در این مقاله سعی می شود ابتدا تاریخچه جایگاه های سوخت گیری CNG در جهان و ایران بیان شود و در ادامه، مشخصات فنی تجهیزات به کار رفته در جایگاه های سوخت گیری CNG مورد بررسی قرار گیرد. 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. 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. انواع جایگاه سوخت گیری CNG: نوع تجهیزات جایگاه های سوخت گیری، بستگی به زمان لازم برای سوخت گیری خودروها دارد.انواع جایگاه های متداول سوخت گیری CNG را می توان به دو دسته سوخت گیری سریع و سوخت گیری آرام تقسیم بندی کرد. معمولاً هنگامی از جایگاه های سوخت گیری سریع استفاده می شود که زمان سوخت گیری خودروها کم باشد (حدود 3-2 دقیقه برای هر خودرو). جایگاه های سوخت گیری همگانی از نوع خودروهایی که به صورت هم زمان می توانند در این جایگاه سوخت گیری کنند زیاد است. در این نوه جایگاه ها، گاز از لوله های اصلی بعد از اندازه گیری وارد کمپرسور چند مرحله ای شده و بعد از فشرده شدن در سیلندرهای مربوطه، ذخیره می شود. معمولاً از دو یا سه مجموعه سیلندر به صورت آبشاری (Cascade) استفاده ی شود. سپس گاز متراکم شده از مخازن ذخیره سازی به توزیع کننده ها فرستاده می شود و از طریق نازل های سوخت گیری به خودرو تزریق می شود. برای سوخت گیری، سیلندرهای خودرو ابتدا به سیلندرهای ذخیره فشار پایین، سپس به سیلندرهای ذخیره فشار متوسط و در انتها به سیلندرهای ذخیره فشار بالا متصل می شوند. کنترل عملیات سوخت گیری توسط Priority Panel انجام می شود و بعد از سوخت گیری، گازهای موجود در شیلنگ های انعطاف پذیر به محیط اطراف یا به مخازن Blow Down تخلیه می شوند. 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. تاریخچه جایگاه های سوخت گیری در جهان 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. فشار ورودی این جایگاه (Psi 5) Bar 34/0 می باشد که در طی چهار مرحله گاز را متراکم ساخته و به فشار (Psi3000) Bar 200 می رساند. در جایگاه مزبور روزانه حدود 340 خودرو از طریق 10 توزیع کننده سوخت گیری می کنند. قیمت فروش گازطبیعی به خودروها برای هر نوبت سوخت گیری که معادل حدود 10 مترمکعب گاز می باشد. مبلغ 550 ریال است که مبلغ 36000 ریال نیز بابت هزینه اشتراک سالیانه از رانندگان دریافت می شود. بازرسی های مربوطه به عملکرد کمپرسورها به صورت ابتدایی و تنها هنگام بروز اشکال و نیاز تعمیراتی انجام می شود و اصولاً برنامه ریزی تعمیر و نگهداری و همچنین بازرسی ادواری وجود نداشته است. به علت قدیمی بودن تجهیزات کمپرسورها، نیازهای قطعات یدکی مربوطه به صورت عموماً محلی و با شگردهای تعمیراتی برآورده می شود تا کمپرسورها در مسیر بهره برداری قرار گیرند. لازم به توضیح است که گنجایش ظرفیت مخازن خودروهایی که با گازطبیعی سوخت گیری می کنند بین 10 تا 12 مترمکعب است که نیاز سوخت خودرو را تا مسافت حدود 90 تا 100 کیلومتر تامین می کند. جایگاه های شهر مشهد شهر مشهد دارای دو جایگاه گازطبیعی فشرده می باشد. گویا انگیزه اصلی برای احداث این جایگاه ها، بر اساس طرح شرکت ملی گاز و دکتر تقی ابتکار و همکاران وی در دفتر هماهنگی کاربرد گازطبیعی، گازسوز کردن خودروهای شرکت ملی گاز و سوخت رسانی به خودروهای تبدیل شده در مسیر، مشهد-سرخس- نکا بوده است. بدین منظور جایگاه اول در سال 1367 در بلوار آزادی (شمال غربی مشهد) تاسیس شد ولی ادامه طرح به دلیل مشکلات مالی (و یا سیاست گزاری جدید) انجام نشد و از دو پکیج دیگر که به ایران حمل شده بود یکی به شرکت اتوبوسرانی جهت گازرسانی به اتوبوسهای CNG تهران فروخته شد که این شرکت در حال بهره برداری از آن است و دیگری در سال 1373 در محل دوم شهر مشهد نصب شده است. در حال حاضر طبق آخرین آمار در دسترس که در بهار سال 1380 تهیه شده است جمعاً 674 خودرو از ایستگاه های شهر مشهد استفاده می کنند. جایگاه اول، دارای دو کمپرسور ساخت شرکت Nuovo Pignione ایتالیا با ظرفیت 700 مترمکعب در ساعت، جمعاً معادل 1400 مترمکعب در ساعت می باشد. سال ساخت کمپرسورها سال 1987 می باشد. کمپرسورهای مزبور از نوع رفت و برگشتی چهار مرحله ای است. بالا بودن فشار ورودی کمپرسورهای جایگاه مزبور (Psi250)Bar17 باعث عدم به کارگیری گاز در مرحله اول کمپرسور، فشار ورودی می باشد چرا که با بالاتر رفتن فشار ورودی قدرت مورد نیاز جهت متراکم ساختن گاز کاهش می یابد و علاوه بر آن، با بالاتر رفتن فشار ورودی، یکی ازمراحل کمپرسور کاهش یافته و در نتیجه قیمت دستگاه و هزینه تعمیر و نگهداری نیز کمتر خواهد شد. تعداد مخازن جایگاه اول 60 عدد با ظرفیت 80 لیتر و ساخت شرکت Faber ایتالیا می باشد. این جایگاه دارای 6 دستگاه توزیع کننده دو طرفه می باشد ولی در حال حاضر هم به دلیل خلوت بودن جایگاه و هم به دلیل عدم سفارش قطعات یدکی به میزان کافی، تنها 3 دستگاه از توزیع کننده ها فعال می باشند. خرابی این کمپرسورها اکثراً در تعمیرات قطعاتی همچون یاتاقان ها، گشادی سیلندر کمپرسورها، تعمیرات اساسی بر روی اجزای قطعات سرسیلندر، شفت، رینگ ها، بوش، سوپاپ ها، Packing و ... صورت پذیرفته است. جایگاه دوم در میدان تلویزیون (جنب غربی مشهد) واقع است و دارای یک کمپرسور با ظرفیت 700 مترمکعب در ساعت می باشد. تعداد مخازن ذخیره آن 12 عدد با ظرفیت 60 لیتر است که به دلیل پایین بودن ظرفیت مخازن، تعداد دفعات روشن و خاموش شدن کمپرسور زیاد است. جایگاه مزبور دارای 3 توزیع کننده دو طرفه است. جایگاه فوق به علت آنکه به صورت پکیج داخل کانتینر نصب شده، نسبت به جایگاه اول مزایایی مانند کاهش آلودگی صوتی، نصب سریع و فضای اشغالی کم، امکان جابه جایی پکیج و دارا بودن سیستم کنترل و آتش نشانی دارد. از جمله عیب های جایگاه مزبور را می توان عدم وجود مسیر خروجی جداگانه برای خودروها، نداشتن سیستم اندازه گیری گاز و پایین بودن حجم مخازن ذخیره عنوان کرد. بهره برداری از هر دو جایگاه مشهد، مدت دو سال است که با استفاده از قرارداد پیمانکاری به کارمندان بازنشسته شرکت ملی گاز واگذار شده است. قیمت فروش گازطبیعی به خودروها برای هر نوبت سوخت گیری که معادل حدود 10 مترمکعب گاز می باشد مبلغ 700 ریال است که مبلغ 5000 ریال نیز بابت هزینه اشتراک سالیانه از رانندگان دریافت می شود. ظرفیت کلیه مخازن CNG خودروهای مشهد نیز مانند خودروهای شهر شیراز بین 10 تا 12 مترمکعب می باشد. تجهیزات ایستگاه: به طور کلی یک جایگاه سوخت گیری CNG معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است: سیستم خشک کن گاز (Dryer)، مخازن Blow Down، مجموعه کمپرسور همراه موتور محرک گازسوز یا موتور الکتریکی، مخازن ذخیره سازی CNG، توزیع کننده های سوخت، مجموعه لوله کشی، شیرها و سیستم های کنترل. البته لزوماً همه جایگاه های CNG دارای همه این اجزا نبوده و بسته به نوع طرح، بعضی از قسمت ها ممکن است حذف شوند و اجزای دیگر جایگزین آنها شوند. در اینجا اشاره ای به هر یک از قسمت های بالا می شود. در مورد تجهیزات ورودی و دستگاه های اندازه گیری میزان گاز باید گفت که جایگاه سوخت گیری توسط یک خط لوله به شبکه اصلی گاز رسانی شهر متصل می شود. سپس در صورت نیاز از یک رگلاتور فشار استفاده می شود. وظیفه رگلاتور و تنظیم و کاهش مقدار فشار است. همچنین در این مجموعه از فیلتر گاز و نیز شیرقطع ناگهانی که برای قطع جریان گاز در مواقع اضطراری به کار می رود، استفاده می شود. همچنین از یک دستگاه اندازه گیری جریان گاز- کنتور گاز- برای محاسبه مقدار مصرف گاز و تعیین هزینه مصرف آن استفاده می شود. کمپرسور: کمپرسورهای جایگاه های توزیع CNG برای خودروها، از لحاظ عملکرد و هزینه، یک قسمت مهم و اساسی به حساب می آیند. پارامترهای مشخص کننده قیمت در انتخاب کمپرسورها عبارتند از: ظرفیت، فشار مکش و تخلیه آنها و قدرت مصرفی. معمولاً فشار مکش در ایستگاه های سوخت گیری سریع (عمومی) بین حدود (Psi60) Bar4 تا (Psi300)Bar می باشد که با افزایش فشار مکش تعداد مراحل کاری کمپرسورها کاهش می یابد. این امر باعث کاهش هزینه و پیچیدگی کمپرسور می شود. با افزایش فشار گاز ورودی به کمپرسور، انرژی الکتریکی مصرفی آن نیز کاهش خواهد یافت. فشار خروجی از کمپرسورهای CNG حدود (Psi3600) Bar250 می باشد. دبی خروجی مورد نیاز از کمپرسورها نیز تابعی از تعداد خودروهایی که باید در زمان اوج مصرف سرویس داده شوند. میزان CNG باقی مانده در سیلندرهای CNG، فشار عملکردی و زمان لازم برای سوخت گیری خودروها می باشد. فشار باقی مانده در سیلندرهای CNG نیز تابعی از مسافت پیموده شده توسط خودرو در حد فاصل دو سوخت گیری متوالی می باشد. انتخاب کمپرسور مناسب جایگاه یا بر اساس ظرفیت و مصرف فعلی جایگاه و یا با توجه به طرح های آینده صورت می گیرد. معمولاً مالکین جایگاه CNG ظرفیت و اندازه کمپرسورها را بر اساس احتیاج خود سفارش می دهند و در صورتی که ظرفیت کمپرسور بالاتر انتخاب شود، جایگاه، جوابگوی افزایش مصرف در آینده نیز خواهد بود. کمپرسورهای مورد استفاده در جایگاه های سوخت گیری از نوع رفت و برگشتی می باشد که معمولاً به صورت یکی از شکل های افقی، V، W یا X می باشند. در این نوع کمپرسورها، به منظور کاهش قدرت مورد نیاز و همچنین کاهش دمای گاز خروجی و افزایش جرم گاز ورودی، فرآیند تراکم را در چند مرحله انجام داده و در بین مراحل از خنک کن میانی استفاده می کنند. سیستم خشک کن گاز (Dryer): آب موجود در گازطبیعی به صورت رطوبت و آب معمولی نمی باشد، بلکه به صورت هیدرات و یا بخ متان می باشد که حاوی 10 درصد هیدروکربن و 90 درصد آب است. آب و یا بخار آب جمع شده در سیستم سوخت گیری، باعث بروز خوردگی در آنها به ویژه جداره داخلی سیلندر می شود. هیدرات ها در دمای بالاتری از آب یخ می زنند لذا در بعضی مواقع، تشکیل بلورهای یخ در اریفیس های کوچک می تواند موجب انسداد قسمتی و یا تمام خطوط عبور CNG شود. سیستم خشک کن گاز برای اطمینان از اینکه به علت سرمایش ناشی از پایین بودن دمای محیط در مخازن و یا قطعات سیستم، در آنها آب جمع نشود، ضروری می باشد. با توجه به تنوع مناطق آب و هوایی و تفاوت حداقل دما در آنها، مقدار مجاز آب متفاوت است. حداکثر مقدار مجاز آب در استاندارد خط لوله گازطبیعی mg/scm 110 می باشد. در دماهای کمتر از 10 درجه سانتی گراد نیاز به نصب خشک کن گاز (Dryer) ضروری به نظر می رسد. خشک کن های مورد استفاده در جایگاه های سوخت گیری CNG از نوع جذبی می باشند که در آنها از مواد جاذب رطوبت مانند گلایکول استفاده می شود. این نوع خشک کن ها را بسته به نوع طراحی سازنده تجهیزات می توان در پایین دست کمپرسور یا در بالادست کمپرسور در قسمت خروجی نصب کرد. توزیع کننده: توزیع کننده هایی که در جایگاه برای تزریق CNG به مخازن ذخیره گاز در خودروها به کار می روند بسیار متنوع بوده و انواع ساده تا انواع مدل های کامپیوتری آن در جایگاه های CNG مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از توزیع کننده ها برای ثبت میزان سوخت تحویلی، هزینه سوخت و حفظ ایمنی ضروری می باشد. توزیع کننده های موجود در جایگاه های CNG شامل: مجموعه تیرک ها و شیلنگ های سوخت گیری به علاوه شیرهای اضطراری، نازل های سوخت گیری ، فیلترها، نشانگرهای فشار و رابط های سوخت گیری و همچنین صفحه نمایش میزان گاز تزریق شده و قیمت گاز می باشند. توزیع کننده ها براساس استاندارد اروپا معمولاً مقدار گاز تحویلی به خودروها را بر حسب جرم گاز نشان می دهند. مخازن ذخیره سازی: مخازن ذخیره سازی گازطبیعی فشرده (CNG) با توجه به گنجایش آبی و ماکزیمم فشار عملکردی آنها مشخص می شوند. گنجایش و یا ظرفیت آبی یک مخزن، برابر با حجمی از مایع است که برای پر کردن آن ظرف مورد نیاز می باشد. ماکزیمم فشار کاری مخازن CNG (طبق تعریف انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ASME ) برابر با ماکزیمم فشارمجاز در بالای مخازن در حال عملکرد نرمال است. البته این فشار، شامل کلیه نیروها و فشارهایی است که از خارج بر مخزن اعمال می شود. تجهیزات ایمنی و سوپاپ های اطمینان روی مخازن CNG جایگاه باید به نحوی تنظیم شوند که فشار داخل مخزن از ماکزیمم فشار مجازشان تجاوز نکند. فشار مجاز مخازن CNG معمولاً bar250 می باشد. فشار طراحی مخازن از روی ابعاد و تنش مجاز مواد تشکیل دهنده آنها محاسبه می شود. جایگاه های سوخت گیری سریع، نیاز به تعداد زیادی از مخازن ذخیره CNG دارند تا خودروهای آماده سوخت گیری از طریق آنها مجدداً سوخت گیری شوند. زمانی که فشار گاز داخل مخازن ذخیره جایگاه کاهش یابد کمپرسور شروع به کار کرده و مجدداً آنها را پر می کند تا فشار آنها به میزان اولیه برسد. به منظور پر کردن مخزن خودرو، سبدهای حاوی مخازن ذخیره سازی CNG در جایگاه را معمولاً به 3 دسته تقسیم می کنند. این سه دسته عبارتند از: مجموعه سیلندرهای فشار بالا (High Pressure)، سیلندرهای فشار متوسط (Medium Pressure) و سیلندرهای فشار پایین (Low Pressure). این دسته بندی مخازن ذخیره در جایگاه های سوخت گیری باعث می شود که در زمان سوخت گیری خودروها در جایگاه، بسته به فشار و مقدار گاز موجود در مخزن خودرو، به صورت آبشاری (Cascade) عمل کنند بدین ترتیب که مخزن خودرو ابتدا از سیلندرهای ذخیره فشار پایین، سپس از سیلندرهای ذخیره فشار بالا سوخت گیری کند. سیستم لوله کشی و شیرها برای ارتباط بین اجزای مختلف و نیز عملکرد مطلوب سیستم، به خط لوله کشی، شیرها و سیستم های کنترل نیاز است. سیستم اولویت بندی (Priority Panel) جریان CNG از کمپرسورها را کنترل کرده و آن را به سبدهای حاوی مخازن ذخیره سازی CNG یا مستقیماً به خودروها هدایت می کند و همچنین ترتیب سوخت گیری خودرو را از مخازن فشار پایین یا فشار متوسط یا فشار بالا کنترل می کند. سبدهای حاوی مخازن ذخیره سازی CNG معمولاً به 2 یا 3 دسته تقسیم می شوند. این سیلندرها به طور مداوم سیلندرهای خودروها را پر می کنند. موقعی که سنسور فشار روی تابلوی شیر حق تقدم نشان می دهد که سبدهای حاوی مخازن CNG نیاز به پر شدن مجدد دارند کمپرسورها شروع به کار می کنند تا دوباره سیستم ذخیره سازی پر و فشار آن به مقدار لازم برسد. منبع: نشریه تجهیزات صنعت نفت، شماره دوم، تیر ماه 1382