CC BY
67
Компримированный природный газ
Практика применения передвижных автогазозаправщиков "Л
Л.А. Гнедова, старший научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ», К.А. Гриценко, старший научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Н.А. Лапушкин, начальник лаборатории АГНКС ООО «Газпром ВНИИГАЗ», к.т.н., В.Б. Перетряхина, старший научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
Показана целесообразность использования ПАГЗ для заправки автотранспорта и газоснабжения других потребителей. Приведены критерии для оценки эффективности применения ПАГЗ. Предложены меры, реализация которых будет способствовать созданию эффективной мобильной газозаправочной инфраструктуры.
__Ключевые слова:
автомобильная газонаполнительная компрессорная станция (АГНКС), передвижной автогазозаправщик (ПАГЗ), газобаллонная установка, коэффициент опорожнения, способ заправки.
озданная в России сеть автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) уже стала важнейшей составной частью Единой системы газоснабжения (ЕСГ). Однако следует отметить, что широкомасштабное использование комприми-рованного природного газа (КПГ) на транспорте сдерживается рядом объективных трудностей:
• созданная сеть АГНКС слишком редка для больших территорий России, а ее расширение - достаточно длительный процесс;
• построенные АГНКС из-за сложностей при выборе земельных участков под их строительство в большинстве случаев размещены на периферии городов вдали от автотранспортных предприятий.
Ко всему этому надо добавить проблемы, возникающие из-за недостаточного пробега газобаллонных автомобилей на одной заправке (180...200 км) в сравнении с бензиновыми (350.450 км).
В сложившихся условиях преодолению вышеописанных трудностей способствует более активное использование передвижных автогазозаправщи-ков (ПАГЗ) наряду со стационарными АГНКС (рис. 1, 2).
К основным характеристикам ПАГЗ относятся:
• грузоподъемность;
• максимальное давление газа в газобаллонной установке;
• геометрический объем газобаллонной установки и ее секций;
• объем газа в газобаллонной установке и ее секциях;
• коэффициент опорожнения газобаллонной установки;
• способ заправки автомобилей;
• количество заправляемых автомобилей.
Грузоподъемность ПАГЗ складывается из масс газобаллонной установки, блока заправки и перевозимого газа. При компрессорном способе заправки добавляется масса компрессорной установки. Грузоподъемность ПАГЗ
Рис. 1. ПАГЗ 3000-25
Рис. 2. ПАГЗ 1200К (с дожимным компрессором)
фактически определяется грузоподъемностью полуприцепа, который выбирается на основе расчета массы указанных блоков и перевозимого газа.
При обосновании основных параметров ПАГЗ прежде всего необходимо выбрать способ заправки (компрессорный или бескомпрессорный) и определить максимальное рабочее давление газа в газобаллонной установке при избранном способе заправки.
ПАГЗ с компрессором «на борту» несомненно выглядит привлекательно. Вместо 60...70 % можно обеспечить отпуск газа на 90.95 %, да и давление
отпускаемого газа как в начале, так и в конце цикла опорожнения будет равно 20 МПа. Однако при заданной грузоподъемности транспортного средства установка компрессора требует соответствующего уменьшения массы баллонов и, как следствие, уменьшения количества перевозимого газа.
Если в качестве критерия принять постоянство времени заправки (для грузового автомобиля 6.9 мин) в течение всего цикла опорожнения, то появляется необходимость использования компрессора с производительностью не менее 400 м3/ч и минимальной
чЧШШШШШШШ
(в конце цикла) потребляемой мощностью на уровне 60 кВт. Масса и габариты такого компрессора таковы, что выигрыша по количеству отпускаемого газа при заданной грузоподъемности полуприцепа получено не будет, а затраты на обслуживание и себестоимость отпускаемого газа возрастут значительно.
Если допустить увеличение времени заправки в конце цикла опорожнения, то компрессор может быть по габаритам небольшим.
Именно по такому пути и пошел ряд разработчиков ПАГЗ. На передвижном автогазозаправщике может использоваться небольшой (до 90 м3/ч) двухступенчатый компрессор разработки ООО «Компрессор» (г. Пенза).
С точки зрения организации производства и эксплуатации наиболее целесообразным является использование ПАГЗ с бескомпрессорным способом заправки автомобилей КПГ. Такой ав-тогазозаправщик существенно дешевле компрессорного, надежнее в обслуживании и обладает максимальной автономностью.
Для бескомпрессорного ПАГЗ наиболее эффективна многоступенчатая система заправки автомобилей (4-6 ступеней), обеспечивающая достижение его опорожнения на 68.79 %.
Параметры ПАГЗ при бескомпрессорной и компрессорной заправках представлены в табл. 1.
Основным элементом ПАГЗ являются баллоны высокого давления, классифицируемые по 4 типам. Большинство ПАГЗ изготовлены на базе баллонов 1 и 2 типов. Баллоны 1 типа изготавливаются из углеродистой или легированной стали, 2 типа - из стали с кольцевой намоткой композиционным материалом. Коэффициент весового совершенства (отношение веса к вместимости) таких баллонов при давлении 24,5 МПа составляет 1,0.1,2.
Основными недостатками ПАГЗ с баллонами 1 и 2 типов являются:
• Большая масса, увеличивающая эксплуатационные расходы и создающая определенные проблемы при проезде ПАГЗ по дорогам, особенно в зимнее время.
• Необходимость проведения каждые 3-5 лет технического освидетельствования баллонов. С учетом их демонтажа с ПАГЗ, транспортировки на освидетельствование и обратно, а также последующего монтажа на ПАГЗ общие затраты становятся весьма значительными. При гарантированном сроке службы баллонов в 15 лет эту операцию необходимо выполнить 3-5 раз.
В то же время баллоны 1 и 2 типов более дешевые по сравнению с баллонами 3 и 4 типов.
Лучшими массогабаритными и эксплуатационными показателями характеризуются ПАГЗ с использованием баллонов 3 типа (металлический лейнер,
Таблица 1
Параметры ПАГЗ при бескомпрессорной и компрессорной заправках
Конструкция Число емкостей Способ выдачи газа Рабочее давление, МПа Коэффициент Количество газа, м3 Число заправок автомобилей
емкости на ПАГЗ опорожнения Перевозимого Активного (50 м3)
Шар 10 Бескомпрессорный 32 0,6 3000 1810 36
Шар 9 Компрессорный 32 0,925 2720 2520 50
Цилиндр 24 Бескомпрессорный 25 0,6 3700 2210 44
Цилиндр 22 Компрессорный 25 0,925 3370 3120 62
Компримированный природный газ
к\\\\\\\\\\\\
\
14
например, из алюминиевого сплава с намоткой композиционным материалом типа «кокон»). Коэффициент весового совершенства таких баллонов 0,60.0,65 при давлении 24,5 МПа. Срок службы баллонов 20 лет, техническое освидетельствование один раз в 3 года.
Наиболее высокие показатели имеют ПАГЗ на основе баллонов 4 типа, лейнер которых выполнен из полимерного материала с намоткой композиционным материалом по всей поверхности. Баллоны имеют минимальный вес, коэффициент весового совершенства 0,42 при давлении 24,5 МПа. Срок службы баллонов 20 лет, за время эксплуатации проводится техническое освидетельствование один раз в 2 года. Баллоны взрывобезо-пасны, не подвержены коррозии.
Применение в конструкции ПАГЗ разнообъемных газобаллонных секций вместо равнообъемных хотя и несколько усложняет обвязку, но позволяет почти на 5 % повысить коэффициент опорожнения ПАГЗ и, соответственно, число заправляемых автомобилей.
С учетом простоты обслуживания и затрат времени на заправку автомобилей оптимальным вариантом является ПАГЗ грузоподъемностью 20 т с четырехступенчатой системой заправки.
При многоступенчатой заправке пробег автомобиля, как правило, увеличивается, так как нагрев газа в баллонах автомобиля меньше, а количество заправленного газа соответственно больше. Прирост пробега может достигать 50 км.
Увеличение числа секций газобаллонной установки ПАГЗ от одной до двух приводит к росту коэффициента опорожнения с 30 до 50 %, до трех - до 60 %, до четырех - 70 %. При числе секций больше шести коэффициент опорожнения увеличивается незначительно.
При оптимальных объемах секций газобаллонной установки ПАГЗ падение давления в секциях происходит
медленнее, что способствует быстрой заправке автомобилей. Наиболее приемлемым рабочим давлением ПАГЗ является диапазон 25.32 МПа.
В качестве отдельного технического решения можно рассматривать комплекс фирмы «Гидрогаз», состоящий из двух-трех гидрогазоаккумуляторов и заправочной станции с гидронасосной установкой.
Для эксплуатации ПАГЗ немалое значение имеет время заправки самого ПАГЗ на АГНКС. Средний расход газа в линиях заправки ПАГЗ может быть принят равным 0,4.0,45 м3/с. Заправка 1000 м3 газа при этом потребует около 40 мин, если будет обеспечена производительность компрессоров не менее 1400 м3/ч. Заправка 2000 м3 газа соответственно потребует 80 мин. Поскольку, как правило, для заправки ПАГЗ на АГНКС выделяется один компрессор, минимальное время для этого процесса составляет 2-3 часа при объеме заправки на уровне 3000 м3.
По типу используемых транспортировщиков ПАГЗ изготавливаются на базе прицепов, полуприцепов, грузовых автомобилей. Выбор типа транспортировщика обычно проводится в соответствии с возможностью размещения на нем дожимного компрессора, требуемым объемом перевозимого газа, удобством обслуживания.
По способу установки баллонов в рамной конструкции различают ПАГЗ с горизонтальной и вертикальной установкой баллонов. Наибольшее распространение получили ПАГЗ с горизонтальным размещением баллонов. По типу защиты баллонов от атмосферных воздействий различают ПАГЗ с защитными устройствами в виде тентов (мягкая конструкция) или с размещением баллонов в контейнерах (жесткая конструкция).
В качестве критерия для оценки эффективности применения ПАГЗ может быть принята себестоимость
чЧШШШШШШШ
транспортных работ, выполненных автомобилями, заправляющимися на АГНКС (холостые пробеги на заправку) или от ПАГЗ в автопредприятии (холостых пробегов нет). Во втором случае себестоимость транспортных работ должна быть рассчитана как сумма себестоимости при нулевом пробеге автомобиля на заправку и эксплуатационных расходов на ПАГЗ (в расчете на одну заправку) в зависимости от удаленности автохозяйства от АГНКС.
Расчеты показали, что для ПАГЗ, совершающего от одного до трех рейсов в сутки, начиная с удаления 10.20 км от АГНКС, себестоимость транспортных работ ниже, чем при аналогичных холостых пробегах автомобиля на заправку, причем это положение сохраняется для ПАГЗ и при удалении на 40.45 км от АГНКС. В этом диапазоне эксплуатация ПАГЗ абсолютно эффективна. Использование ПАГЗ эффективно даже при удалении автотранспортного предприятия от АГНКС на расстояние более 70 км, при этом зона обслуживания увеличивается в 50 раз. Но рабочее давление ПАГЗ целесообразно увеличить до 32 МПа.
Себестоимость транспортных работ при применении ПАГЗ с увеличением
дальности транспортировки растет незначительно, поэтому удаление на 70 км не является пределом.
Применение ПАГЗ увеличивает себестоимость КПГ, но одновременно снижает себестоимость транспортных работ по сравнению с заправкой транспорта непосредственно на АГНКС за счет ликвидации холостых пробегов на станцию. Значительный экономический эффект определяется повышением загрузки АГНКС.
В последние годы в мире сохраняется благоприятная конъюнктура цен на моторное топливо, продолжается ужесточение требований к токсичности отработавших газов. Эти факторы стали основой для устойчивого роста интереса к газомоторному топливу.
В России есть все условия для создания комплексов по производству и доставке потребителям КПГ с помощью ПАГЗ, включая обеспечение железнодорожного, речного и сельскохозяйственного транспорта. Существует возможность использования ПАГЗ не только для заправки транспортных средств, но и для обеспечения газом стационарных потребителей, в том числе коммунальных. Это уже выполняется на практике в Подмосковье,
Таблица 2
Характеристики отечественных ПАГЗ
Показатель ПАГЗК 5700-25-4 ПАГЗ 5000-25-5 ПАГЗ 3500-25-4 ГЗК «Гидрогаз» ПАГЗК 1900-25-4
Объем перевозимого газа, м3 5700 5000 4000 2640 1900
Коэффициент опорожнения 0,94 0,62 0,65 0,95 0,92
Объем заправляемого в автомобили газа, м3 5358 3100 2600 2508 1748
Число одновременно заправляемых автомобилей, ед. 2 3 2 4 2
Число заправляемых автобусов, ед. 67 39 33 31 22
Марка тягача МАЗ-64221 КамАЗ-5425 КамАЗ-5410 КамАЗ-5410 КамАЗ-53215
Масса полуприцепа, т 32,7 23,0 - 14,8 14,0
Компримированный природный газ
к\\\\\\\\\\\\
\
Краснодарском крае с вполне приемлемыми результатами.
Основные характеристики ПАГЗ оте-ечественной разработки приведены в табл. 2.
В Российской Федерации отсутствуют единые установленные требования к конструкции ПАГЗ, поэтому разработчики руководствуются, в основном, задачей достижения минимальных затрат, что не всегда согласуется с требованиями минимизации эксплуатационных расходов и требованиями безопасности. Практически каждый ПАГЗ - это оригинальная
конструкция, разработанная и изготовленная по индивидуальному проекту.
С целью создания эффективной мобильной газозаправочной инфраструктуры необходимо следующее:
• разработать единые требования к ПАГЗ;
• разработать типовые конструкции ПАГЗ как с бескомпрессорным, так и с компрессорным способом заправки транспортных средств;
• организовать в более широких масштабах производство баллонов 3 и 4 типов.
Экологический отчет Группы Газпром за 2016 год
На днях общественности был представлен Экологический отчет Группы Газпром за 2016 год.
Как отметил в своем общении к читателям заместитель председателя правления ПАО «Газпром», руководитель координационного комитета по вопросам охраны окружающей среды и энергоэффективности В.А. Маркелов, экологическая политика ПАО «Газпром» и эффективно функционирующая система управления охраной окружающей среды являются основой безопасности производства, высокого уровня экологической компетенции и ответственности работников компании. На цели охраны окружающей среды и рационального природопользования Группа Газпром направляет значительные финансовые средства, объем которых из года в год увеличивается.
Газпром участвует в решении глобальных проблем загрязнения атмосферного воздуха путем продвижения природного газа как экологически чистого моторного топлива. Благодаря использованию природного газа энергобаланс России является одним из самых «зеленых» в мире. В 2016 году ПАО «Газпром» в пятый раз стало лучшей российской энергетической компанией среди основных публично торгуемых компаний мира в рейтинге CDP - международной некоммерческой организации, действующей в области снижения выбросов парниковых газов и корпоративной климатической стратегии. В рейтинге экологической ответственности крупнейших нефтегазовых компаний России ПАО «Газпром» удерживает лидирующие позиции. С учетом Указа Президента России «О проведении в Российской Федерации Года экологии» и в продолжение традиции проведения масштабных добровольных мероприятий в регионах присутствия 2017 год в ПАО «Газпром» также объявлен Годом экологии и пройдет под девизом «Сохраняя природу».
В Отчете представлена информация о деятельности компаний Группы Газпром в области охраны окружающей среды (ООС) в 2016 г., в том числе о фактических показателях воздействия на атмосферный воздух, водные и земельные ресурсы, обращения с отходами и принятых мерах по снижению такого воздействия.
В Отчете освещаются вопросы организации управления и финансирования ООС, научных исследований и технической модернизации производственного комплекса, направленных на повышение экологической безопасности объектов Группы Газпром. Данные приведены в целом по Группе Газпром, по ПАО «Газпром» (в том числе ретроспективно за пять лет) и по отдельным компаниям Группы, которые вносят существенный вклад в рассматриваемые аспекты деятельности.
По материалам управления информации ПАО «Газпром
