CC BY
801С.В. Люгай, директор Центра использования газа ООО «Газпром ВНИИГАЗ», к.т.н., Ю.Н. Дрыгина, ведущий специалист ООО «Газпром ВНИИГАЗ», В.В. Тимофеев, главный специалист ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
В статье дан анализ применяемых при проектировании методов выбора производительности оборудования автомобильных газонаполнительных компрессорных станций и проблем, связанных с размерностью станций и приводящих к изначальному завышению этой производительности, что в свою очередь является причиной омертвления капиталовложений и невозможности достижения целевых показателей по эффективности работы АГНКС. Предложен ряд технических решений и описаны наиболее рациональные варианты проектирования и эксплуатации АГНКС. Дан анализ динамики изменения цен на компримированный природный газ и жидкое моторное топливо до и после отмены регулируемого ценообразования.
__Ключевые слова:
компримированный природный газ, автомобильная газонаполнительная компрессорная станция, эффективность производственных процессов, обзор газомоторного рынка, сокращение простоев транспорта, критерии эффективности проектных решений.
ак отмечалось в ряде работ [1-31] действующих в настоящее время научных коллективов, занимающихся вопросами повышения эффективности производственных процессов на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), средняя часовая производительность в наиболее загруженную смену для АГНКС выбирается с учетом установленного в ВРД 39-2.5-082-2003 режима безопасной эксплуатации АГНКС, расчета обеспечения минимальной длины очереди и времени обслуживания.
При проектировании и модернизации станций и основного производственного оборудования до сих пор используется сложившийся еще в советское время типовой ряд автомобильных заправочных станций с производительностью 250, 500, 750 и 1000 условных заправок в сутки. Многочисленные расчеты и научные работы [512] показывают, что концентрация производственных мощностей на 750 и 1000 заправок в сутки для АГНКС экономически неэффективна ввиду необходимости размещения в непосредственной близости от станции четырех-пяти крупных автотранспортных предприятий, обслуживающих крупные производственные объекты (завод, аэропорт, карьер). Подходящих для этих условий мест очень мало, поэтому на территории Российской Федерации получили наибольшее распространение станции производительностью 250 и 500 заправок в сутки. Для последней средняя часовая производительность компрессоров принимается
равной 3440 м3/ч, а установленная мощность компрессоров - 4570 м3/ч, исходя из загрузки станционного оборудования на уровне 75 % от проектной мощности.
В результате сложившихся требований безопасности в отношении площадок размещения АГНКС, подключения к инженерным сетям и газопроводам проектирование станций низкой производительности оказывается также экономически нецелесообразным в условиях современных цен на газомоторное топливо и численности транспортных средств. После отмены в 2014 году Постановления Правительства РФ от 15.01.93 г. № 31, устанавливавшего максимальную цену на газовое моторное топливо, наблюдается переход к рыночному ценообразованию, что отразилось на цене реализации компримированного природного газа (КПГ) на АГНКС. За период 2013-2016 гг. стоимость КПГ в среднем по стране выросла на 29,4 %. При этом в период действия названного выше постановления рост цены КПГ был соизмерим с ростом цен на жидкое моторное топливо, но сразу после отмены регулирования рост цены на КПГ стал опережать аналогичный показатель у жидких моторных топлив (рис. 1).
Рис. 1. Динамика роста средней цены на дизельное топливо и КПГ в РФ, %
Рис. 2. Динамика изменения производственных мощностей АГНКС в РФ
Вместе с этим продолжается строительство новых станций. По данным Национальной газомоторной ассоциации, в настоящее время в РФ функционируют 303 станции, из которых 252 принадлежат ПАО «Газпром» и 51 - частным компа-14 ниям. Совокупная установленная производительность станций продолжает расти
и к началу 2017 года составила 2550 млн м3 КПГ в год (рис. 2).
Однако рынок автотранспортных средств (АТС) находится в кризисе (рис. 3), особенно в регионах с активной ограничительной политикой региональных властей, выражающейся в постоянном расширении зон платных парковок и т.п.
ТЫС. сд
Рис. 3. Динамика продаж новых транспортных средств в РФ
45
Рис. 4. Динамика средней загрузки АГНКС в РФ, %
Кризисные явления на рынке АТС и низкая привлекательность газомоторных автомобилей ввиду их дороговизны сдерживают рост автопарка и объемов потребления газомоторного топлива (ГМТ). В результате снижается загрузка АГНКС, от которой зависит рентабельность производства, и достигает лишь 30 % от проектной производительности станции.
По расчетам различных специалистов [24-31] и материалам общественных и коммерческих организаций [20-28], среднее потребление КПГ одним АТС составляет 4450...4600 м3/год. Следовательно, для достижения уровня 30%-ной загрузки станций в эксплуатации должно находиться не менее 15
175.180 тыс. единиц АТС на КПГ. Однако фактически эксплуатируется от 145 до 149 тыс. Текущая численность АТС на КПГ обеспечивает среднюю загрузку АГНКС на уровне 18.20 % (рис. 4), что на 10.12 % ниже уровня рентабельности станций. Продолжение планового строительства станций, необеспеченных потребителями, приведет к дальнейшему снижению средней загрузки АГНКС из-за увеличения отставания скорости роста парка АТС на КПГ по отношению к росту заправочных мощностей и производства КПГ.
Все вышесказанное требует обратить внимание на принципиальные подходы по повышению загрузки существующих производственных мощностей АГНКС в условиях недостатка эксплуатируемых транспортных средств на КПГ.
Принципиальные подходы
В работах [4-9,11-13] изложены современные подходы, применяемые при проектировании объектов заправки транспорта КПГ с учетом возможности регазификации сжиженного природного газа на криогенных АЗС. В их основе лежит применение типовых решений, являющихся модернизацией исторически сложившихся подходов, в рамках которых рассматривались следующие типы объектов заправки транспорта КПГ: стационарные АГНКС, гаражные АГНКС, передвижные автомобильные газозаправщики (ПАГЗ). При этом в работах [9,11-13] производственные мощности и состав станционного оборудования подбираются исходя из ряда критериев, таких как интенсивность и стабильность потока заправляемых транспортных средств, максимальная длина очереди, максимально допустимое время ожидания заправки, вероятность потери клиента в результате превышения времени ожидания и т.п. Все эти критерии направлены на предотвращение появления станций с изначально завышенной или, наоборот, малой производительностью. Второй случай менее опасен, поскольку при наличии необходимых производственных площадей, резерва по объему природного газа и электрической энергии можно установить дополнительное оборудование, блок или компрессор, повысив производительность станции. В первом же случае изначально завышенная производительность ведет к следующим последствиям: омертвлению капиталовложений; повышению себестоимости производимого КПГ; необходимости эксплуатировать, страховать и ремонтировать фактически неиспользуемое в производственном процессе оборудование.
Опыт эксплуатации АГНКС показывает, что 3,5 % установленных и сданных в эксплуатацию компрессоров ни разу не использовались в работе, а 10 % из них имеют наработку менее 1000 ч за весь период эксплуатации при годовой расчетной норме в 8000 ч. Из всего сказанного можно сделать вывод, что минимум на 10 % можно было сократить затраты на компрессорное оборудование уже на стадии проектирования и строительства, приняв решение не приобретать и не устанавливать избыточные мощности.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод о наличии и актуальности ряда задач, связанных с выбором производительности АГНКС, числа и единичной мощности компрессоров, схемы заправки, принципов администрирования очереди и т.д. Одним из путей решения данных задач является изменение принципиальных
16
подходов, применяемых при анализе и выборе производительности станции, а также основанных на более глубокой проработке проектных решений и применении новых запатентованных технологий и технических решений.
Задачей данного исследования является поиск рациональных методов и средств повышения эффективности производственной деятельности АГНКС. Решение данной задачи представляет собой набор организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности. В части организационных мероприятий рассмотрим следующие: сокращение штатной численности персонала за счет повышения уровня автоматизации производственных процессов; изменение принципа аварийно-ремонтного и профилактического обслуживания путем создания кустов или кластеров, обслуживаемых единой ремонтно-эксплуатационной службой. В части технических - рассмотрим и проведем сравнительный анализ эффективности существующих и перспективных технических решений, представленных в полезных моделях и изобретениях.
Единичная мощность компрессоров
Энергетические затраты на сжатие природного газа зависят от ряда параметров, например, давления газа на входе компрессора, температуры природного газа, числа ступеней компрессора, степени сжатия ступени и коэффициента полезного действия. Мощность, необходимая на компримирование определенного количества природного газа, рассчитывается по формуле
N=а Ё ср1гъс,
( к-1
I=1
л,
где срх - удельная массовая теплоемкость природного газа при температуре всасывания, кДж/(кг-К); Твс!. - температура газа на входе в г-ю ступень, К; П - коэффициент полезного действия г-й степени; п - число ступеней сжатия; Qг - объем компримируемого природного газа; к - показатель адиабаты, кн/м2 (для природного газа к = 1,378); е - степень сжатия.
При этом зависимость единичной мощности компрессоров от входного давления имеет вид части параболы (рис. 5).
Мощность приводов для компрессорных установок с учетом их КПД выбирают в зависимости от интервала входных давлений (таблица).
Характеристики компрессорных установок в зависимости от входного давления
к
8
Интервал входного давления, МПа Интервал мощностей приводов, кВт Расчетное число ступеней сжатия Степень сжатия ступени Общее потребление энергии на 1000 ТС, кВт
0,15...0,3 370...355 4,8...4,15 2,78...2,42 1022...869
0,4...0,6 325...320 3,88...3,50 2,81...2,54 827...738
0,8...1,2 270...255 3,23...2,85 2,36...2,75 673...604
Рис. 5. Единичная мощность компрессоров в зависимости от входного давления
Расчеты, проведенные специалистами МВТУ им. Баумана, НИЯУ «МИФИ» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ», показывают, что наибольшую энергетическую эффективность процессов сжатия и сокращение потребления энергии можно получить при подключении АГНКС к магистральным газопроводам высокого давления, повысив тем самым входное давление на компрессоре до 5,5 или 7,5 МПа. При этом число компрессорных станций достаточно ограниченно, а их удаленность от основных магистралей приведет к низкой привлекательности таких станций у автомобилистов.
Опыт показывает, что размещение компрессорных блоков на компрессорных станциях связано с проблемами корпоративной безопасности и охраны объектов. Наиболее предпочтительным является размещение заправочных постов АГНКС непосредственно за забором компрессорной станции возле дороги. Однако если при строительстве компрессорной станции мероприятия по заправке транспорта предусмотрены не были, то внесение изменений в проект с дополнением нового вида производственной деятельности, связанной с реализацией топлива транспорту, приводит к отторжению и всяческому сопротивлению со стороны эксплуатационного персонала производственного объекта.
Способы повышения эффективности АГНКС
Современные стационарные АГНКС предусматривают осуществление заправки АТС из секций баллонов, соединенных между собой линией высокого давления (аккумуляторы) с компримированным природным газом. Аккумуляторы применяются для стабилизации работы компрессоров, снижения частоты их включения и упрощения автоматизации производственных процессов станции. Применение промежуточного хранилища КПГ имеет два существенных недостатка: дополнительный
18
расход энергии на сжатие природного газа и неполную заправку газовых баллонов транспортных средств.
Сущность первого недостатка объясняется тем, что весь газ сжимается до рабочего давления (25 МПа), превышающего максимальное давление в баллонах (20 МПа), установленных на автомобиле, в то время как при заполнении непосредственно баллона транспортного средства сжимать до рабочего давления необходимо только последнюю порцию газа, подаваемого в баллон ТС, а весь остальной газ можно было сжимать до более низкого давления.
В случае, если объем газа, накопленный в аккумуляторах АГНКС, меньше суммарного объема заправки газобаллонного автомобиля (ГБА), то она будет проводиться от компрессоров станции. При этом время заправки всех одновременно заправляемых транспортных средств будет равняться времени заправки ГБА с самым большим совокупным объемом хранения КПГ на борту и зависеть от производительности компрессоров.
Для заправки ПАГЗ требуется значительный объем (от 1 500 до 10 000 м3) КПГ в зависимости от модификации передвижного газозаправщика. Средний объем аккумулируемого на АГНКС-500 КПГ составляет 4 200 м3 с давлением 25 МПа, поэтому время параллельной заправки ПАГЗ и ГБА даже высокопроизводительными АГНКС будет составлять от 1,5 до 7,5 ч. В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» были разработаны способы обеспечения одновременной заправки крупного АТС, например, автобуса или грузового автомобиля, или ПАГЗ и вновь прибывшего транспортного средства.
Первым способом является модернизация подачи газа на выходе из компрессорного блока линии высокого давления путем разделения на две независимо запитанные нити, по которым потоки КПГ могут распределяться между аккумуляторами газа и заправочными колонками независимо друг от друга. При этом перемычка с запорной арматурой в открытом положении позволяет использовать нити в режиме единой линии высокого давления подачи газа, задействовав всю производительность компрессорного оборудования.
В результате станция будет работать в двух режимах:
Режим 1. Станция осуществляет заправку ПАГЗ высокой вместимости. КПГ от компрессорного блока по одной нити линии высокого давления подается напрямую через заправочную колонку в ПАГЗ. При этом запорная арматура на перемычке закрывается по команде оператора АГНКС. Другая нить линии высокого давления подачи газа позволяет АГНКС функционировать в штатном режиме, используя в полном объеме блок аккумуляторов газа для заправки вновь прибывающих ГБА.
Режим 2. Посредством перемычки с запорной арматурой, которая находится в открытом положении, обе нити замыкаются в единую линию высокого давления подачи газа, и все компрессоры используются для пополнения запасов КПГ в блоке аккумуляторов газа и заправки ГБА.
Вторым способом является дооснащение линии высокого давления датчиком изменения давления, который управляет блоком регулировки, который в свою очередь осуществляет управление запорной арматурой, ограничивающей или частично снижающей подачу КПГ к одной или нескольким выбранным заправочным колонкам. В процессе заправки ПАГЗ высокой вместимости на АГНКС одновременно с ним начинает заправку вновь прибывший ГБА, в связи с чем в линии высокого давления подачи газа возникает недостаток давления, необходимого для обеспечения быстрой заправки газобаллонного автомобиля. Поэтому по сигналу от датчика
изменения давления блок регулировки закрывает запорную арматуру, прекращая или ограничивая подачу КПГ на заправку ПАГЗ, тем самым обеспечивая нормальную (быструю) заправку ГБА. По завершению заправки ГБА открывается запорная арматура, возобновляя подачу КПГ для заправки ПАГЗ.
Заключение
При проектировании и модернизации станций и основного производственного оборудования до сих пор используется подходы, сложившиеся еще в советское время. В современных работах производственные мощности и состав станционного оборудования рекомендуется выбирать исходя из ряда критериев, направленных на предотвращение появления станций с изначально завышенной или недостаточной произв одительно стью.
Текущая численность АТС на КПГ обеспечивает среднюю загрузку АГНКС на уровне 18.. .20 %, что на 10.. .12 % ниже уровня рентабельности станций. Продолжение планового строительства станций, необеспеченных потребителями, приведет к дальнейшему снижению средней загрузки АГНКС из-за увеличения отставания скорости роста парка АТС на КПГ по отношению к росту заправочных мощностей и производства КПГ.
Предложенные в работе способы совместно с повышением энергетической эффективности процессов сжатия и сокращением потребления энергии при подключении АГНКС к магистральным газопроводам высокого давления позволят сократить затраты жизненного цикла АГНКС на 10.30 %. Вместе с этим перспективными направлениями развития методов организации заправки остаются модернизация технологических процессов АГНКС, применение технологии заправки посредством съемных модулей, повышение энергетической эффективности производственных процессов.
_ Литература
1. Евстифеев А.А., Ермолаев А.Е. Влияние холостых пробегов газовых городских автобусов на показатели производственно-хозяйственной деятельности // Транспорт на альтернативном топливе. - 2016. - № 4 (52). - С. 23-30.
2. Люгай С.В., Балашов М.Л., Евстифеев А.А. Оценка времени ожидания заправки транспортного средства на АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2016. - № 6 (54). - С. 50-54.
3. Евстифеев А.А., Заева М.А., Сергеев М.С. Метод обеспечения работоустойчи-вости системы управления питанием газового транспортного средства // Транспорт на альтернативном топливе. - 2016. - № 3 (51). - С. 51-60.
4. Евстифеев А.А., Заева М.А., Хетагуров Я.А. Методы и средства оптимизации размещения объектов производственно-сбытовой инфраструктуры. Сб. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2015. Аннотации докладов: в 3-х томах, отв. ред. О.Н. Голотюк. - 2015. - С. 74.
5. Попов М.А., Егорова А.Н., Евстифеев А.А. Моделирование и оптимизация мест размещения объектов газовой заправки транспорта. Сб. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2015. Аннотации докладов: в 3-х томах, отв. ред. О.Н. Голотюк. - 2015. - С. 97a.
6. Евстифеев А.А., Дрыгина Ю.Н., Ермолаев А.Е. Моделирование и оптимизация процесса развития производственно-сбытовой сети газовых заправочных станций // Газовая промышленность. - 2015. - № S3 (728). - С. 30-33.
7. Евстифеев А.А. Математическая модель определения численности и производительности заправочных колонок на АГНКС // Газовая промышленность. - 2015. -№ 8 (726). - С. 95-97.
8. Евстифеев А.А. Размещение объектов инфраструктуры газовой заправки 20 транспорта // Транспорт на альтернативном топливе. - 2015. - № 6 (48). - С. 26-39.
9. Евстифеев А.А. Анализ эффективности производственного процесса на АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2015. - № 5 (47). - С. 27-33.
10. Евстифеев А.А. Метод формирования адекватной стоимости газового моторного топлива // Транспорт на альтернативном топливе. - 2015. - № 2 (44). - С. 41-46.
11. Евстифеев А.А. Современные подходы к выбору производительности основного технологического оборудования объектов заправки природным газом // Транспорт на альтернативном топливе. - 2015. - № 4 (46). - С. 48-54.
12. Евстифеев А.А., Шувалов Б.В., Хачатурова Э.Г. Мониторинг объектов и моделирование технологического процесса в системе поддержки принятия решений по развитию сети криогенных заправочных станций // Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. - 2015. - Т. 4. - № 5. -С. 458-463.
13. Evstifeev A., Zaeva M., Krasnikova S., Shuvalov V. Multi-criteria equipment control in complex engineering systems // Asian Journal of Applied Sciences. - 2015. -Т. 8. - № 1. - Р. 86-91.
14. Евстифеев А.А. Структурный синтез и алгоритмы решения для математической модели системы газовой заправки транспорта и газоснабжения автономных потребителей // Вести газовой науки. - 2015. - № 1 (21). - С. 79-85.
15. Евстифеев А.А. Обеспечение муниципальных автобусных парков мегаполиса газовым моторным топливом // Газовая промышленность. - 2014. - № 2 (702). -С. 86-89.
16. Евстифеев А.А. Математическая модель процесса заправки транспортных средств КПГ на АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 1 (37). - С. 24-31.
17. Евстифеев А.А. Многокритериальное управление технологическим оборудованием сложных технических систем с использованием методов получения нечетких выводов // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 5 (41). -С. 44-48.
18. Евстифеев А.А. Методология рационального построения и непрерывного совершенствования региональной сети АГНКС // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 3 (39). - С. 53-60.
19. 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 (699). - С. 66-69.
20. Евстифеев А.А. Математическая модель анализа потребности в КПГ и СПГ на вновь газифицируемых территориях // Газовая промышленность. - 2013. -№ 1 (685). - С. 87-88.
21. Люгай С.В., Евстифеев А.А., Тимофеев В.В., Балашов М.Л., Дрыгина Ю.Н. Сравнение экономических показателей при использовании жидкого моторного и газомоторного топлив // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 5 (35). -С. 14-19.
22. Евстифеев А.А. Модель прогнозирования потребления газового моторного топлива в населенном пункте // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. -№ 3 (33). - С. 43-47.
23. Евстифеев А.А., Балашов М.Л. Методика определения границы экономической эффективности перехода на природный газ в качестве моторного топлива // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 2 (32). - С. 4-5.
24. Евстифеев А.А. Расчет надежности системы поставок газового моторного топлива потребителям // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 4 (34). -С. 61-65.
25. 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.
26. Евстифеев А.А., Заева М.А. Автоматизированная система единого государ- 21 ственного реестра газобаллонного оборудования // Сб. Научная сессия НИЯУ МИ-
ФИ-2012. Аннотации докладов: в 3-х томах. - 2012. - С. 285.
27. Люгай С.В., Евстифеев А.А. Анализ систем автоматизации нефтегазового комплекса, применимых для автомобильных газонаполнительных станций // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 6 (30). - С. 22-24.
28. Дедков В.К., Евстифеев А.А. Методика оценивания надежности технической системы по результатам испытаний // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. - 2010. - № 12. - С. 215-221.
29. Евстифеев А.А., Заева М.А., Малинин С.А., Скородумова Т.А. Технология создания документов на основе шаблонов // Газовая промышленность. - 2010. -№ 2. - С. 37-38.
30. Евстифеев A.A., Северцев Н.А. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. - 2009. - № 11. - С. 137-145.
31. Евстифеев А.А., Дедков В.К. Методика оценивания надежности технической системы по результатам испытаний // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. - 2009. - № 12. - С. 215.
«Газпром» и «Автодор» будут взаимодействовать в сфере развития придорожной инфраструктуры
В рамках Российского инвестиционного форума председатель правления ПАО «Газпром» Алексей Миллер и председатель правления Государственной компании «Российские автомобильные дороги» («Автодор») Сергей Кельбах подписали соглашение о сотрудничестве.
В соответствии с документом, стороны намерены взаимодействовать в сфере развития придорожной инфраструктуры, разрабатывать и применять новые методы и подходы для создания многофункциональных зон дорожного сервиса на существующих и строящихся дорогах компании «Автодор».
Речь идет, в частности, о создании сети многотопливных автозаправочных станций (МАЗС). На их территории будет предусмотрена возможность заправки автомобилей жидким моторным топливом, компримированным и сжиженным природным газом. Такие станции могут быть размещены на строящихся скоростных магистралях М-11 «Москва — Санкт-Петербург» и Центральной кольцевой автомобильной дороге (ЦКАД).
Кроме того, стороны договорились о сотрудничестве в сфере создания на дорогах «Автодора» многофункциональных зон дорожного сервиса. Помимо МАЗС, они включают места стоянки транспорта, отдыха водителей и пассажиров, общественного питания и торговли, другую инфраструктуру. Зоны комплексного обслуживания планируется организовать вдоль перспективного проекта международного транспортного коридора «Европа — Западный Китай» на территории России.
Концепция развития объектов дорожного сервиса «Автодора» предполагает создание многофункциональных зон дорожного сервиса. Это места комплексного обслуживания пользователей автомобильных дорог, предоставляющие полный пакет услуг, необходимый в дороге.
Управление информации ПАО «Газпром» АОГМТ «Национальная газомоторная ассоциация»
(НГА)
