CC BY
37\\W\W\WI
Экономика автотранспортной отрасли
Анализ эффективности производственного процесса на АГНКС
А.А. Евстифеев, начальник лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ», к.т.н.
В статье приведены результаты обработки и анализа статистических данных, полученных с действующих станций. Проанализированы основные причины отклонения общепринятого объема единичной заправки транспортного средства компримированным природным газом, предложен подход к анализу энергетической эффективности производственного процесса на АГНКС.
__Ключевые слова:
газовое моторное топливо; автомобильная газонаполнительная компрессорная станция; транспортный поток; объем единичной заправки;
энергоэффективность заправки.
М
ногие годы одной из самых популярных в профессиональной среде специалистов по проектированию и эксплуатации автомобильных газонаполнительных станций являлась книга Васильева Ю.Н., Гриценко А.И., Чирикова К.Ю. «Газовая заправка транспорта». Следует сказать, что этот труд по праву держал пальму первенства и продолжает занимать достойное место среди научно-популярной литературы по газовому моторному топливу. Однако накопленные за последние 20 лет опыт эксплуатации и статистические данные, а также появившиеся рыночные механизмы кардинальным образом могут изменить подход к газовой заправке транспорта компримированным природным газом (КПГ). Причин этому несколько.
Во-первых, проектирование и строительство сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) выполнялось в середине 80-х гг. прошлого века, когда основным потребителем природного газа в качестве моторного топлива считался грузовой транспорт государственных автобаз, таких как ГУП «Мосавто-холод». Основу данного парка техники составляли автоколонны средних грузовых автомобилей типа ЗИЛ-138 и МАЗ-500 [1], имеющих длину 6,675...7,5 м. Поэтому все подъезды, разворотные и поворотные площадки, ширина проездов в заправочных галереях были рассчитаны на их габаритные размеры. В настоящее время благодаря усилиям проектных институтов и компаний-производителей транспортных средств (ТС) по дорогам движутся грузовые ТС длиной 12.18 м. При необходимости проведения заправки такого автомобиля на АГНКС возникает ряд сложностей, связанных с неприспособленностью станций к обслуживанию длинных транспортных средств.
Во-вторых, подавляющее большинство (230 из 252) построенных и эксплуатируемых в настоящее время станций разрабатывались как стационарные объекты капитального строительства. Они не обладают возможностью передислокации на другую
площадку в случае изменения потоков движения транспортных средств.
В-третьих, заложенные при проектировании производственные мощности рассчитывались исходя из среднего объема одной заправки транспортного средства, 28 равной 60 нм3, что соответствует баллонам объемом 240 л с давлением 25 МПа.
Разместить на среднем или малолитражном коммерческом автомобиле баллоны объемом 240 л достаточно проблематично. Статистика эксплуатации станций, собранная за последние годы, показывает, что средний объем заправки на АГНКС составляет от 17 до 21 м3 в районах с преобладанием легкового газомоторного транспорта (например, Ставрополь, Краснодар, Саратов) и до 45 м3 в регионах с преобладанием грузового газомоторного транспорта. Следует отдельно выделять станции, ориентированные на обслуживание одного вида грузового транспорта, например, самосвалов или мусоровозов. На таких станциях объем заправки равен объему баллонов, установленных на базовой модели. А в последние два года наметилась тенденция к увеличению численности передвижных автомобильных заправщиков (ПАГЗ), наполняемых на АГНКС. В результате средний объем заправки на АГНКС, обслуживающих ПАГЗ, составляет 150.. .170 нм3.
В результате возникает вопрос: каков же средний объем одной заправки для АГНКС? Ответить на него однозначно можно, если предварительно проанализировать основную производственную деятельность станции, то есть определить, какой основной потребитель топлива будет заправляться. Зависимость объема единичной заправки от соотношения численности легкового и грузового транспорта представлена в табл. 1.
Таблица 1
Зависимость объема единичной заправки от соотношения легкового и грузового транспорта
Грузовой транспорт, % Легковой транспорт, % Объем единичной заправки, м3
0 100 17,1
10 90 29,2
20 80 39,6
30 70 45,8
40 60 54,3
50 50 61,4
Зависимость изменения объема единичной заправки на АГНКС можно представить аналитически в виде аппроксимирующей функции:
/ = ах3 + Ьх2 + сх + й , где а, Ь, с, й - коэффициенты аппроксимации.
График гиперболы с коэффициентами (а=640-5, Ь=0,0113, с=1,3087, й=17,056), полученными в результате обработки статистических данных, приведен на рис. 1. Нижним пределом значений является 0 % грузового транспорта в потоке приходящих на заправку транспортных средств, а верхней точкой - обслуживание только грузовых транспортных средств.
По данным министерства транспорта, в настоящее время структура автомобильного парка Российской Федерации состоит из 34,4 млн легковых автомобилей (84,5 %), 5,4 млн грузовых автомобилей (13,25 %) и 0,9 млн автобусов (2,25 %). Предположив,
чЧШШШШШШШ
что объемы разовой заправки у грузового автомобиля и автобуса близки, то общая численность данного типа транспортных средств составляет не более 15,5 % общей численности ТС [2]. На рис. 1 зелеными стрелками показан фактический уровень средней заправки ТС, который при наличии в потоке среднестатистических 15,5 % 29
грузовых автомобилей и автобусов составляет около 35 м3 природного газа.
Рис. 1. График зависимости объема единичной заправки от структуры парка ТС
Использование производственных мощностей станции для заправки помимо автомобилей еще и ПАГЗов резко изменяет форму кривой одиночной заправки транспорта. Она приобретает вид прямой, а тангенс угла ее наклона зависит от процентного соотношения числа заправок ПАГЗ и общего числа заправок других транспортных средств. Следует отметить, что ввиду высокой вместимости ПАГЗа заправка от шести для АГНКС 250 до одиннадцати для АГНКС 500 ПАГЗов в сутки приведет к полной загрузке станции и сделает ее недоступной для другого транспорта. Значения единичной заправки в зависимости от числа заправляемых ПАГЗов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Влияние заправки ПАГЗа на объем единичной заправки
Число заправок ПАГЗов в общем числе заправок на станции, % Объем единичной заправки, м3
0 17
0,01 52
0,02 86
0,03 119
0,04 150
0,05 183
0,06 214
0,07 244
0,08 273
Следует отметить, что использование ПАГЗов и их эффективность достойны отдельного рассмотрения, для АГНКС же они являются проблемой с точки зрения времени обслуживания клиентов и положительным фактором с точки зрения 30 повышения рентабельности и общей загрузки станции.
Детальный анализ информационных массивов позволил выявить зависимость единичной заправки не только от структуры ТС разных видов, но и от температуры окружающей среды. На рис. 2 представлена зависимость изменения объема единичной заправки на станции от среднемесячной температуры окружающей среды.
а
б
Рис. 2. График изменения объема единичной заправки на станции (а) в зависимости от среднемесячной температуры окружающей среды (б)
С повышением температуры окружающего воздуха происходит пропорциональное снижение объема единичной заправки, обусловленное в первую очередь снижением потребления топлива транспортным средством при работе в теплое время года. Эта величина составляет от 0,45 до 0,6 % среднего объема потребления при изменении температуры на градус Цельсия, то есть
ез (Т) = (1 + 0,0045 + 0,006(20 - Гт )) бн , где Тт - среднемесячная текущая температура воздуха, °С; Qн - средний объем единичной заправки при нормальных условиях, м3.
В регионах, находящихся ниже 60-й параллели, наблюдается явно выраженная сезонность роста числа заправок в весенне-осенний период на 12.15 % и короткий всплеск их числа в декабре. Данные всплески имеют принципиально разную природу:
если весенне-осенний непосредственно связан с сельскохозяйственными работами и повышением активности населения в период отпусков (рис. 3), то декабрьский связан с ростом товарооборота перед новогодними праздниками и следующими за ними январскими каникулами.
Рис. 3. График сезонной неравномерности числа заправок ТС в регионах ниже 60-й параллели: 1 - сельскохозяйственные работы; 2 - новогодний товарооборот
В регионах выше 60-й параллели явно выраженной сезонности использования газомоторного транспорта нет. Это вызвано отсутствием обширных сельскохозяйственных угодий и равномерным использованием транспортных средств в течение всего года.
В Российской Федерации проводятся работы по повышению энергоэффективности и энергосбережению во всех отраслях народного хозяйства [3-9]. Однако вопрос энергетической эффективности компримирования природного газа на АГНКС не попал в поле зрения выпущенных в последние годы нормативно-методических документов. На рис. 4 приведены диаграммы суточного объема реализации компри-мированного природного газа (КПГ) для АГНКС 250 и расходуемой при этом электрической энергии на единицу производимой продукции.
Наиболее простым способом анализа энергоэффективности производства газового моторного топлива на АГНКС является получение отклонения затрачиваемой на производство 1 м3 КПГ электрической энергии от некоего нормативного значения в процентах. Пример аналитического графика представлен на рис. 4б. Основным потребителем электрической энергии на станциях являются компрессоры. Для всех используемых в настоящее время на станциях компрессоров существует база накопленной статистической информации о нормативных уровнях энергопотребления. Большинство действующих нормативов в настоящее время укладывается в интервал 0,2.0,4 кВт-ч/м3. Проводя ежемесячный мониторинг энергопотребления, можно достаточно четко определять перерасход электроэнергии на АГНКС и стимулировать операторов и машинистов к рациональному потреблению ресурсов посредством установления лимитов на электрическую энергию, расходуемую станцией на производство 1 м3 КПГ. За экономию электроэнергии можно предусмотреть стимулирующие мероприятия финансового и административного характера.
''ЪоциН*1'
— Среднесуточная реализация КПГ ^^^ Средняя реализация КПГ на станции
а
б
Среднее число ТС в сутки
в
Рис. 4. Анализ энергоэффективности производственного процесса на АГНКС:
а - объем единичной заправки на АГНКС, м3/ТС; б - отклонение затрачиваемой
на производство 1 м3 КПГ электрической энергии от нормативного потребления
(1,2 - сравниваемые станции), %; в - изменение средней численности заправляемых ТС, ед.
чЧШШШШШШШ
Ключевыми факторами, влияющими на энергопотребление АГНКС, являются следующие:
• внешние - температура воздуха окружающей среды, давление на входе АГНКС,
температура входящего газа, влажность входящего газа; 33
• внутренние - режим работы технологического оборудования (число пусков/остановов компрессоров, режим работы систем осушки газа и воздушного охлаждения), ошибки эксплуатирующего и обслуживающего персонала станции.
На графике (см. рис. 4б) приведены диаграммы отклонения от среднего нормативного значения удельного расхода электрической энергии на двух станциях, находящихся в соседних населенных пунктах Краснодарского края Российской Федерации, в течение одного года. Следует отметить, что станции являются полными аналогами по техническим характеристикам и срокам ввода в эксплуатацию, однако графики потребления электрической энергии у них очень слабо коррелированы. Проведенные исследования показывают необходимость дополнительной проработки вопросов энергоэффективности и энергосбережения на АГНКС.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. Используемая при расчете производительности норма объема единичной заправки, равная 60 м3 КПГ, для автомобильных стаций общего пользования является избыточной. Среднестатистический объем единичной заправки находится в интервале от 17 до 45 м3. В работе приведена кривая и получены коэффициенты аппроксимации для аналитического получения среднего объема единичной заправки на АГНКС в зависимости от соотношения в транспортном потоке легковых и грузовых ТС.
2. При использовании АГНКС для заправки ПАГЗов необходимо предусматривать дополнительные инженерно-технические мероприятия по организации выделенных линий для их заправки или установке на станции регуляторов (делители) потока топливного газа для направления в ПАГЗы по остаточному принципу. Отсутствие регуляторов приводит к резкому росту времени заправки прочих ТС при параллельной заправке на станции ПАГЗа.
3. В регионах, расположенных ниже 60-й параллели, присутствует явно выраженная сезонная неравномерность потребления ГМТ газобаллонными транспортными средствами, составляющая до 15 % прироста транспортных средств на заправках в период с апреля по октябрь. Выше 60-й параллели сезонная неравномерность численности газобаллонных автомобилей на заправках отсутствует.
_ Литература
1. Шугуров Л.М. Автомобили России и СССР.Том 1. - М.: ИЛБИ, 1993. - 256 с.
2. Транспорт России. Информационно-статистический бюллетень. Январь-декабрь 2014 г. Министерство транспорта РФ. http://www.mintrans.ru/upload/iblock/5cd/stat_2014.pdf
3. Евстифеев А.А. Обеспечение муниципальных автобусных парков мегаполиса газовым моторным топливом // Газовая промышленность. - 2014. - № 2. - С. 86-89.
4. Евстифеев А.А. Математическая модель процесса заправки транспортных средств КПГ на АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 1. - С. 24-31.
5. Евстифеев А.А. Методология рационального построения и непрерывного совершенствования региональной сети АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 3. - С. 53-60.
6. Хворов Г.А., Козлов С.И., Акопова Г.С., Евстифеев А.А. Сокращение потерь природного газа при транспортировке по магистральным газопроводам ОАО «ГАЗПРОМ» // Газовая промышленность. - 2013. - № 12. - С. 66-69.
7. Евстифеев А.А. Расчет надежности системы поставок газового моторного топлива потребителям // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 4 (34). - С. 61-65.
8. Евстифеев А.А., Заева М.А., Хетагуров Я.А. Применение математического моделирования при испытаниях и отработке сложных технических систем // Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. - 2013. - Т. 2. - № 1. - С. 115.
9. Evstifeev A. Multi-Criteria Equipment Control in Complex Engineering Systems // Asian journal of applied sciences. - 2015. - Vol. 8. - i.1. - P. 86-91.
