Tiêu chuẩn TCVN 12051-1:2017 Yêu cầu chất lượng với khí thiên nhiên làm nhiên liệu phương tiện giao thông

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;

T_crc nhiệt độ của các điều kiện cháy chuẩn;

p_crc áp suất của các điều kiện cháy chuẩn;

V(p_mrc, T_mrc) 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 ρ_g với khối lượng riêng của không khí khô có thành phần tiêu chuẩn ρ_a tại cùng các điều kiện chuẩn

(Mời xem tiếp trong file tải về)