ПЕРВЫЙ ОПЫТ ЗАПРАВКИ АВТОМОБИЛЕЙ ГАЗИФИЦИРОВАННЫМ СПГ В МОСКВЕ

Природный газ — одно из самых эффективных топлив, в том числе и для двигателей внутреннего сгорания. В ряде случаев экономически выгодным способом обеспечения потребителей является газификация сжиженного природного газа (СПГ) с использованием криогенных технологий для получения газа высокого давления. Однако до последнего времени указанный надёжный и дешёвый способ не находит широкого применения в России. Главная причина создавшейся ситуации — отсутствие необходимой инфраструктуры и её элементов. Хотя создание инфраструктуры — процесс затратный и долгий, однако её нужно создавать и развивать. Информация о первом опыте заправки автомобилей газифицированным СПГ подтверждает возможность создания эффективно действующей инфраструктуры. Ключевые слова: СПГ. Криогенный поршневой насос. Газификация. Заправка. Цистерна. Автобус. Инфраструктура.

1. ВВЕДЕНИЕ

Применение газифицированного сжиженного природного газа (ГСПГ) в качестве топлива для автомобилей — идея широко известная [15]. Вряд ли стоит останавливаться на достоинствах её практиче ского использования, так как она уже давно с успехом реализуется в ряде стран и регионов.
Основные проблемы, сдерживающие широкое внедрение ГСПГ, связаны с отсутствием должной инфраструктуры [6,7], которая включает ожижительные системы, средства транспортирования и временного хранения СПГ, средства газификации и получения ГСПГ высокого давления и, наконец, средства заправки. В то же время в России существуют все предпосылки для успешного создания такой инфраструктуры, а именно:

• Разветвлённая сеть газоснабжения значительной части территории. При этом часто газ поступает к потребителю под высоким давлением (до 40-60 бар), что может снижать энергозатраты на его ожижение [8,9].

• Функциональная, техническая и технологическая готовности отечественных предприятий к производству необходимого оборудования (резервуары и ожижители — ОАО «Криогенмаш» и ОАО «Гелиймаш» [10-13]; транспортные резервуары — НТК «Криотехника», ОАО «Уралкриомаш» [14-16]).

• Широкая возможность выбора импортного оборудования и комплектующих.

• Большой практический опыт отечественных вузов по подготовке инженерных кадров, а также наличие коллективов действующих профильных учёных и специалистов.

• Серьёзная положительная роль регулярных форумов профессионалов, проводимых в Одессе ассоциацией «УАСИГМА».

Выполненная нами работа, вместе с решением практической задачи, может служить моделью ячейки инфраструктуры системы использования СПГ на автозаправках и наполнительных станциях.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
2.1. Пневмогидравлическая схема

Принципиальная схема автозаправочной станции, смонтированной, испытанной и проходящей опытную эксплуатацию в хозяйстве Московского автобусного парка № 11, приведена на рис. 1.
Из за нормативных ограничений на станции отсутствует стационарное расходное хранилище СПГ. Вместо него используется передвижное средство — автоцистерна полуприцеп Ц ёмкостью 30 м3 (около 12 т). Она наполняется на заводе производителе СПГ, имеющем единственную ожижительную установку в Москве и области, созданную компанией «ЭКИП».
В дальнейшем криопродукт расходуется на месте заправки. СПГ из транспортной цистерны по съёмным гибким трубопроводам МР поступает в насосы газификаторы Н. На рис. 1 условно показана одна ветвь сжатия. Затем продукт, сжатый до 250 бар, направляется в атмосферный испаритель ИП и при температуре на 5-10 °С ниже температуры окружающей среды в буфер — реципиент высокого давления РВД. Последний непосредственно и постоянно связан с автоматической заправочной газовой колонкой ЗК, которая дозирует и измеряет заправляемый продукт.

На фото 2-4 показаны заправочная площадка и вид самого комплекса, а также заправляемый автобус.

2.2. Автоцистерна полуприцеп Фото 5 даёт представление о внешнем виде автоцистерны полуприцепа. В табл. 1 приведены её основные характеристики.

Таблица 1. Характеристики автоцистерны полуприцепа «Ros Roca Indox»

Газовая заправка на 11 автокомбинате.

11 а/к г.Москвы эксплуатирует 120 автобусов на газовом топливе и собирается расширять их парк . Строительство своей АГНКС в городских условиях в отсутствии централизованного газоснабжения оказалось неразрешимой задачей. Однако трудности удалось преодолеть с использованием СПГ технологий.

 

 

Транспортная емкость 56 м3, расходная емкость 8 м3, два попеременно работающих блока вертикальных панелей - испарителей высокого давления VRV, аккумуляторы высокого давления на 11 а/к.

2.3. Насосы газификаторы

Насосы поршневые высокого давления марки «PD 3000» произведены компанией «Cryostar». Cтрана происхождения — США. В табл. 2 приведены характеристики насосов, состоящих из собственно насоса и электродвигателя, соединённых клиноремённой передачей, а также электрошкафа управления.
Насос имеет систему полуавтоматического управления на уровне блокировок и поддержания рабочих параметров с помощью контроллера. Электрический шкаф управления и сами насосы установлены под открытым небом. Отсутствие необходимости в капитальных сооружениях заметно снижает эксплуата ционные и капитальные затраты системы.
Отметим оригинальную компоновку насоса (см. фото 6). Его криогенный цилиндр наклонён так, чтобы всасывающий клапан был расположен максимально низко. Это позволяет обеспечить высоту всасывания такой, чтобы избежать кавитации в цилиндре насоса. Зачастую для этого поднимают питающий резервуар.

Покажем, как обеспечивается минимальная высота всасывания. Чтобы избежать кавитационных процессов в цилиндре насоса, которые могут возникать при сжатии криопродукта, было бы идеальным сжимать «светлую», не содержащую пузырьков, жидкость. Следовательно, жидкость должна поступать в цилиндр ненасыщенной с «антикавитационным запасом» АЗ. Его на практике часто называют «минимальной высотой всасывания», измеряемой в барах или метрах водяного столба. На практике АЗ определяется величиной гидростатического столба (рис. 7) от уровня жидкости в питающем резервуаре Нрез до уровня всасывающего клапана насоса Нклап. В этих условиях температура насыщения в точке всасывания выше температуры насыщения в питающем резервуаре, что и приводит к отсутствию кипения при всасывании. Другой способ обеспечения этого условия — подъём давления над кипящим криопродуктом в питающем резервуаре. Тогда из за инерционности прогрева жидкости она становится «недогретой», т.е. ненасыщенной по отношению к установленному давлению. При этом важным является то, что в течение процесса с участием насоса «недогрев» криопродукта должен оставаться эффективным. В то же время, АЗ является свойством, характеристикой качества конкретного насоса и часто указывается в сопроводительной технической документации в метрах водяного столба или в барах применительно к конкретному криопродукту. В частности, в нашей реальной практике подъёма давления до 7-8 бар после заправки цистерны вполне хватало для безкавитационной работы при переработке всех 17 т СПГ.

Нормальная и устойчивая работа системы прерывалась досадными сбоями. Так, произошли разрушения обратных клапанов на обеих ветвях. По нашему предположению причиной могли быть слабые пружины, колебания в потоке высокого давления или резонанс от сложения обоих факторов. Клапаны пришлось заменить. Кроме того сгорели электроподогреватели в обоих шкафах и в электродвигателе. Не выдержали московских морозов пневмоприводы клапанов К3, К4 (см. рис. 1), которые были переведены на ручное управление. Причина — ошибка при комплектации. Её устранили. Наблюдалась большая потеря управляющего газа (азота) из за негерметичности электропневмоклапанов, распределяющих потоки этого газа. Они были заменены.
Несмотря на указанные неполадки нам удалось обеспечить практически непрерывную работу насосов «PD 3000». С 28 января по 10 июля 2011 г. насосы наработали по 1300 ч, переработав свыше 660 т СПГ.

Таблица 2. Характеристики насоса марки «PD 3000»

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реализация проекта позволила получить следующие результаты:
1. Разработана система и определены параметры заправочного комплекса автобусного парка.
2. Произведён подбор основного оборудования; выполнены монтаж, испытания и пусконаладочные работы.
3. Обеспечена устойчивая работа системы в жёстких условиях повседневной эксплуатации городского автотранспорта.
4. Отмечена большая заинтересованность транспортников и городской администрации в развитии использования ГСПГ в качестве автомоторного топлива.