CC BY
177
УДК 661.99
А. М. Архаров, В. Ю. Семенов, С.Б.Малахов, Г. Н. Л е в д и к, М. Ю. Прокшин РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В МОСКОВСКОМ РЕГИОНЕ
Рассмотрено современное состояние производства и потребления СПГ в Московском регионе. Приведена схема установки ожижения природного газа производительностью 1 т/ч, основанной на цикле высокого давления, с предварительным охлаждением и дроссель-эжектором. Проведен сопоставительный анализ существующих в РФ аналогичных установок и показана эффективность предложенной схемы. Даны краткие описания объектов потребления сжиженного природного газа как альтернативного моторного топлива и как топлива для децентрализованного теплогазоснабжения.
E-mail: vsimen@yahoo.com
Ключевые слова: сжиженный природный газ, дроссель-эжектор, тепло-
газоснабжение, моторное топливо.
Производство сжиженного природного газа (СПГ) в Московском регионе было возобновлено в 2004 г. с пуском ожижителя природного газа на автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС) № 1, расположенной на пересечении МКАД и Каширского шоссе. Оборудование представляет собой стандартный модуль, готовый к тиражированию и пригодный для эксплуатации на любой АГНКС-500. Расчетная производительность установки СПГ составляет 22т/сут. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.
Установка функционирует по циклу высокого давления с двойным дросселированием и предварительным охлаждением. Однако по сравнению с классической представленная схема имеет существенное преимущество: в качестве первого расширительного устройства используется дроссель-эжектор, который позволяет использовать кинетическую энергию расширяющегося газа для компримирования части обратного потока. В таблице приведен сравнительный анализ существующих проектов и предложений на основе материалов, представленных в работах [1-7].
Очевидно, что реализованная дроссельно-эжекторная схема ожижения природного газа имеет минимальные энергозатраты ( 0,67 кВт/кг) по сравнению со всеми реализованными схемами.
Общий вид установки как части стандартной АГНКС-500 хранилища СПГ на базе емкости РЦВ 25/1,6 приведен на рис. 2,3 (см. 3-ю полосу обложки), колонка для заправки транспортных цистерн и винтовой холодильный компрессор показаны на рис.4, 5.
Развитие технологии СПГ в московском регионе подразумевает создание инфраструктуры потребления и логистики. Для доставки СПГ потребителю были приобретены две транспортные цистерны Ros Roca емкостью 56 м3 каждая (рис. 6,7).
8 о о о о ■с
ю СЧ1 ю см ю см ю см см
Таблица
Сравнительная эффективность технологий производства СПГ на АГНКС
Название схемы цикла Производительность, кг/ч Дополнительная потребляемая мощность, кВт (дополнительное число компрессоров) Коэффициеш ожижения, кг/кг Удельные энергозатраты на ожижение кВт-ч/кг Примечание
Однократное дросселирование 500 0 0,2 1,28 Проект Уралтрансгаза
Волновой детандер и предварительное дросселирование 640 0 0,26 1,00 Предложение ВНИИгаза
Дросселирование и предварительное охлаждение 920 176 (1) 0,36 0,89 Проект Лентрансгаза
Турбодетандер и предварительное дросселирование 750 0 0,30 0,87 Предложение ВНИИгаза
Внешний открытый холодильный цикл на СХА 850 0 0,34 0,76 Предложение Криогенмаша
Рекуперация холода и дросселирование 912 0 0,36 0,72 Предложение ВНИИгаза
Внешний замкнутый холодильный цикл на СХА 950 0 0,38 0,68 Предложение Криогенмаша
Внешний холодильный комбинированный цикл на СХА 1170 345 (2) 0,46 0,68 Предложение ВНИИгаза
Дроссельно-эжекторный цикл и предварительное охлаждение 958 110 (1) 0,38 0,67 Проект ПК НПФ "ЭКИП"
Внешнее двухкаскадное охлаждение 1750 458 (3) 0,69 0,63 Предложение ВНИИгаза
Рекуперация холода и дросселирование с предварительным охлаждением 1260 130 (1) 0,50 0,62 Предложение ВНИИгаза
/ N
Иллюстрации к статье А.М. Архарова, В.Ю. Семенова,
С.Б. Малахова, Г.Н. Левдика, М.Ю. Прокшина «Развитие технологии СПГ в Московском регионе»
Рис. 2. Общий вид установки
Рис. 3. Хранилище СПГ с элементами противопожарной защиты
Рис. 4. Колонка налива и заправки автомобилей и весы
Рис. 5. Винтовой холодильный компрессор Grasso
Рис. 6. Транспортная цистерна Ros Roca емкостью 56 м3 в процессе налива на весах
Ч
Рис. 7. Транспортная цистерна Ros Roca и тягач Freightliner
Первым объектом потребления СПГ в Московском регионе стал ИПК "Беседы", где жидкий метан регазифизируется и используется для питания от одного до трех газопоршневых электрогенераторов мощностью 450 кВт каждый. В зависимости от этого потребление объекта составляет от 70 до 150 нм3/ч природного газа. Полученная теплота утилизируется для нужд отопления. Газификатор жидкого метана представляет собой емкость РЦВ 16/1,6 и две попеременно работающие панели испарителей ИА-62 (рис. 8,9).
Самый крупный объект потребления за все время — комплекс по производству пластиковой тары "Европласт" в г. Зеленограде (рис. 10,11). Это третий по мощности комплекс в СНГ среди аналогичных предприятий. Потребление составляет до 900 нм3/ч рега-зифицированного природного газа. Потребляющее оборудование — газопоршневые электрогенераторы мощностью 1 МВт и адсорбционный чиллер холодильной мощностью 1,5 МВт. На объекте находится суточный запас газа. В качестве хранилища используется емкость 56 м3, выполненная на основе стандартной железнодорожной цистерны, доработанной под хранение СПГ.
Газификация осуществляется двумя попеременно работающими ветками вертикальных испарителей УКУ (по 3 испарителя в каждой).
Задача газоснабжения котельной многоквартирного многоэтажного дома с помощью СПГ была решена в п. Конаково Люберецкого р-на (рис. 12).
На объекте находился трехсуточный запас газа. В качестве хранилища (рис. 13) использовалась та же емкость 56 м3 на основе стандартной железнодорожной цистерны, доработанной под хранение СПГ. Газификация выполнена с помощью двух попеременно работающих ветвей испарителей УКУ.
Первая в России заправка автомобилей регазифицированным СПГ высокого давления (220 атм) была создана на территории 11-го автокомбината (Москва) (рис. 14,15).
На 11-м автокомбинате эксплуатируется 120 автобусов на газовом топливе, и руководство собирается расширять парк автобусов. Строительство своей АГНКС в городских условиях при отсутствии централизованного газоснабжения оказалось неразрешимой задачей, однако трудности удалось преодолеть, используя технологии СПГ.
Технология заправки основана на сжатии СПГ в насосе высокого давления до давления 220 атм с последующим нагревом в атмосферных испарителях до температуры, близкой к температуре окружающей среды, аккумуляцией и раздачей газа через заправочные колонки. Потребление объекта определяется производительностью насоса жидкого метана 800нм3/ч, т.е. при 15-часовой работе насоса можно заправить 120 автобусов ЛиАЗ.
Рис. 10. ЗАО "Европласт" , г. Зеленоград. Хранилище СПГ
Рис. 12. Многоквартирный многоэтажный дом в п. Конаково
Одним из наиболее крупных и перспективных потребителей СПГ является новый отечественный магистральный локомотив ГТУ-1 разработки ВНИКТИ г.Коломна (рис. 16). Разовая заправка такого газотурбовоза составляет 17 т жидкого метана. На рис. 15 показана заправка бустерной секции емкостью 43 м3 от транспортного перевозчика.
Также перспективным направлением сбыта представляется заправка автомобильного бака непосредственно жидким метаном (рис. 17 и 18).
Кроме того, за период с 2004 г. с помощью СПГ технологий было обеспечено газоснабжение ряда научно-технических экспериментальных работ, из которых можно выделить проведение огневых испытаний огнезащитной изоляции криогенных емкостей на испытательном полигоне НИИ "Прикладной химии" (рис. 19).
Газоснабжение испытаний было организовано с помощью транспортной цистерны емкостью 8 м3 и вертикального атмосферного испарителя УКУ (рис. 20).
Выводы. 1.С введением в 2004 г. в эксплуатацию установки СПГ на АГНКС № 1 в п. Развилка (Московская обл.) технологии СПГ в Московском регионе получили новое развитие. Установка работает на основе цикла высокого давления с предварительным охлаждением и дроссель-эжектором, использование которого полностью исключает потери продукта при отгрузке и позволяет реализовать ожижительный цикл при более оптимальных
Рис. 15. Транспортная емкость 56 м3, расходная емкость 8 м3, два попеременно работающих блока вертикальных панелей-испарителей высокого давления УЯУ, аккумуляторы высокого давления на 11-м автокомбинате (Москва)
Рис. 18. Заправка сжиженным природным газом трактора
Рис. 19. Огневые испытания огнезащитной изоляции криогенной емкости и элементов вакуумной и криогенной арматуры на испытательном полигоне НИИ прикладной химии
Рис. 20. Транспортная цистерна 8м3 и атмосферный испаритель VRV на испытательном полигоне НИИ прикладной химии
параметрах, не усложняя при этом теплообменную аппаратуру. Показано, что удельные энергозатраты на ожижение природного газа для установки, работающей по этому циклу, на 25 % меньше, чем для установки, работающей по простому дроссельному циклу.
2. В настоящее время в Московском регионе успешно функционируют четыре промышленных объекта, использующих СПГ для децентрализованного газоснабжения. Как альтернативное моторное топливо СПГ используется для заправки городских автобусов (11-й Московский автокомбинат) и для заправки первого в мире магистрального газотурбовоза на РЖД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Архаров А. М., С ы ч е в В. В. Основы энтропийно-статистического анализа реальных энергетических потерь в низкотемпературных и высокотемпературных машинах и установках // Холодильная техника. - 2005. - № 12.
2. Архаров А. М., Сычев В. В. Еще раз об энтропии и задаче определения реальных (действительных) величин энергетических потерь вследствие необратимости // Холодильная техника. - 2007. - № 4.
3. Архаров А. М., Сычев В. В., А р х а р о в И. А. Сопоставление результатов термодинамического анализа энергетических потерь в высокотемпературных и низкотемпературных системах, машинах и установках // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2008. Спец. выпуск "Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения". -С. 14-33.
4. А р х а р о в А. М., О едином термодинамическом пространстве, теплоте, холоде, эксергии и энтропии как о базовых понятиях инженерной криологии // Холодильная техника. - 2009. - № 6.
5. П а т е н т № 2180081 Способ сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств // В.Ю. Семенов.
6. Патент №2180082 Установка сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств // В.Ю. Семенов и др.
7. Г о р б а ч е в С. П. Эффективность технологий производства СПГ на АГНКС // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. - 2005.
Статья поступила в редакцию 1.07.2010
