LPG cĩ hơn 1500 ứng dụng được chia làm 5 khu vực thị trường chính:
- Dân dụng và thương nghiệp: Nấu ăn, nấu nước nĩng, sưởi ấm, đèn gas… trong các hộ dân, các cửa hàng ăn uống, các khách sạn…
- Cơng nghiệp và nơng nghiệp: Sấy thực phẩm, nung gốm sứ, ấp trứng, hàn cắt, thanh trùng dụng cụ y tế…
- Ơ tơ: LPG được biết như là loại nhiên liệu thay thế cho diesel và xăng. Vì thế, hiện nay đã cĩ nhiều xe sử dụng LPG như là nguồn nhiên liệu cung cấp năng lượng cho động cơ. Trong thực tế việc sử dụng LPG thường mang lại cảm giác chạy xe êm hơn, tiếng ồn thấp, đặc biệt trên các xe tải nặng. Tuy nhiên các xe thương mại dùng LPG như một nguồn nhiên liệu hiện nay vẫn chưa được sản xuất.
- Phát điện: Chạy máy phát điện, Turbin.
- Hố dầu: Sản xuất ethetylen, propylen, butadien cho ngành nhựa và đặc biệt là sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số Octan.
2.6 Ƣu, nhƣợc điểm của nhiên liệu LPG 2.6.1 Ƣu điểm
Các thành phần hĩa học của LPG tương đối ít, do đĩ dễ dàng thực hiện việc điều chỉnh đúng tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí để q trình cháy xảy ra hồn tồn. Ưu điểm này đem lại đặc tính cháy sạch cho LPG.
Cả hai Propane và Butane được hĩa lỏng một cách dễ dàng và đựng trong các bình chứa áp suất. Đặc tính này làm cho nhiên liệu cĩ tính cơ động cao, do đĩ cĩ thể vận chuyển dễ dàng trong các bình hoặc các thùng chứa đến người sử dụng.
LPG là chất thay thế tốt cho xăng trong các động cơ xăng. Đặc tính cháy sạch của LPG trong một động cơ thích hợp đã làm giảm bớt lượng khí thải, kéo dài tuổi thọ của dầu bơi trơn và bugi đánh lửa.
Các đặc tính cháy sạch và dễ vận chuyển của LPG cung cấp một chất thay thế cho các nhiên liệu bản xứ chẳng hạn như gỗ, than đá và các chất hữu cơ khác. Đây là giải pháp tốt để hạn chế nạn phá rừng và làm giảm các chất thải rắn (PM) nguy hiểm vào bầu khí quyển được gây ra bởi việc đốt cháy các nhiên liệu bản xứ.
Thay thế cho chất nổ và chất làm lạnh (fluorocarbons), giúp hạn chế nguyên nhân gây phá hủy tầng ozone của trái đất.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 26 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
2.6.2 Nhƣợc điểm
Do hơi LPG cĩ tỷ trọng với khơng khí lớn hơn 1, tỷ trọng LPG nhẹ hơn so với nước, Butane từ 0,55 – 0,58 lần, Propane từ 0,5 – 0,53 lần.
Ở thể hơi (gas) trong mơi trường khơng khí với áp suất bằng áp suất khí quyển, gas nặng hơn so với khơng khí, Butane 2,07 lần, Propane 1,55 lần, nên khi thốt ra ngồi sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín giĩ, những nơi trũng,… Thậm chí mặt nước dễ gây cháy nổ.
Màu sắc: LPG ở trạng thái nguyên chất khơng màu, khơng mùi nên khĩ nhận biết sự cĩ mặt của nĩ (khắc phục nhược điểm này LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất định để cĩ mùi đặc trưng nên cĩ thể nhận biết bằng khứu giác). LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ. Đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất.
LPG tồn tại ở nhiệt độ thường với áp suất khá cao nên cần phải được bảo quản ở nơi cĩ áp suất cao. Vì vậy địi hỏi thiết bị chứa phải cĩ độ bền cao.
2.7 An tồn trong quá trình sử dụng và tồn trữ LPG 2.7.1 Một số an tồn trong tồn trữ và sử dụng LPG 2.7.1 Một số an tồn trong tồn trữ và sử dụng LPG
Quá trình cháy của LPG sinh ra cacbon dioxit (CO2) và hơi nước, nhưng phải cĩ đủ khơng khí. Nếu hỗn hợp thiếu khơng khí, trong khi cháy cĩ thể sinh ra khí độc là cacbon monoxit(CO).
Mỗi người cĩ liên quan đến việc tồn trữ và sử dụng LPG nên quan tâm đến các đặc tính và các mối nguy hiểm tiềm ẩn sau:
- LPG được tích trữ ở thể lỏng dưới áp suất nhất định. LPG gần như khơng màu
và trọng lượng của nĩ thì xấp xỉ phân nửa một thể tích tương đương của nước.
- Hơi LPG thì dày đặc hơn khơng khí: Butan thì nặng vào khoảng hai lần khơng
khí và propan nặng khoảng 1.5 lần khơng khí. Vì vậy hơi LPG cĩ thể bay gần sát mặt đất và đi vào các đường cống rãnh, đầm lầy đến các nơi thấp nhất của mơi trường xung quanh và bị đốt cháy ở khoảng cách xa từ nơi rị rỉ. Trong khơng khí yên tĩnh, hơi LPG sẽ phân tán rất chậm.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 27 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
Phạm vi cĩ khả năng gây cháy ở áp suất và nhiệt độ xung quanh trải rộng từ giới hạn thấp nhất vào khoảng 2% hơi LPG trong khơng khí và giới hạn cao nhất là 10% hơi LPG trong khơng khí. Trong phạm vi này cĩ nguy hiểm của sự mồi lửa. Bên ngồi phạm vi này hỗn hợp là quá nghèo hoặc quá giàu để truyền ngọn lửa. Tuy nhiên, các hỗn hợp quá giàu cĩ thể trở nên nguy hiểm khi được làm nghèo đi với khơng khí và cũng sẽ cháy tại bề mặt với khơng khí. Ở áp suất cao hơn áp suất khí trời, giới hạn trên của khả năng gây cháy được gia tăng, nhưng sự gia tăng này với áp suất khơng phải là tuyến tính.
- Ngay cả rị rỉ một lượng nhỏ của LPG cĩ thể tạo nên thể tích lớn của hỗn hợp hơi LPG và khơng khí, do đĩ gây nên nguy hiểm đáng kể. Một máy đo hơi nổ thích hợp cĩ thể được sử dụng để kiểm tra sự tập trung của LPG trong khơng khí.
- Ở mức độ tập trung rất cao trong khơng khí, hơi LPG gây mê và sau đĩ gây ngạt do làm loảng hoặc giảm sự cĩ mặt của oxy.
- LPG thương mại thơng thường được tạo mùi trước khi phân phối bằng cách thêm vào một chất tạo mùi, chẳng hạn như ethyl mercaptan hoặc dimethyl sulphit, để cĩ thể tìm ra bằng mùi của khí ở mức tập trung thấp đến 1/5 giới hạn thấp hơn cĩ khả năng gây cháy (cĩ nghĩa là khoảng 0,4 % khí LPG trong khơng khí).
- Ngồi cách nhận biết bằng mùi, sự rị rỉ của LPG cĩ thể nhận thấy rõ bằng cách khác. Khi chất lỏng bốc hơi, sự làm mát tác động vào mơi trường khơng khí xung quanh gây nên sự ngưng tụ và đơng cứng của hơi nước trong khơng khí. Tác động này cho thấy cĩ sự đĩng băng tại điểm xảy ra rị rỉ LPG, qua đĩ ta cĩ thể dễ dàng phát hiện và xử lý. Ngồi ra, chỉ số khúc xạ của LPG khác so với khơng khí, đơi khi sự rị rỉ LPG cĩ thể được nhìn thấy như ánh sáng mờ mờ (shimmering).
- Vì sự bay hơi nhanh và liên tục làm giảm nhiệt độ, một phần nhỏ chất lỏng LPG cĩ thể gây nên vết bỏng lạnh nghiêm trọng nếu để tiếp xúc với da. Trang thiết bị bảo vệ cá nhân (ví dụ như bảo vệ tay và mắt) nên được mang vào nếu những nguy hiểm này cĩ thể xảy ra.
Một cái bình rổng, nhưng trước đĩ đã chứa LPG cĩ thể vẫn cịn LPG tồn tại ở thể hơi và do đĩ cĩ những nguy hiểm tiềm ẩn. Áp suất bên trong bình này xấp xỉ áp suất khí trời. Nếu một cái van đang rị rỉ hoặc để ở trạng thái mở, khơng khí cĩ thể khuếch tán vào trong bình chứa tạo thành một hỗn hợp cĩ khả năng gây cháy và nổ rất nguy hiểm.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 28 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
2.7.2 Một số đặc tính của Gas cĩ liên quan tới cơng tác PCCC
hí đốt hĩa lỏng là sản phẩm thu được từ quá trình chế biến dầu mỏ, thành phần của nĩ bao gồm hỗn hợp của nhiều hydrocacbon parafin mà chủ yếu là propan và butan. Tỷ lệ của propan và butan trong thành phần khí đốt hĩa lỏng phụ thuộc vào mỗi hãng sản xuất (Petrolimex , Sell, Total, Thăng Long ...). Ví dụ như đối với LPG của Petrolimex cĩ những đặc điểm sau:
- Về thể tích: Tỷ lệ propan và butan là từ 30/70 đến 50/50. - Về trạng thái tồn tại:
+ LPG ở thể lỏng và hơi đều khơng màu, khơng mùi. Vì lý do an tồn nên LPG
được pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện rị rỉ. Thơng thường LPG thương mại được pha thêm chất tạo mùi EtylMecaptan để cĩ mùi đặc trưng, khí này hịa tan tốt trong LPG, khơng độc, khơng ăn mịn kim loại và cĩ tốc độ bay hơi gần LPG nên nồng độ trong LPG khơng đổi cho đến khi bình chứa được sử dụng hết. Theo các tiêu chuẩn an tồn, nồng độ pha chế tạo mùi phải thích hợp để chúng ta cĩ thể phát hiện được hơi gas rị rỉ khi đạt nồng độ bằng 1/5 lần giới hạn nồng độ bốc cháy thấp.
+ Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, LGP tồn tại ở trạng thái khí. Tuy nhiên, do LPG cĩ tỷ số dãn nở thể tích lớn nên để thuận tiện và kinh tế trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng, LPG thường được hĩa lỏng bằng cách n n vào các bình chứa chịu áp lực ở nhiệt độ thường hoặc làm lạnh để hĩa lỏng ở nhiệt độ thấp.
- Nhiệt độ sơi:
+ Nhiệt độ sơi của khí đốt hĩa lỏng thấp.
+ Ở áp suất khí quyển: Propan sơi ở -42 độ C và Butan ở -0,5 độ C.
+ Do đĩ ở nhiệt độ và áp suất thường LPG bay dữ dội dẫn đến nguy cơ tạo thành vùng rộng lớn nếu bị thốt ra ngồi mơi trường khi thiết bị chứa khơng kín hoặc bị rị rỉ.
- Tính giãn nở:
+ Sự dãn nở nhiệt của LPG lớn (gấp 15 - 20 lần của nước, và lớn gấp nhiều lần so với các sản phẩm dầu mỏ khác).
+ Dẫn đến bình chứa, bồn chứa LPG chỉ chứa đến 80-85% dung dịch để LPG cĩ thể dãn nở mà khơng phá hủy thiết bị chứa khi nhiệt độ tăng.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 29 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
Chú thích:
1. Van đầu bình.
2. Quai tay xách (vịng cổ bình) cĩ dập chữ nổi “PV GAS-S” hoặc “PV GAS”. 3. Thân bình cĩ dập chữ nổi “PV GAS-S” hoặc “PV GAS”.
4. Chân đế.
2.8 So sánh tính năng của LPG với các loại nhiên liệu khác
Sản lượng khí dầu mỏ hĩa lỏng trên thế giới đạt 130 triệu tấn trong năm 1995 và trong năm 2000 con số này tăng lên đến trên 200 triệu tấn. Khí dầu mỏ hĩa lỏng đã được phát triển và thương mại hĩa từ những năm 1950. Trước đây, chúng được dùng chủ yếu cho cơng nghiệp và sinh nhiệt gia dụng. Việc nghiên cứu sử dụng LPG trên phương tiện giao thơng vận tải mới được tiến hành trong những thập niên gần đây. Để gĩp phần làm giảm ơ nhiễm mơi trường khơng khí, một số nước đã áp dụng chính sách thuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn như Hà lan, Ý, Hàn quốc…
Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợp được hịa trộn tốt. Mặt khác LPG ở thể khí trong điều kiện khí trời nên khơng cĩ lớp nhiên liệu lỏng ngưng tụ trên thành xy lanh hay thành đường ống nạp do đĩ giảm thành phần các chất khí chưa cháy trong khí thải động cơ. Thực nghiệm cho thấy ơ tơ chạy bằng LPG dễ dàng thỏa mãn những tiêu chuẩn khắt khe nhất của luật mơi trường hiện nay. Trong điều kiện hoạt động bình thường, ơtơ LPG cĩ mức độ phát ơ nhiễm giảm 80% đối với CO, 55% đối
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 30 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
với HC và 85% đối với NOx so với động cơ xăng cùng cỡ. Ngồi ra, sử dụng nhiên liệu LPG cũng gĩp phần làm đa dạng hĩa nguồn năng lượng sử dụng cho giao thơng vận tải.
Do LPG cĩ các đặc tính kỹ thuật như cĩ tính chống kích nổ cao, khơng cĩ chì nên sản phẩm cháy khơng cĩ muội than, khơng cĩ hiện tượng đĩng màng nên động cơ làm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mịn xy lanh, piston, x c măng, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ.
Biểu đồ 2.1 So sánh khí thải giữa LPG, xăng diesel
Qua các nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy của động cơ sử dụng LPG, từ các kết quả thực nghiệm các nhà nghiên cứu đã rút ra được những kết luận sau:
- Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG - khơng khí lớn hơn tốc độ cháy của hỗn hợp xăng - khơng khí và phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Do đĩ cần điều chỉnh lại gĩc đánh lửa sớm khi chuyển động cơ xăng sang LPG.
- Hỗn hợp LPG - khơng khí cĩ thể cháy ổn định ở giới hạn dưới của độ đậm đặc. Vì vậy cĩ thể thiết kế động cơ làm việc với hỗn hợp lỗng để nâng cao tính kinh tế và giảm ơ nhiễm mơi trường.
2.9 Kết luận
Ta cĩ thể thấy rằng việc sử dụng khí LPG làm nhiên liệu cĩ nhiều ưu điểm hơn so với các loại khí khác.
Nguồn khí LPG cĩ sẵn tại các mỏ dầu Việt Nam với trữ lượng lớn và khả năng sản suất LPG lớn (nhà máy khí Dinh Cố 300.000 tấn/năm).
Áp suất sử dụng thấp hơn (20 bars). Trong khi các loại khí khác địi hỏi một áp suất rất cao, do đĩ cần phải dùng các thiết bị n n khí đặc biệt, tốn kém.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 31 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
chúng ta phải cĩ bình chứa chắc chắn, dày và cĩ các bộ phận an tồn khác. Nếu khơng đảm bảo cĩ thể dẫn đến hậu quả như: khí bắt nhiệt gây cháy hay nổ bình, lượng khí cĩ thể thốt ra ngồi gây độc hại hay nếu thành bình khơng đủ dày cĩ thể gây nổ. Do LPG ở áp suất thấp hơn nên việc sản xuất và sử dụng đơn giản, cấu tạo bình chứa đơn giản và rẻ tiền hơn.
Các động cơ sử dụng nhiên liệu LPG ở dạng khí nên khơng làm lỗng lớp màng dầu nhờn bơi trơn trên bề mặt tiếp xúc của các cặp chi tiết làm việc như piston – xy lanh, trục khuỷu – thanh truyền, làm tăng hiệu quả bơi trơn, tăng thời gian sử dụng dầu nhờn đồng thời cũng làm tăng tuổi thọ của động cơ lên gấp 2 – 2,5 lần so với động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng.
SVTH: Lê Huỳnh, Hồi Linh, 32 GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Đức Trung Anh Kiệt,Phi Bằng, Đăng Huân
CHƢƠNG 3
ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP (DUAL FUEL) DIESEL - LPG
3.1 Các phƣơng án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí LPG
3.1.1 Động cơ xăng
Cải tiến chuyển sang dùng khí thiên nhiên: - Thay bộ chế hồ khí.
- Giữ nguyên hệ thống đánh lửa. - Tăng tỉ số nén.
Tỉ số nén là một trong những thơng số động lực học quan trọng, nĩ ảnh hưởng rất nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế và cơng suất động cơ.
Đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức, giới hạn trên của tỉ số n n được quy định bởi hiện tượng kích nổ và nĩ phụ thuộc vào tính chất chống kích nổ của nhiên liệu mà đặc trưng là hằng số Octan. Trong những điều kiện như nhau nhiên liệu cĩ trị số Octan càng lớn thì tỉ số nén chọn cho đơng cơ cĩ thể càng cao.
Do nhiên liệu LPG cĩ chỉ số Octan cao hơn xăng, vì vậy khi chuyển động cơ xăng sang