Beschaffung hochwertiger CNG-Kraftstoffsystemkomponenten

Die Bedeutung der Beschaffung von leistungsstarken Komponenten für komprimiertes Erdgas-Kraftstoffsystem

Paul Hargrave, Transportation Market Manager, Swagelok, und Charles Hayes, Lead New Product Development Engineer, Swagelok

Da die globalen und regionalen Richtlinien zur Luftreinhaltung strenger werden, ist komprimiertes Erdgas (CNG) ein vielversprechender und zunehmend angenommener alternativer Kraftstoff. Starke Anreizprogramme in Teilen der Welt haben eine schnellere Entwicklung von CNG-Schwerlastmaschinen vorangetrieben, zusammen mit der notwendigen Betankungsinfrastruktur, die die Technologie rentabel macht. Die Reduzierung des Dieselkraftstoffverbrauchs in Bussen, Fernverkehrs-Lkw und anderen Fahrzeugen kann einen großen Einfluss auf die globalen Emissionen haben – Regulierungsbehörden und OEMs nehmen dies zur Kenntnis.

Unterdessen sehen Flottenbesitzer selbst das Potenzial, da die nachhaltige Fahrzeug- und Kraftstoffnutzung in allen Kategorien von mittelschweren und schweren Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen zunimmt. Laut dem Bericht „The State of Sustainable Fleets, 2019–2020“ ¹ 83 % der Flottenbesitzer erwarten eine zunehmende Akzeptanz sauberer Fahrzeuge über alle Flottentypen hinweg. Der Bericht stellte auch fest, dass die Nachhaltigkeit von Flotten neben den potenziellen Kostenvorteilen, die sauberere Fahrzeuge bieten können, der wichtigste Motivator für innovative Flottenanwender ist.

Wichtig ist, dass CNG-Kraftstoffsysteme mit zunehmender Reife der Technologie kompromisslose Zuverlässigkeit und Sicherheit bieten müssen. Es steht viel auf dem Spiel – Menschen auf der ganzen Welt sind beispielsweise auf öffentliche Verkehrsmittel angewiesen, und eine CNG-betriebene Busflotte muss für tägliche Pendler das gleiche Maß an Betriebszeit und Zuverlässigkeit bieten, das sie von Fahrzeugen erwarten, die mit anderen Kraftstoffen betrieben werden.

Aus diesen Gründen müssen CNG-Komponenten und die darin enthaltenen Kraftstoffsysteme von hoher Qualität sein, und OEMs, die von der neuen Nachfrage nach diesen Fahrzeugen profitieren möchten, müssen in der Lage sein, diese Qualitätskomponenten effektiv zu beschaffen. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren finden Sie hier einige Überlegungen zum Entwerfen, Bauen und Spezifizieren von Komponenten für hochwertige CNG-Fahrzeuge.

Bewältigung operativer Herausforderungen

Jedes gegebene CNG-Gerät verwendet eine Vielzahl von Armaturen, Rückschlagventilen, Absperrventilen und anderen Fluidsystemkomponenten, um dabei zu helfen, Gas zuverlässig von einem Lagertank zu einem Motor zu liefern. Ebenso verwenden Tankstellen dieselben Arten von Komponenten, um größere Speichereinheiten mit einer Abgabestelle zu verbinden, an der ein Endverbraucher seine Fahrzeuge auffüllen kann, einschließlich Kompressorstationen, die den Druck für das Befüllen des Fahrzeugs auf 250 bar wp erhöhen.

Alle diese Komponenten müssen in der Lage sein, mit einer Vielzahl von realen betrieblichen Herausforderungen fertig zu werden. Darunter sind:

Höherer Druck

CNG wird komprimiert und bei Drücken gelagert, die 4000 psi überschreiten können, was es entscheidend macht, dass alle Komponenten in der Lage sind, erhöhte Druckniveaus ohne die Gefahr von Lecks zu bewältigen. Sicherheit ist hier von größter Bedeutung – CNG-Lecks können gefährlich sein. Insbesondere Tankstellen müssen absolut störungsfrei sein, da der alltägliche Endverbraucher sein Fahrzeug betankt. Hochwertige Komponenten sind eine Notwendigkeit.

Thermodynamische Herausforderungen

Auch CNG-Anwendungen unterliegen im Betrieb gewissen thermodynamischen Herausforderungen. Da sich CNG von der Hochdruckspeicherung auf niedrigeren Druck ausdehnt, wenn es dem Motor zugeführt wird, bewirkt der Joule-Thomson-Effekt, dass die Gastemperatur erheblich sinkt. Alle Teile des Systems müssen diesen Temperaturwechseln standhalten, einschließlich Gummi- und Elastomerdichtungen sowie metallische Ventile und Armaturen. Minderwertige Materialien können sich aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen und zu Undichtigkeiten oder anderen Ausfällen führen.

Chemische Kompatibilität

Elastomerkomponenten in CNG-Systemen spielen eine wichtige Rolle für den zuverlässigen Betrieb, und bei der Materialauswahl muss die chemische Kompatibilität berücksichtigt werden. Beispielsweise ist Ethylen-Propylen gut bei kalten Temperaturen, aber chemisch nicht kompatibel mit Kohlenwasserstoffen, die besonders wahrscheinlich in CNG vorhanden sind.

Kontinuierliche Vibration

Armaturen und Verbindungen in CNG-Anwendungen müssen in der Lage sein, den wiederholten und ständigen Vibrationen, die mit einem fahrenden Fahrzeug verbunden sind, zuverlässig standzuhalten. Aus diesen Gründen ist es wichtig, Armaturen zu suchen, die eine kompromisslose Vibrationsfestigkeit aufweisen. Mechanische Griffbeschläge sind eine gute Wahl. Ihr Doppelklemmring-Design schafft einen doppelten mechanischen Halt auf Systemrohren und reduziert effektiv die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Fittings lösen, selbst wenn sie den kontinuierlichen Betriebsvibrationen ausgesetzt sind.

Korrosion auf der Straße

Während CNG selbst normalerweise nicht zu Korrosionsproblemen mit Metall führt, müssen Systemkomponenten in einem Fahrzeug normalerweise mit Umweltfaktoren kämpfen, die dies können. Eine im Winter mit Salz behandelte Straße kann beispielsweise Probleme mit Systemkomponenten verursachen, denen es an ausreichender Korrosionsbeständigkeit mangelt. Edelstahlformulierungen geringerer Qualität mit niedrigem Nickel- und Chromgehalt sind anfälliger für diese Art von Korrosionsproblemen.

Jede dieser betrieblichen Herausforderungen erfordert hochwertige Komponenten aus den richtigen Legierungsformulierungen, um zuverlässige Leistung, Korrosionsbeständigkeit und Dichtigkeit zu gewährleisten. Hersteller müssen diese Komponenten nach Möglichkeit mit einem starken Verständnis der Anwendungsherausforderungen und anwendbaren Materialwissenschaften und Produktüberlegungen suchen.

Worauf Sie bei der Beschaffung hochwertiger Komponenten achten sollten

Da der CNG-Markt wettbewerbsintensiver und innovativer wird, benötigen OEMs, die an der Spitze bleiben wollen, nicht nur Qualitätsprodukte, sondern auch die Fähigkeit, sie vom richtigen Lieferanten zu beziehen. Es gibt mehrere Vorteile, die realisiert werden können, darunter:

Fertigungseffizienz durch zuverlässige Versorgung

Für einen CNG-OEM, der Produktionspläne einhalten möchte, ist Just-in-Time-Lieferung eine Notwendigkeit. Lieferanten, die einen lokalen Bestand wichtiger Teile bereitstellen können und eng mit Ihnen zusammenarbeiten, um die Produktionsanforderungen zu verstehen, können den Erfolg beeinflussen.

Einfachere Produktion in höheren Stückzahlen

Hochwertige Fittings, die mit Drehmoment montiert werden können, ermöglichen schnelle, wiederholbare und leckdichte CNG-Systemverbindungen. Über einzelne Komponenten hinaus können bestimmte Lieferanten komplette, vorgefertigte Systeme liefern, die Produktionsprobleme lindern können, die mit zahlreichen einzelnen Rohrbögen und Verbindungen verbunden sind, die in CNG-Kraftstoffsystemen hergestellt werden müssen. Die Beschaffung vorgefertigter, gründlich getesteter Ventiltafeln kann beispielsweise dazu beitragen, die Produktionszeit für OEMs zu verkürzen.

Materialwissenschaftliche Erfahrung

Ein zuverlässiger Lieferant sollte in der Lage sein, qualitativ hochwertige Materialkomponenten zu liefern, die auf Kenntnissen in der Metallurgie und Legierungsformulierung sowie auf der chemischen Verträglichkeit von Elastomeren beruhen und zu einer kompromisslosen Leistung beitragen.

Da OEMs weiterhin vom Potenzial CNG-betriebener Geräte profitieren, lohnt es sich für Konstrukteure und Hersteller, nach Lieferanten zu suchen, die diese Art von Service und Unterstützung zusätzlich zu den hochwertigsten Komponenten bieten können.

Möchten Sie mehr erfahren? Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu erfahren, wie wir Ihnen dabei helfen können, zuverlässigere CNG-Kraftstoffsysteme und -Infrastrukturen zu schaffen.

¹ The State of Sustainable Fleets“, Gladstein, Neandross &Associates, 2020.

Paul Hargrave ist Transportmarktmanager bei der Swagelok Company. Er verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Kraftstoff- und Industriefluidsystemtechnik und ist seit über 23 Jahren in verschiedenen Führungspositionen bei Swagelok tätig.

Chuck Hayes ist leitender Ingenieur bei der Swagelok Company. Er ist seit fast 30 Jahren bei Swagelok, wo er auf eine lange Geschichte der Führung neuer Produkttechnologien und -entwicklungen zurückblicken kann, um Kunden in einer Vielzahl von Branchen zu helfen.