CC BY
26
Транспорт на СПГ
Применение СПГ на локомотивах на основе блок-модульного принципа транспортировки, экипировки и потребления газа
П.В. Кузнецов,
зам. начальника Управления «Энергогазремонт» (филиал ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург»), С.В. Танкеев,
начальник отдела службы технической политики Свердловской ж.д., О.Л. Мишин,
начальник конструкторского отдела ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», Л.А. Ежевская,
ведущий научный сотрудник Уральского отделения ОАО «ВНИИЖТ», член-корр. Российской Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, к.т.н.
Ни для кого не является секретом, что запасы нефти на планете невосполнимы и ими надо пользоваться бережно: нефть - это смазочные масла, синтетические материалы, лекарства, ароматические соединения и прочее. Серьезной проблемой при использовании нефтяных топлив являются выбросы в атмосферу. В России автомобильным транспортом ежегодно выбрасывается более 17 млн. т загрязняющих веществ или 40% от всех вредных примесей. До 30% заболеваний городского населения связаны с загрязнением воздуха. Много токсичных веществ образуется и при работе котельных на жидком нефтяном топливе. К тому же цены на нефтепродукты в России, как и во всем мире, непрерывно растут.
Природный газ является универсальным топливом XXI в. Россия имеет огромный потенциал запасов этого вида топлива, состоящего в основном из метана (до 98%). Большим преимуществом природного газа по сравнению с нефтепродуктами является его более низкая стоимость и экологическая безопасность продуктов сгорания. При его сжигании в атмосферу выбрасывается в три раза меньше токсичной окиси углерода, практически отсутствуют дым и твердые частицы. В качестве топлива, а также при хранении и транспортировке он может применяться как в жидком, так и в газообразном состоянии.
Сегодня железнодорожный транспорт является крупнейшим потребителем дизельного топлива в стране. Только Свердловская железная дорога потребляет более 240 тыс. т этого до-
рогостоящего продукта. Именно поэтому ОАО «РЖД» является одним из крупнейших потенциальных потребителей природного газа, в том числе, в виде газомоторного топлива.
В настоящее время ОАО «РЖД» активно занимается внедрением газовых технологий на железнодорожном транспорте как при создании новейших образцов тягового подвижного состава, так и в стационарной энергетике отрасли.
Так, разработаны и проходят испытания и опытную эксплуатацию маневровые газотепловозы ТЭМ-18Г, ЧМЭ-3Г. Продолжаются работы по созданию магистрального газотепловоза на базе прототипа 2ТЭ116. Также построен и проходит испытания магистральный газотурбовоз ГТ-1, в завершающей стадии находятся работы по постройке маневрового газотурбовоза.
На Свердловской железной дороге с 2003 г. ведутся работы по комплексному применению технологий использования газа в качестве моторного топлива для локомотивов и созданию соответствующей инфраструктуры, включающей производство, доставку газомоторного топлива, заправку локомотивов, техническое обслуживание и ремонт газового оборудования. С 2004 г. в локомотивном депо Свердловск-Сортировочный проходит опытную эксплуатацию маневровый газотепловоз ТЭМ-18Г № 001 на компримированном природном газе (КПГ). При положительных результатах эксплуатации локомотива в целом выявлен ряд серьезных недостатков, самым главным из которых является малый запас КПГ, который можно разместить на локомотиве.
Сегодня наиболее перспективными являются системы, использующие сжиженный природный газ (СПГ), который имеет ряд преимуществ перед КПГ: более высокая чистота продукта, увеличение полезного запаса газа, отсутствие сосудов и агрегатов, работающих под высоким давлением. Немаловажным обстоятельством является и то, что между ОАО «Газпром» и ОАО «РЖД» достигнута стратегическая договоренность об отпускной цене на природный газ не более 50% от стоимости дизельного топлива.
В настоящее время СПГ получают методом охлаждения природного газа с использованием тех или иных холодильных циклов, затрачивая при этом энергию, составляющую от 7 до 20% энергии сгорания произведенного газа, что, естественно, должно приводить к росту цен на данный вид топлива. Эта проблема сегодня решается с помощью энергосберегающих техно-
логий, когда установки по сжижению газа привязываются к газораспределительным станциям (ГРС), на которых используется энергия сжатого газа из магистрального газопровода при его расширении до давления распределительной сети потребителя. Эта энергия преобразуется в холод в турбоде-тандерных машинах. Таким образом, холод, необходимый для ожижения природного газа, получается за счет энергии, которая обычно рассеивается в окружающую среду. Такой подход и сделал возможным достижение упомянутой выше договоренности.
Современный уровень развития науки и техники делает доступными криогенные технологии для применения в различных областях, в том числе и на железнодорожном транспорте. Существуют комплексы промышленного малотоннажного производства СПГ, освоен серийный выпуск емкостного оборудования и защитно-регулирующей аппаратуры (ЗРА) для создания бортовых криогенных систем транспортных средств. Сегодня стоимость криогенных емкостей примерно соответствует стоимости баллонов, необходимых для размещения эквивалентного количества КПГ, что делает закономерным использование СПГ в качестве топлива на перспективных локомотивах: магистральном газотепловозе на базе прототипа 2ТЭ-116 и магистральном газотурбовозе ГТ-1. Однако специфические свойства СПГ могут делать дороже процесс его эксплуатации по сравнению с нефтяными топливами или сжиженным углеводородным газом (СУГ). СПГ существует только при низких температурах (до минус 163°С) и, следовательно, требует совершенной теплоизоляции резервуаров для снижения его потерь во время хранения.
Организация хранения СПГ и его транспортировка, создание пунктов заправки новым видом газомоторного топлива требуют специального оборудования и дополнительных территорий. А необходимость соблюде-
те-П-П-П-П-П-П-П-П-гг
Рис. 1. Принципиальная схема блок-модульного тендера для СПГ для газотепловозов на базе 40(20)-футового контейнера производства ОАО «Уралкриомаш»
ния норм по безопасным расстояниям от существующего оборудования, зданий и сооружений часто приводит к тому, что эти объекты в значительной степени удалены от экипировочных пунктов. Для заправок транспорта необходимы квалифицированные специалисты.
Кроме того, бортовые криогенные емкости следует обязательно опорожнять перед проведением работ по ремонту и техническому обслуживанию. Необходимо также проводить значительную реконструкцию деповского хозяйства, приспособив его для эксплуатации и обслуживания локомотивов, работающих на газообразном моторном топливе.
Сегодня из фазы теоретических разработок и лабораторных исследований процесс шагнул в фазу промышленного применения. Специалисты работают над тем, чтобы усилить экономический эффект, получаемый от использования газомоторного топлива, и снизить расходы на создание инфраструктуры, нивелирующие проявление экономического эффекта.
Так, развитие инфраструктуры со стационарными заправками и цехами локомотивных депо, реконструированными для работы с газовым оборудованием, увеличивает срок окупаемости перевода локомотивов на газ до 10-12 лет как минимум. Учитывая это, специалисты ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», Уральского отделения ОАО «ВНИИЖТ» и Сверд-
ловской железной дороги в настоящее время прорабатывают технологию нового блок-модульного способа транспортировки СПГ, его временного хранения и заправки маневровых и магистральных локомотивов, включая газотурбовозы.
Суть новой технологии состоит в том, чтобы исключить технологическую операцию перелива СПГ в емкости бортовых криогенных систем, введя сменную криогенную емкость для размещения запаса СПГ, необходимого для работы локомотива. Такую емкость предлагается создавать на базе контейнер-цистерны серии КЦМ соответствующей вместимости, разработанной специально для транспортирования СПГ железнодорожным, речным, морским и автомобильным транспортом.
Контейнер-цистерна оборудована фитингами по ГОСТ 20527-82, которые позволяют надежно закреплять ее и быстро произвести замену при необходимости.
Предлагаемая для реализации принципиальная схема блок-модульного тендера для СПГ (рис. 1), как одного из возможных вариантов, предусматривает принцип блочной конструкции и быстрой стыковки всех основных составных частей:
■ несущей платформы;
■ криогенной емкости для хранения запаса СПГ;
■ блока регазификации;
■ универсальных стыковочных узлов, позволяющих стыковать тендер
щ
Транспорт на СПГ
с моторными секциями газотепловоза, а также криогенную емкость с блоком регазификации.
Такая схема имеет ряд существенных преимуществ перед традиционными. Прежде всего - возможность создания отдельных унифицированных элементов различными предприятиями-изготовителями, каждый из которых в отдельности можно использовать при разработке различных типов локомотивов, а также при создании топливных баз стационарных энергетических установок для станций или небольших населенных пунктов, удаленных от магистральных газопроводов.
Имея в распоряжении типовой ряд модулей различной производительности, можно решить проблему создания унифицированной секции для хранения запаса СПГ (далее тендера) для газотепловозов различной конструкции и мощности, газотурбовозов и стационарных котельных установок. Это позволит существенно сократить расходы на проектирование тендера, минимизировать расходы на строительство стационарных экипировочных пунктов и реконструкцию основных ремонтных цехов локомотивных депо, в значительной мере сократить срок окупаемости всего проекта в целом.
При этом сокращается время проектирования, монтажа и пуска в эксплуатацию систем для хранения и топливоподготовки различных энергетических установок, удешевляется их производство.
При переводе тепловозной тяги на газомоторное топливо возникает также необходимость реконструкции ряда объектов локомотивного хозяйства, что определяется специфическими свойствами нового вида топлива (СПГ), появлением в конструкции локомотивов нового оборудования. Система обслуживания локомотивов предполагает, что на технический осмотр ТО2, техническое обслуживание ТО3 и технический ремонт ТР1 газотеп-
Путь для отстоя платформ с контейнерами
1
1
1-я моторная секция ! ' I I i
i
Путь для отстоя платформхс порожними контейнерами
□
|рм\сп
m
1
2-я моторная секция
Перегрузка контейнеров с СПГ на тендер
Комплекс по производству СПГ
Рис. 2. Принципиальная схема снабжения СПГ по блок-модульному принципу: 1 - полный контейнер СПГ; 2 - пустой контейнер; 3 - козловой кран
ловозы будут заходить без предварительного слива СПГ. На ТР2 и ТР3 предусмотрены слив СПГ и флегматизация криогенного газификатора (продувка азотом). Наличие оборудования, заполненного газом, в ремонтных цехах локомотивных депо потребует, конечно, доведения этих помещений до соответствия классу пожароопасности А и категории взрывобезопасности В-1а. Для этого необходимо будет оснастить их газоанализаторами и сигнализацией загазованности, заменить все имеющееся в цехах электрооборудование на оборудование в искро- и взрыво-защищенном исполнении, установить специальную систему пожаротушения, оборудовать «вышибные» проемы, шлюзовые проходы (в помещения, где нет газа) и заменить гидроизоляцию кровли на негорючую. В некоторых помещениях необходимо будет также заменить металлические несущие конструкции перекрытий на железобетонные.
При внедрении газотепловозов необходимо проведение реконструкции следующих объектов локомотив-
ного хозяйства: цеха проведения технического осмотра ТО2, технического обслуживания ТО3, а также цехов текущего ремонта локомотивов ТР1, ТР2, ТР3.
Использование блок-модульной конструкции тендера допускает постановку локомотива на все виды ремонта при снятом модуле для хранения запаса СПГ, что, в свою очередь, позволяет отказаться от сложной процедуры слива остатков СПГ с последующим отогревом и дегазаций емкостей для хранения СПГ. Флегматизацию газовых магистралей можно проводить любым газом, не поддерживающим горение. Данное обстоятельство в значительной степени позволит сократить расходы на реконструкцию ремонтной базы локомотивных депо при переводе тепловозного парка на газомоторное топливо. Прямая экономия капитальных затрат при реализации проекта очевидна.
Особый интерес представляет схема транспортировки, хранения и экипировки локомотивов или стационарных энергетических установок (рис. 2).
Транспорт на СПГ
Данная схема имеет ряд преимуществ перед традиционными. Она предполагает выполнять заправку совмещенных с ГРС криогенных контейнеров для хранения СПГ на комплексе для производства СПГ. Наполненные контейнеры на платформах-контейнеровозах доставляются в локомотивные депо железнодорожным или автомобильным транспортом и накапливаются на площадке, входящей в состав экипировочного хозяйства депо. На рис. 2 приведена схема, предполагающая доставку контейнеров с СПГ железнодорожным транспортом.
Площадка должна быть оборудована специальным краном, предназначенным для погрузки контейнеров, и иметь тракционные пути для постановки газотепловозов и составов с контейнерами для хранения СПГ. При постановке на экипировку газотепловоза заправка СПГ производится путем замены порожнего контейнера для хранения СПГ на полный. Данная
процедура исключает операции по перекачке СПГ из подвижного состава, предназначенного для его транспортировки, в накопительные криогенные емкости экипировочного хозяйства депо, а затем из накопительных емкостей в криогенный тендер газотепловоза. При этом значительно сокращается время заправки газотепловоза, исключается расход электроэнергии на двойную перекачку СПГ, а также неизбежные потери СПГ, связанные с нагревом газа при прохождении через насосы, магистрали и арматуру в процессе перекачки. Следовательно, при реализации предлагаемой схемы газоснабжения локомотивов значительно снижается уровень эксплуатационных расходов.
Блок-модульная система газоснабжения предусматривает новый подход к конструированию самого локомотива. При размещении газового оборудования на отдельной платформе исключается ряд вопросов, связанных с пожаровзрывобезопасностью локо-
мотива, упрощается компоновка, обеспечивается запас газа для длительной работы, выдерживаются сложившиеся в локомотивной практике межэкипировочные циклы. Поэтому целесообразно опробовать описанную выше систему газоснабжения на маневровых локомотивах ОАО «РЖД», что позволит в дальнейшем расширить сферу применения блок-модульного принципа, используя его на других энергетических установках.
Кроме того, данная схема газоснабжения локомотивов как нельзя лучше будет способствовать развитию системы транспортировки сжиженного природного газа железнодорожным транспортом. Компания ОАО «РЖД» при отработке блок-модульного принципа получит возможность выйти с новым предложением на рынок транспортных услуг, а также появляется реальная возможности для оптимизации инфраструктуры обеспечения и потребления газомоторного топлива в железнодорожной отрасли.
За загрязнение окружающей среды понесет ответственность владелец автозаправки
Прокуратура Куньинского района провела проверку соблюдения законодательства в сфере топливно-энергетического комплекса, в ходе которой выявила многочисленные нарушения санитарно-эпидемиологического законодательства при эксплуатации газозаправочной станции ООО «Олар», расположенной в Куньинском районе на 438-м километре трассы Москва - Балтия. Как сообщил прокурор района Ю.Чеботарев, в отношении директора общества возбуждены дела об административных правонарушениях по ст. 6.3, 8.1, 8.21, 8.41 КоАП РФ.
Ю.Чеботарев рассказал, что автозаправочная станция занимается деятельностью, в результате которой
образуются отходы производства и потребления. В соответствии со ст. 11 Федерального закона «Об отходах производства и потребления» юридические лица при эксплуатации предприятий, зданий, строений, сооружений и иных объектов, связанной с образованием отходов, обязаны соблюдать экологические, санитарные и иные требования, установленные законодательством РФ в области охраны окружающей среды.
Также, по закону «Об охране окружающей среды», они обязаны разрабатывать проекты нормативов образования отходов и лимитов на их размещение для предотвращения негативного воздействия на окружающую среду. При проверке прокуратура установила, что
ООО «Олар» в нарушение законов не разработало проект нормативов образования отходов и не получило лимит на их размещение.
Кроме того, на газозаправочной станции отсутствует разрешение на выброс в атмосферу вредных загрязняющих веществ, которое устанавливает предельно допустимые выбросы и другие условия, которые обеспечивают охрану атмосферного воздуха. Также компания не платила за негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.
Еще одно выявленное нарушение касается того, что ООО «Олар» на момент проведения проверки не разработало проект и не установило санитарно-защитную зону вокруг газозаправочной станции.
Материалы возбужденных дел переданы на рассмотрение в Управления Ростехнадзора и Роспотребнад-зора Псковской области.
http://informpskov.ru/society/42481.html
