www.gasforcars.net

ถังบรรจุก๊าซธรรมชาติ (NGV TANK)

          ประเทศอิตาลีและรัสเซียได้นำก๊าซธรรมชาติมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 โดยนำถังที่ผลิตจากเหล็กกล้ามาตรฐาน US DOT 3AA มาใช้บรรจุก๊าซในระยะเริ่มต้น หลังจากนั้นเป็นต้นมาได้มีการปรับปรุงและพัฒนาถังบรรจุที่มีน้ำหนักเบาแบบอื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบรรจุก๊าซให้ได้ปริมาณขึ้น
          ต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 1980 ได้มีการนำถังบรรจุก๊าซที่ทำจากโลหะและหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อเสริมความแข็งแรงออกมาจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งเรียกว่าเป็นถังแบบที่ 2 (type II) และถังแบบที่ 3 (type III) เพื่อตอบสนองตลาดที่ต้องการใช้ถังบรรจุก๊าซน้ำหนักเบากว่าเดิม
          จนกระทั่งเมื่อปี ค.ศ.1992 ได้มีการผลิตถังบรรจุก๊าซแบบที่ 4 (type IV) ซึ่งเป็นถังที่มีผนังชั้นในทำจากวัสดุพลาสติก ส่วนผนังชั้นนอก (ทั้งหมด) เป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ ส่งผลให้ปัจจุบันมีถังบรรจุก๊าซธรรมชาติที่ใช้และจำหน่ายในท้องตลาด 4 แบบ ได้แก่
ประเภท วัสดุที่ใช้ กระบวนการผลิต คุณลักษณะ
NGV 1 เหล็ก รีดและอัดขึ้นรูปด้วยความร้อน น้ำหนักมากแต่ราคาถูก
NGV 2 เหล็ก/อลูมิเนียม และไฟเบอร์ เสริมแรงถังด้วยไฟเบอร์พันรอบ น้ำหนักเบาลงกว่าถังเหล็ก
NGV 3 เหล็ก/อลูมิเนียม และไฟเบอร์ เสริมแรงถังด้วยไฟเบอร์พันมิด น้ำหนักต่ำลงอีกระดับหนึ่ง
NGV 4 ไฟเบอร์ผสม ไฟเบอร์รับแรงอย่างเดียว น้ำหนักเบาที่สุดแต่ราคาสูง

Type 1 ตัวถังทำจากเหล็ก

          เป็นถังชนิดแรกที่มีการผลิตออกมาใช้ในท้องตลาดที่ได้รับความนิยมจนถึงปัจจุบัน โดยถังที่ทำจากเหล็กยังคงครองส่วนแบ่งทางการตลาดมากที่สุด เนื่องจากมีราคาขายต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับถังชนิดอื่น

Type 2 ตัวถังทำจากโลหะ (เหล็ก/อะลูมิเนียม) และหุ้มด้วยวัสดุใยแก้ว หรือเส้นใยคาร์บอนล้อมรอบตัวถัง

          มีการพัฒนาการด้านเทคโนโลยีขึ้นไปอีกขั้นหนึ่ง ด้วยการหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอนบริเวณ "ด้านข้างถัง" ทำให้มีน้ำหนักเบากว่าถังเหล็ก Type 1

Type 3 ตัวถังชั้นในทำจากโลหะบาง (เหล็ก/อะลูมิเนียม)

          วัสดุที่ใช้ทำถังอาจเป็นเหล็กหรืออะลูมิเนียมก็ได้โดยเป็นโลหะบางกว่าถัง Type 2 และชั้นนอกหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอนตลอดตัวถังทั้งหมด

Type 4 ตัวถังชั้นในทำด้วยวัสดุพลาสติกและชั้นนอกเป็นวัสดุคอมโพสิท ที่มีเส้นใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน (carbon fiber)

          เป็นวัสดุเสริมแรง ปัจจุบันถังแบบนี้เป็นถังที่น้ำหนักน้อยที่สุด (ขนาด 90 ลิตร ราคาประมาณ 70,000 บาท)
ชนิดที่ วัสดุที่ใช้ทำตัวถัง ต้นทุน (%) น้ำหนัก (%)
1 เหล็ก 40 100
2 เหล็ก,วัสดุใยแก้ว
อลูมิเนียม,วัสดุใยแก้ว
80
95
65
55
3 อลูมิเนียม,วัสดุใยแก้ว
อลูมิเนียม,เส้นใยคาร์บอน
90
100
45
25
4 พลาสติก,วัสดุใยแก้วผสมเส้นใยคาร์บอน 90 30
ที่มา : Norman L. Newhouse,Ph.D., P.E. Manager, Design Engineering และ Dale B.Tiller, P.E.Manager,NGV product Development ‘Development of All-Composite NGV Fuel Containers’ May 1998

ค่าสัดส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถัง

          ถังแบบที่ 1 ถังเหล็ก มีค่าอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 (ปริมาตรถัง/น้ำหนักถัง ประมาณ1)
          ถังแบบที่ 2 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียมหุ้มด้านข้างด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1.25
          ถังแบบที่ 3 ถังชั้นในเป็นโลหะบางหุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.0
          ถังแบบที่ 4 ถังชั้นในเป็นพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ หุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิทประเภทคาร์บอนหรือกลาสไฟเบอร์ มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.7

ความปลอดภัยของถังบรรจุ

          ถังบรรจุก๊าซธรรมชาติจำเป็นต้องใช้งานที่ความดันสูง ดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัย ของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติจึงเข้มข้นกว่าถังบรรจุก๊าซหุงต้มมาก ปัจจุบันการผลิตถังบรรจุก๊าซธรรมชาติต้องอยู่ภายใต้มาตรฐาน NGV2, FMVSS 304, CSA B-51 Part 2 และ ISO/DIS 11439 เป็นต้น
          ในช่วงกว่าสามปีที่ผ่านมา คณะกรรมการของ ISO/DIS 11439,NGV2 และCSA B-10 Part 2 ได้มีการปรับประสานให้มีความสอดคล้องกับมาตรฐานที่จำเป็นต้องมีการทดสอบ โดยครอบคลุมถึงสภาพการใช้งาน การรับประกันคุณภาพ การทดสอบวัสดุที่ใช้ การทดสอบการผลิต และการทดสอบคุณสมบัติถังดังนี้
          1.สภาพการใช้งาน (Service Conditions) ได้กำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซให้มีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ (200-240 เท่า ของบรรยากาศ) ณ อุณหภูมิ 15°C (หรือเท่ากับ 3,000-3,600 ปอนด์/ตารางนิ้ว ณ อุณหภูมิ 70° F) และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุก ๆ 3 ปี หรือ หลังจากการเกิดอุบัติเหตุ
          2.การรับประกันคุณภาพ (Quality Assurance) เกี่ยวข้องกับระยะเวลาในการทดสอบ และตรวจสอบคุณภาพของถัง เพื่อให้ผู้ผลิต ผลิตถังได้ตามมาตรฐานการออกแบบและทดสอบ ซึ่งส่วนใหญ่จะควบคุมดูแลโดยหน่วยงานของรัฐ และมีคณะกรรมการ NGV 2 เป็นผู้กำหนดแนวทางปฏิบัติในด้านนี้ ทั้งนี้ ผู้ผลิตซึ่งมีระบบตรวจสอบคุณภาพ จะต้องมีการลงทะเบียนให้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 9001-9002 เพื่อนำไปสู่การตรวจสอบและทดสอบการผลิต หรืออาจจ้างผู้ตรวจสอบอิสระ เข้ามาทำหน้าที่ตรวจสอบ และทดสอบระบบคุณภาพ ของผู้ผลิตเป็นระยะ ๆ โดยผู้ตรวจสอบจะต้องให้การรับรองว่า วัสดุที่ใช้และการออกแบบเป็นไปตามมาตรฐานกำหนด
          3.วัสดุและการทดสอบวัสดุที่ใช้ (Materials and Material Testing) ตัวถังบรรจุก๊าซที่เป็นถังชั้นนอก ต้องทำด้วยเหล็ก หรือ อลูมิเนียม ซึ่งได้รับการทดสอบแล้วว่า มีความแข็งแรงทนต่อแรงกระทบ และการผุกร่อน ในส่วนที่เสริมด้วยเส้นใย ต้องทำจากเส้นใยคาร์บอน และเส้นใยแก้วตามสัดส่วนที่กำหนด ซึ่งทดสอบแล้วว่าทนต่อแรงระเบิดได้ นอกจากนี้ เรซินที่ใช้เคลือบ ต้องเป็นวัสดุพลาสติก ที่ทำให้อ่อนตัวได้โดยใช้ความร้อน โดยคุณสมบัติเดิมไม่เปลี่ยนแปลง หรือเป็นพลาสติกชนิดที่ถูกความร้อนครั้งหนึ่ง แล้วก็หมดคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง
          4.การทดสอบการผลิต (Batch and Production Testing) เป็นการสุ่มตัวอย่างในการผลิตแต่ละครั้ง เพื่อทดสอบให้มั่นใจว่าในการผลิตถังบรรจุก๊าซแต่ละครั้ง มีการออกแบบ และทำตัวถังเหมือนกันทุกครั้ง หรือมีความคงที่ในกระบวนการผลิต โดยไม่มีการปรับลดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการผลิต การทดสอบจะรวมถึงการขยายตัวของถังชั้นนอก และถังชั้นใน การเคลือบ การรั่ว ความสมดุลของของเหลว การระเบิด และระยะเวลาการใช้งาน เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีความชำรุดเสียหายหรือรอยร้าวของถัง
          5.การทดสอบคุณสมบัติของถัง (Qualification Testing) เป็นการทดสอบเพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบถังบรรจุก๊าซจะมีความปลอดภัยตลอดอายุการใช้งาน โดยจะมีการทดสอบเมื่อมีการออกแบบถังใหม่ หรือเมื่อมีการปรับปรุงถังที่ใช้งานอยู่แล้ว การทดสอบคุณสมบัติของถังมีหลายวิธีได้แก่
          -การทดสอบการระเบิด (Burst) เพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบถังมีพื้นฐานที่สมบูรณ์ และมีการเสริมเส้นใยตามอัตราส่วนที่กำหนดไว้
          -การทดสอบรอบการใช้งานในสภาพบรรยากาศ (Ambient Cycling) เป็นการทดสอบการรั่ว หรือการแตกร้าวของถัง โดยทดสอบรอบการใช้งาน ณ ระดับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
          -การทดสอบการไหม้ไฟ (Bonfire) เป็นการทดสอบโดยนำถังบรรจุก๊าซไปวางไว้ในกองไฟ ณ ระดับแรงดันใช้งานที่ 25% และ 100% เพื่อตรวจสอบการออกแบบและการติดอุปกรณ์ลดแรงดันของถังที่เหมาะสม
          -การทดสอบการทนต่อการแตกร้าว (Flaw Tolerance) เป็นการใช้เครื่องจักรทดสอบภายนอกของถังเพื่อตรวจสอบความคงทนต่อการแตกร้าวของถัง
          -การทดสอบการตกจากที่สูง (Drop) เป็นการทดสอบการปล่อยถังตกมาจากที่สูง ตามแนวนอนที่ระดับความสูง 3 เมตร ลงบนพื้นคอนกรีต และตามแนวตั้งที่ระดับความสูง 1.8 เมตร เพื่อตรวจสอบการรั่ว หรือรอยแตกซึ่งเป็นผลมาจากการตกลงมาจากที่สูง
          -การทดสอบการใช้ปืนยิง (Gunfire) เป็นการทดสอบเพื่อตรวจสอบความแข็งแรงของถัง โดยใช้อาวุธปืนขนาดลำกล้อง 30 มิลลิเมตร มีความเร็วของวิถีการยิงที่ 850 เมตร/วินาที ซึ่งพบว่าไม่มีผลทำให้ถังเสียหายแต่อย่างใด
          เนื่องจากก๊าซธรรมชาติมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมัน รถ NGV ควรมีถังบรรจุก๊าซติดตั้งที่รถ ประมาณ 2-4 ถัง เพื่อให้สามารถวิ่งได้ระยะทางกว่า 400 กิโลเมตร และการที่ถังบรรจุก๊าซมีขนาดใหญ่และน้ำหนักมาก จึงเป็นปัญหาของรถ NGV ถึงแม้ว่าจะมีการพัฒนาให้ถังบรรจุก๊าซมีน้ำหนักเบาลง แต่ก็ยังมีขนาดใหญ่และมากกว่าถังน้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป โดยมีขนาดและน้ำหนักแตกต่างกันแล้วแต่ผู้ผลิต ซึ่งสามารถเปรียบเทียบขนาดของถังกับปริมาตรความจุเป็นน้ำ หรือก๊าซ หรือน้ำมันเบนซินให้เห็นความจุที่แตกต่างกัน ตามปริมาตรความหนาแน่นดังนี้
ขนาดของถังบรรจุก๊าซที่ระดับแรงดัน 3,000 ปอนด์/ตารางนิ้ว (207 บาร์)
ขนาดถัง (นิ้ว) น้ำหนัก (กิโลกรัม) ความจุน้ำ (ลิตร) ปริมาตรความจุก๊าซ (ลบ.ฟ.) ความจุเทียบเท่าน้ำมัน
เบนซิน (ลิตร)
13.7x35 27.2 55.5 504 15.5
13.7x40 30.9 64.8 592 18.1
13.7x45 34.5 74.4 681 20.8
13.7x55 42.2 93.8 857 26.2
15.7x35 33.1 72.3 661 20.3
15.7x521 49.0 16.2 1,063 32.5
15.7x55 51.7 123.9 1,133 34.7
ทีมา : A Division of Advance Technical Products,Inc.
พัฒนาการของถังบรรจุ
          การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์นั้นเริ่มมีตั้งแต่ในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 ในประเทศอิตาลีและรัสเซีย เริ่มแรกนั้นถังบรรจุผลิตขึ้นจากเหล็กกล้าและใช้มาตรฐาน US DOT 3AA หลังจากนั้นก็มีการปรับปรุงพัฒนาถังบรรจุที่มีน้ำหนักเบาแบบอื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบรรทุกสัมภาระ และการบรรจุก๊าซ ช่วงทศวรรษที่ 1980 มีการนำถังบรรจุก๊าซที่ทำจากโลหะและหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อเสริมความแข็งแรงออกมาจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งเรียกว่าเป็นถังแบบที่ 2 (type II) และถังแบบที่ 3 (type III) ด้วยเหตุที่ตลาดต้องการใช้ถังบรรจุก๊าซน้ำหนักเบา ทำให้ผู้ผลิตพยายามพัฒนาถังบรรรจุก๊าซแบบใหม่ ๆ ที่น้ำหนักเบายิ่งขึ้นออกมา จนเมื่อปี ค.ศ.1992 ได้มีการผลิตถังบรรจุก๊าซแบบที่ 4 (type IV) ออกมา ถังบรรจุก๊าซแบบล่าสุดซึ่งผนังชั้นในทำจากวัสดุพลาสติก ส่วนผนังชั้นนอก (ทั้งหมด) เป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้นปัจจุบันถังบรรจุก๊าซธรรมชาติที่ใช้และจำหน่ายจะมีด้วยกัน 4 แบบ ได้แก่
แบบที่ 1 ตัวถังทำจากเหล็ก หรืออะลูมิเนียมทั้งถัง เป็นถังชนิดแรกที่มีการผลิตออกมาใช้ ปัจจุบันถังแบบที่ 1 ยังคงครองส่วนแบ่งทางการตลาดมากที่สุดเนื่องจากมีราคาขายต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับถังชนิดอื่น
แบบที่ 2 ตัวถังทำจากโลหะ (เหล็ก/อะลูมิเนียม) มีการพัฒนาการด้านเทคโนโลยีวัสดุเพิ่มขึ้นด้วยการหุ้มบริเวณ “ด้านข้างถัง” ด้วยวัสดุคอมโพสิทซึ่งเป็นโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้วหรือกลาสไฟเบอร์ (glass fiber)
แบบที่ 3 ตัวถังชั้นในทำจากโลหะบาง ซึ่งอาจเป็นเหล็กหรืออะลูมิเนียมก็ได้ และชั้นนอก “ทั้งหมด” ผลิตจากวัสดุคอมโพสิท
แบบที่ 4 ตัวถังชั้นในทำด้วยวัสดุพลาสติกและชั้นนอกเป็นวัสดุคอมโพสิท ที่มีเส้นใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน (carbon fiber) เป็นวัสดุเสริมแรง ปัจจุบันถังแบบนี้เป็นถังที่น้ำหนักน้อยที่สุด
ค่าสัดส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถัง
          ถังแบบที่ 1 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียม มีค่าอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 (ปริมาตรถัง/น้ำหนักถัง)
          ถังแบบที่ 2 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียมหุ้มด้านข้างด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1.25
          ถังแบบที่ 3 ถังชั้นในเป็นโลหะบางหุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.0
          ถังแบบที่ 4 ถังชั้นในเป็นพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ หุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิทประเภทคาร์บอนหรือกลาสไฟเบอร์ มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.7
ผู้จำหน่ายอุปกรณ์แก๊ส
รวมบททดสอบประสิทธิภาพชุดหัวฉีดแก๊สรถยนต์
All site contents copyright© by Gas for cars Magazine All Rights Reserved.   
Popular Tags: gas, lpg, ngv, น้ำมัน, ติดแก๊ส, รถติดแก๊ส