CC BY
21т
Транспорт на СУГ
Мобильные комплексы для дегазации вагонов-цистерн, перевозящих СУГ
В.Н. Титов,
генеральный директор ООО «ВИП Газ Тех» (Москва), А.В. Сколов,
генеральный директор ФГУП «НПП «Дельта» (Москва)
Регулярное техническое обслуживание цистерн для перевозки СУГ требует их подготовки (дегазации). На это приходятся значительные финансовые затраты. Предложена технология замены атмосферы внутри цистерны на инертную до и после ремонта с применением мобильных установок разделения воздуха и использования групповой подготовки с непрерывным анализом состава атмосферы внутри цистерны. Новая экологически чистая, энергоэффективная технология отработана и проверена на реальном объекте. Экономия получена как за счет уменьшения простоя цистерн и устранения холостого пробега к стационарным пунктам дегазации, так и за счет снижения энергозатрат на каждую цистерну.
Ключевые слова: требования безопасности при проведении работ по дегазации, новые ресурсосберегающие технологии дегазации, преимущества новой технологии и технические параметры работы комплекса, теоретические расчеты скорости разбавления атмосферного воздуха азотом, проведение опытных работ по дегазации вагонов-цистерн.
Mobile system for the degassing of tank-wagons with LPG
V.N. Titov, A.V. Sokolov
Regular technical service of tank-wagons used for the transportation of LPG requires their preparation (degassing) before use. This preparation demands considerable financial expenses. We suggested a new technology of the substitution of the atmosphere inside the tank to inert one using the application of mobile setups of gas separation, the use of group preparation technology, and permanent analysis of the composition of the atmosphere inside the tank. This novel, ecologically pure and energy efficient technology is developed and proved using real tank-wagons. The saving of financial expenses is obtained due to minimization of tank-wagon detention, due to minimization of wagon idling run to stationary degassing stations, and because of decrease of tank degassing energy consumption.
Keywords: safety requirements for degassing process, the existing challenges facing a customer, new cost saving technologies for degassing process, the advantages of the new degassing technology and technical parameters of degassing ramplex operation, theoretical calculations for atmospheric air diffusion speed while nitrogen applied, the practical references for degassing gas rail cars tanks.
Сжиженные углеводородные газы (СУГ), являющиеся эффективным и экологически чистым видом топлива, легко ожижаются. В этом состоит их преимущество перед метаном, для транспортировки которого требуется развитая сеть трубопроводов. Благодаря этому свойству СУГ перевозятся, в основном, по железной дороге в специальных газовых вагонах-цистернах.
При обращении с СУГ необходимо выполнять все требования техники безопасности при работе с взрывоопасными грузами и правила технической эксплуатации. Вагоны-цистерны должны проходить текущий (профилактический) ремонт запорно-пре-дохранительной арматуры, периодическое регламентное обслуживание, включающее плановые виды ремонта (деповской, капитальный ремонты) в условиях вагоноремонтных предприятий в системе ОАО «РЖД», а также процедуру технического освидетельствования.
Согласно требованиям действующих норм промышленной безопасности компании-собственники или арендаторы подвижного состава (специальных газовых вагонов-цистерн) должны обеспечить безопасный уровень содержания углеводородов (СН) за счет дегазации (нейтрализации) в котлах вагонов-цистерн перед проведением плановых ремонтов. Существующие дегазационные мощности предприятий были построены еще в начале 60-х гг. прошлого столетия и имеют высокую степень износа. Применяемая технология дегазации, использующая в качестве инертной среды тепловую энергию в виде пере-гретотго пара, является затратной и экологически недружественной. Следует учесть, что большая часть вагонов имеет значительный срок эксплуатации и потребует проведения все увеличивающихся объемов плановых и аварийных ремонтов. Владельцами вагонов являются как крупные, так и небольшие компании. При этом у всех компаний возникают организационные и финансовые трудности,
обусловленные следующими причинами:
■ отсутствием в Российской Федерации широкой сети станций по подготовке цистерн к наливу или плановым видам ремонта;
■ большим разнообразием маршрутов отгрузок газа и разбросанностью депо по сети железных дорог, на которых проводятся плановые ремонты вагонов-цистерн для перевозки СУГ;
■ удаленностью станций дегазации от пунктов проведения плановых ремонтов и станций подготовки вагонов к погрузке, что приводит к дополнительным порожним пробегам, увеличению затрат на тариф и уменьшению рабочего парка вагонов-цистерн;
■ сложностью и громоздкостью существующих стационарных дегазационных комплексов, которые не позволяют производить дегазацию нескольких цистерн одновременно;
■ высокой стоимостью оборудования и технологической операции по дегазации (пропарке) цистерн, приводящей к высоким накладным расходам в стоимости услуги;
■ большими сроками проведения дегазации, что приводит к очередям и простоям вагонов;
■ нерешенными вопросами ресурсосбережения и экологической безопасности на существующих дегазационных мощностях, регулярными сбросами остатков углеводородов и отсутствием аппаратуры для их утилизации.
Все это сдерживает расширение перечня потребителей (собственников газовых вагонов-цистерн) и развитие всей отрасли из-за перечисленных выше причин.
Попытки внедрения альтернативных технологий дегазации цистерн другими участниками рынка сжиженного газа проводятся как у нас в стране, так и в других государствах. Компания «ВИП Газ Тех» разработала и внедрила новую ресурсосберегающую технологию дегазации (нейтрализации) внутренней поверхности
котлов-вагонов методом вытеснения инертным газом с использованием унифицированных технологических (компрессорных) газовых модулей типа УТМГ-03, предназначенных для полного слива жидкой фазы продукта и отбора (утилизации) паровой фракции, и азотодобывающих установок мембранного типа, обеспечивающих подачу в котел инертной среды (газообразного азота) чистотой от 90 до 99,5 % и производительностью по азоту до 300 м3/ч. При этом остаточное давление продукта будет соответствовать атмосферному. Один модуль обрабатывает до пяти вагонов-цистерн в течение 5-5,5 ч.
К преимуществам новой технологии дегазации в сравнении с существующими относятся:
1. Высокая эффективность работ - возможность оперативного приближения комплекса к вагону-цистерне, низкие эксплуатационные расходы и высокая экономическая эффективность дегазации при сокращении ее продолжительности.
2. Высокая мобильность - блоч-но-контейнерное исполнение технологического комплекса позволяет доставить его на место дегазации автотранспортом, что значительно снижает транспортные расходы на подачу вагонов под дегазацию. Газоразделительные установки комплексов размещаются в непосредственной близости от вагоноремонтных депо и имеют возможность оперативной передислокации при смене станции ремонта, связанной с изменением маршрутов цистерн.
3. Разработанный единый логически законченный технологический процесс одновременно предусматривает полный слив и утилизацию остатков товарных продуктов (первый этап) и дегазацию (нейтрализацию) вагонов-цистерн перед плановыми ремонтами (второй этап).
4. Минимальный объем монтажных и пусконаладочных работ (принцип «plug & play»).
5. Значительное снижение потребляемых топливно-энергетических ресурсов.
6. Отсутствие необходимости создания мощной инфраструктуры и факельного хозяйства.
7. Эффективное решение задач в области экологии.
Техническая характеристика унифицированного технологического газового модуля типа УТМГ-03, предназначенного для проведения сливно-наливных операций и отбора остатков СУГ из вагонов-цистерн объемом котла 54, 73, 75 и 95,5 м3 при подготовке к наливу и ремонтам, приведена ниже.
Пробной дегазации вагонов-цистерн предшествовала теоретическая проработка процесса для получения практической возможности подготовки вагонов-цистерн к перевозки СУГ с использованием инертной среды - газообразного азота.
При этом учтены следующие исходные условия. Подготовка проводилась путем продувки цистерны газообразным азотом до объемной доли кислорода менее 1 %. Такое значение объемной доли кислорода
Конструктивное исполнение............................................................Блочно-контейнерное
Климатическое исполнение.............................................................УХЛ по ГОСТ 15150-69
Диапазон рабочих температур окружающего воздуха, °С............От -40 до 45
Установленная электрическая мощность, кВт................................55
Дополнительные здания и сооружения, системы и установки.....Не требуется
Давление, МПа
дифференциальное в режиме откачки..................................1,7
остаточное в котле вагона-цистерны
при подготовке к наливу.........................................................0,15-0,17
остаточное перед деповским и капремонтом........................Атмосферное,
на уровне безопасного
Производительность, м3/час............................................................180; 360; 540
Исполнение электрооборудования.................................................Взрывозащищенное,
рабочая зона - В-1г. Число обрабатываемых вагонов-цистерн в смену.........................До 10
Ой
Транспорт на СУГ
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема комплекса по дегазации (нейтрализации) вагонов-цистерн
в цистерне должно сохраняться до момента наполнения ее сжиженным газом. Были рассчитаны скорости продувки азотом вагона-цистерны с внутренним объемом 75 м3 в зависимости от скорости подачи газа. Принималось, что происходит полное перемешивание. Продувка цистерны от атмосферного воздуха предполагает уменьшение объемной доли кислорода в соответствии с экспоненци-
альным законом разбавления до значения менее 1 %. Формула расчета:
С= Со е
- т ч/У
где С - текущая объемная доля кислорода, %; С0 - исходная объемная доля кислорода (21 %); т - продолжительность продувки вагона-цистерны, мин; ч - скорость подачи азота в вагон-цистерну, м3/мин; V - объем вагона-цистерны (75 м3).
Результаты расчетов объемной доли кислорода (%) в цистерне в зависимости от продолжительности и скорости подачи газа приведены в таблице.
В результате расчетов построена зависимость времени подготовки вагона-цистерны от скорости продувки азотом (рис. 2).
Для более точных расчетов необходимо математическое моделирование газодинамического процесса внутри цистерны с учетом геометрии и конкретного способа подачи газа.
Проведенная пробная дегазация (нейтрализация) вагонов-цистерн подтвердила правильность расчетов. Для замера объемной доли кислорода использовался газосигнализатор марки «Клевер-В» серии ИГС-98 на кислород № 91724 поверка 18.03.2010 (производство ФГУП «НПП «Дельта»).
Подача газа для измерения на приборы из дренажа велась через регулируемый дроссель (натекатель НГ-1) и эластичную трубку длиной 1 м. Скорость расхода 100-300 см3/мин. Модель вагона-цистерны - 15-1519-02, тип установки для разделения воздуха - АМВН. Работу проводило ООО «ВИП Газ Тех».
Проверка результатов дегазации осуществлялась международной верификационной компанией SGS
Время Подача азота, м3/мин
минуты часы 0,1 0,25 0,50 1,0 1,5 2,0 2,5 5,0 10,0
0 0 21 21 21 21 21 21 21 21 21
60 1 19,38 17,19 14,08 9,44 6,33 4,23 2,84 0,38 0,007
120 2 17,89 14,08 9,43 4,23 1,905 0,85 0,38 0,007
240 4 15,25 9,44 4,24 0,85 0,28 0,035 0,007
480 6 11,07 4,24 0,856 0,035 0,0014 0,00006
600 10 9,43 2,84 0,385 0,0014
960 16 5,84 0,856 0,035
1440 24 3,08 0,172 0,0014 З
1920 32 1,623 0,035
2400 40 0,856 0,0071
1000
100
а> a со
10
1
■
■
" 1
■ ■ _
■
■ ■
■ 1 % об 02
0.1
1
Расход м3/мин
10
Рис. 2. Время выхода на объемную долю кислорода, равную 1 %, в цистерне при различном расходе азота
(Украина, г. Одесса). Результаты проведенной дегазации показали полное соответствие требованиям Заказчика (компания «ТенгизШевронОйл», Республика Казахстан).
Указанная технология дегазации (нейтрализации) вагонов-цистерн была разработана и сертифицирована в органах государственного надзора в 2009 г. компанией ООО «ВИП Газ
Тех» (Москва) и включает новую ресурсосберегающую технологию проведения сливно-наливных операций со сжиженными углеводородными газами, дегазации (нейтрализации) вагонов-цистерн с использованием мобильных технологических комплексов блочно-контейнерного исполнения, работающих при температурах окружающей воздуха от -40 до 45 °С.
По этой технологии изготовлены опытные образцы мобильного технологического комплекса. Были также проведены эксплуатационные испытания и пробная дегазация вагонов-цистерн на одном из вагоноремонтных предприятии России. Проведенная пробная дегазация полностью подтвердила эффективность использования технологии и оборудования компании ООО «ВИП Газ Тех».
Работа выполнена при поддержке Государственного контракта № 01.426.11.0022.
Требования по подготовке статей к опубликованию в журнале
В связи с тем, что Международный научно-технический журнал Национальной газомоторной ассоциации «Транспорт на альтернативном топливе» включен в Перечень ВАКа, просьба ко всем авторам строго выполнять следующие требования при подготовке статей к публикации:
1. Все научно-технические статьи должны иметь на русском и английском языках следующие составляющие:
заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, ученая степень (при наличии), контакты (e-mail, телефоны), аннотации, ключевые слова.
2. Все английские тексты следует набирать только строчными буквами, сохраняя начальные прописные буквы в именах собственных.
3. Авторы остальных публикаций (информационных, рекламных и т.д.) представляют на русском и английском языках: заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, адрес и контакты (e-mail, телефоны).
Материалы статей должны быть представлены по электронной почте в программе WinWord. Объем статьи - не более 14 400 знаков с пробелами.
Представленный текстовый материал с иллюстрациями и таблицами должен иметь сквозную нумерацию. Графический материал должен быть выполнен в формате, обеспечивающем ясность всех деталей рисунков. Формулы и символы должны быть четкими и понятными. Все обозначения в формулах необходимо расшифровать. Нумеруются только те формулы, на которые сделаны ссылки в тексте. Обозначения физических величин и единиц измерений необходимо давать в Международной системе единиц (СИ). Обязательно соблюдение действующих
ГОСТов. Текст, таблицы и графические рисунки должны быть выполнены в программе Word в формате doc, rtf. Фотографии (не менее 300 dpi, CMYK) - в формате jpg, jpeg, tiff, pdf. Отдельно необходимо представить список подрисуночных подписей. Не следует форматировать текст самостоятельно.
При пересылке материалов по е-mail следует сопровождать их пояснительной запиской (от кого, перечень файлов и т.д.). Объемные файлы должны быть заархивированы. При подготовке статей к печати необходимо руководствоваться документами, определяющими правила передачи информации через СМИ. Авторский коллектив должен указать ответственное лицо, с которым редакция будет вести переговоры в процессе подготовки статьи к изданию. В список литературы включаются источники, на которые есть ссылки в статье. Ссылаться можно только на опубликованные работы. Список литературы составляется в порядке употребления. В нем приводятся следующие сведения: фамилия и инициалы авторов, название работы; для журнала - название, год издания, номер, страницы, на которых размещена статья; для книг - место и год издания, издательство, общее число страниц. Редакция оставляет за собой право редакторской правки и не несет ответственности за достоверность публикации. Все внесенные изменения и дополнения в представленную к изданию статью согласовываются с автором или представителем авторского коллектива.
Редакция оставляет за собой право размещать опубликованные статьи на сайтах журнала и Национальной газомоторной ассоциации. Редакция не передает и не продает материалы для публикации в других печатных и электронных изданиях без согласования с автором (представителем авторского коллектива).
