градусов, «загнать» в него газа удастся несколько меньше, чем зимой в мороз. Ведь чем больше температура, тем сильнее газ расширяется.

Газовые баллоны весят немало, поэтому по сравнению с однотипной «солярочной» машиной «газовая» весит больше, а груза берет меньше. Шасси газового фургончика на шасси IVECO 50С весит на 260 кг больше однотипного шасси на жидком топливе.

БЕЗОПАСНЫ?

Самая главная «фишка» метановых автомобилей, за которую их так любит начальство — экологичность. Недаром автомобили на природном газе, не оснащенные системами рециркуляции, нейтрализации, и не знающие слова «мочевина», шутя проходят российскую сертификацию на экологичность. Проблемы могут быть в качестве заправляемого газа, но никак не в автомобиле.

Что касается возможности отравления газом, ушедшим из баллонов, то и тут все в порядке. Метан — абсолютно не ядовитое вещество. В отличие от пропан-бутановой смеси, отравиться им нельзя. Можно только задохнуться, если утечка настолько сильна, что газ вытеснит весь кислород из кабины. Ситуация малореальная. Безопасность при аварии обеспечивается очень прочными толстостенными баллонами (не путать с баллонами для сжиженного газа). Они, в принципе, являются самыми прочными узлами автомобиля и остаются невредимыми при полном разрушении транспортного средства. И даже если повредится запорная арматура, природный газ, который вдобавок легче воздуха, просто улетучится в отличие от вытекающего и медленно испаряющегося тяжелого пропан-бутана, скапливающегося в низких местах. Это несомненные плюсы, но есть и минусы.

Самый опасный враг водителей — это, пожалуй, самостоятельная переделка и последующая эксплуатация машины с использованием переделанных и перекрашенных кислородных 160 атмосферных баллонов и последующей заправкой их метаном под давлением 200 атмосфер. Ситуация дикая в любой развитой стране, но Россию мозгом не понять.

На втором месте хит-парада пиротехников-любителей идут попытки при помощи компрессоров высокого давления, предназначенных для зарядки аквалангов, заправить автомобиль от бытовой сети. Даже если халявщики не подрываются при подсоединении своего хозяйства, компрессор быстро выкачивает все давление в бытовой трубе, делает его отрицательным, далее через открытые конфорки соседей воздух попадает в газ и вся эта гремучая смесь поступает в баллоны автомобиля. Продолжать рассказ не будем, останки автовладельца и его машины после такой заправки не могут найти даже вороны. Пока такой ерундой балуются наши украинские братья, но мы по уровню доходов стремительно приближаемся к ним, да и дурной пример заразителен.

Вариант номер три — «накачай мне побольше». В своих дневниках некоторые владельцы газобаллонных авто хвастаются тем, что нашли «чудесную колхозную заправку», где ему «накачали 250 атмосфер». Эти горе-водятлы также очень скоро отправляются по стопам своих вышеперечисленных коллег.

Но бывают взрывы, если максимальное давление в баллоне не превышено. Никогда не задумывались, зачем на газовых заправках между колонками такие толстые стены, а заправщик никогда не стоит рядом с машиной? Львиная доля взрывов происходит именно при наполнении баллонов. Как правило, баллоны взорвавшихся при заправке авто никто не освидетельствовал со дня установки оборудования. А ведь они не вечны. Баллоны изнашиваются, металл может устать и пойти микротрещинами. Все эти «бяки» развиваются очень неторопливо: их и должно выявить периодическое освидетельствование, которое производится для баллонов из легированной стали раз в пять лет, из углеродистой — раз в три года и каждые два года для баллонов из композитных материалов. Это теоретически. Практически — никогда. Как результат — разрыв баллона в момент повышения в нем давления, то есть, на заправке. И хоть классического взрыва с огнем при этом не происходит, последствия даже такого «неядерного» взрыва впечатляют — легковые и легкие коммерческие автомобили разрушаются полностью, грузовики и автобусы получают тяжелые повреждения.

Взорваться баллон может и от перегрева. Накачали утром в него холодный газ из полуприцепа с баллонами, стоящего где-нибудь в теньке, а днем наступила жара. Машина без движения, газ не вырабатывается, давление не понижается. И хотя полностью заправленные баллоны должны выдерживать нагрев, происходит это не всегда. При изготовлении как самих баллонов, так и арматуры для газа вполне может быть допущен брак.

Ну и еще одна возможная причина — скопление газа в подкапотном пространстве при долгой стоянке автомобиля. Современные машины автоматически перекрывают свои баллоны при заглушенном двигателе либо потере электропитания, но так было не всегда. Пропан-бутан, как ни странно, гораздо опаснее метана. Он утекает через микроскопические трещины, ядовит, хуже, чем метан, испаряется в случае утечки и находится под давлением в тонкостенных баллонах. Газовые машины взрывались и будут взрываться, но если дружить с головой и соблюдать элементарные требования безопасности, вероятность такого события примерно такая же, как падение самолета.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Они есть. Для правительства применение газа на транспорте — в первую очередь возможность загрузить «Газпром», во вторую — улучшить экологию. Для владельцев немаловажна меньшая в несколько раз стоимость километра пробега даже с учетом большей первоначальной стоимости техники, возможность посещать места, где ограничено движение транспорта, не соответствующего определенным экологическим нормам, увеличенный интервал между ТО, в перспективе меньшая налоговая нагрузка.

Мешает повсеместной газификации отсутствие развитой сети заправок и полное отсутствие сервисных центров, где могут ремонтировать газобаллонную технику по всем правилам, а точнее, по Правилам охраны труда ПОТ РМ 027 от 2003 года. Например, в них сказано, что заезд автомобилей с ГБО в ремзону допускается только на резервном топливе, а если его нет — то на одном из баллонов с пониженным в нем до 50 атмосфер давлением. Для этого-то нам и пригодятся ручные краники на баллонах. Если же мы собрались варить-красить технику, то весь газ из баллонов надо спустить (интересно, где взять его снова). Нет у нас толком и мест, где можно освидетельствовать баллоны, да и как это сделать, если при освидетельствовании производится испытание баллонов сжатым воздухом или водой под давлением, и где опять после этой процедуры взять газ, чтобы уехать? Хотя по правилам баллоны предоставляются на освидетельствование отдельно от автомобиля.

Но в настоящее время ведущие производители газовых автомобилей озаботились такими проблемами. Например, та же IVECO, прежде полагавшаяся в этом вопросе на ремонтные мощности клиентов, имеющих в своем парке такие автомобили еще с советских времен, сейчас строит полностью оборудованный сервисный центр для обслуживания автомобилей на сжатом природном газе.

Административный нажим, возможность «вписаться» в экологические нормы «малой кровью», дешевизна топлива несомненно подстегнут немало владельцев легких и средних грузовиков, работающих на «коротком плече», перейти на малоизвестный пока метан. Дело осталось за заправками и сервисом.