CC BY
11
УДК 62-621.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-416-420
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЖИЖЕННОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА В КАЧЕСТВЕ ГАЗОМОТОРНОГО ТОПЛИВА
Д.И. Каменский, В.Г. Шрам
В представленной работе предложена математическая модель, позволяющая проводить оценку эффективности использования сжиженного нефтяного газа в качестве газомоторного топлива. Рассмотрено моделирование процесса использования сжиженного нефтяного газа на численном примере. В результате полученных данных были построены зависимости окупаемости от стоимости эксплуатации ТС, стоимости СНГ, расстояния до АГЗС и расхода топлива, что позволило определить условия, при которых целесообразно осуществлять переход от топлива к СНГ.
Ключевые слова: газомоторное топливо, транспорт, математическая модель, топливо.
В связи с увеличением общего количества транспорта и ожидаемым усилением парникового эффекта вследствие увеличения выбросов отработавших газов, а также нарастающим дефицитом и удорожанием традиционных энергоносителей, востребованными становятся мероприятия по поиску, разработке и внедрению альтернативных видов топлив. Например, использование природного и нефтяного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания позволит решить проблему дефицита моторных топлив, уменьшить нагрузку транспортного сектора на окружающую среду и снизить затраты на топливо и обслуживание транспорта.
Актуальность темы подтверждается государственной программой Российской Федерации «Развитие энергетики», дополненной подпрограммой «Развитие рынка газомоторного топлива» [1], в которой отмечается необходимость содействия развитию внутреннего рынка природного газа как моторного топлива и проведения мероприятий по развитию рынка ГМТ (газомоторного топлива). Целью программы является стимулирование развития рынка ГМТ, увеличение его потребления, расширение инфраструктуры и распространение транспорта на природном газе.
Важнейшим условием для успешного развития российского рынка ГМТ является мотивация всех его участников, одним из главных критериев принятия решений для которых служат экономические показатели. В этом случае математическое моделирование представляет собой эффективный способ оценки экономической целесообразности перевода автомобиля на ГМТ [2].
При построении модели необходимо учесть следующие факторы: стоимость топлива, его фактический эксплуатационный расход, коэффициент увеличения расхода топлива при переводе ТС (транспортного средства) на ГМТ, пробег на бензине для ТС на СНГ, расстояние до АГЗС (автомобильной газозаправочной станции), объем топливного баллона, стоимость ТО (технического обслуживания) ГБО (газобаллонного оборудования), межсервисный интервал, стоимость оборудования и монтажа ГБО и планируемый пробег ТС после установки ГБО.
Построим математическую модель использования СНГ [4].
Стоимость топлива на километр пути рассчитаем по формуле
CT = , (1)
100
где P - цена на топливо, руб; Q. - фактический эксплуатационный расход топлива, л/100 км.
Фактический эксплуатационный расход для ТС на СНГ рассчитаем по формуле
Qr = Qe • k, (2)
где Qe - то же, что и в формуле (1); k - коэффициент увеличения расхода топлива при переводе на ГМТ.
Стоимость эксплуатационных затрат на километр пути на бензине рассчитаем по формуле
C = С (3)
^ ЭБ ТБ ' v '
где СТБ - то же, что и в формуле (1).
Стоимость эксплуатационных затрат на километр пути на СНГ рассчитаем по формуле
СЭГ ~ СЭБ ^ СТО ' (4)
где СЭБ - то же, что и в формуле (3); СтО - стоимость ТО (технического обслуживания) ГБО на километр пути, руб/км.
Стоимость ТО ГБО на километр пути рассчитаем по формуле
Р
с -±то_, (5)
^то о
Ото
где Рт - стоимость ТО, руб; Ото - межсервисный интервал, км.
Стоимость километра пути на бензине рассчитаем по формуле
С Б = СТБ + СЭБ, (6)
где СТБ - то же, что и в формуле (1); СЭБ - то же, что и в формуле (3).
Стоимость километра пути на СНГ с учетом пробега на бензине и перепробега рассчитаем по
формуле
су ^ •^+с1Г-С1 -100СЭЛ - ^ ■)■ <7)
где СТБ - то же, что и в формуле (1); 0Б - пробег на бензине; СТГ - то же, что и в формуле (1); СЭГ - то же, что и в формуле (4); 0' - перепробег, связанный с удаленностью АГЗС. Найдем 0' по формуле
0' = Еагзс ' 2 , (8)
V '
где ЬАГЗС - расстояние до АГЗС, км; V - пробег на одном топливном баллоне, км.
Экономию в процессе эксплуатации транспорта на СНГ рассчитаем по формуле
Еэ = СБ - Сг, (9)
где СБ - то же, что и в формуле (6); Сг - то же, что и в формуле (7).
Окупаемость ГБО найдем по формуле
Я = рГБО., (10)
Еэ
где РГБО - стоимость оборудования и монтажа ГБО, руб; Еэ - то же, что и в формуле (9). Экономию с учетом установки ГБО рассчитаем по формуле
Е = {0 - Я)-Еэ , (11)
где 0 - планируемый пробег ТС после установки ГБО, км; Я - то же, что и в формуле (10); Еэ - то же, что и в формуле (9).
Рассмотрим моделирование процесса использования сжиженного нефтяного газа на численном примере. В качестве исходных данных примем следующее: стоимость бензина и СНГ составляет РБ = 51
и Рг = 19 руб/л [5]; фактический эксплуатационный расход бензина составляет QБ = 10 л/100 км; коэффициент увеличения расхода топлива при переводе на ГМТ - к = 1,2; пробег на бензине для ТС на СНГ - 0Б = 10%; расстояние до АГЗС - ЬАГЗС = 4,5 км; пробег на одном топливном баллоне - V = 300 км; стоимость ТО ГБО составляет РТо = 3000 руб; межсервисный интервал - 0ТО = 10000 км; стоимость оборудования и монтажа ГБО составляет РГБО = 54600 руб; планируемый пробег ТС после установки ГБО - 0 = 15000км.
Фактический эксплуатационный расход для ТС на СНГ рассчитаем по формуле (2)
дг = 10 -1,2 = 12л /100км, Стоимость топлива на километр пути рассчитаем по формуле (1)
С = Рб ' ^Б = 5,1 руб / км; Сг = Рг ' ®г = 2,3 руб / км. ТБ 100 100 Стоимость эксплуатационных затрат на километр пути на бензине рассчитаем по формуле (3)
СЭБ = СТБ = 5,1 руб / км. Стоимость ТО ГБО на километр пути рассчитаем по формуле (5)
С 3000 0 3 б.
СТО =-= 0,3 руб / км ■
10000
Стоимость эксплуатационных затрат на километр пути на СНГ рассчитаем по формуле (4)
СЭГ = 5,1 + 0,3 = 5,4руб.
Стоимость километра пути на бензине рассчитаем по формуле (6)
Сб = 5,1 + 5,1 = 10,2руб .
Перепробег, связанный с удаленностью АГЗС найдем по формуле (8)
4 5 • 2 0' = = 0,03. 300
Стоимость километра пути на СНГ с учетом пробега на бензине и перепробега рассчитаем по формуле (6)
Сг = (5,1100+2,3-(1-1100)+5,4){+0,03) = 8,2 руб.
Экономию в процессе эксплуатации транспорта на СНГ рассчитаем по формуле (9)
Еэ =10,2 - 8,2 = 2руб / км.
Окупаемость ГБО рассчитаем по формуле (10)
Я 54600
Я =-= 27300км.
2
Экономию с учетом установки ГБО рассчитаем по формуле (11) Е = {150000 - 27300) • 2 = 245400руб.
В результате полученных данных были построены зависимости окупаемости от стоимости эксплуатации ТС, стоимости СНГ, расстояния до АГЗС и расхода топлива, при условии, что запланированный пробег после установки ГБО не превысит 150000 км. Графические отображения моделей представлены на рис. 1-4.
На рис. 1 представлена итоговая стоимость эксплуатации для ТС на бензине и на СНГ. Окупаемость Я наступает при пробеге автомобиля 27300 км (точка пересечения функций). После чего эксплуатация автомобиля на СНГ становится более экономичной относительно автомобиля на бензине. Общая экономия при запланированном пробеге 150000 км составит 245400 руб.
2000« 40000 60000 80000 100000 120000 140000
пробег, км — бензин СНГ
Рис. 1. Итоговая стоимость эксплуатации ТС
На рис. 2 представлена зависимость окупаемости ГБО от стоимости СНГ при условии, что цена СНГ не опустится ниже 15 руб/л. Установлено, что при стоимости СНГ 30-34 руб/л выход на окупаемость займет более длительное расстояние, а при стоимости СНГ 35 руб/л и более установка ГБО не окупится.
150000 135000 120000 105000 90000 75000 60000 45000 30000 15000
12 14 16 1Н 20 22 24 26 2Н 30 32 34 ЗГ> ЗЯ 40 стоимость СНГ, руб Рис. 2. Зависимость окупаемости от стоимости СНГ
При оценке экономической целесообразности переоборудования ТС на ГМТ необходимо учитывать и развитость газозаправочной инфраструктуры в местности эксплуатации автомобиля. Для этого построим зависимость окупаемости ГБО от расстояния до АГЗС (рис. 3).
Зависимость показывает увеличение длительности окупаемости ввиду увеличения перепробега. В результате полученных данных были определены три зоны окупаемости:
1) при расстоянии до ближайшей АГЗС менее 20 км, окупаемость увеличивается незначитель-
но;
2) при расстоянии 26-34 км, эксплуатация ТС на СНГ становится малоэффективной;
3) при расстоянии более 36 км, окупаемость невозможна.
На рис. 4 представлена зависимость окупаемости от расхода топлива.
150000 135000 120000 х 105000 J 90000 5 75000 \ 60000 £ 45000 30000 15000
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
расстояние до ЛГЗС, км Рис. 3. Зависимость окупаемости от расстояния до АГЗС
150000 135000 120000 - 105000 1 90000 о 75000 | 60000 & 45000 30000 15000
« 2 4 6 8 10 12 14 Ifi 18 20
расход бснчина, л/100 км Рис. 4. Зависимость окупаемости от расхода топлива
Представленная зависимость показывает, что экономически целесообразным является перевод автомобиля на питание СНГ с фактическим расходом бензина более 3 л/100 км. Однако эффективным переоборудование становится только при расходе более 6 л/100 км. При этом стоит отметить, что данная зависимость не отражает повышение стоимости ГБО, возникающее при переоборудовании автомобиля с двигателем большего объема.
Выводы. В работе был смоделирован процесс использования СНГ на численном примере, что позволило определить условия, при которых целесообразно осуществлять переход от топлива к СНГ.
В результате моделирования было выявлено, что наиболее экономически эффективным является перевод автомобиля на питание СНГ при стоимости СНГ 15-28 руб/л, расстоянии до ближайшей АГЗС не более 20 км и расходе топлива более 6 л/100 км.
Список литературы
1. Государственная программа Российской Федерации «Развитие энергетики» // Министерство энергетики РФ. [Электронный ресурс] URL: https://minenergo.gov.ru/node/323 (дата обращения 20.12. 2022).
2 Корягин М.Е. Математическая модель оценки эффективности использования сжиженного и компримированного природного газа в качестве газомоторного топлива для сельскохозяйственной техники / М. Е. Корягин, А. И. Декина // Системы. Методы. Технологии. 2014. №4. С. 93-98.
3 Тимонин И.И. Российский рынок газомоторного топлива: достижимы ли амбициозные цели? // Neftegaz.RU. 2022. №5-6. С. 84-89.
4 Расчет окупаемости ГБО / Automastergas. 2023. [Электронный ресурс] URL: https://gas59.ru/price/raschet-okupaemosti-gbo (дата обращения: 15.01.2023).
5 GlobalPetrolPrises: база данных содержит сведения о стоимости литра топлива. 2022. [Электронный ресурс] URL: https://ru.globalpetrolprices.com (дата обращения: 15.01.2023).
Каменский Дмитрий Игоревич, магистрант, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский Федеральный университет,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, shram [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский Федеральный университет
MATHEMATICAL MODEL OF THE USE OF LIQUEFIED PETROLEUM GAS AS A GAS ENGINE FUEL
D.I. Kamensky, V.G. Shram
In the presented work, a mathematical model is proposed that allows evaluating the efficiency of using liquefied petroleum gas as a gas motor fuel. The modeling of the process of using liquefied petroleum gas on a numerical example is considered. As a result of the obtained data, dependences of the payback on the cost of operating the vehicle, the cost of LPG, the distance to the gas filling station and fuel consumption were built, which made it possible to determine the conditions under which it is advisable to switch from fuel to LPG.
Key words: gas motor fuel, transport, mathematical model, fuel.
Kamensky Dmitry Igorevich, undergraduate, dkamenskii526@gmail. com, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Shram Vyacheslav Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-420-423
МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ УСТРОЙСТВА ТРУБОШПУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Р.С. Фатуллаев, З.Х. Чипова
В данном исследовании рассматривается методика разработки технологической карты устройства трубошпунтов при строительстве тоннелей закрытым способом. Данный метод строительства является наиболее эффективным и безопасным, что обуславливает важность разработки технологической карты в процессе строительства тоннелей закрытым способом. В статье описываются основные этапы строительства, анализ возможных рисков, определение мер по их минимизации, разработка технологической карты и ее утверждение, обучение рабочих по использованию технологической карты, контроль и отчетность по выполнению работ с использованием технологической карты.
Ключевые слова: трубошпунты, металлические конструкции, армокаркас, лидерное бурение, щитовая микромашина, бентонитовый раствор, шнековое бурение.
Строительство тоннелей закрытым способом с использованием трубошупнтов предусматривает три основных этапов:
Первый этап включает в себя сооружение в стартовом котловане торцевой стены для врезки и упорной стены для ввода щитовой микромашины (ЩММ).
Во втором этапе монтаж оборудования микротоннелепроходческим комплексом на стройплощадке и в стартовом котловане с подключением к коммуникациям. Для продавливания труб в грунтовый массив применяется микротоннелепроходческим комплексом с гидравлическим транспортом грунта. Трубы защитного экрана с фиксирующими устройствами мерной длины изготавливаются на базовой стройплощадке и доставляются к месту производства работ.
В третьем этапе сооружение опережающего защитного экрана из труб. Технология сооружения заключается в последовательном продавливании труб в грунтовый массив с одновременной разработкой грунта и выдачей его из трубы на поверхность. По мере продвижения трубы осуществляется пристыковка очередных секций к трубам в грунтовом массиве и наращивание коммуникаций. Трубы прокладывать звеньям, после чего звенья подают на направляющую раму краном КС-5371.
При сооружении экрана в песчаных грунтах естественной влажности, особенно при наличии гравелистых включений, рекомендуется во время продвижения трубы производить нагнетание бентонитового раствора за наружную поверхность ЩММ и трубы через насадки, имеющиеся в ЩММ или в последнем прицепном ее элементе.
После завершения продавливания трубы ЩММ принимается в приемный котлован и перевозится в стартовый котлован для установки и продавливания очередной трубы.
После выполнения горизонтального ряда защитного экрана производится послойная разработка грунта стартового котлована на величину шага труб вертикального ряда.
Выполняются вертикальные ряды опережающего защитного экрана последовательным продав-ливанием труб в грунтовый массив с одновременной разработкой грунта и выдачей его из трубы на поверхность.
По мере устройства защитного экрана, после продавливания каждой трубы, производится очистка внутренней поверхности трубы от грязи. Установка армокаркаса и заполнение трубы бетоном.
420
