TIN TỨC, Tin tức khác
KHÍ THIÊN NHIÊN
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 12051-1:2017
ISO 15403-1:2006
KHÍ THIÊN NHIÊN – KHÍ THIÊN NHIÊN NÉN SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ – PHẦN 1: YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG
Natural gas – Natural gas for use as a compressed fuel for vehicles – Part 1: Designation of the quality
Lời nói đầu
TCVN 12051-1:2017 hoàn toàn tương đương với ISO 15403-1:2006.
TCVN 12051-1:2017 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC193 Sản phẩm khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Lời giới thiệu
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong tại trạm máy nén, các hệ thống đồng phát, và trong nhiều năm nay các phương tiện giao thông thay đổi nhiều. Tuy nhiên, điều kiện tiên quyết để tăng trưởng, mà cụ thể là năng lực sinh tồn về kinh tế và tính sẵn có của nhiên liệu, nói chung là chưa đáp ứng. Hiện nay, với sự phát triển của công nghiệp khí thiên nhiên, cung cấp 20 % năng lượng chủ yếu của thế giới, và nhu cầu để thay thế, nhiên liệu phát thải thấp, tình hình đã được cải thiện đáng kể. Trong suốt thập kỷ qua, phương tiện giao thông đường bộ sử dụng khí thiên nhiên trở thành lựa chọn với hàng triệu xe sử dụng trên thế giới. Sự tăng trưởng đang tiếp tục vì nhiều chính phủ thúc đẩy nhiên liệu cháy-sạch với lợi ích môi trường của nó. Nhiều nhà vận hành xe đang chuyển đổi phương tiện giao thông của họ, và các nhà sản xuất phương tiện giao thông đang phát triển và marketing thiết bị khí thiên nhiên.
Trong tiêu chuẩn này, phương tiện giao thông đường bộ khí thiên nhiên (NGV) sử dụng khí thiên nhiên nén được tồn chứa trong xe. Áp suất của khí được tồn trữ trong nhiều thùng chứa lên đến tối đa là 25000 kPa. Mặc dù áp suất được giảm trước khi đốt cháy, nén và tồn trữ đưa ra NGV một dãy thích hợp. Trong khi các NGV bắt đầu được trang bị với động cơ xăng hoặc điêzen chuyển đổi, tính năng cao, động cơ khí thiên nhiên bây giờ đang được phát triển và sản xuất mạnh mẽ. Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) cũng có thể được tồn trữ trong thùng chứa nhiên liệu của xe khí thiên nhiên. Tuy nhiên, điều này sẽ là đối tượng của một tiêu chuẩn riêng rẽ.
Tiêu chuẩn này chỉ định rõ chất lượng của khí thiên nhiên nén được thiết kế để bắt buộc các yêu cầu quốc tế cho khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu mô tô. Các nhà sản xuất động cơ và phương tiện phải biết các yêu cầu này do vậy họ có thể phát triển các thiết bị tính năng cao mà chạy khí thiên nhiên nén.
Một báo cáo kỹ thuật đưa ra các dữ liệu chi tiết về thành phần khí được sử dụng trong tiêu chuẩn này được xuất bản là ISO/TR 15403-2.
KHÍ THIÊN NHIÊN – KHÍ THIÊN NHIÊN NÉN SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ – PHẦN 1: YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG
Natural gas – Natural gas for use as a compressed fuel for vehicles – Part 1: Designation of the quality
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này nhằm cung cấp cho nhà sản xuất, vận hành phương tiện giao thông đường bộ, vận hành trạm nạp nhiên liệu và những tổ chức khác liên quan đến công nghiệp phương tiện vận tải sử dụng khí thiên nhiên nén với các thông tin về chất lượng nhiên liệu đối với phương tiện giao thông đường bộ sử dụng khí thiên nhiên (NGV) được yêu cầu để phát triển và vận hành thành công các thiết bị phương tiện giao thông đường bộ sử dụng khí thiên nhiên nén.
Nhiên liệu đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn này cần:
- a) Đảm bảo vận hành an toàn phương tiện giao thông đường bộ và các thiết bị kèm theo cần thiết cho nạp nhiên liệu và bảo dưỡng;
- b) Bảo vệ hệ thống nhiên liệu khỏi các tác động hư hại của ăn mòn, độc hại và cặn lắng lỏng hoặc rắn;
- c) Đưa ra tính năng phương tiện giao thông đường bộ thỏa mãn tất cả các điều kiện khí hậu và các nhu cầu lái xe.
Một vài khía cạnh của tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng đối với việc sử dụng khí thiên nhiên trong động cơ đốt trong tĩnh.
2 Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
ISO 6976:1995 Natural gas – Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition (Khí thiên nhiên – Tính nhiệt trị, khối lượng riêng, tỷ khối và chỉ số Wobbe từ thành phần).
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau. Các định nghĩa được lấy từ ISO 14532.
3.1
Khí thiên nhiên (natural gas)
Hỗn hợp của các hydrocacbon, chủ yếu là metan, nhưng nói chung cũng bao gồm etan, propan và các hydrocacbon nặng hơn với hàm lượng nhỏ hơn nhiều và một vài chất khí không cháy, như nitơ và cacbon dioxit.
CHÚ THÍCH 1: Nhìn chung khí thiên nhiên cũng bao gồm một lượng nhỏ các thành phần vết.
CHÚ THÍCH 2: Khí thiên nhiên được sản xuất và được chế biến từ khí thô hoặc khí thiên nhiên hóa lỏng và, nếu cần, được trộn phù hợp để sử dụng trực tiếp (ví dụ như nhiên liệu dạng khí).
CHÚ THÍCH 3: Khí thiên nhiên tồn tại ở trạng thái khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường được tìm thấy trong sử dụng.
CHÚ THÍCH 4: Thành phần chủ yếu trong khí thiên nhiên là metan (phần mol lớn hơn 0,70), và có nhiệt trị rất cao thông thường trong dải từ 30 MJ/m3 đến 45 MJ/m3. Trong khí thiên nhiên cũng bao gồm etan (phần mol thông thường lên đến 0,10), propan, các hợp chất butan và các alkan cao hơn với lượng giảm dần tương ứng. Nitơ và cacbon dioxit là các thành phần khó cháy cơ bản, mỗi loại có mặt ở các mức thông thường thay đổi từ nhỏ hơn phần mol 0,01 đến phần mol 0,20.
Khí thiên nhiên được chế biến từ khí thô sao cho phù hợp với việc sử dụng làm nhiên liệu công nghiệp, thương mại, dân dụng hoặc nguyên liệu gốc hóa học. Việc chế biến nhằm giảm các hàm lượng của các thành phần ăn mòn tiềm ẩn, như hydro sulfua và cacbon dioxit, và của các thành phần khác, như nước và các hydrocacbon nặng hơn, các ngưng tụ tiềm ẩn trong vận chuyển và phân phối khí. Hydro sulfua, các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ và nước sau đó được khử đến lượng vết, và hàm lượng cacbon dioxit cao tương tự được khử về dưới phần mol 0,05.
Về mặt kỹ thuật khí thiên nhiên thông thường không chứa sol khí, lỏng và tạp chất dạng hạt.
Trong một số trường hợp khí thiên nhiên có thể được trộn với khí đô thị hoặc khí lò cốc, trong trường hợp này hydro và cacbon monoxit sẽ có mặt với những lượng lên đến phần mol tương ứng là 0,10 và 0,03. Trong trường hợp này, cũng có thể có những lượng nhỏ etylen.
Khí thiên nhiên cũng có thể được trộn với LPG1)/hỗn hợp không khí, trong trường hợp này sẽ xuất hiện oxy và hàm lượng của propan và butan sẽ tăng lên đáng kể.
CHÚ THÍCH 5: Khí thiên nhiên chất lượng đường ống là một trong những khí được chế biến để phù hợp với việc sử dụng trực tiếp như nhiên liệu công nghiệp, thương mại, dân dụng hoặc là nguyên liệu hóa học.
Việc chế biến để làm giảm các tác động ăn mòn và độc hại của các thành phần nhất định, và để tránh ngưng tụ nước hoặc các hydrocacbon trong quá trình vận chuyển và phân phối khí.
Hydro sulfua và nước chỉ nên có mặt ở lượng vết, và hàm lượng cacbon dioxit cao tương tự phải được giảm.
[ISO 14532:2001, 2.1.1.1]3.2
Khí thiên nhiên thay thế (substitute natural gas)
Khí được sản xuất hoặc được pha trộn có thể thay thế được về các tính chất của nó với khí thiên nhiên.
[ISO 14532:2001, 2.1.1.3]CHÚ THÍCH: Khí được sản xuất đôi khi được gọi là khí thiên nhiên tổng hợp.
3.3
Khí thiên nhiên nén (compressed natural gas)
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông, thông thường được nén đến 20 000 kPa ở trạng thái khí.
[ISO 14532:2001, 2.1.1.12]CHÚ THÍCH: Áp suất lớn nhất đối với khí thiên nhiên được tồn chứa trong thùng chứa là 25 000 kPa.
3.4
Chất lượng khí (gas quality)
Thuộc tính của khí thiên nhiên phụ thuộc vào thành phần và các tính chất lý học của nó.
[ISO 14532:2001, 2.1.1.14]3.5
Điều kiện chuẩn bình thường (normal reference conditions)
Điều kiện chuẩn của áp suất, nhiệt độ và độ ẩm (trạng thái bão hòa) bằng: 101,325 kPa và 273,15 K đối với khí thực, khô.
3.6
Điều kiện chuẩn tiêu chuẩn (Standard reference conditions)
Điều kiện chuẩn của áp suất, nhiệt độ và độ ẩm (trạng thái bão hòa) bằng: 101,325 kPa và 288,15 K đối với khí thực, khô
CHÚ THÍCH 1: Để thực hành tốt cần các điều kiện chuẩn được hợp nhất là phần của ký hiệu, đối với các đại lượng vật lý đại diện, mà không phải là phần của đơn vị.
VÍ DỤ:
trong đó
nhiệt trị trên tính theo thể tích;
Tcrc nhiệt độ của các điều kiện cháy chuẩn;
pcrc áp suất của các điều kiện cháy chuẩn;
V(pmrc, Tmrc) thể tích tại nhiệt độ và áp suất của các điều kiện đo chuẩn.
CHÚ THÍCH 2: Các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn cũng được đề cập đến như là các điều kiện đo chuẩn.
CHÚ THÍCH 3: Viết tắt s.t.p (nhiệt độ và áp suất chuẩn) thay thế viết tắt N.T.P (nhiệt độ và áp suất chuẩn), trước đây đã được sử dụng, và được xác định là điều kiện áp suất và nhiệt độ bằng: 101,325 kPa và 288,15 K. Không có hạn chế được nêu trong trạng thái bão hòa.
[ISO 14532:2001, 2.6.1.4]3.7
Nhiệt trị trên (superior calorific value)
Năng lượng được giải phóng ở dạng nhiệt do đốt cháy hoàn toàn trong không khí của một lượng khí xác định, ở áp suất p1 tại đó phản ứng xảy ra duy trì không đổi, và tất cả các sản phẩm của sự đốt cháy được quy trở về cùng nhiệt độ quy định T1 là nhiệt độ của chất phản ứng, tất cả các sản phẩm này ở trạng thái khí ngoại trừ nước được tạo thành do đốt cháy, được ngưng tụ thành trạng thái lỏng ở T1
CHÚ THÍCH 1: Lượng khí ở đây được quy định theo mol, nhiệt trị, tính bằng MJ/mol, được ký hiệu như sau:
Nhiệt trị theo khối lượng, tính bằng MJ/kg, được ký hiệu như sau:
Lượng khí ở đây được quy định theo thể tích, nhiệt trị, tính bằng MJ/m3, được ký hiệu như sau:
trong đó p2 và T2 là các điều kiện chuẩn (đo) thể tích khí.
Nhiệt trị theo thể tích nên được quy định ở điều kiện bình thường và chuẩn tiêu chuẩn.
CHÚ THÍCH 2: Các thuật ngữ nhiệt trị toàn phần, cao hơn, trên và tổng, hoặc nhiệt lượng, là đồng nghĩa với giá trị nhiệt trị trên.
CHÚ THÍCH 3: Nhiệt trị nên được quy định ở điều kiện đốt cháy.
CHÚ THÍCH 4: Nhiệt trị thông thường được công bố là khô.
VÍ DỤ: ký hiệu nhiệt trị trên, được quy định theo thể tích, ở các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn và được công bố là ướt. Để đơn giản hóa, không quy định các điều kiện đốt cháy.
CHÚ THÍCH: Chấp nhận từ ISO 14532:2001, 2.6.4.2.
3.8
Nhiệt trị dưới (inferior calorific value)
Năng lượng được giải phóng ở dạng nhiệt do đốt cháy hoàn toàn trong không khí của một lượng khí xác định, ở áp suất p1 tại đó phản ứng xảy ra duy trì không đổi, và tất cả các sản phẩm của sự đốt cháy được quay trở về cùng nhiệt độ quy định T1 là nhiệt độ của chất phản ứng, tất cả các sản phẩm này ở trạng thái khí
CHÚ THÍCH 1: Nhiệt trị trên khác với nhiệt trị dưới bởi nhiệt ngưng tụ của nước được tạo thành do đốt cháy.
CHÚ THÍCH 2: Lượng khí ở đây được quy định theo mol, nhiệt trị, tính bằng MJ/mol, được ký hiệu như sau:
Nhiệt trị theo khối lượng, tính bằng MJ/kg, được ký hiệu như sau:
Lượng khí ở đây được quy định theo thể tích, nhiệt trị, tính bằng MJ/m3, được ký hiệu như sau:
trong đó p2 và T2 là các điều kiện chuẩn (đo) thể tích khí.
CHÚ THÍCH 3: Các thuật ngữ nhiệt trị thực và thấp hơn, hoặc nhiệt lượng là đồng nghĩa với nhiệt trị dưới.
CHÚ THÍCH 4: Nhiệt trị trên và dưới cũng có thể được công bố là khô hoặc ướt (ký hiệu bởi chỉ số dưới “w”) phụ thuộc vào hàm lượng hơi nước của khí trước khi đốt cháy.
Các ảnh hưởng của hơi nước lên nhiệt trị, hoặc được đo trực tiếp hoặc được tính toán trực tiếp, được mô tả trong Phụ lục F của ISO 6976:1995.
CHÚ THÍCH 5: Thông thường nhiệt trị được biểu thị là giá trị trên, khô được quy định theo thể tích trong điều kiện chuẩn thường hoặc chuẩn tiêu chuẩn.
[ISO 14532:2001, 2.6.4.2],3.9
Khối lượng riêng (density)
Khối lượng của khí chia cho thể tích của khí tại các điều kiện áp suất và nhiệt độ quy định
CHÚ THÍCH: Về cách trình bày toán học, khối lượng riêng được tính theo công thức sau:
[ISO 14532:2001, 2.6.3.1]3.10
Tỷ khối (relative density)
Thương số của khối lượng của khí, có trong một thể tích tùy ý, và khối lượng của không khí khô có thành phần tiêu chuẩn (được định nghĩa trong ISO 6976:1995) có thể được chứa trong cùng thể tích tại cùng các điều kiện chuẩn
CHÚ THÍCH 1: Một định nghĩa tương đương đã được nêu bởi tỷ số giữa khối lượng riêng của khí ρg với khối lượng riêng của không khí khô có thành phần tiêu chuẩn ρa tại cùng các điều kiện chuẩn
Trong đó
psrc là áp suất tại các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn;
Tsrc là nhiệt độ tại các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn;
ρ(psrc,Tsrc) là thể tích khối lượng tại các điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn và áp suất tiêu chuẩn
CHÚ THÍCH 2: Khối lượng riêng có thể được biểu thị theo định luật khí thực:
Với mối quan hệ này tỷ khối, khi cả khí và không khí được xem xét là lưu chất thực, trở thành:
Đối với tính chất khí lý tưởng của các khí, khi cả khí và không khí được xem xét là lưu chất tuân theo định luật khí lý tưởng, tỷ khối trở thành:
CHÚ THÍCH 3: Trong thời gian trước đây, tỷ lệ Mg/Ma ở trên được gọi là trọng lượng riêng của khí, có cùng giá trị như tỷ khối nếu tính chất lý tưởng của các khí được giả định. Thuật ngữ tỷ khối bây giờ nên thay thế thuật ngữ trọng lượng riêng.
[ISO 14532:2001, 2.6.3.2]3.11
Chỉ số Wobbe (Wobbe index)
Nhiệt trị, tính theo thể tích, tại các điều kiện chuẩn quy định, chia cho căn bậc hai của tỷ khối tại cùng các điều kiện chuẩn đo quy định
CHÚ THÍCH 1: Thể tích được công bố tại các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn và chuẩn thường.
CHÚ THÍCH 2: Chỉ số Wobbe được quy định là trên (biểu thị chỉ số dưới “S”) hoặc dưới (biểu thị chỉ số dưới “I”), phụ thuộc vào nhiệt trị, và là khô hoặc ướt (biểu thị chỉ số dưới “w”) phụ thuộc vào nhiệt trị và khối lượng riêng tương ứng.
VÍ DỤ:
Chỉ số Wobbe, trên, được quy định theo thể tích, tại các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn và được công bố là ướt (chỉ thị bởi chỉ số dưới “w”)
CHÚ THÍCH 3: Chỉ số Wobbe là thông số nhiệt dựa vào các ứng dụng khí bắt nguồn từ phương trình lưu lượng vòi phun. Nhiệt đưa vào đối với các thành phần khí thiên nhiên khác nhau là như nhau nếu chúng có cùng chỉ số Wobbe, và vận hành trong cùng áp suất khí (xem ISO 6976).
CHÚ THÍCH: Chấp nhận từ ISO 14532:2001, 2.6.4.4.
3.12
Hệ số nén (compression factor)
Thương số của thể tích thực của khối lượng khí tùy ý, tại nhiệt độ và áp suất quy định và thể tích của cùng loại khí, trong cùng điều kiện, như được tính từ định luật khí lý tưởng
CHÚ THÍCH 1: Thuật ngữ “hệ số có khả năng nén” và “hệ số Z” là đồng nghĩa với hệ số nén.
CHÚ THÍCH 2: Công thức đối với hệ số nén là như sau:
Trong đó
Vm(lý tưởng)=
do vậy
trong đó
P là áp suất tuyệt đối;
T là nhiệt độ nhiệt động;
Y là bộ thông số đặc trưng duy nhất cho khí;
Vm là thể tích mol;
R là hằng số mol khí tính bằng các đơn vị nhất quán;
Z là hệ số nén.
Về nguyên tắc, y có thể là thành phần tổ hợp mol (xem ISO 12213.2[1]) hoặc bộ khác biệt của các đặc tính hóa lý phụ thuộc (xem ISO 12213-3[2])
CHÚ THÍCH 3: Hệ số nén là đại lượng không thứ nguyên thường gắn với đơn vị gần các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn và chuẩn bình thường. Trong dải áp suất và nhiệt độ gặp khi truyền khí, hệ số nén có thể khác đáng kể với đơn vị.
CHÚ THÍCH 4: Hệ số nén trên được định nghĩa là căn bậc hai của tỷ số giữa hệ số nén tại điều kiện chuẩn với hệ số nén của cùng khí tại điều kiện được xem xét
trong đó
Zb là hệ số nén tại điều kiện nhiệt độ và áp suất cơ bản
Điều kiện cơ bản là điều kiện nhiệt độ và áp suất tại đó các thể tích khí thiên nhiên được xác định cho mục đích chuyển bán hàng. Trong khí thiên nhiên các thông số đặc tính đang được xem xét là nhiệt độ, áp suất và thành phần. Các đặc tính khí lý tưởng giả định, để đơn giản hóa, có thể lập các bảng các hợp chất tinh khiết để sử dụng trong tính toán các đặc tính khí cho thành phần bất kỳ tại “điều kiện cơ bản”. “Điều kiện cơ bản” này được lựa chọn gần với điều kiện môi trường.
Trong Từ điển IGU về công nghiệp khí hệ số có khả năng nén trên được định nghĩa như sau:
Hệ số nén trên sử dụng với các phép đo của phương pháp dịch chuyển. Trong trường hợp này, thể tích cần nhân với “1/z” để nhận được thể tích chính xác.
[ISO 14532:2001, 2.6.2.2]3.13
Điểm sương theo nước (water dew point)
Nhiệt độ mà trên nhiệt độ đó không có sự ngưng tụ của nước xảy ra tại một áp suất quy định
CHÚ THÍCH: Đối với áp suất bất kỳ thấp hơn áp suất quy định không có sự ngưng tụ tại nhiệt độ điểm sương này.
[ISO 14532:2001, 2.6.5.1.1]3.14
Điểm sương theo hydrocacbon (hydrocarbon dew point)
Nhiệt độ trên đó không có sự ngưng tụ của hydrocacbon xảy ra tại một áp suất quy định
CHÚ THÍCH 1: Tại nhiệt độ điểm sương nhất định có dải áp suất trong đó xuất hiện sự ngưng tụ vì tính chất đảo ngược. Nhiệt độ tới hạn xác định nhiệt độ lớn nhất tại đó xuất hiện sự ngưng tụ.
CHÚ THÍCH 2: Đường điểm sương là quỹ tích của các điểm áp suất và nhiệt độ chia tách khí pha đơn từ vùng chất lỏng khí-hydrocacbon.
[ISO 14532:2001, 2.6.5.2.1]3.15
Thành phần molar (molar composition)
Phần tỷ lệ của từng cấu tử được biểu thị là phần molar (hoặc mole), hoặc phần trăm molar (hoặc mole) của toàn bộ
CHÚ THÍCH 1: Phần mol xi của cấu tử i là thương số của số mol cấu tử i và số mol của toàn bộ hỗn hợp có mặt trong cùng thể tích nào đó. Một mol của một loại hóa chất là lượng của một chất có khối lượng mol tương đối tính bằng gam. Bảng các giá trị khuyến nghị của các khối lượng phân tử tương đối được quy định trong ISO 6976:1995.
CHÚ THÍCH 2: Đối với khí lý tưởng, phần mol (hay phần trăm) là đồng nhất với phần thể tích (hay phần trăm), nhưng tương quan này không phải là chung để áp dụng cho tính chất khí thực.
3.16
Thành phần khí (gas composition)
Các phần hoặc phần trăm của các cấu tử chính, các cấu tử liên kết, các cấu tử vết và các cấu tử khác được xác định từ việc phân tích khí thiên nhiên.
CHÚ THÍCH: Chấp nhận từ ISO 14532:2001, 2.6.6.1
3.17
Tạo mùi (odorization)
Việc thêm chất tạo mùi, thông thường các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ có mùi mạnh, vào khí thiên nhiên (thông thường không mùi) để cho phép phát hiện sự rò rỉ khí bởi mùi tại nồng độ rất thấp (trước khi tạo nên khí nguy hiểm trong nồng độ không khí có thể xảy ra) [ISO 14532]
3.18
Trị số metan (metan number)
Chỉ số chỉ thị các đặc tính gõ của khí nhiên liệu
CHÚ THÍCH: Nó có thể so sánh với trị số octan đối với xăng. Trị số metan là biểu thị phần trăm mol metan trong hỗn hợp metan/hydro, trong một động cơ thử nghiệm dưới các điều kiện tiêu chuẩn, có cùng xu hướng gõ như khí nhiên liệu được thử nghiệm.
CHÚ THÍCH: Chấp nhận từ ISO 14532:2001, 2.6.6.1.
4 Ký hiệu và viết tắt
| Đại lượng | Ký hiệu | Đơn vị |
| Tỷ khối | d | |
| Nhiệt trị | H | |
| Nhiệt trị, tính theo mol | megajul trên mol (MJ/mol) | |
| Nhiệt trị, tính theo khối lượng | megajul trên kilogam (MJ/kg) | |
| Nhiệt trị, tính theo thể tích | megajul trên mét khối (MJ/m3) | |
| Nhiệt trị dưới | Hl | |
| Nhiệt trị trên | HS | |
| Áp suất khí | P | kilopascal (kPa) |
| Nhiệt độ khí | T | kelvin (K) |
| Thể tích khí | V | mét khối (m3) |
| Chỉ số Wobbe, tính theo thể tích | W | megajul trên mét khối (MJ/m3) |
| Hệ số nén khí, (hệ số nén) | Z | |
| Khối lượng riêng | ρ | kilogam trên mét khối (kg/m3) |
Chỉ số dưới
| m | số lượng/mol |
| n | liên quan đến “điều kiện chuẩn cháy thường” |
| crc | liên quan đến “điều kiện chuẩn cháy” |
| mrc | liên quan đến “điều kiện chuẩn đo” |
| src | liên quan đến “điều kiện chuẩn tiêu chuẩn” |
| w | công bố thông số là “ướt” |
| S | trên |
| l | dưới |
5 Yêu cầu thành phần khí
5.1 Nước
Yêu cầu an toàn quan trọng nhất của nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) là nhiệt độ điểm sương theo nước rất thấp để ngăn ngừa sự tạo thành nước dạng lỏng tại bất kỳ thời điểm nào. Nước dạng lỏng là tiền đề cho sự hình thành các hợp chất ăn mòn thông qua sự kết hợp với các thành phần trong khí thiên nhiên, như là cacbon dioxit và hydro sulfua. Sự kết hợp của các chất ăn mòn và tuần hoàn áp suất, gây ra bởi sự tiêu thụ nhiên liệu và nạp lại tiếp theo của thùng chứa tồn trữ nhiên liệu, có thể dẫn đến sự phát triển rạn nứt trong kim loại và tạo ra sự hư hại và hỏng hóc. Cũng vậy, tự nước lỏng có thể gây thiệt hại như nó có thể gây ra sự tắc nghẽn trong hệ thống nhiên liệu, cả dạng lỏng và dạng rắn.
5.2 Hydrocacbon
Hydrocacbon trong khí thiên nhiên thông thường tồn tại dưới dạng khí trong hệ thống phân phối địa phương, trong các điều kiện áp suất và nhiệt độ để tạo thành CNG chúng có thể ngưng tụ. Sự thay đổi về thành phần nhiên liệu do bay hơi lại của chất lỏng ngưng tụ này tại áp suất thùng chứa giảm có thể tác động đến tính năng phương tiện giao thông đường bộ trừ khi áp dụng hệ thống tự-thích nghi.
Trong những trường hợp khí thiên nhiên có chứa những lượng đáng kể propan và butan, ví dụ được gây ra bởi các cách vận hành gọt đỉnh (peak-shaving), pha lỏng có thể được tạo thành tại các áp suất tăng cao và nhiệt độ thấp vì áp suất hơi tương đối thấp của chúng (xem Phụ lục A).
Do vậy, để giảm thiểu sự xảy ra đó, thành phần của khí thiên nhiên nén phải là, tại áp suất bất kỳ, nhỏ hơn 1 % của phần ngưng tụ lỏng được tạo thành ở các nhiệt độ môi trường thấp nhất và trong các điều kiện áp suất tồn trữ khí xấu nhất (xem ISO 6570-1). Sự ngưng tụ lớn nhất xảy ra ở áp suất từ 2500 kPa đến 4500 kPa.
5.3 Các thành phần ăn mòn tiềm ẩn
5.3.1 Các thành phần có chứa lưu huỳnh
Một số thành phần lưu huỳnh gây ăn mòn; hàm lượng lưu huỳnh tổng có thể có tác động bất lợi lên các thiết bị làm sạch khí phát thải và nên được quan tâm đến.
5.3.2 Hydro sulfua
Xem xét môi trường ăn mòn được kiểm soát bởi sự thiếu nước dạng lỏng theo 5.1 không có hạn chế đặc biệt được yêu cầu về nồng độ của hydro sulfua. Hydro sulfua kết hợp với oxy có thể gây ra rất nhiều bụi, đặc biệt trên đồng, có thể có tác động bất lợi lên hệ thống.
5.3.3 Cacbon dioxit
Xem xét môi trường ăn mòn được kiểm soát bởi sự thiếu nước dạng lỏng theo 5.1, không có hạn chế đặc biệt được yêu cầu về nồng độ của cacbon dioxit.
5.3.4 Oxy
Xem xét môi trường ăn mòn được kiểm soát bởi sự thiếu nước dạng lỏng theo 5.1, không có hạn chế đặc biệt được yêu cầu về nồng độ của oxy.
5.3.5 Metanol
Metanol có thể gây ra ăn mòn các vật chứa khí thiên nhiên và phá hủy các thành phần của hệ thống nhiên liệu. Metanol không cần thiết nếu nhiệt độ điểm sương theo nước được duy trì theo 5.1. Không được thêm metanol vào khí thiên nhiên tại trạm nạp nhiên liệu CNG.
5.4 Tạp chất dạng hạt
Nhiên liệu CNG được giao hàng về mặt kỹ thuật phải không có bụi. Hàm lượng dầu có thể có của khí thiên nhiên phải không có tác động xấu đến sự vận hành an toàn của phương tiện giao thông đường bộ. Đối với mục đích này, có thể sử dụng các bộ lọc và tách nếu cần.
CHÚ THÍCH: Một lượng nhỏ dầu cũng có thể hữu ích để bảo vệ các vật chứa và bôi trơn các bộ phận bơm phun.
5.5 Mùi
Khí thiên nhiên được cấp cho xe sử dụng khí thiên nhiên nên được tạo mùi tương tự mức được tìm thấy trong hệ thống phân phối địa phương.
6 Đặc tính khí
6.1 Chỉ số Wobbe
Sự thay đổi về chỉ số Wobbe có thể tác động đến công suất và tính năng của động cơ. Hầu hết các hệ thống đo của động cơ khí thiên nhiên hiện nay sử dụng các vòi phun, do đó những biến thiên về chỉ số Wobbe sẽ sinh ra những biến thiên tương tự về tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Sự biến thiên của thông số này hầu hết ảnh hưởng đáng kể đến động cơ mà không được trang bị bộ kiểm soát mạch kín (tự thích nghi) (xem Phụ lục B).
6.2 Trị số gõ
6.2.1 Tổng quan
Khả năng của nhiên liệu chịu được đánh lửa tự động, cũng được biết như là tiếng gõ nổ hoặc tiếng gõ cháy (xem Phụ lục C), là một đặc tính cơ bản của nhiên liệu. Thời gian dài được sử dụng để đánh giá xăng bởi các quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn, đã có rất nhiều nghiên cứu để nhận biết, tương quan và mô tả các trị số gõ của khí thiên nhiên, Tuy nhiên, nhìn chung ngày nay không có quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn được chấp nhận nổi bật lên. Tóm lại, công việc có thể được tóm tắt như sau.
6.2.2 Trị số metan
Độ chống gõ của khí thiên nhiên thay đổi theo thành phần. Metan là thành phần chính của khí thiên nhiên, và có độ chống gõ cao. Sự gia tăng lượng các hydrocacbon nặng hơn như etan và propan làm cho độ chống gõ của nhiên liệu thấp hơn. Điều này đưa ra một tiêu chí được biết là trị số metan, có thể được tính từ việc phân tích thành phần khí (xem Phụ lục D).
6.2.3 Trị số octan
Phương pháp trị số octan (xem Phụ lục D) được sử dụng để so sánh các nhiên liệu lỏng theo xu hướng gõ của chúng. Nó xác định cường độ gõ giữa nhiên liệu thử nghiệm và nhiên liệu chuẩn có trị số octan đã biết. Các nhiên liệu chuẩn dùng cho thang octan là octan (2,3,4-trimetylpentan) được định mức là 100, và n-heptan được định mức là 0. Hỗn hợp của các nhiên liệu này được sử dụng để tạo các nhiên liệu có trị số octan khác để được so sánh với nhiên liệu thử nghiệm.
Thang octan không thích hợp để sử dụng cho khí thiên nhiên octan cao (vượt quá 100) cũng như với các nhiên liệu lỏng có trị số octan thấp. Do vậy, cần có một phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định trị số octan tương đương của khí thiên nhiên. Công việc này được tiến hành để có trị số octan tương đương này của khí thiên nhiên trong dải từ 115 đến 135. Trị số octan của metan tinh khiết là trên 140.
7 Khả năng khởi động
Nhiên liệu vận chuyển bất kỳ phải có các thuộc tính của tính năng đầy đủ dự phòng của phương tiện giao thông đường bộ trong tất cả các điều kiện khí hậu, bề mặt đường và nhu cầu lái xe. Khí thiên nhiên là phù hợp lý tưởng để cung cấp các tính năng như vậy miễn là nó được giữ không nhiễm các tạp chất dạng lỏng và/hoặc dạng hạt. Yêu cầu của tiêu chuẩn này để ngăn ngừa sự ngưng tụ bất kỳ của hơi nước trong hệ thống nhiên liệu nhằm loại trừ đáng kể các vấn đề vận hành như vậy. Nếu hơi nước được phép đi vào hệ thống nhiên liệu của phương tiện giao thông đường bộ, thậm chí với những lượng nhỏ, nước dạng lỏng có thể được tạo ra và cản trở dòng khí thiên nhiên chảy, dẫn đến các vấn đề vận hành xe như làm tắc hoặc đóng băng dòng khí, máy móc, van, bộ điều chỉnh, bộ phun nhiên liệu và các hạng mục tương tự.
8 Phương pháp thử
8.1 Xem xét chung
Có các yêu cầu đã cho đối với thành phần khí (Điều 5) và các đặc tính khí (Điều 6) cần thiết để cung cấp hướng dẫn như là làm thế nào để có thể đo các yêu cầu kỹ thuật này. Các nhà vận hành trạm nạp nhiên liệu, cơ quan thẩm quyền, và các nhà sản xuất thiết bị sẽ có các mối quan tâm quan trọng trong phép đo chất lượng khí NGV. Cần phải hiểu rằng một vài các yêu cầu chưa được bao gồm trong tiêu chuẩn. Thư mục tài liệu tham khảo được sử dụng để cung cấp tình trạng phát triển các tình trạng như vậy.
8.2 Phép đo thành phần khí
8.2.1 Nước
Có thể sử dụng tất cả các tiêu chuẩn được liệt kê trong Thư mục tài liệu tham khảo để xác định nước. Những tiêu chuẩn này là TCVN 12045 (ISO 6327), ISO 10101-1, ISO 10101-2, ISO 10101-3 và ISO 11541. Nói chung, có thể sử dụng bất kỳ thiết bị thương mại nào thích hợp nếu chứng minh được các kết quả có thể so sánh với các tiêu chuẩn trên.
Vì các phép đo được thực hiện tại các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác với các điều kiện đặt trong các tiêu chuẩn, điều rất cần thiết là có một phương pháp thích hợp được sử dụng để tính điểm sương tại áp suất vận hành lớn nhất của vật chứa, và nhiệt độ môi trường thấp nhất của trạm nạp nhiên liệu. Xem Phụ lục E về phương pháp và các ví dụ. Tần suất thử nghiệm cần đảm bảo rằng không có nước dạng lỏng được tạo thành trong hệ thống.
8.2.2 Hydrocacbon
Vì butan và propan là những hydrocacbon liên quan, có thể kiểm soát chúng theo các phần thích hợp của TCVN 12047 (ISO 6974). Nó sẽ cần thiết để tính các giá trị từ các điều kiện đo đến nhiệt độ môi trường thấp nhất và các điều kiện áp suất tồn trữ khí xấu nhất. Nên sử dụng Phụ lục A như là một hướng dẫn để các phần mol cho phép lớn nhất của propan và butan được biểu thị là phần trăm. Có thể sử dụng ISO 6570-1 để xác định hàm lượng hydrocacbon lỏng tiềm ẩn trong khí thiên nhiên.
8.2.3 Thành phần ăn mòn tiềm ẩn
Không có giới hạn được thiết lập về nồng độ của hydro sulfua, cacbon dioxit, oxy và metanol ngoài các giá trị thông thường được tìm thấy trong khí thiên nhiên. Do vậy, thông thường thử nghiệm đối với các thành phần này là không cần thiết. Nếu vì lý do bất kỳ cho rằng cần phải thử nghiệm các thành phần này, thì có thể sử dụng ISO 6326-1, ISO 6326-2, TCVN 12046-3 (ISO 6326-3), ISO 6326-4 và ISO 6326-5 cho các hợp chất lưu huỳnh và các phần thích hợp của TCVN 12047 (ISO 6974) cho các chất khác.
8.2.4 Dầu và các tạp chất dạng hạt
Hiện nay không có phương pháp thử được tiêu chuẩn hóa có sẵn cho các chỉ tiêu này.
8.2.5 Mùi
Các thử nghiệm cho mùi, khi được yêu cầu, nên được thực hiện tương tự như trên hệ thống phân phối địa phương phục vụ trạm nạp lại nhiên liệu.
Không có các phép thử nào được mô tả trong các tiêu chuẩn đối với mùi.
CHÚ THÍCH: Chú ý được đưa ra đối với các tiêu chuẩn quốc hoặc các quy chuẩn khác trong vấn đề liên quan này.
8.3 Xác định đặc tính khí
8.3.1 Chỉ số Wobbe
Sử dụng ISO 6976 để xác định chỉ số Wobbe.
8.3.2 Tỷ số gõ
Hiện tại không có tiêu chuẩn để xác định tỷ số gõ của CNG. ISO 5163 và ISO 5164 là có sẵn để xác định trị số octan motor (MON) và trị số octan nghiên cứu (RON). Những tiêu chuẩn này áp dụng đối với các nhiên liệu lỏng. Tuy nhiên, EN 589 có một phương pháp để tính trị số octan motor từ phép phân tích thành phần của LPG và được trình bày ở Điều D.4.
9 Lấy mẫu
Khí thiên nhiên nén tồn chứa trên phương tiện giao thông đường bộ phải được lấy mẫu tại những điểm và lộ trình thỏa thuận trên cơ sở thực hành tốt được sử dụng cho mục đích áp dụng các phương pháp thử.
Phụ lục A
(Tham khảo)
Hàm lượng propan và butan
Hình A.1 và A.2 trình bày những phần mol tối đa cho phép của propan (xem SAE J 1616) và butan biểu thị là phần trăm tương ứng với 1 % thể tích khí ban đầu là thể tích ngưng tụ chất lỏng đối với các nhiệt độ môi trường thấp khác nhau và các điều kiện áp suất tồn chứa khí trong trường hợp xấu nhất. Nên so sánh lượng propan và butan với các điều kiện khí hậu trong đó phương tiện giao thông đường bộ sẽ vận hành.
CHÚ DẪN
X nhiệt độ, °C
Y phần mol, %
Hình 1 – Hàm lượng propan tối đa (dải áp suất: 6 MPa đến 10 MPa)
CHÚ DẪN
X nhiệt độ, °C
Y phần mol, %
Hình 2 – Hàm lượng butan tối đa (dải áp suất: 6 MPa đến 10 MPa)
Phụ lục B
(Tham khảo)
Dải chỉ số Wobber
Một số quốc gia, nhất là ở châu Âu, vận hành trong các dải chỉ số Wobber đã được xác định rõ ràng trong các hệ thống phân phối địa phương của họ. Cội nguồn của những vấn đề này là từ các tiêu chuẩn thiết bị, dụng cụ chứng nhận và như sau:
- a) Các dải chỉ số Wobber cho trong Bảng B.1 được lấy từ Quy phạm thực hành Đức DVGW G 260/I
Bảng B.1 – Dãy chỉ số Wobber a được lấy từ Quy phạm thực hành Đức DVGW G 260/I
| Chỉ tiêu | Viết tắt | Đơn vị | Nhóm L | Nhóm H |
| Tỷ khối | d | 0,55 đến 0,70 | ||
| Nhiệt trị toàn phần | HS,n | kWh/m3 | 8,4 đến 13,1 | |
| MJ/m3 | 30,2 đến 47,2 | |||
| Chỉ số Wobber | WS,n | |||
| Toàn bộ dải | kWh/m3 | 10,5 đến 13,0 | 12,8 đến 15,7 | |
| MJ/m3 | 37,8 đến 46,8 | 46,1 đến 56,5 | ||
| Giá trị danh định | kWh/m3 | 12,4 | 15,0 | |
| MJ/m3 | 44,6 | 54,0 | ||
| Dải dao động trong khu vực cung cấp địa phương | kWh/m3 | + 0,6 | + 0,7 | |
| – 1,2 | -1,4 | |||
| a Các điều kiện: Tn = 273,15 K; pn = 101,325 kPa | ||||
- b) Các dải chỉ số Wobber nêu trong Bảng B.2 được lấy từ tiêu chuẩn chứng nhận EN 437:1993 cho các thiết bị, dụng cụ;
Bảng B.2 – Dải chỉ số Wobber a được lấy từ tiêu chuẩn chứng nhận EN 437:1993 cho các thiết bị, dụng cụ
| Họ thứ hai – Khí thiên nhiên | |
| Nhóm | Dải chỉ số Wobber |
| WS | |
| MJ/m3 | |
| L | 39,1 đến 44,8 |
| LL | 34,4 đến 44,8 |
| El | 40,9 đến 44,8 |
| E | 40,9 đến 54,7 |
| ES | 44,8 đến 54,7 |
| H | 45,6 đến 54,7 |
| a Các điều kiện; Tsrc = 288,15 K; psrc = 101,325 kPa | |
- c) Ở Bắc Mỹ, không có các tiêu chuẩn như vậy, mặc dù các hệ thống phân phối địa phương riêng lẻ cố gắng duy trì chỉ số Wobber ít nhiều đồng nhất trong hệ thống của họ; dải chiếm ưu thế từ 48,5 MJ/m3 đến 52,2 MJ/m3, nhưng các thể tích quan trọng nằm trong dải từ 44,7 MJ/m3 đến 46,6 MJ/m3.
Những vùng khác trên thế giới có thể có các dải chỉ số Wobber khác với việc sản xuất địa phương thường ở trong dải chiếm ưu thế ở trên hoặc ở dưới.
Phụ lục C
(Tham khảo)
Tiếng gõ động cơ
C.1 Tổng quan
Ảnh hưởng nhiệt của động cơ đánh lửa tiêu chuẩn tăng với tỷ số nén. Tuy nhiên, có một giới hạn trên đối với tỷ số nén là vì, hỗn hợp bị nén trong xylanh gồm hơi nhiên liệu và không khí. Nhiệt độ của hỗn hợp cháy tăng khí nén, và nếu tỷ số nén cao quá, có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ. Điều kiện này thông thường được biết nhiều là “sự kích nổ” và có thể dẫn đến thất thoát năng lượng nghiêm trọng và làm hỏng động cơ. Để đáp ứng nhiều hơn các quy định về phương tiện giao thông đường bộ và phát thải, các động cơ được tối ưu có xu hướng vận hành gần với năng lượng giới hạn kích nổ, và sự thay đổi về thành phần nhiên liệu dẫn đến sự thay đổi độ chống kích nổ của nhiên liệu, có thể gây ra các vấn đề vận hành.
Nhiều hiện tượng được quan tâm và bản chất của vấn đề là phức tạp. Trong điều kiện đơn giản, gõ động cơ hoặc kích nổ có thể được giải thích như sau.
Trong các điều kiện bình thường, sự cháy bắt đầu gần với bugi đánh lửa, sau một khoảng trễ ngắn tiếp theo tạo thành tia lửa, và ngọn lửa truyền đến hỗn hợp với tốc độ nhanh, nhưng hạn chế. Năng lượng được giải phóng bởi tia lửa là nhỏ và nó bắt đầu một phản ứng không ngọn lửa chậm tương đối.
Tiếp theo năng lượng thêm được giải phóng với một tốc độ gia tăng bởi phản ứng cho đến khi ngọn lửa thích hợp xuất hiện phía trước.
Tiếng gõ cháy xuất hiện khi sự gia tăng áp suất trở nên không kiểm soát và lan truyền gần với tốc độ của âm thanh. Điều này luôn luôn xảy ra về phía cuối của quá trình đốt cháy khi phần không cháy của hỗn hợp không khí-nhiên liệu, được biết như là “khí cuối”, đã bị nén cao và tại nhiệt độ cao. Gõ xảy ra tại các đỉnh áp suất cao, so sánh với đốt cháy bình thường, có thể gây hư piston, các bộ phận kín và đỉnh xy lanh.
Cần làm chậm sự bắt cháy nhằm loại trừ tiếng gõ cháy, vì chúng có thể gây ra các vấn đề có nhiệt độ khí phát thải cao. Do vậy cần thiết phải phát hiện và tránh tiếng gõ.
Nguy hại của tiếng gõ cháy trong động cơ nạp nhiên liệu xăng thường được giảm thiểu khi sử dụng các phụ gia nhiên liệu, hoặc sử dụng nhiên liệu có độ chống gõ được cải thiện.
Một vài nhiên liệu xăng cho phép sử dụng các tỷ số nén cao hơn những loại khác, phụ thuộc vào phụ gia để khử độ gõ.
C.2 Trị số gõ
Để đo xu hướng kích nổ hoặc gõ của nhiên liệu, có một phương pháp là so sánh tính năng của nhiên liệu với tính năng của hỗn hợp heptan – octan trong động cơ có tỷ số nén thay đổi được. n-Heptan có khả năng gây ra tiếng gõ tại các tỷ số nén thấp, trong khi iso-octan gây ra gõ tại các tỷ số cao hơn nhiều; các hỗn hợp khác nhau của hai loại đưa ra thang “trị số octan” liên tục, từ 0 đến 100.
Khi thử một nhiên liệu cụ thể, người ta gia tăng tỷ số nén của động cơ đặc biệt cho đến khi nhiên liệu đạt tiếng gõ thử nghiệm, và phần trăm cao nhất của octan trong hỗn hợp heptan-octan tạo ra tiếng gõ tại cùng tỷ số nén được gọi là trị số octan hoặc chỉ số gõ của nhiên liệu. Hai quy trình khác nhau được sử dụng trên thế giới: phương pháp nghiên cứu tạo ra trị số octan nghiên cứu (RON) ISO 5164 và phương pháp motor cho trị số octan motor (MON) ISO 5163. Các giá trị MON thấp hơn các trị số RON.
Phụ lục D
(tham khảo)
Trị số metan và trị số octan
D.1 Thang trị số metan
Thành phần của khí thiên nhiên thay đổi theo cả vị trí địa lý và thời gian. Các mức của metan và các hydrocacbon nặng hơn trong khí thiên nhiên là quan trọng đặc biệt vì chúng có ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ đánh lửa sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, đặc biệt chống gõ.
Metan, thành phần chính của khí thiên nhiên, có độ chống gõ rất cao. Khí thiên nhiên, tuy nhiên, cũng chứa những lượng hydrocacbon nặng hơn, như etan, propan và butan, có độ chống gõ thấp hơn. Khí thiên nhiên cũng có thể chứa các chất trơ, làm tăng độ chống gõ.
Độ chống gõ của các nhiên liệu lỏng thông thường được đo bằng thang octan, như đã thảo luận trong Phụ lục C, và được sử dụng để đánh giá nhiên liệu như xăng. Thang đo octan có thể được mở rộng quá 100 bằng cách cộng những lượng gia tăng của tetraetyl chì vào nhiên liệu hiệu chuẩn để cho những hỗn hợp có chỉ số octan khoảng 120. Thang octan không phù hợp để đánh giá nhiên liệu khí thiên nhiên, điển hình có trị số octan tương đương lớn hơn 120.
Để khắc phục vấn đề này, thang trị số metan đã được xây dựng. Thang này sử dụng metan tinh khiết làm nhiên liệu chuẩn chống-gõ, và hydro làm nhiên liệu chuẩn nhạy-gõ. Điều này đưa ra một thang đo phù hợp với nhiên liệu khí thiên nhiên vì sự bổ sung hydrocacbon khác nào đó vào metan sẽ làm cho trị số metan thấp hơn.
D.2 Phương pháp GRI
D.2.1 Tổng quan
Một nghiên cứu được tài trợ bởi Viện nghiên cứu khí (GRI) đã được thực hiện tại Viện nghiên cứu Tây Nam (SWRI) áp dụng phương pháp đánh giá octan ASTM đối với những nhiên liệu khí thiên nhiên khác nhau để đo MON. Dữ liệu này được nêu trong báo cáo GRI (xem tài liệu tham khảo [3]) và báo cáo SAE kèm theo (xem tài liệu tham khảo [4]). Công trình này chỉ ra rằng metan tinh khiết có MON khoảng 140. Hầu hết các khí thiên nhiên có MON nằm trong dải 115-113, trong khi chiều cao khí cắt-đỉnh trong propan (17 % đến 25 %) có các chỉ số MON từ 100 đến 105. Propan tinh khiết có chỉ số MON từ 96 đến 97.
Hai tương quan toán học có thể được sử dụng để ước tính chỉ số MON của nhiên liệu khí thiên nhiên được xây dựng và bao trùm hầu hết các nhiên liệu thông thường. Cả hai phương trình đưa ra những điểm dữ liệu thực nghiệm rất thích hợp.
D.2.2 Tương quan hệ số tuyến tính
MON = (137,78xmetan) + (29,948xetan) + (-18,193xpropan) + (-167,062xbutan) + (181,233xCO2) + (26,994xN2)
trong đó
x là phần mol của các cấu tử tương ứng với metan, etan, propan, butan, CO2 và N2.
D.2.3 Tương quan tỷ lệ hydro/cacbon
MON = -406,14 + (508,04 x fH/c) – [173,55 x (fH/C))2] + [20,17 x (fH/c))3]
Trong đó
fH/C là tỷ lệ của các nguyên tử hydro với các nguyên tử cacbon.
D.2.4 Mối tương quan giữa MON và MN
Phương trình thứ ba cũng đã được xây dựng từ dữ liệu đã đo, và đưa ra mối tương quan hợp lý giữa MON và trị số metan (MN)
CHÚ THÍCH: Mối tương quan là không hoàn toàn tuyến tính, và kết quả là các phương trình không chuyển đổi đúng với nhau.
MON = 0,679 x (MN) + 72,3
và MN = 1,445 x (MON) – 103,42
D.3 Phương pháp chuẩn AVL
Trong phương pháp chuẩn của Anstalt fur Verbrennungsmotoren Prof. Dr. List (AVL) để xác định trị số metan cùng động cơ đã được Ủy ban nghiên cứu nhiên liệu (CFR) động cơ sử dụng như mô tả trong ASTM D 2699-97.
Các hỗn hợp bậc hai và bậc ba được nghiên cứu và mô hình tính toán được giải thích trong tài liệu tham khảo [5] của thư mục tài liệu tham khảo.
Bốn ví dụ được nêu trong Bảng D.1.
Bảng D.1 – Trị số metan
Tính bằng phần mol (%)
| Cấu tử | Khí thiên nhiên | |||
| A | B | C | D | |
| % N2 | 0,63 | 3,62 | 11,13 | 0,81 |
| % CO2 | 0,00 | 1,59 | 1,28 | 0,08 |
| % C1 | 88,58 | 87,48 | 82,90 | 98,31 |
| % C2 | 8,37 | 5,40 | 3,68 | 0,05 |
| % C3 | 1,73 | 1,31 | 0,67 | 0,19 |
| % C4+ | 0,69 | 0,60 | 0,34 | 0,56 |
| Trị số metan | 73,18 | 76,20 | 86,18 | 95,00 |
D.4 Phương pháp EN 589 để xác định trị số octan motor
Phụ lục B của EN 589:1999 mô tả phương pháp tính trị số octan motor từ phép phân tích thành phần của LPG sử dụng sắc ký khí. Trị số octan motor của mẫu được tính từ các hệ số octan motor riêng phần của các thành phần và nồng độ của chúng được xác định từ phép phân tích.
Phần mol của mỗi thành phần vượt quá 0,1 phần mol (%) trong mẫu khí được xác định khi sử dụng phương pháp mô tả trong ISO 7941:1988.
Trị số octan motor riêng phần đối với từng cấu tử trong hỗn hợp được tính như sau:
Trị số octan riêng phần = M x C
Trong đó
M là hệ số trị số octan motor của một cấu tử cụ thể (xem Bảng D.2);
C là phần mol của cấu tử trong hỗn hợp.
Tổng của tất cả các trị số octan motor riêng phần được xác định đối với các thành phần có trong mẫu sau đó được báo cáo là trị số motor LPG của mẫu, được làm tròn chính xác đến 0,1.
Bảng D.2 – Các giá trị thực nghiệm của các hệ số trị số octan motor
| Thành phần | Hệ số trị số octan motor
M |
| Propan (+ C2) | 95,4 |
| Propen | 83,9 |
| Butan (+ C5) | 89,0 |
| 2-Metylpropan (iso-butan) | 97,2 |
| Buten | 75,8 |
| CHÚ THÍCH: Các hệ số trị số octan motor ở trên là các giá trị thực nghiệm chỉ có thể áp dụng cho quy trình tính toán của phương pháp được mô tả trong Phụ lục B của EN 589:1999. | |
Phụ lục E
(tham khảo)
Hàm lượng nước của khí thiên nhiên
Nồng độ hơi nước trong hỗn hợp khí (còn gọi là độ ẩm tuyệt đối) là hàm của áp suất hơi của nước và nhiệt độ của hỗn hợp. Ngoài ra, nồng độ hơi nước còn bị ảnh hưởng bởi:
- a) ảnh hưởng điểm: ảnh hưởng của áp suất hệ thống lên áp suất hơi nước;
- b) ảnh hưởng độ tan: ảnh hưởng của sự trao đổi năng lượng giữa các phân tử;
- c) thành phần: điều này có ảnh hưởng nhỏ trong thực tế và nói chung là không được để ý đến.
Hình E.1 nêu hàm lượng nước của các khí thiên nhiên được bão hòa bởi nước đối với các giá trị thay đổi của nhiệt độ và áp suất (xem tài liệu tham khảo [23] trong thư mục tài liệu tham khảo).
CHÚ DẪN:
T nhiệt độ, °C
P áp suất tuyệt đối, kPa
A hàm lượng nước của các khí thiên nhiên tính bằng g/m3 (0 °C, 101,325 kPa, khô)
CHÚ THÍCH: Biểu đồ trình bày nhiệt độ điểm sương nước đối với đường hàm lượng nước nhất định ở áp suất xác định. Tại nhiệt độ thấp hơn, sự ngưng tụ của nước sẽ xảy ra trong cùng điều kiện. Ngoài ra, với hàm lượng nước trong khí thiên nhiên nhỏ hơn 0,03 g/m3 là không có vấn đề nếu khí thiên nhiên được nén đến 25000 kPa và nhiệt độ không dưới -13 °C.
VÍ DỤ: Hàm lượng nước 0,8 g/m3, t = 10 °C, p = 1400 kPa
Hình E.1 – Hàm lượng nước của các khí thiên nhiên là hàm của áp suất tuyệt đối p và nhiệt độ t
Thư mục tài liệu tham khảo
[1] ISO 12213-2, Natural gas – Calculation of compression factor – Part 2: Calculation using molar- composition analysis (Khí thiên nhiên – Tính hệ số nén – Phần 2: Cách tính sử dụng phân tích thành phần phân tử) [2] ISO 12213-3, Natural gas – Calculation of compression factor – Part 3: Calculation using physical properties (Khí thiên nhiên – Tính hệ số nén – Phần 3: Cách tính sử dụng tính chất vật lý) [3] KUBESH J. Effect of gas composition on octane number of natural gas fuels. Topical report, GRI-92/0054 (Ảnh hưởng của thành phần khí lên trị số octan của nhiên liệu khí thiên nhiên. Báo cáo GRI-92/0054) [4] KUBESH J. KING S. and LISS W. Effect of gas composition on octane number of fuels. SAE 922359 (Ảnh hưởng của thành phần khí lên trị số octan của các nhiên liệu) [5] CHRISTOPH K., CARTELLIERI W. and PFEIFER U.Bewertung der Klopffestigkeit von Kraftgasen mittels der Methanzahl und deren praktische Anwendung bei Gasmotoren. MTZ 33, 10, 1972 [6] ISO 5163, Petroleum products – Determination of knock characteristics of motor and aviation fuels – Motor method (Sản phẩm dầu mỏ – Xác định các đặc tính gõ của nhiên liệu động cơ và nhiên liệu hàng không – Phương pháp motor) [7] ISO 5164, Petroleum products – Determination of knock characteristics of motor and aviation fuels – Research method (Sản phẩm dầu mỏ – Xác định các đặc tính gõ của nhiên liệu động cơ và nhiên liệu hàng không – Phương pháp nghiên cứu) [8] ISO 794:1988, Commercial propane and butane – Analysis by gas chromatography (Propan và butan thương phẩm – Phân tích bằng sắc ký khí) [9] ISO 10715, Natural gas – Sampling guidelines (Khí thiên nhiên – Hướng dẫn lấy mẫu) [10] ISO 12213-1, Natural gas – Calculation of compression factor – Part 1: Introduction and guidelines (Khí thiên nhiên – Tính hệ số nén – Phần 1: Giới thiệu và hướng dẫn) [11] ISO 13443:1996, Natural gas – Standard reference conditions (Khí thiên nhiên – Các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn) [12] ASTM D 1142-95, Standard test method for water vapor content of gaseous fuels by measurement of dew-point temperature (Tiêu chuẩn phương pháp thử đối với hàm lượng hơi nước của nhiên liệu dạng khí bằng phép đo nhiệt độ điểm sương) [13] ASTM D 2699-97, Standard test method for research octane number of spark-ignition engine fuel (Tiêu chuẩn phương pháp thử đối với trị số octan nghiên cứu của nhiên liệu động cơ đánh lửa) [14] ASTM D 2700-97, Standard test method for motor octane number of spark-ignition engine fuel (Tiêu chuẩn phương pháp thử đối với trị số octan motor của nhiên liệu động đánh lửa) [15] EN 437:1994, Test gases – Test pressures – Appliance categories (Khí thử nghiệm – Áp suất thử – Các loại dụng cụ) [16] EN 589:1999, Automotive fuels – LPG – Requirements and test methods (Nhiên liệu động cơ- LPG – Các yêu cầu và phương pháp thử) [17] ANSI AGA/NGV2, Basic requirements for compressed natural gas vehicle (NGV) fuel containers [Các yêu cầu cơ bản đối với bồn chứa nhiên liệu dùng cho phương tiện giao thông sử dụng khí thiên nhiên nén (NGV)] [18] NFPA 52, Compressed natural gas (CNG) vehicular fuel systems code [Quy phạm hệ thống nhiên liệu dùng cho phương tiện giao thông sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG)] [19] GRI report No 92/0158, Proceedings of the gas research institute natural gas vehicle fuel composition workshop, Held February 13, 1992, Rosemont, IL (Báo cáo GRI số 92/0158, Biên bản hội thảo về thành phần nhiên liệu phương tiện giao thông sử dụng khí thiên nhiên của viện nghiên cứu khí) [20] GRI report No 91-1011, 92/0123, Variability of natural gas composition in select major metropolitan areas of the United States, Final report, March 1992 (Báo cáo GRI số 91-1011, 92/0123, Tính biến thiên của thành phần khí trong các vùng đồ thị chính lựa chọn của Hoa Kỳ, báo cáo cuối cùng, tháng 3 năm 1992) [21] GRI Report 92/0150, Effect of gas composition on octane number of natural gas fuels (Báo cáo GRI số 92/0150, Ảnh hưởng của thành phần khí lên trị số octan của nhiên liệu khí thiên nhiên) [22] SAE J 1616, Surface vehicle recommended practice (Thực hành khuyến nghị phương tiện thông bề mặt) [23] Physical properties of natural gas, gasunie, 1988 (Các tính chất vật lý của khí thiên nhiên) [24] TCVN 12049 (ISO 13686), Khí thiên nhiên – Yêu cầu chung về chất lượng [25] ISO 6326-1, Natural gas – Determination of sulfur compounds – Part 1: General introduction (Khí thiên nhiên – Xác định các hợp chất lưu huỳnh – Phần 1: Giới thiệu chung) [26] TCVN 12046-3 (ISO 6326-3), Khí thiên nhiên – Xác định các hợp chất lưu huỳnh – Phần 3: Xác định hydro sulfua, mercaptan lưu huỳnh và cacbonyl sulfua lưu huỳnh bằng phép đo điện thế [27] ISO 6326-4, Natural gas – Determination of sulfur compounds – Part 4: Gas chromatographic method using a flame photometric detector for the determination of hydrogen sulfide, carbonyl sulfide and sulfur-containing odorants (Khí thiên nhiên – Xác định các hợp chất lưu huỳnh – Phần 4: Phương pháp sắc ký khí sử dụng detector quang hóa ngọn lửa để xác định hydro sulfua, cacbonyl sulfua và các chất tạo mùi có chứa lưu huỳnh) [28] ISO 6326-5, Natural gas – Determination of sulfur compounds – Part 5: Lingener combustion method (Khí thiên nhiên – Xác định các hợp chất lưu huỳnh – Phần 5: Phương pháp đốt Lingener) [29] TCVN 12045 (ISO 6327), Phân tích khí -Xác định điểm sương theo nước của khí thiên nhiên – Ẩm kế ngưng tụ bề mặt lạnh [30] ISO 6570-1, Natural gas – Determination of potential hydrocarbon liquid content – Part 1: Principles and general requirements (Khí thiên nhiên – Xác định hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm ẩn – Phần 1: Nguyên tắc và các yêu cầu chung) [31] TCVN 12047 (ISO 6974) (tất cả các phần), Khí thiên nhiên – Xác định thành phần và độ không đảm bảo kèm theo bằng phương pháp sắc ký khí [32] ISO 10101-1, Natural gas – Determination of water by the Karl Fischer method – Part 1: Introduction (Khí thiên nhiên – Xác định nước bằng phương pháp Karl Fischer- Phần 1: Giới thiệu) [33] ISO 10101-2, Natural gas – Determination of water by the Karl Fischer method – Part 2: Titration procedure (Khí thiên nhiên – Xác định nước bằng phương pháp Kart Fischer – Phần 2: Phương pháp chuẩn độ) [34] ISO 10101-3, Natural gas – Determination of water by the Karl Fischer method – Part 3: Coulometric procedure (Khí thiên nhiên – Xác định nước bằng phương pháp Karl Fischer – Phần 3: Phương pháp điện lượng) [35] ISO 11541, Natural gas – Determination of water content at high pressure (Khí thiên nhiên – Xác định hàm lượng nước ở áp suất cao) [36] ISO 13734:1998, Natural gas – Organic sulfur compounds used as odorants – Requirements and test methods (Khí thiên nhiên – Các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ được sử dụng làm chất tạo mùi – Các yêu cầu và phương pháp thử) [37] ISO 14532, Natural gas – Vocabulary (Khí thiên nhiên – Từ vựng)LPG = khí dầu mỏ hóa lỏng