CC BY
21Передвижные средства снабжения КПГ
С.П. Семенищев,
генеральный директор ООО НПП «Высокие технологии для Газпрома» (ООО «НПП «ВТГ»), к.т.н., В.П. Глухов,
главный технолог ООО «НПП «ВТГ», к.т.н.
т
Газозаправочное об
Рассмотрен наиболее простой и эффективный способ газоснабжения для ускорения перевода транспортных средств на компримированный природный газ за счет более широкого применения передвижных средств доставки газа. Приведены анализ эксплуатирующихся передвижных автомобильных газозаправщиков различных конструктивных исполнений на основе баллонов разных типов, а также рекомендации по совершенствованию разработки и созданию передвижных средств газоснабжения автопарков, производств и населенных пунктов.
Ключевые слова: транспортные средства, компримированный природный газ, передвижные автомобильные газозаправщики, газобаллонные автомобили, автомобильные газонаполнительные компрессорные станции, баллоны высокого давления.
Mobile money supply compressed natural gas users
S.P. Semenishchev, V.P. Glukhov
Considered the most simple and effective way to supply CNG in order to accelerate the transfer of vehicles to CNG due to more widespread use of mobile equipment supply. The analysis of operated mobile auto gas tankers of various of designs based on different types of cylinders. Recommendations for improving the design and creation of mobile equipment fleet supply, industries and localities.
Keywords: vehicle, compressed natural gas, portable gas vehicle refueling, gas-cylinder cars, automobile gas-filling compressor stations, high pressure cylinders.
В ряду альтернативных видов топлива для транспортных средств (ТС) наиболее широко используется компримированный природный газ (КПГ). Во всем мире отмечается значительный рост его потребления для ТС. На сегодняшний день, например, парк газобаллонных автомобилей (ГБА) достиг 13 млн ед., число действующих автомобильных газонаполнительных компрессорный станций (АГНКС) составляет 19290 ед. В России к концу 2011 г. работало 252 АГНКС, число ГБА достигло 86 тыс. ед. [1]. По данным
некоторых экспертных организаций, мировой парк ГБА к 2020 г. составит 60 млн ед.
Такие высокие темпы роста числа ГБА в мире объясняются явными достоинствами использования метана вместо нефтяных видов топлива [2]: метан в 2,6 раза дешевле бензина; он более безопасен в использовании (высокий нижний предел пожарной концентрации, высокая температура самовоспламенения, низкая чувствительность к возбуждению взрывных процессов, не токсичен, не канцеро-
генен); при работе на метане значительно снижаются вредные выбросы (сажа, токсичные вещества, угарный газ) в окружающую среду; в 1,3 раза увеличивается межремонтный пробег двигателя; решается проблема недостач и хищения топлива на автомобилях.
Несмотря на столь явные преимущества КПГ позиции России в рейтинге стран, использующих КПГ для ГБА, за последнее время не только не повысились, а даже снизились - Россия с десятого места опустилась на двадцатое [1].
Сдерживающие факторы использования КПГ для ТС в России приведены ниже [3].
1. Отсутствие достаточного числа АГНКС. В некоторых населенных пунктах с большим количеством ТС расстояние от потребителей до ближайших АГНКС составляет не один десяток километров. Поездка на заправку при таких расстояниях экономически нецелесообразна. В связи с этим загрузка многих существующих АГНКС в России составляет
всего 12___15 % от их номинальной
мощности.
2. Отсутствие действующей системы стимулирования, направленной на расширение строительства АГНКС и использование КПГ в качестве газомоторного топлива.
3. Проблемы при строительстве новых АГНКС, в числе которых - длительный период прохождения экспертизы проектов, необходимость наличия вблизи строительства АГНКС магистральных газопроводов, согласование с поставщиками газа о выделении необходимых объемов газа для подключения АГНКС, высокие удельные затраты на строительство и эксплуатацию АГНКС и др.
4. Невозможность в ближайшем будущем при столь обширных размерах нашей страны создать разветвленную сеть АГНКС на всей ее территории.
Выход из создавшейся ситуации - более широкое использование передвижных средств газоснабжения, в частности передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ), в дополнение к существующим и строящимся АГНКС.
Применение ПАГЗов позволяет:
оборудование
lijitil
• увеличить загрузку имеющихся и строящихся АГНКС;
• сгладить неравномерность суточного потребления газа на АГНКС;
• дублировать работу АГНКС на время их ремонта;
• организовать быструю доставку газа непосредственно потребителям (пассажирский и грузовой транспорт в автохозяйствах, работающая сельхозтехника в поле и др.);
• обеспечить бесперебойную доставку КПГ на многотопливные автомобильные заправочные станции;
• привлечь дополнительно новых потребителей КПГ, которых не удовлетворяет существующая сеть АГНКС;
• использовать в качестве резервных источников питания газом непрерывных производств и т.п.
В настоящее время в России эксплуатируются более сотни ПАГЗов, значительно различающихся по объему перевозимого газа, габаритам и массе, типу используемых баллонов и транспортировщиков, конструктивному исполнению.
Основным элементом ПАГЗов являются баллоны высокого давления. Используются баллоны четырех типов по ГОСТ Р 51753 и ISO 11439. Большинство ПАГЗов созданы на базе баллонов 1-го и 2-го типов вместимостью до 400 л и более. Баллоны 1-го типа изготавливаются из углеродистой или легированной стали, 2-го типа - из стали с кольцевой намоткой композиционного материала. Коэффициент массового совершенства таких баллонов при давлении 24,5 МПа составляет 1,0___1,2.
Основными недостатками этих ПАГЗов являются:
1. Большая масса при использовании тяжелых стальных баллонов. Например, при объеме транспортируемого газа до 5 тыс. м3 с применением баллонов на давление 24,5 МПа общая масса ПАГЗа в заправленном состоянии может достигать 35_40 т (ПАГЗы ОАО «Казанское опытно-конструкторское бюро «Союз», итальянской фирмы «ИНДИНИТИ» и др.). Большая масса увеличивает эксплуатационные расходы и создает определенные проблемы при движении ПАГЗов по дорогам, особенно в зимнее время.
2. Необходимость проведения в соответствии с требованиями ПБ 03-576-03 технического освидетельствования баллонов каждые 3...5 лет. Для этого баллоны должны быть демонтированы и направлены на техническое освидетельствование в организацию, имеющую лицензию на проведение такого вида работ.
Процесс технического освидетельствования каждого баллона весьма затратный. Помимо наружного и внутреннего осмотров, необходимо гидравлическое испытание пробным давлением.
С учетом демонтажа баллонов, транспортировки их на освидетельствование и обратно, а также с учетом самого освидетельствования и последующего монтажа в ПАГЗы общие затраты становятся весьма значительными. Кроме того, ПАГЗ выводится из эксплуатации на достаточно большой период времени.
При гарантированном сроке службы баллонов в 15 лет эту операцию необходимо выполнить 3.5 раз. В итоге эти дополнительные затраты могут быть сопоставимы с первоначальной стоимостью ПАГЗа.
Однако баллоны 1-го и 2-го типов наиболее дешевые по сравнению с баллонами 3-го и 4-го типов.
Лучшими массогабаритными и эксплуатационными показателями характеризуются ПАГЗы с использованием баллонов 3-го типа (металлический лейнер, например, из алюминиевого
сплава с намоткой композиционного материала типа «кокон»). Коэффициент массового совершенства таких баллонов 0,60. 0,65 при давлении 24,5 МПа. Срок службы баллонов -20 лет, техническое освидетельствование - 1 раз через 10 лет.
Наиболее высокие показатели имеют ПАГЗы с использованием баллонов 4-го типа, например, фирмы Хрепоп (ФРГ) [4].
В баллонах этого типа лейнер выполнен из полимерного материала с намоткой композиционного материала по всей поверхности. Баллоны имеют минимальную массу и коэффициент массового совершенства 0,42 при давлении 24,5 МПа. Срок службы баллонов 20 лет, за время эксплуатации проведение технического освидетельствования не требуется. Баллоны взрывобезопасны, не подвержены коррозии.
Баллоны 4-го типа наиболее дорогие. Производство таких баллонов в России практически отсутствует. При поставках из-за рубежа на стоимость баллонов оказывают значительное влияние высокие таможенные сборы.
Технико-экономические показатели ПАГЗа улучшаются при использовании баллонов, рассчитанных на более высокие рабочие давления -32 и 40 МПа. Во всех ПАГЗах должна быть предусмотрена защита баллонов от атмосферных воздействий (тент, контейнер и др.), особенно это касается баллонов 2-4-го типов.
*с0в к*»**
Газозаправоч,
Тип баллонов при разработке конструкций ПАГЗ следует выбирать с учетом вышесказанного, при этом следует помнить, что «скупой платит дважды».
Разработкой и изготовлением ПАГЗов в России занимаются многие организации. Поскольку в нашей стране отсутствуют единые требования к конструкции ПАГЗов, их создатели руководствуются, в основном, принципами минимальных затрат, что не всегда согласуется с требованиями безопасности и минимизации эксплуатационных расходов.
Практически каждый ПАГЗ - это оригинальная конструкция, он разрабатывается и изготавливается по индивидуальному проекту, что приводит к большому разнообразию конструкций ПАГЗов.
По способу выдачи сжатого газа различают ПАГЗы с пассивной (без дожимающего компрессора) и активной (с дожимающим компрессором) выдачей газа. Степень опорожнения баллонов при этом 0,65 и 0,92 соответственно. Повышение степени опорожнения баллонов при отсутствии дожимающего компрессора может быть достигнуто за счет секционирования газобаллонной установки ПАГЗа [4].
По типу используемых транспортировщиков ПАГЗ изготавливаются на базе прицепов, полуприцепов, грузовых автомобилей, полуприцепов с краноманипуляторной установкой или кантователем. Тип транспортировщика обычно выбирают в соответствии с требуемыми
объемом перевозимого газа, возможностью размещения на нем дожимающего компрессора и других устройств, удобствами обслуживания и т.п.
По способу установки баллонов в рамной конструкции различают ПАГЗы с горизонтальной и вертикальной установкой баллонов. Наибольшее распространение получили ПА-ГЗы с горизонтальным размещением баллонов.
По типу защиты баллонов от атмосферных воздействий различают ПАГЗы с защитными устройствами в виде тентов (мягкая конструкция) или размещением баллонов в контейнерах (жесткая конструкция). Наиболее простым и достаточно удобным вариантом защиты баллонов от
атмосферных воздействий является использование специальных тентов.
Разнообразие созданных конструкций ПАГЗов позволяет накопить определенный опыт по разработке, изготовлению и эксплуатации ПАГЗов для дальнейшего их совершенствования. Вместе с тем оригинальность конструкции - это значительное удорожание изделия за счет необходимости разработки новой документации, изготовления его в условиях единичного производства.
За последние годы специалистами ООО НПП «Высокие технологии для Газпрома» (ООО «НПП «ВТГ») разработаны, изготовлены и успешно эксплуатируются различные ПАГЗы на базе баллонов 3-го типа (лейнер из коррозионностойкого алюминиевого сплава) вместимостью до 185 л с рабочим давлением 24,5 МПа. Размещение баллонов в раме ПАГЗа - горизонтальное, защита от атмосферных воздействий - специальными тентами.
• ПАГЗ 1000-25 на прицепе, без дожимающего компрессора, используется в Новосибирске с 2008 г. (рис. 1).
• ПАГЗ 1680-К-25КМУ с пятью автономными модулями по 560 м3 на полуприцепе без дожимающего компрессора с краноманипуляторной установкой для разгрузки и загрузки модулей, эксплуатируется ООО «Газпром трансгаз Саратов» в Саратове с 2010 г. (рис. 2). Всего в системе
ое оборудование
lijitil
обеспечения потребителей КПГ задействовано девять модулей.
• ПАГЗ 2700-25 на полуприцепе с дожимающим компрессором, эксплуатируется ООО «Газпром трансгаз Самара» в Самаре с 2011 г. (рис. 3) и др.
С учетом опыта работы этих ПАГЗов легко и быстро с минимальными затратами могут быть разработаны модули и ПАГЗы на другие объемы перевозимого газа.
• ПАГЗ-метановоз контейнерный (с баллонами 4-го типа), способный перевозить в 6-метровом контейнере до 6 тыс. м3, в 12-метровом - до 12 тыс. м3, в 14-метровом - до 13,5 тыс. м3 КПГ (рис. 4).
ПАГЗ модульного типа (см. рис. 2) перевозит несколько газобаллонных быстросъемных модулей. Каждый модуль (объем перевозимого газа 5601000 м3) снабжен устройством заправки и выдачи газа и поэтому в работе автономен. Перевозить модули можно любым транспортом, оборудованным для перевозки опасных грузов, а также тягачами, оснащенными крано-манипуляторными установками. При отсутствии на ПАГЗах этой установки загрузка и разгрузка модулей может быть осуществлена любым автомобильным краном или кантователем.
При таком подходе к созданию ПАГЗов повышается мобильность доставки газа. Газ просто и легко можно подавать в любое место - в автохозяйство, к работающей сельхозтехнике в поле, на конечные остановки городских автобусов и т.п. При этом в работе может быть задействовано достаточно большое число модулей, что позволяет обслуживать одним ПАГЗом значительное количество потребителей газа, находящихся в различных местах и на довольно большом расстоянии от АГНКС.
Повысить эффективность работы модулей можно с помощью установки дожимающих компрессоров в местах значительного потребления газа.
ПАГЗы модульного типа достаточно удобны также для доставки на промышленные предприятия технических газов - азота, гелия, водорода, кислорода и т.д.
К основным проблемам, возникающим при разработке и изготовлении ПАГЗа, можно отнести:
• необходимость согласований доработки конструкции транспортировщика с целью надежного закрепления рамы газобаллонной установки или газовых модулей (согласование с разработчиками и изготовителями);
• трудности в комплектовании ПАГЗов запорно-регулирующей арматурой высокого давления (клапаны, вентили, редукторы и др.) в связи с ограниченным числом производителей, большим сроком изготовления и поставки, высокой стоимостью и т.п.;
• ограниченный выбор производителей баллонов высокого давления для комплектования ПАГЗов.
Баллоны 3-го типа (одни из наиболее подходящих для комплектования ПАГЗов) серийно выпускает всего одно предприятие (фактор монополизма). Баллоны 4-го типа планирует серийно выпускать с 2014 г. компания ООО «Ругазко» (г. Нижний Новгород).
Таким образом, на данном этапе развития страны ускорение перевода ТС на КПГ, по нашему мнению, наиболее просто может быть достигнуто путем более широкого использования ПАГЗов на основе баллонов 3-го и 4-го типов как с пассивной, так и активной выдачей сжатого газа.
Для этого необходимо принять следующие меры:
• разработать на государственном уровне единые требования к ПАГЗам;
• стимулировать организации, занимающиеся разработкой и изготовлением ПАГЗов, а также их эксплуатацией;
• разработать типовые конструкции ПАГЗов как с пассивной, так и активной выдачей газа потребителям;
• наладить серийный выпуск надежной и дешевой запорно-регулиру-ющей арматуры на высокое давление;
• организовать в более широких масштабах производство баллонов 3-го типа, создать производство баллонов 4-го типа.
Подводя итог, можно утверждать, что одним из наиболее эффективных способов газоснабжения КПГ по затратам времени и финансам является применение ПАГЗов, различных по объему доставляемого газа, способу заправки и опорожнения. Предлагаемая гамма созданных ПАГЗов, перевозящих от 560 до 13500 м3 КПГ, способна экономически эффективно и в короткие сроки решить проблему газозаправки автопарка, газоснабжения производств и населенных пунктов. Оптимальным с точки зрения затрат на создание, эксплуатацию и удобства применения, по нашему мнению, является использование конструкций ПАГЗов модульного типа [5, 6].
Литература
1. Мировой парк ГБА и АГНКС (декабрь 2011 г.) // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 1 (25). - С. 58-59.
2. Батыршин Р.Р., Гатиятов А.А. Автотехника ОАО «КАМАЗ» на природном газе // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 1 (25). - С. 42-43.
3. Аксютин О.Е. Актуальные задачи по замене муниципального автотранспорта автомобилями на газомоторном топливе и расширению сети газовых заправок // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 1 (25). - С. 33-36.
4. Баллоны фирмы Xperion, ФРГ. Сайт www.xperion.de.
5. Мовчан Е.П., Леонов В.Н., Семе-нищев С.П. О новой концепции создания многотопливных АЗС с пунктом заправки транспортных средств КПГ // Транспорт на альтернативном топливе. - 2008. - № 4 (4). - С. 54-56.
6. ООО «Научно-производственное предприятие «Высокие технологии для Газпрома», г. Ижевск. Сайт www.vtg-gas.ru.
