CC BY
51Компримированный природный газ
к\\\\\\\\\\\\ч
Особенности применения дожимных компрессоров на ПАГЗ
И.Р. Ганиев, исполнительный директор ООО Объединение «Компрессор»
Рассмотрены вопросы заправки автотранспорта от передвижных автомобильных газовых заправщиков с бескомпрессорной схемой, имеющих в своем составе дожим-ной компрессор. Показана зависимость степени опорожнения баллонов ПАГЗа от его конструктивного выполнения. Дано описание различных технологий заправки транспортных средств. Приведены расчетные формулы коэффициента опорожнения баллонов ПАГЗа. Для увеличения полезного пространства ПАГЗа и при этом его полного опорожнения предложено использовать мобильную (на прицепном шасси) или стационарную блочную АГНКС, которая сначала заправляет автомобили от ПАГЗа, попутно наполняя свой штатный блок аккумуляторов, которые после опорожнения емкостей ПАГЗа отключаются, после чего заправка автомобилей продолжается в автономном режиме из аккумулятора АГНКС. Приведена эффективность различных типов ПАГЗов. Приведен опыт применения компрессоров 2ГУ2-0,1/30/200-250У2 и 2ГУ2-0,05/20/200-250У2 производства ООО Объединение «Компрессор» (г. Пенза).
__Ключевые слова:
ПАГЗ, АГНКС, компрессор, компримированный природный газ.
П
рименение природного газа в качестве моторного топлива ставит перед поставщиками задачу беспрепятственного доступа к нему потребителя, для этого должна существовать развитая инфраструктура по доставке компримированного природного газа (КПГ). В случае, когда потребители находятся на расстоянии 20 км и более от ближайшей АГНКС, рентабельнее и гораздо удобнее доставлять газ передвижными автогазозаправщиками (ПАГЗ).
Особенность заправки автомобилей ПАГЗом заключается в том, что газ, находящийся в емкостях под избыточным давлением в 25 МПа, самотеком перетекает в емкость автотранспортного средства с низким (от 0 до 20 МПа) давлением. При этом возникает проблема: когда давление в емкостях ПАГЗа падает ниже 20 МПа, заправка автомобиля
до 20 МПа уже невозможна, при том что емкости до конца не опустошены.
Повышения степени опорожнения емкостей ПАГЗа добиваются следующими способами.
• Делят ПАГЗ на 3-4 секции, их объем разный - каждая последующая секция в 2-3 раза меньше предыдущей. Заправка автомобиля проводится поочередно из каждой емкости до тех пор, пока давление в автомобиле не достигнет требуемого значения, степень опорожнения при этом зависит от числа секций, но как показывает практика - не превышает 60 %.
• На раму ПАГЗа может быть установлен дожимной компрессор с приводом от вала отбора мощности, газового двигателя внутреннего сгорания или же, как это уже давно принято, от электродвигателя с прямым приводом или через ременную передачу. Компрессорная
чЧШШШШШШШ
установка предназначена для поочередного перекачивания газа из предыдущей секции в следующую. Таким способом опорожнение достигает 80 %, но компрессорная установка съедает часть полезного пространства полуприцепа -около 15 %.
• Для 95%-ного опорожнения баллонов ПАГЗа технологически обеспечивается возможность прямой заправки автомобиля компрессором из последней емкости.
Коэффициент использования газа при бескомпрессорной заправке определяется по следующей формуле:
N ^ ' V (-^б max _ Р б min )
п=■
7 7
б max б min
Yv
/ j ак
ГДе Рб max> Рб min> Рак max - давление заправки баллонов и первоначальное давление
газа в аккумуляторах; Z6 min, Z max, ^ак max - коэффициенты сжимаемости газа в баллонах и аккумуляторе; n - число заправленных автомобилей.
= X (X VaK i) = const.
i=1
Как уже было сказано ранее, привод компрессора может осуществляться как от электродвигателя, так и от вала отбора мощности через гидропривод или карданную передачу.
Принцип работы ПАГЗа с компрессором заключается в следующем. По мере опорожнения последней секции с давлением 25 МПа оператор проводит докач-ку в нее газа компрессором из первой, второй и третьей секций до тех пор, пока в каждой из них давление не достигнет 1,0.. .1,6 МПа. Затем с помощью компрессора происходит прямая заправка автомобиля газом из последней секции.
К дожимному компрессору для ПАГЗ предъявляют следующие требования:
• высокая производительность в широком диапазоне давлений;
• компактность - для увеличения
полезного объема под баллоны высокого давления;
• простота конструкции - для уменьшения массы компрессорной установки;
• возможность проведения регламентных работ и ремонта в полевых условиях;
• надежность;
• эксплуатация при температуре окружающей среды от -40 до 40 °С.
Опыт применения компрессоров 2ГУ2-0,1/30/200-250У2 и 2ГУ2-0,05/20/200-250У2 производства ООО Объединение «Компрессор» (г. Пенза) показал, что они наиболее подходят для работы в составе ПАГЗ по следующим характеристикам и конструктивным особенностям:
• отсутствие жидкостной системы охлаждения (применено воздушное охлаждение газа, цилиндров и сальников) позволяет значительно уменьшить габариты и массу компрессорной установки, повысить надежность, исключить расходы, связанные с покупкой и заменой антифриза;
• использование фторопласта в качестве материала поршневых, направляющих и сальниковых колец, а также применение радиально-упорных шарикоподшипников вместо коренных и кривошипных подшипников скольжения позволили отказаться от сложной системы смазки этих узлов и значительно упростить конструкцию компрессорной установки;
• применение в парах шатун-шток и шток-поршень шарнирного соединения позволило повысить ресурс поршневых, направляющих и сальниковых колец компрессора.
Существует ряд особенностей при эксплуатации компрессоров. Исходя из суровых климатических условий эксплуатации в холодное время года следует применять масла с температурой застывания ниже -60 °С. Для пуска компрессора под нагрузкой следует разгружать сальники, а в случае, когда давление на входе компрессора превышает 10 МПа, следует дополнительно открыть байпас.
НП «Национальная газомоторная ассоциация» (НГА) ijpil
"^еоци»^
Компримированный природный газ
■ж
\
Рис. 1. Комплекс АГНКС - ПАГЗ - АГНКС:
БТ - блок технологический; КУ - установка компрессорная; БУАк - блок управления аккумулятором газа; БВ, БН1, БН2 - емкость буферная; ГХ - блок газоохладителей; ВД - маслоотделитель; КМ - компрессор; ПК - коллектор продувок; С - сепаратор; Ц1, Ц2 -цилиндры 1-й, 2-й ступени; ПЗ - пост заправочный; КП - клапан предохранительный; МН - манометр; ВМ - вентиль манометровый; КШ - кран шаровой штуцерный; КЭ - клапан электромагнитный; Р - металлорукав; КО - клапан обратный; ДД - отбор импульса для автоматического контроля давления; ДТ - отбор импульса для автоматического контроля температуры; РГ - редуктор газовый; FA1 - расходомер
чЧШШШШШШШ
Во избежание перегрузки компрессора следует контролировать разность давлений на входе и выходе, чтобы она не превышала определенного для данного компрессора значения. В последних поколениях компрессорных установок система автоматизации при достижении предельного значения отключает двигатель компрессора автоматически.
Опыт применения автоматической системы контроля управления и защиты (АСКУЗ) компрессора показал зависимость сложности построения логики автоматики от сложности технологической схемы компрессорной установки.
В объединении «Компрессор» была разработана концепция, которая должна повысить экономию при заправке автомобилей от передвижных автогазо-заправщиков, - это комплекс АГНКС -ПАГЗ - АГНКС.
Для увеличения полезного пространства ПАГЗа и его полного опорожнения предложено использовать мобильную (на прицепном шасси) или стационарную блочную АГНКС (рис. 1), которая сначала заправляет автомобили от ПАГЗа, попутно наполняя свой штатный блок аккумуляторов, а после того как емкости ПАГЗа будут опорожнены, отключается от него и продолжает заправлять автомобили в автономном режиме из своего аккумулятора. В это время сам ПАГЗ отправляют на материнскую АГНКС для его наполнения.
На рис. 2 изображена 3D-модель блочной компрессорной установки для
работы с ПАГЗом. Габариты установки позволяют разместить ее на прицепе, а сворачиваемые в две бухты соединительные и силовые кабели размещаются в ящиках, предусмотренных внутри установки.
Сравнительные показатели четырех способов опорожнения ПАГЗа представлены в таблице.
Минимальное время включения компрессора ПАГЗа определяется из выражения
t ■ =-Ш1П
Км Д
к1 Г, V д!
2V _ С1 _
где Уам - геометрический объем заправляемого автомобиля; Ув к - производительность компрессора при условиях
Рис. 2. 3Б-модель блочной АГНКС для работы с ПАГЗом
Сравнение четырех способов опорожнения ПАГЗа
Тип ПАГЗа Степень опорожнения, % Затраты энергии на площадке заправки без учета электроэнергии на основной АГНКС, Вт/м3 Степень использования полезного объема полуприцепа, %
4-секционный 60 - 60
4-секционный с КУ 85 23 67
4-секционный с КУ и возможностью прямой заправки автомобиля из последней секции 95 23 76,5
Комплекс АГНКС-ПАГЗ-АГНКС 95 23 95
НП «Национальная газомоторная ассоциация» (НГА)
Компримированный природный газ
■ж
\
28
всасывания; Ус1 - объем секции ПАГЗ, к которой подключен компрессор;
^ _ рам (К> + ^ам ) _1
р2 + ^ам Рн ам
- определитель исходного состояния при заправке, где рам - плотность при номинальном давлении; р2 - плотность газа при стандартных условиях; рн ам -начальная плотность газа в баллонах заправляемого автомобиля.
Максимальное время работы компрессора при последних закачках определяется из выражения
t _
тах
2У (Б2 _ 1)
ам V 2 '
У..
1+
Рвк Б2
где
б2 _
Рам + ^ам ) Рвк + ^амР
а^нам
Рл _
Рл 0_1)КП ,, + Р(л_1), ^ Упп} + КМ
происходят с применением компрессора. Общий коэффициент опорожнения ПАГЗа определяется из выражения
Ло =
где т - общее число закачек.
Характеристики различных типов ПАГЗ приведены на рис. 3.
I - коэффициент опорожнения I - степень использования объема ПАГЗ
- определитель конечного состояния, где Ус2 - объем последней секции ПАГЗ; рв к - плотность газа при минимальном давлении всасывания компрессора.
При заправке баллонов автомобиля с последовательным подключением |-й секции ПАГЗа к заправляемому автомобилю в г-й закачке плотность газа в секции после закачки определяется по выражению
где рдг-1) - плотность газа в )-й секции ПАГЗа после предыдущей закачки; У„ - объем одного баллона ПАГЗа; пI - число баллонов в |-й секции; Ру-1)!- - плотность газа в предыдущей секции ПАГЗа.
Бескомпрессорные закачки продолжаются до понижения плотности газа в последней секции ПАГЗа менее рб ам, после чего последующие закачки
Рис. 3. Характеристики различных типов ПАГЗ
Наиболее выгодным и производительным является способ согласно концепции АГНКС-ПАГЗ-АГНКС: во-первых, степень опорожнения достигает 95 %, а во-вторых, стационарная компрессорная установка, которая могла бы занимать до 25 % полезного объема автогазозаправщика, повышает уровень использования его полезного объема до 95 %. Данный способ, несмотря на то, что является дорогостоящим, в долгосрочной перспективе позволяет повысить КПД работы передвижного автогазозаправщика по сравнению с тремя другими.
Тем не менее, такой способ имеет свой недостаток - это привязка дочерней АГНКС к конкретному месту заправки, в то время как три других способа относительно автономны и могут использоваться в полевых условиях.
Р
4
Тип ПАГЗ
