CC BY
93
УДК 004
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2021-1-2-40-44
I
Развитие технологий транспорта и хранения сжиженных углеводородных газов в СССР (России)
И.И. Хасанов1, Р.А. Шакиров2, Н. Бахтиёр1
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected]
E-mail: [email protected]
2 Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Новойл», 450037, г. Уфа, Россия ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7017-081X, E-mail: [email protected]
Резюме: В статье рассмотрены этапы развития технологий транспорта и хранения сжиженных углеводородных газов (СУГ).
Отмечается важность применения СУГ в газовой отрасли СССР и России. Приводится сравнительная характеристика, отражающая
совершенствование методов транспорта и хранения СУГ с начала 1960-х годов с состоянием на 2010-е годы. Сделан вывод о
значимости развития производства сжиженных природных газов в связи с расширением области их применения и рассмотрением СУГ
как объекта взаимодействия в экономических отношениях между Россией и другими странами.
Ключевые слова: сжиженные углеводородные газы, пропан, бутан, транспорт, хранение, вагоны-цистерны, резервуары.
Для цитирования: Хасанов И.И., Шакиров Р.А., Бахтиёр Н. Развитие технологий транспорта и хранения сжиженных углеводородных
газов в СССР (России) // История и педагогика естествознания. 2021. № 1-2. С 40-44.
D0I:10.24412/2226-2296-2021-1-2-40-44
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES FOR TRANSPORT AND STORAGE OF LIQUIFIED PETROLEUM GAS IN THE USSR (RUSSIA) Ilnur I. Khasanov1, Ruslan A. Shakirov2, Nurridinkhon Bakhtiyor1
1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
2 Branch of PJSC ANK Bashneft Bashneft-Novoil, 450037, Ufa, Russia
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7017-081X, E-mail: [email protected]
Abstract: The article discusses the stages of development of technologies for the transport and storage of liquefied petroleum gases (LPG). The importance of using LPG in the gas industry of the USSR and Russia is shown. A comparative characteristic is given, reflecting the improvement of methods for the transport and storage of LPG since the beginning of the 1960s. with the state for the 2010s. The conclusion is made about the importance of developing the production of liquefied natural gases in connection with the expansion of the area of their application and the consideration of LPG as an object of interaction in economic relations between Russia and other countries. Keywords: liquefied petroleum gas, propane, butane, transport, storage, tank wagons, tanks.
For citation: Khasanov I.I., Shakirov R.A., Bakhtiyor N. DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES FOR TRANSPORT AND STORAGE OF LIQUIFIED PETROLEUM GAS IN THE USSR (RUSSIA). History and Pedagogy of Natural Science. 2021, no. 1-2, pp. 40-44. DOI:10.24412/222B-2296-2021-1-2-40-44
Сжиженные углеводородные газы (СУГ) смесь сжиженных пропана и бутана в различных пропорциях, иногда содержащая незначительную часть широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Кроме этого, существуют близкие по значению термины: «сжиженный пропан-бутан» (СПБ) и «сжиженные нефтяные газы» (СНГ). Все эти термины идентичны широко применяемому в России английскому сокращению Liquefied Petroleum Gas (LPG).
К преимуществам СУГ можно отнести возможность перевозить и хранить их как жидкости, возможность регулировать и сжигать паровую фазу как природный газ, возможность использования в качестве топлива в местах, удаленных от сетей природного газа. По сравнению с природным газом СУГ явля-
Рис. 1. Динамика роста производства и потребления сжиженных газов в СССР
7000 -
6000
5000
4000
3000
2000
1000
■ нефтехимическая промышленность
коммунально-бытовые нужды □ прочие потребители
1960
1965
1969
1973 Годы
щ
История и педагогика естествознания
1-2 • 2021
0
Рис. 2. Принципиальные схемы установки наземных и подземных цилиндрических резервуаров емкостью 25 и 50м3: а - вариант с надземным резервуаром; б - вариант с подземным резервуаром; в - вариант с подземным обсыпанным резервуаром
жтт.
Рис. 3. Наземный сферический резервуар
ются более калорийным топливом, теплота сгорания 1 м3 паровой фазы СУГ в 2,5-3,5 раза выше теплоты сгорания 1 м3 природного газа [1].
Предназначенные первоначально исключительно для бытовых целей сжиженные газы уже в 1970-е годы являлись топливом с очень широким диапазоном применения. Широкое применение сжиженные газы получили и в сельском хозяйстве. Также огромное значение СУГ стали иметь как сырье для производства химических продуктов и синтетических материалов: на базе использования сжиженных газов было основано производство синтетического спирта, синтетических ка-учуков, полиэтилена и других ценных полимерных продуктов [2]. Динамика, отражающая рост значимости СУГ в промышленности СССР, представлена на рис. 1.
Наиболее популярным решением хранения СУГ, как и для большинства других видов углеводородного топлива, являлись резервуары. Цилиндрические горизонтальные резервуары разрабатывались с 1960-х годов и в начале развития отрасли имели объем в диапазоне от 10 до 175 м3. Конструкция, схема установки и обвязка наиболее распространенных к тому времени резервуаров емкостью 50 и 25 м3 при их подземной и надземной установке приведена на рис. 2.
На сегодняшний день объем подобных цилиндрических резервуаров с эллиптическими днищами расширился до 200 и 600 м3, при этом минимальный объем резервуаров в ряду допустимых составляет 25 м3.
Наземные резервуары устанавливают на фундаментах - несущих конструкциях, изготовленных из огнестойких материалов (железобетона, кирпича, камня). Подземные резервуары устанавливают на специальные опоры.
Подземная установка резервуаров имеет ряд преимуществ по сравнению с наземной:
- хранение сжиженных газов в подземных резервуарах характеризуется большей безопасностью;
- взрыв или пожар на одном из резервуаров при подземном хранении не угрожает конструкции соседних резервуаров;
- меньшая пожароопасность ведет к сокращению пожарных разрывов;
- расстояния в свету между подземными резервуарами в 2 раза меньше расстояния между наземными;
- при подземной установке резервуаров противопожарные разрывы до зданий и сооружений, не относящихся к хранилищу, уменьшаются в 2 и 2,5 раза по сравнению с наземными резервуарами.
Несмотря на перечисленные преимущества подземной установки, наземные резервуары получили большее распространение. Небольшую часть среди них составляют сферические резервуары, устанавливаемые только на поверхности земли (рис. 3).
В настоящее время объем типовых сферических резервуаров для СУГ достигает 4000 м3.
Вопрос транспортировки сжиженного углеводородного газа был решен путем использования железнодорожного и автомобильного транспорта.
1-2■2021
История и педагогика естествознания
щ]
а
б
в
Рис. 4. Вагон-цистерна модели 15-1209 [5]
Таблица 1.
Технические характеристики вагонов-цистерн для перевозки СУГ
Модель 15-1200 15-1200-02 15-1228 15-1209 15-1229
Год начала серийного производства 1996 2002 2004
Грузоподъемность, т 31 40,8 56,1 51 53,5
Масса тары, % 36±3 37,6±% 36,4—37,9±3 36,7±3 40
Объем котла, м3 55,7 73,9 110 83,83 96,68
Длина по осям автосцепок, м 12,02 12,02 15,28 12,02 15,28
Ширина максимальная, м 3,056 3,056 3,28 3,282 3,198
Диаметр котла внутренний, мм 2600 3000 3200 3000
Давление в котле избыточное, МПа 2 2 1,65 1,8
Основной материал Сталь 09Г2С-13
Срок службы, лет 40 40
Рис. 5. Модель автоцистерны АЦТ-8-130 на шасси ЗиЛ-431410 Рис. 6. Газовоз MARAL 36 м3 на базе тягача MAN
Рис. 7. Автомашина на шасси ГАЗ-51для перевозки баллонов:
1 - баллоны сжиженного газа; 2 - каркас; 3 - штанги; 4 -теневой кожух; 5 - рама
Рис. 8. Модель резервуара РС-1600
История и педагогика естествознания
1-2•2021
В железнодорожном транспорте СУГ на заре индустриализации широкое распространение получили однобарабан-ные горизонтальные цилиндрические с двумя сферическими днищами цистерны [3]. Эти цистерны, смонтированные на четырехосной железнодорожной платформе, оборудованы специальным металлическим кожухом (зонтом), предохраняющим основную поверхность цистерны от солнечных лучей. В верхнюю часть обечайки цистерны вварена горловина, которая служит люком-лазом и предназначена для ремонта и осмотра внутренней полости цистерны. Крышка люка выполнена в виде фланца, на котором крепится арматура.
На сегодняшний день сжиженный пропан перевозят в основном в стальных цистернах вместимостью 51,54 и 75 м3 с полной загрузкой 85%, что составляет соответственно 43,46 и 63,8 м3. Кроме пропановых цистерн, имеются бу-тановые с вместимостью резервуара 60 м3 при полезной нагрузке 54 м3.
В начале 2000-х годов массово начали использовать железнодорожные вагоны-цистерны моделей 15-1209 (рис. 4) и 15-1229 с объемом котла свыше 80 м3. В 2004 году в эксплуатацию были введена модель 15-1229, объем котла которой достигал 96,68 м3.
Для налива в железнодорожные цистерны сжиженного газа и его слива заводы-поставщики имеют наливные эстакады. Принципиально наливные и сливные эстакады отличаются только назначением (наливом или сливом продукта). Сливо-наливные эстакады изготавливаются из несгораемых материалов и представляют собой металлические или железобетонные сооружения высотой 5 м и длиной до 180 м в зависимости от количества сливоналивных стояков. Основные технические характеристики современных вагонов-цистерн для перевозки СУГ, производимых АО «Рузхиммаш», представлены в табл. 1.
Автомобильный транспорт СУГ изначально предусматривал следующие основные требования к автоцистернам, перевозящим сжиженный газ:
- трубопроводы должны быть сварными, фитинги и отключающие устройства должны быть рассчитаны на соответствующие давления и сделаны с учетом растворяющих свойств сжиженных газов;
- глушитель автомашины должен быть выведен вперед;
- предохранительный клапан и указатель уровня должны иметь защитные колпаки;
- цистерна и коммуникации должны иметь надежную защиту от повреждений;
- огнетушители должны быть установлены в кабине и на шасси;
- автомашина и цистерна должны быть заземлены.
В Советском Союзе к началу 1960-х годов имелась автоцистерна для перевозки 2 т сжиженного газа. Эта цистерна установлена на шасси автомашины ЗИЛ-464. Ее эксплуатация продолжалась до 1969 года. Также цистерна типа АЦТ устанавливалась на шасси ЗиЛ-130 (с 1986 года -ЗиЛ-431410), заменившего более старую модель. Модель подобного пропановоза представлена на рис. 5.
Резервуар автоцистерны выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндрического сосуда со сферическими днищами, закрепленного на шасси автомобиля на четырех опорах. В верхней передней части резервуара установлен пружинный предохранительный клапан. В центре заднего днища расположен люк для внутреннего осмотра резервуара. Крышка люка выполнена в виде фланца с вваренным в него вогнутым днищем. В полости вогнутого днища размещены термометр, манометр и аварийный вентиль контроля уровня заполнения резервуара. Указатель уровня выполнен по типу обычных водомерных трубок и
1-2 ■ 2021 История и педагогика естествознания
представляет собой стеклянную трубку, заключенную в защитную стальную трубку с пазами для наблюдения. Защитная трубка обеспечивает сохранность указателя уровня, а на случай аварийного разрыва уровнемерной стеклянной трубки указатель снабжен автоматическими шариковыми клапанами и запорными игольчатыми вентилями.
Современные автоцистерны имеют геометрический объем 20-50 м3. Сливо-наливные коммуникации размещены под средней частью резервуара. Резервуар изготовлен из низколегированной стали марки 16ГС (ЗН). Один из современных примеров - газовоз Maral на базе седельного автотягача MAN представлен на рис. 6.
Транспорт сжиженных газов в баллонах в начале 1960-х годов осуществлялся в обычных грузовых автомобилях с нормальным кузовом (рис. 7) ГАЗ-51, ЗИЛ-150 и др. по 48 и 77 баллонов соответственно грузоподъемности. Баллоны транспортируются в вертикальном положении, а чтобы они не ударялись друг о друга, на них надеваются резиновые кольца, задний ряд закрепляется специальными деревянными приспособлениями или веревками; летом для защиты от солнечных лучей баллоны покрываются брезентом.
Баллоны для сжиженного газа предназначены для транспортировки, хранения, регазификации и раздачи сжиженных углеводородных газов в приборы потребителей. Баллоны являются простейшими сосудами.
Заводы Советского Союза до 1968 года выпускали баллоны емкостью 40; 50,5; 55; 80 л, баллоны для автомашин -112 и 250 л, а также малолитражные баллоны емкостью 1; 4; 5 л. С 1969 года предприятиями Советского Союза выпускались баллоны вместимостью только 5, 27 и 50 л.
В настоящее время в России и других странах доставка сжиженного углеводородного газа отдаленным от кустовых баз или газонаполнительных станций производственным и коммунально-бытовым хозяйствам осуществляется в резервуарах вместимостью от 0,5 до 3,5 т, получивших название «скользящие». Такой способ снабжения сжиженным газом отдаленных хозяйств очень удобен и выгоден. Для газоснабжения различных потребителей (туристских баз, санаториев, домов отдыха и производственных сельскохозяйственных помещений) применяют съемные резервуары РС-1600. Резервуар представляет собой сварной сосуд, состоящий из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ, изготовленных из листовой малоуглеродистой стали (рис. 8).
При транспортировке и эксплуатации резервуара предохранительный кожух запирается на замок. Подъем и установку резервуара выполняют обычно при помощи автокрана. При одновременной перевозке нескольких резервуаров между ними закладывают деревянные бруски. На месте использования резервуары устанавливают в одиночку или группой.
Основным отличием в применении сжиженных углеводородных газов как источника энергии для коммунальных хозяйств по сравнению с 1960-ми годами является постепенный отказ от применения баллонов для газификации отдельного оборудования и процесс подключения населенных пунктов к централизованному автономному газоснабжению на базе СУГ. Существенное число городов СССР, получавших тепло путем использования сжиженных газов с начала 1960-х годов, постепенно перешли на природный газ, в то время как газификация СУГ стала уделом небольших населенных пунктов. Сегодня вопрос газоснабжения удаленного от центральных сетей поселка может быть решен несколькими методами, и при экономической неэффективности подключения к единой газовой системе сжиженные углеводородные газы становятся достойной и более дешевой альтернативой (рис. 9).
Рис. 9. Схема автономного газоснабжения поселка [5]
Иным способом использования сжиженных газов является их применение в качестве топлива для автомобилей. Среди основных преимуществ жидкого газа по сравнению с бензином отмечаются такие, как дешевизна, меньшее негативное влияние на здоровье человека, увеличение среднего интервала беззаправочного движения, замедление износа деталей автомобиля. Несмотря на существенно меньшее число автомобильных газозаправочных станций, на 2020 год их насчитывается в стране около 5 тыс., часть из которых являются нелегальными, что создает опасность для безопасной эксплуатации автомобилей и жизни водителей [6].
Несмотря на общее падение экспорта СУГ из России в 2020 году, связанное как с мировым снижением спроса,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
так и с ростом внутреннего потребления на нефтехимическом производстве, отгрузка сжиженных углеводородов выросла в направлении постсоветских стран. СУГ по сей день играет существенную роль в газоснабжении отдельных стран, не имеющих должным образом развитой единой системы газоснабжения. Для подобных стран развитие инфраструктуры, позволяющей увеличить поставки сжиженных газов, может стать существенным фактором для усиления экономических отношений. Одним из примеров такой страны является Кыргызстан, где с 2008 года организована поставка СУГ с Омского нефтеперерабатывающего завода, а реализация осуществляется несколько ранее созданным предприятием «Газпром нефть Азия».
Таким образом, за последние 60 лет основные изменения в области транспорта и хранения сжиженных углеводородных газов характеризуются увеличением объема технологического оборудования, к чему привели развитие химической промышленности и рост потребности коммунальных хозяйств в энергии. Подобные процессы можно рассматривать с положительной точки зрения, поскольку с увеличением объемов резервуаров и объектов транспорта уменьшается число сливо-наливных операций, а с модернизацией оборудования увеличивается безопасность их проведения. Новые области применения СУГ, как, наприме, автономное газоснабжение целых поселков и применение сжиженных газов в качестве автомобильного топлива, позволяет внедрить их применение в повседневную жизнь, сокращая расходы граждан не только России, но и стран-партнеров.
Оборудование для СУГ. URL: https://gazovik-gas.rU/f/catalogue/pdf/11_1117 1181 .pdf (дата обращения: 01.11.2020). Сорокин А.И. Новая система газоснабжения городов и рабочих поселков СССР сжиженными газами// Газовая промышленность. 1964. № С. 16-20.
Преображенский Н.И. Эксплуатация установок сжиженного газа. П.: Гостоптехиздат, 1964. 240 с.
Цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов. URL: https://www.vtg.com/ru/arenda-vagonov/vagonnyi-park/15-1209 (дата обращения 04.11.2020).
Индивидуальное газоснабжение URL: http://amvgaz.uz/individualnoe-gazosnabzhenie/ (дата обращения: 03.11.2020). Преображенский Н.И. Сжиженные углеводородные газы. П.: Недра, 1975. 279 с.
Сели на СУГ: в России выросло количество нелегальных АГЗС. URL: https://iz.ru/1089837/valerii-voronov/seli-na-sug-v-rossii-vyroslo-kolichest-vo-nelegalnykh-agzs (дата обращения: 24.11.2020).
REFERENCES
Oborudovaniye dlya SUG (Equipment for LPG) Available at: https://gazovik-gas.rU/f/catalogue/pdf/11_1117_1181.pdf (accessed 01 November 2020).
Sorokin A.I. New system of gas supply of cities and towns of the Soviet Union by liquefied gases. Gazovaya promyshlennost', 1964, no. 8, pp. 1620 (In Russian).
Preobrazhenskiy N.I. Ekspluatatsiya ustanovok szhizhennogo gaza [Operation of LPG installations]. Leningrad, Gostoptekhizdat Publ., 1964. 240 p. Tsisterny dlya perevozki szhizhennykh uglevodorodnykh gazov (Tanks for the transportation of liquefied petroleum gases) Available at: https://www. vtg.com/ru/arenda-vagonov/vagonnyi-park/15-1209 (accessed 04 November 2020).
Individual'noye gazosnabzheniye (Individual gas supply) Available at: http://amvgaz.uz/individualnoe-gazosnabzhenie/ (accessed 03 November 2020). Preobrazhenskiy N.I. Szhizhennyye uglevodorodnyye gazy [Liquefied hydrocarbon gases]. Leningrad, Nedra Publ., 1975. 279 p. Seli na SUG: v Rossii vyroslo kolichestvo nelegal'nykh AGZS (They started to use LPG: the number of illegal gas stations has increased in Russia) Available at: https://iz.ru/1089837/valerii-voronov/seli-na-sug-v-rossii-vyroslo-kolichestvo-nelegalnykh-agzs (accessed 24 November 2020).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Шакиров Руслан Азатович, оператор, Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Новойл».
Бахтиер Нуриддинхон, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Ruslan A. Shakirov, Operator, Branch of PJSC ANK Bashneft, Bashneft-No-voil.
Nurridinkhon Bakhtiyor, Postgraduate Student, Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
История и педагогика естествознания
1-2 • 2021
