автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Исследование и разработка промышленного комплекса по производству и реализации газомоторного топлива

Российский государственный университет _нефти и газа им. Губкина_

На правах рукописи

/ . л Г, -

/Г

Ровнер Геннадий Михайлович

УДК 622.76

Исследование и разработка промышленного комплекса по производству и реализации газомоторного топлива

(05.04.07. - Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им.Губкина

Научные руководители :

доктор технических наук, профессор - Зайцев Ю.В. доктор технических наук, профессор - Мкртычан Я.С.

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор , Козобков A.A. кандидат технических наук, Чириков К.Ю.

Ведущее предприятие:

Производственное объединение «Мосавтогаз»

Защита состоится « 2000г. в час. ^^^ ^

На заседании диссертационного совета Д 053.27.03 в Российском государственном университете нефти и газа им. Губкина по адресу : 117917,ГСП-1 г.Москва В-296, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Автореферат разослан «02ъ и1 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Гинзбург Э.С.

Актуальность проблемы.

Трудами известных отечественных ученых докторов экономических и технических наук Байбакова _ Н.К., Боксермана Ю.И., Васильева Ю.Н., Ставрова O.A., МакароваА.А.., Мкртычана Я.С. и других еще вначале 80-х годов было доказано, что даже в условиях наличия огромных ресурсов нефти необходимо на будущее обеспечить энергетическую безопасность страны и параллельно не допустить экологической катастрофы от все возрастающего пагубного воздействия транспорта на окружающую среду и население, особенно в крупных городах. Для решения столь важной двуединой общегосударственной проблемы было предложено шире использовать на транспорте, наряду с традиционными моторными топливами, природный газ в качестве альтернативного топлива. Доказательством правильности избранного направления были многочисленные исследования и полувековой опыт использования природного газа в качестве моторного топлива у нас в стране, а также в ряде зарубежных стран (Италия, Германия, Франция, Новая Зеландия, Аргентина и др.).

Выбор из всех альтернативных видов моторного топлива пришелся в первую очередь на компримированный природный газ не случайно. В сравнении с другими видами моторного топлива КПГ является самым ресурсообеспеченным и экологически чистым, наиболее безопасным и дешевым, а результаты наших последних исследований показали, что КПГ является кроме того наиболее надежным и устойчивым к кризисным явлениям.

Усилиями ведущих ученых и специалистов ОАО «ГАЗПРОМ» и других организаций была разработана стратегия и программа «газомоторизации транспорта страны на период до 2000 года», закрепленная в форме заданий разным министерствам и ведомствам правительственными постановлениями 1983-86 годов.

Указанными постановлениями было намечено в период до 2000 года перевести на компримированный природный газ (КПГ) 1 млн. грузовых автомобилей и автобусов, а для их заправки построить 1156 автомобильных газонаполнительных компрессорных V станций (АГНКС).

В результате реализации намеченной «Программы» в период 1984-1991 годы в стране было построено около 400 АГНКС и переведено на КПГ более 100 тыс. грузовых автомобилей, автобусов и спецтехники 20 различных газобензиновых и газодизельных модификаций. Страна вышла по объему использования КПГ на

транспорте на 1-е место в мире. Основу создаваемой в стране сети газозаправочных станций, беспрецедентной по своим географическим масштабам и мощности составляют АГНКС-500 и АГНКС-250 соответственно на 500 и 250 заправок грузовых автомобилей в сутки. По своей производительности и мощности эти станции не имеют аналогов в мировой практике (табл.1).

В отличие от бензиновых заправочных станций (АЗС) и станций заправки транспорта сжиженным нефтяным газом (АГЗС), АГНКС выполняют дополнительно функцию по производству ГМТ помимо традиционных функций по хранению и реализации юплива. В результате техника и технология функционирования АГНКС существенно сложнее, а стоимость станций в 2-3 раза выше стоимости АЗС и АГЗС. Но несмотря на зто, цена КПГ в 2-3 раза ниже цены бензинов, что объясняется низкой стоимостью сырьевого природного газа и незначительной его долей (12%) в структуре себестоимости КПГ.

Распад СССР и переход Российской экономики в плоскость рыночных отношений существенно затормозили развитие процесса газомоторизации в стране. В России осталось около 200 АГНКС и немногим более 30 000 грузовых автомобилей и автобусов.

За последнее десятилетие внимание специалистов ОАО «ГАЗПРОМ» и многих заинтересованных организаций были направлены на поддержание технической готовности действующей сети АГНКС, на обновление правовой и нормативно-технической базы, а также на разработку новой техники и технологии. По существу за эти годы была создана новая научно-техническая база для развития газомоторизации XXI века, объявленного мировым сообществом газовиков «веком метана».

Проводимый нами под руководством д.т.н. Мкртычана Я.С. ежегодный технико-экономический анализ функционирования сети АГНКС позволил выявить целый ряд особенностей, в том числе и негативных, а именно:

- намеченная к реализации сеть газозаправочных станций является весьма редкой и вызывает значительные непроизводительные (холостые) пробеги автомобилей на заправку (до 50 км в сутки); - действующая сеть, созданная из неоправданно мощных станций, не может быть загружена более чем на 30% , а следовательно выведена на паспортный режим работы. Причиной тому является распыленность автохозяйств по территории и их значительное удаление от АГНКС (более 10 км);

Таблица 1

Основные технические показатели стационарных АГНКС-500

Показатели Изготовитель СССР (компрессоры ПО «Борец») Фирмы Италия,фирма «Нуово-Пиньоне» СССР (компрессоры ГДР)

Производнгельносгь:

уточная, тыс мЗ (объем заправки 100мЗ) 45 50 40

-одоаая, млн. мЗ 12,8 14,5 11,6

Число заправляемых автомобилей в сутки 500 500 500

[Давление газа, Мпа:

1а входе 0,8-1,2 0,6-1,2 0,4-0,6

<а выходе 20,0 20,0 20,0

Иошность компрессоров, кВт 800 1215 640

Число компрессоров 5 9 2

Число газозаправочных колонок 8 7 8

Эбъем аккумуляторов газа, мЗ 18 11 18

Численность персонала (при трехсменной

>аботе):

1ри автономном теплоснабжении от котельной 20 20 20

1ри централизованном теплоснабжении и

|втономном теплообогреве 15 !5 15

Члошадь территории, га 0,7 0,7 0,7

в баллонах автомобилей <>лтп><мовд»»лвнмв га» «6«ллон«х автомобилей, мл»

- владелец всей газозаправочной сети АГНКС - Газпром вместо прибыли несет многомиллионные убытки из-за недостаточной загрузки станций;

- в последние годы загрузка станций еще более снизилась. Подобное положение является результатом отсутствия пока в стране эффективного экономического механизма стимулирования использования КПГ на транспорте, а также недостаточного финансирования и неудовлетворительной координации работ.

Несмотря на то, что автотранспорт страны пока не испытывает критических трудностей в обеспечении жидким моторным топливом даже при существенном снижении объемов производства бензинов и дизтоплива ( примерно 40% по отношению к уровню 1990 года), это еще не означает, что в условиях прогнозируемого роста ЗпСмСМмКИ отечественная нефтяная и нсфтспс^^бэтывэюий-я отрасли обеспечат необходимые объемы выработки традиционного топлива.

Нельзя также не учитывать, что нефть и нефтепродукты являются одним из основных источников поступления валютных средств Российской Федерации и сокращать поставки нефтепродуктов на экспорт при возникновении их дефицита будет не просто. Напротив, рассчитывать на импорт нефти тем более не приходится.

Единственным йсточником покрытия надвигающегося дефицита нефтепродуктов является расширение использования газомоторных топлив и в первую очередь КПГ. Это

автомобилисты прочувствовали в 1999 и текущем году, в том числе и в г.Москве. С 1999 года начался хоть и медленный, но все же рост потребления газомоторного топлива.

Проведенный технико-экономический анализ позволил сделать и ряд важнейших выводов:

- первоочередной задачей является сохранение и повышение эффективности действующей сети АГНКС;

- дальнейшее развитие сети газозаправочных станций целесообразно осуществлять путем строительства станций меньшей мощности на 125, 75 и 50 заправок грузовых автомобилей в сутки и преимущественно в местах традиционного базирования транспорта.

ОАО «Газпром» проводит огромную работу по обеспечению государственной поддержки развитию данной проблемы и не безуспешно.

В задачу нашей работы входит обеспечение эффективности действующей сети АГНКС в рыночных экономических условиях -это как общая цель, для достижения которой предлагается создать газозаправочные комплексы в составе: стационарная станция как

матка и мобильные газозаправщики в качестве сателлитов, способные после заправки на АГНКС доставлять ГМТ в удаленные на 10-120 км ЛТП. В результате достигается значительное увеличение зоны обслуживания АТП, растет загрузка АГНКС по производству ГМТ, и как следствие эффективность.

Изучение нами отечественного и мирового опыта не только по литературным источникам, но и путем непосредственного участия в международных симпозиумах и выставках и ознакомления с работой газозаправочных станций в ряде стран показало, что задача создания газозаправочных комплексов является принципиально новой а её решение требует проведения научных исследований и разработок.

Цель работы.

Повышение эффективности действующей сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) за счет создания на их основе газозаправочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ»,обеспечивающих газомоторным топливом (ГМТ)

удаленные от них автотранспортные предприятия с помощью передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ).

Основные задачи исследований и разработки.

1. Исследование основных показателей работы АГНКС для обоснования реальных резервов производительности и параметров системы заправки мобильных газозаправщиков.

2. Исследование и оптимизация основных параметров мобильных газозаправщиков.

3. Испытания и опытно-промышленная эксплуатация газозаправочных комплексов.

4. Разработка мобильных газозаправщиков автомобилей и газовой арматуры на 40 МПа.

5. Разработка системы заправки мобильных газозалравщиков на стационарных станциях.

6. Разработка научно-обоснованной системы функционирования газозаправочных комплексов с автотранспортными предприятиями и оценка их эффективности.

Научная новизна.

В результате исследования эксплуатационных показателей работы АГПКС-500 получены зависимости резерва производительности газозаправочных станций различной характеристики от степени загрузки автомобилями.

На основе разработанной математической модели заправки автомобилей ГМТ бескомпрессорным способом получены зависимости степени опорожнения ПАГЗ от давления и объема газа, числа газобаллонных секций и соотношения их емкостных показателей.

Практическая ценость.

Разработан типоразмерный ряд ПАГЗ-ов, одна из моделей которого сконструирована, всесторонне испытана и освоена в промышленном производстве.

Разработан, испытан в составе ПАГЗ и освоен в промышленном производстве комплекс газовой запорной, редуцирующей и предохранительной арматуры на рабочее давление 40 МПа.

Разработана, испытана в составе АГНКС-500 и освоена в промышленном производстве система заправки ПАГЗ-ов ГМТ до давления 32 МПа.

Разработана научно-обоснованная система взаимодействия созданных комплексов «АГНКС-ПАГЗ» с АТП.

Реализация работы.

В Московской области вокруг Московской кольцевой автодороги (МКАД) созданы и функционируют уже 3 газозаправочных комплекса на базе АГНКС-6 (комипекс-1), АГНКС-7 (комплекс-2) и АГНКС-10 (комплекс-3). Комплекс-1 вступил в строй в 1992 году. В ближайшие пять лет планируется оставшиеся 18 АГНКС превратить в газозаправочные комплексы.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались:

- на научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности автотранспортного и топливозаправочного комплексов Московской области», г.Королев, М.О., 1999 г.;

- на международной научно-практической конференции «Использование сжатого и сжиженного газов для газоснабжения населенных пунктов, промышленных объектов и транспортных средств», Египет, г.Хургада, февраль 2000 г.

Результаты работы опубликованы в семи печатных трудах. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она включает 136 страниц текста, 56 рисунков и список литературы из 101 наименования.

В первой главе дана оценка современного состояния и перспектив развития газомоторизации в стране, определена цель и обоснованы задачи исследований и разработки.

Вторая глава посвящена исследованию эксплуатационных показателей работы АГНКС-500 и определению реальных резервов производительности станции.

Третья глава содержит комплекс исследований по определению основных конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров передвижных автогазозаправщиков и системы их заправки на АГНКС.

В четвертой главе приведены результаты практической части работы, связанные с созданием, испытанием и освоением промышленного производства оборудования газозалравочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ», рассмотрены вопросы научно-практической организации их функционирования во взаимодействии с АТП и их технико-экономической эффективности.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Анализ системы газообеспечения транспорта страны компримированным природным газом.

Газозаправочные компрессорные станции АГНКС спроектированы из следующих условий запроса автомобилей на заправку: в первую смену —55% заправок, во вторую - 35% и в третью - 10%, то-есть станция запроектирована на параметры, обеспечивающие заправку автотранспорта в 1-ю загруженную на 100% смену.

Загрузка АГНКС-500 по сменам суток выглядит следующим образом:

первая - 55% или 275 заправок ; вторая - 35% или 175 заправок ; третья - 10% или 50 заправск ; В сутки - 100% или 500 заправок.

Из приведенных данных следует, что станция имеет существенный (почти двойной) резерв производительности компрессорной группы во вторую и особенно в третью смены суток, использование которого по сложившимся условиям работы автотранспорта проблематично.

Вторым фактором, способствующим также появлению резерва производительности ГМТ является число дней работы станции в году. По расчету количество рабочих дней станции в году принято равным 250, а количество выходных дней - 150. Заправка

производится : в рабочие дни (250 дн.) - 100%, в субботние (52дн.) -50%, в выходные и праздничные (63 дн.) - 20%. В результате число дней работы станции в году при обеспечении паспортной загрузки (как в рабочие) составило 288,6 дня, а не 365 дней. Это в разрезе года увеличивает резерв производительности станции в 1,26 раза. Третьим Фактором. способствующим также появлению дополнительного резерва производительности станции является объем разовой заправки автомобилей. В паспортной характеристике АГНКС-500 он принят равным 100 куб.нм. Фактически исследования работы АГНКС позволили выявить, что средний объем заправки грузовых автомобилей (рис.1) составил 62,2 куб.нм. При заправке, а вернее дозаправке станцией 500 автомобилей в сутки, это приводило к уменьшению объема отпуска ГМТ автомобилям и повышению соответственно резерва производительное! и АГНКС в 1,6 раза.

Вышеуказанные три фактора снижения (недоиспользования) производительности АГНКС имели свои причины. Если два первых связаны со сложившимися условиями работы транспорта, то третий можно объяснить главным образом несоответствием объема газобаллонной установки автомобилей ( а следовательно и объема ГМТ на борту автомобиля) потребности в топливе на 2 дня работы ( по расчетам предполагали заправку один раз в 2 дня).

Наряду с указанными факторами снижения производительности каждой АГНКС в процессе многолетней работы всей сети станций в стране выяснилось, что она не может быть загружена более, чем на 30% по причине отсутствия спроса автомобилей на заправку газом. Это означает, что в зоне действия АГНКС, то-есть в радиусе не более 10 км , не представлялось возможным набрать 500 газобаллонных автомобилей у АТП даже при их 100% газификации. Автомобили удаленных автопредприятий предпочитали продолжать работать на традиционном моторном топливе из-за непроизводительных холостых пробегов на заправку газом.

Так был выявлен крупный просчет в определении единичной (весьма завышенной) мощности созданных станций АГНКС-500.

Другим, не менее серьезным просчетом, стал объем средней заправки автомобилей, .который фактически оказался в 1,6 раза меньше запланированного. Это в свою очередь требовало соответствующего увеличения количества АГНКС сверх запланированного.

Проведенные исследования работы отдельных станций и всей сети в целом позволили сделать следующие выводы:

- необходимо с учетом сложившихся условий загрузки станций определить реальные резервы их производительности;

- необходимо максимально использовать резервы производительности станций путем доставки производимого ГМТ в удаленные АТП (на 10 и более км) с помощью передвижных газозаправщиков, заправляемых на АГНКС.

На основании расчетов и исследований построены графические зависимости, с помощью которых по параметру загрузки АГНКС-500 разной модификации представляется возможным определить ев резерв производительности в сутки и сменам суток (рис.2 и 3).

Для использования этих резервов производительности АГНКС с помощью передвижных автогазозаправщиков, прежде всего предстояло создать эти ПАГЗ-ы и систему их заправки на АГНКС.

2. Оптимизация основных конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров передвижных

автогазозаправщиков.

Из изложенного в работе анализа параметров, конструкции и технологических схем, применяемых в отечественной и зарубежной практике газовозов для создания передвижного газозаправщика автомобилей КПГ до давления 20 МПа стало возможным установить:

- из применяемых «компрессорного» и «бескомпрессорного» способов разрядки (опорожнения) газобаллонной установки наиболее распространен «бескомпрессорный» способ ;

- максимальное давление газа, перевозимого бескомпрессорными газовозами, колеблется в пределах 6,5 - 35 МПа ;

- грузоподъемность бескомпрессорных газовозов составляет от 10 до 32 тонн. Наиболее распространены газовозы грузоподъемностью 20 -32 тонны ;

- газобаллонные установки газовозов имеют в большинстве случаев пирамидоидальную схему укладки баллонов, реже рамочную;

- бескомпрессорные газовозы имеют от 1 до 3 ступеней (секций) разрядки (опорожнения) газобаллонной установки ;

- все газобаллонные секции бескомпрессорных газовозов -равнообъемные.

- расстояние по доставке газа на объекты газопотребления составляет, как правило 10-40 км, но в ряде случаев достигает 120 -150 км.

В практическом аспекте нам представилось возможным использовать для создания газозаправщика пирамидоидальную схему укладки баллонов, параметры запорной арматуры и систему

Зависимость суточной производительности^ резерва и объёма отпуска ГМТ от количества заправляемых автомобилей.

АГНКС-500 с Рвх = 0,8 Мпа

^ " максим, производительность

о ~ объём отпуска ГТМ

" резерв производительности

"* — ~ "" резерв производительности в %

1 - при загрузки 40 % (200 авто.)

2 - при загрузке 100 % (500 авто.) 3- при загрузке >100% (700 авто.)

%%

S00 шт/сут.

Зависимость резерва производительности ГМТ от количества заправляемых автомобилей в смены суток.

АГНКС-500 с Рвх = 0,8 Мпа

А

Б С

1-я смена

2-я смена

3-я смена

в тыс. куб. нм

----в % %

175 200 300

Рис.3

400

300 525

крепления газобаллонной установки к раме и полуприцепу. Все основные параметры необходимо было ОПТИМИЗИРОВАТЬ с целью достижения максимального опорожнения газозаправщика при заправке автомобилей до 20 МПа.

Результаты расчетов технико-экономических показателей ПАГЗ при различном рабочем давлении газа в газобаллонной установке и способах заправки автомобилей, позволили установить :

- масса активного газа для бескомпрессорных ПАГЗ по сравнению с компрессорными характеризуется аналогичными значениями ;

- оптимальным рабочим давлением для бескомпрессорных ПАГЗ при заправке автомобилей газом при давлении до 20 МПа (как при оптимизации по массе активного газа, так и по приведенным затратам) является рабочее давление в интервале 32-35 МПа;

- значение приведенных затрат по бескомпрессорным ПАГЗ в оптимальных интервалах давления (32-35 МПа) ниже, чем по компрессорным соответственно на 30%.

Вышеизложенное позволило сделать вывод о целесообразности использования бескомпрессорного способа заправки автомобилей КПГ от ПАГЗ с давлением газа в газобаллонной установке 32 МПа.

В нашу дальнейшую задачу входило обоснование таких важных параметров ПАГЗ как:

- активный объем и давление газа ;

- число ступеней заправки автомобилей ;

- соотношение объемов секций газобаллонной установки. Расчеты показывают, если газобаллонную установку ПАГЗ

выполнить в виде одного сосуда (секции) и непосредственно подключить к баллонам заправляемого автомобиля, то при начальном давлении 32 МПа можно полезно использовать (для заправки автомобилей) всего 28-30 % перевозимого газа.

Чтобы повысить коэффициент опорожнения, газобаллонную установку ПАГЗ разделяют на несколько секций, последовательно подключаемых к баллонам автомобилей. Когда из первой секции заправка очередного автомобиля газом при давлении до 20 МПа окажется невозможной, то этот автомобиль и последующие будут заправляться из первой секции только до какого-то промежуточного (обычно максимально возможного) давления меньше 20 МПа, а затем дозаправляться до давления 20 МПа из второй секции. После того, как дозаправка очередного автомобиля до давления 20 МПа окажется невозможной из второй секции, тогда и из этой секции автомобили будут заправляться до промежуточного - также максимально возможного давления. До давления 20 МПа автомобили в этом случае будут дозаправляться из третьей секции.

Таким же образом могут подключаться и последующие секции ПАГЗ.

Для определения и оптимизации указанных параметров ПАГЗ разработана математическая модель процесса заправки автомобилей от ПАГЗ-а, а для численного решения программа расчета на ПЭВМ на основе известной программы EXCEL в среде WINDOWS.

Для определения характера изменения давления газа в секциях Рак. при заправке воспользуемся формулой

Рак =

РакО

ьакО

Рб11 I Рб1

zm z6\

VK

-ак,

(1)

где Рак.О- начальное активное давление газа в газобаллонной установке, МПа; р^, р^ - давление газа в баллонах автомобилей перед и после заправки, МПа; - суммарный геометрический объем баллонов автомобилей, куб.м; Уак! - геометрический (активный) объем 1-й секции ПАГЗ, куб.м; ^ ^ , г^- коэффициенты сверхсжимаемости газа при температуре и давлении соответственно в газобаллонной установке ПАГЗ, баллонах автомобиля перед и после заправки; I - коэффициент, учитывающий нагрев газа в баллонах автомобилей и зависящий от скорости заправки; при многоступенчатой заправке 1= 1.

Обозначив отношенияр„</*«(,. Ре/2е, и Р«/2«! соответственно величинам р ' р 'ак0, р'6,. р'№ и приняв I =1, получим следующее выражение :

Р 'ак = Р 'акО " (Р 61. "Р V М , / = 1.2..........(2)

Где VI = Уб|Уаю - относительный геометрический объем i -й секции.

Отношение р|г характеризует давление, которое в рассматриваемых случаях имел бы идеальный газ.

Обозначим аналогично через р' (¡, ^ 0 =1,2.......„ ] = 1,2 .....)

отношение давления газа к соответствующему коэффициенту сверхсжимаемости (р|г - приведенное давление) в ¡-й секции после заправки из нее .¡-го автомобиля.

Из выражения (2) получены следующие рекуррентные соотношения для определения приведенного давления газа в секциях ПАГЗ:

при заправке до давления р би

P'(/,7) = P'(U -1)-[P'6„ -Р'Ц-ХПЩ,

(3)

где р'(/,0) = р'ак0; Р'(0,У) = Р'б1 • /,У = 1.2,...;

при заправке до максимально возможного давления, меньшего рби ,

Р'С',У)=[Р'(/,У -1)+Цр'С-1,У)]/(Ц +1); и =1,2,... (4)

Число автомобилей п , заправленных р из первых 1 секций ПАГЗ, определяется из неравенства

р'(/, Л,+ 1 )<£■«, £р'(/,П,)// =1,2,... (5)

Исходные данные для расчета по программе: число и геометрические объемы секций; давление и температура газа в секциях до начала заправки из них автомобилей и соответствующие коэффициенты сверхсжимаемости газа ; давление и температура газа в баллонах автомобилей до и после заправки и соответствующие коэффициенты сверхсжимаемости газа ; коэффициент сверхсжимаемости газа при стандартных условиях (20 С ; 0,1 МПа ). Следует отметить , что температуру газа в баллонах автомобилей можно определить и расчетом.

За ограниченное время (около 30 сек. ) можно выявить оптимальный вариант. В качестве критерия оптимизации принимают коэффициент опорожнения и остаточное давление газа в секциях ПАГЗ после каждой заправки.

Для классификации ПАГЗ с различными параметрами используется обозначение : ПАГЗ-О-р-Ы, где латинские буквы заменены соответствующими цифровыми величинами, характеризующими: О - объем перевозимого газа, куб.м; р - рабочее давление газа в ПАГЗ, МПа; N - число ступеней заправки (секций).

Суммарный геометрический объем газобаллонных секций (геометрический объем газобаллонной установки) ПАГЗ на заданное рабочее давление газа определяют, исходя из грузоподъемности применяемого полуприцепа и удельной массы используемых баллонов. Увеличение максимального рабочего давления газа приводит к применению баллонов с большей массой и уменьшению геометрического объема газобаллонной установки. Если максимальное рабочее давление газа равно 25 МПа, то грузоподъемность полуприцепа позволяет использовать 75 130-литровых баллонов с суммарным геометрическим объемом 9,75 куб.м. Увеличение рабочего давление газа до 32 и 40 МПа приводит к уменьшению числа применяемых баллонов соответственно до 56 и 46 и объемов газобаллонных установок соответственно до 7,3 и 6,0 куб.м.

С повышением максимального рабочего давления газа увеличивается коэффициент опорожнения ПАГЗ, однако объем полезно используемого газа оказывается меньше.

Расчеты показывают, что объемы газобаллонных секций должны быть выполнены последовательно уменьшающимися. Заправку автомобилей следует начинать из секций с наи&Уьшим объемом (первая секция). При этом достигается максимальный коэффициент опорожнения.

Оптимальный относительный объем секции (отношение геометрического объема секции к полному геометрическому объему газобал " вки) можно найти по формуле :

VI - относительный объем ¡-й секции; I - порядковый номер секции; п - число газобаллонных секций ; j - число заправляемых автомобилей.

При оптимальных объемах газобаллонных секций ПАГЗ падение давления газа в секциях происходит медленно, что способствует быстрой заправке автомобилей. Результаты расчета падения давления газа в секциях ПАГЗ-2500-32-4 при объемах газобаллонных секций, определенных по формуле (3) и при их одинаковых объемах приведены на рис.4, откуда видно, что в первом случае ПАГЗ может заправить 18 автомобилей с расчетным объемом заправки С? = 94,5 куб.м, во втором - только 17 автомобилей. При этом давление газа в секциях в первом случае снижается медленнее, чем во втором.

Зависимость Уак (коэффициента опорожнения ПАГЗ) от числа газобаллонных секций, объемы которых соответствуют рассчитанным по формуле (6), приведена на рис.5. Увеличение числа секций от одной до двух приводит к увеличению коэффициента опорожнения с 30 до 50%, трех - до 60%, четырех -до 70%.

При определении числа газобаллонных секций, помимо технических показателей ПАГЗ, следует учитывать трудоемкость процесса заправки и время заправки автомобилей. Последнее в основном зависит от типа применяемой арматуры. При определении оптимальных параметров ПАГЗ следует исходить из максимизации активного объема газа ( объема газа, заправленного в автомобили). Из зависимости, приведенной на рис.5, следует, что максимальный Уак достигается при 4-6 ступенчатой схеме заправки автомобилей газом при давлении 32 МПа. Дальнейшее увеличение числа ступеней заправки не дает эффекта, а повышение Рак приводит даже

(6)

Ц/+1)

, где

. у., г. ^ПОМИНЯ 0 I I I I I I I I I I -

Объеме секций /-/V 2 4 6 8 10 12 и 16 18 20 у

Рис.5

к снижению Уак, а следовательно и к числу заправляемых автомобилей. Поэтому, исходя из данных результатов исследований с учетом упрощения обслуживания и снижения стоимости, для ПАГЗ приняты значения: Р=32МПа, п-4 ступени (секции) заправки.

3. Разработка, испытания и опытно-промышленная

эксплуатация газозаправочного комплекса.

Создание газозаправочного комплекса потребовало :

• разработки конструкции и освоения производства газовой арматуры-и газовых баллонов с уменьшенной удельной массой на давление 40 МПА;

• разработки конструкции, испытания и освоения производства ПАГЗ-ов;

• разработки конструкции и технологии, испытания и освоения производства двухступенчатой системы заправки ПАГЗ-ов на АГНКС до давления 32 МПа;

• разработки научно-обоснованной системы взаимодействия «КОМПЛЕКСА» с АТП и реализации её на практике.

Исходя из результатов проведенных исследований и расчетов, с учетом производственно-технологических возможностей предприятий страны, комплектующих ПАГЗ автопоездами, арматурой, баллонами и приборами, разработан для освоения в промышленном производстве типоразмерный ряд передвижных автогазозаправщиков для бескомпрессорной заправки автомобилей КПГ. Основные технические показатели ПАГЗ -ов приведены в табл.2.

Для всех ПАГЗ-ов типоразмерного ряда разработана типовая технологическая схема с четырехступенчатой системой заправки автомобилей, обеспечивающая наряду с достаточно высоким значением коэффициента опорожнения ПАГЗ относительную простоту обслуживания и эксплуатации газобаллонной установки. Простота эксплуатации достигается за счет применения шаровых трехходовых и проходных кранов во всех элементах схемы, требующих сравнительно частого переключения в процессе заправки автомобилей.

Технологическую схему ПАГЗ (рис.6) можно условно разделить на три функциональных узла, собственно газобаллонную четырехсекционную установку; узел заправки ПАГЗ на АГНКС; узел заправки автомобилей.

Газобаллонная установка включает четыре независимые секции, состоящие из различного числа баллонов с необходимыми

Основные технические показатели типоразмерного ряда передвижных автозаправщиков. Таблица2

Показатели Модели

I II III

Грузоподъёмность, т 14,2 20,0 32,4

Геометрический объём газобаллонной установки, 7,28 10,0* 17,0*

куб.м.

Максимальное давление газа, МПа 32,0 32,0 32,0

Максимальный объём газа, куб. нм.

• общий (2 = 0,9) 2590 3550 6000

• активный( 'Р = 0,68) 1760 2400 4080

Число ступеней заправки 4 4 4

Число заправочных узлов 2 2 2

Среднее время заправки автомобиля, мин.

• грузового 10 10 10

• легкового 5 5 5

Среднее число заправляемых автомобилей (за рейс):

• грузовых (заправка 62 куб. нм) 28 39 66

• легковых (заправка 18 куб. нм) 95 133 227

* - При использовании длинномерных баллонов с удельной массой 1,5-1,6 кг/л и ёмкостью 400-825 л.

- коэффициент опорожнения. Ъ - коэффициент сжимаемости газа. ^

Технологическая схема ПАГЗ

зи

6

°-С .' IV >4—7-

)7 8

СИГ-у

С

□у-

5

СНУ

—

С"—)

3

1

г

тг г

х % %

гН

X

11

)7 а

15

<э

13 12 14

0 —£

, 4 .3

Заправка ПАГЗ

п

0

18

18 0

| »7 ?7 |

О а

19 [20

•с

Заправка автомобилей

Рис.6

предохранительными органами. Узел заправки ПАГЗ обеспечивает возможность одновременной или последовательной заправки секций с контролем давления при заправке. Узел заправки автомобилей, помимо необходимой запорной и предохранительной арматуры, снабжен регулятором давления, обеспечивающим автоматическое поддержание заданного (20 МПа) давления на выходе.

Рассмотрим функционирование и назначение элементов технологической схемы.

Заправка ПАГЗ осуществляется через вентили 1 или 2 линии заправки, по которой газ от АГНКС направляется в баллонные секции 1-1\Л Запорные вентили 3 (проходные шаровые краны) обеспечивают возможность одновременной или поочередной заправки секций. Переток газа из секций к источнику давления (компрессорам АГНКС) предотвращается за счет действия обратных клапанов 4.

Каждая секция баллонов снабжена отдельным предохранительным клапаном 5, препятствующим повышению давления газа в баллонах ПАГЗ выше допустимого, а также легкоплавкой пробкой, установленной в специальном устройстве 6. Пробка расплавляется при температуре 173° С и тем самым предотвращает разрыв баллонов от повышения давления (например при пожаре).

Давление газа в секциях измеряется манометрами 7, подключенными через запорные трехходовые вентили 8, которые обеспечивают возможность отключения и замены манометра без стравливания газа из секций.

Секции соединены попарно через шаровые трехходовые краны 9 и 10, с помощью которых можно обеспечивать последовательное подключение секций к линии заправки автомобилей. Через запорный вентиль 11 возможен сброс газа из любой секции на свечу 21.

На линии заправки автомобилей установлен регулятор (редуктор) давления 12 типа «после себя», предотвращающий повышение давления в линии (после регулятора) выше заданного (20 МПа). Регулятор давления отключается от системы с помощью запорных вентилей 13,14. Давление на входе регулятора регистрируется манометром 15. Повышение давления на выходе из регулятора выше заданного предотвращается с помощью предохранительного клапана 16.

К заправляемым автомобилям газ поступает через трехходовые краны 17. Манометры 18 обеспечивают замер давления в баллонах автомобилей до заправки (при закрытых кранах 17) и контроль давления во время заправки. После заправки газ из

заправочных шлангов 19 сбрасывается с помощью трехходовых кранов 17 на свечу 21. Заправочные головки 20, присоединяемые к автомобилям, по конструкции штыревого типа.

Для разработки конструкций ПАГЗ-ов в соответствии с предложенным типоразмерным рядом на основе результатов и рекомендаций исследований были разработаны соответствующие «Технические требования» на три модели ПАГЗ и на газовую арматуру высокого давления.

На основе разработанных «Технических требований» ряд конструкторских бюро и институтов с их опытными производствами при нашем непосредственном участии выполнили разработку проектов и изготовили экспериментальные и опытные образцы указанной техники и оборудования.

Созданный ПАГЗ-2500-32 прошел заводские, полигонные и эксплуатационные испытания. Результаты этих испытаний, приведенные в таблице 3,4,5, подтвердили расчетные показатели по коэффициенту опорожнения и числу заправляемых автомобилей, а также надежность и работоспособность ПАГЗ. На основании положительных результатов длительной эксплуатации газозаправщиков приемочная межведомственная комиссия рекомендовала ПАГЗ-2500-32-4 к серийному производству.

Результаты экономических расчетов, приведенные в таблицах 6 и 7 показывают, что годовая прибыль «Комплекса» составляет 2428,5 млн.руб., а прибыль от заправки одного ПАГЗ - 700 тыс.рублей. Экономический эффект среднего АТП с учетом расходов на переоборудование 120 автомобилей на газ и приобретение 2-х ПАГЗ составляет 5,7 - 7,2 млн.руб. в год, а срок окупаемости капвложений в среднем 1,5 года.

Созданное оборудование - ПАГЗ-ы и системы их заправки с дожимными компрессорами выпускаются Сумским НПО им.Фрунзе, а газовая арматура на давление 40 МПа - Ковровским заводом «Арматура» (г.Ковров). Идет подготовка производства по организации выпуска этого оборудования на заводе «Баррикады» (г.Волгоград).

В соответствии с Программами газификации и газообеспечения автотранспорта в Московском регионе нами совместно с РГП «СГ-Транс» на базе трех АГНКС вокруг МКАД уже созданы и успешно функционируют газозаправочные комплексы. В ближайшее пятилетие планируется преобразовать и остальные 18 АГНКС региона в газозаправочные комплексы с полным набором сервисных услуг

Основные эксплуатационные показатели ПАГЗ-2500-Э2 при испытаниях.

Таблица 3

Вид дороги Пробег Фактический, км. Среднетехническая скорость, км/ч. Средний расход топлива, л/100 км.

Скоростная дорога автополигона и дороги общего пользования. 5224 44,1 39.1

Имитация городского движения на дорогах автополигона. 2053 32,3 42

Подъемы малой крутизны (6-10 %) 2019 36,0 43

Режим «разгон-торможение» 2525 28,3 56,82

Булыжная дорога ровного замощения. 2166 28,2 56

Дорога специальная типа «Бельгийская мостовая» 258 24,6 44,1

Результаты заправки от Г1АГЗ-2500-32 автомобилей при температуре воздуха минус 20-25 С.

Таблица 4 ■

Давление газа в секциях ПАГЗ после за-

Марка автомо- Начальное давление Расчетный объем правки очередного автомобиля, МПа.

биля. газа в баллонах ав- заправки, м(куб.)

томобиля, МПа I II III IV

----- ----- ----- 32,0 32,0 32,0 32,0

ЗИЛ 2,5 102,8 26,5

ЗИЛ 0 113,3 22,0 ---- ---

ЗИЛ 0 113,3 19,0 31,6 -- -

ГАЗ 0 99,1 16,5 30,0 -- -

ЗИЛ 0 113,3 13,5 25,5 ---- --

ЗИЛ 0 113,3 13,5 25,5 --- ---

ГАЗ 0 99,1 12,0 21,0 --- --

ГАЗ 3,0 87,8 12,0 21,0 -- -

ГАЗ 0 99,1 10,0 18,0 29,0 -

ЗИЛ 0 113,3 10,0 18,0 29,2 ---

ЗИЛ 5,5 87,9 9,5 16,0 28,8 --

ЗИЛ 0 113,3 9,5 16,0 28,8 -

ГАЗ 0 99,1 8,0 14,5 23,0 ---

ЗИЛ 0 113,1 8,0 14,5 23,0 ---

ЗИЛ 0 113,3 6,0 12,0 19,0 30,0

ЗИЛ 0 113,3 6,0 12,0 19,0 30,0

ЗИЛ 0 113,3 5,0 10,0 15,0 20,5

ЗИЛ 0 113,3 5,0 10,0 15,0 20,5

Результаты взвешивания ПАГЗ-2500-32

Таблица 5

Момент взвешивания Температура окружающей среды, С. Давление газа в секциях ПАГЗ, МПа Масса ПАГЗ,кг.

I II III IV

Перед началом заправки автомобилей. 20 31,5 31.5 31,0 32,0 25940

После заправки автомобилей 25 8,0 13,5 15,0 21,0 24830

После опорожнения 25 0,1 0,1 0,1 0,1 24160

Экономическая эффективность комплекса «АГНКС-ПАГЗ»

Экономический эффект АГНКС

Таблица 6

п/н ПОКАЗАТЕЛИ Рвх. = 0,8 Вх.= 1-1,2

МПа МПа

1. Объем реализованного газа тыс.куб.м 1700 19600

2. Выручка от реализации газа 32810 37828

3. Полная себестоимость 8746 9406

4. Полная стоимость газа 1462 1686

5. ИЗДЕРЖКИ ВСЕГО: 7284 7720

Фонд оплаты труда 2500 2500

Отчисление от ФОТ 1000 10000

Амортиз. Расходы 455 455

Материалы 2,5 2,5

Запасные части 2,5 2,5

ГСМ 2,5 2,5

ППР 110 110

Электроэнергия 2034 2345

Метролог, обслуж. 65 65

Транспортные расходы 10,5 10,5

Содержание АУП 150 150

Прочие расходы 10 10

Услуги банка 105 105

Налог на пользователей автомобилей 825 950

Налог на землю 12 12

6. ПРИБЫЛЬ: 24064 28,422

Экономический эффект АТП

Таблица 7

П/Н ПОКАЗАТЕЛИ При удалении АТП от АГНКС

До 60 км. от 60 До 150 км.

1. ОбъСм реализации ГМТ в год, тыс.куб.нм 2114 21114

2. Разница в цене бензина и КПГ (1000л и 1000 куб.нм.) 3,8 3,8

3. Доход АТТ1 в год за счет замены бензина на КПГ. 8033 8033

4. Дополнительные издержки, всего В том числе: 872 2332

- эксплуатационные расходы на ПАГЗ-ы 800 2260

- эксплуатационные расходы на газобаллонные автомобили. 72 72

5. Прибыль (без учета налогов и льгот) 7161 5701

Основные результаты и выводы.

1. Действующая сеть АГНКС из-за рассеянности по территории и удаленности от АТП за многие годы эксплуатации не в состоянии без дополнительных мер выйти по загрузке на проектную производительность. Реальные резервы производительности в 2-3 раза превышают фактический объем отпуска ГМТ автомобилям,

в результате чего вместо прибыли имеют место всё возрастающие убытки.

Кардинальным направлением исключения убыточности сети мощных АГНКС и перехода к эффективности является создание иа ИХ СОЮиС газозаправочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ», способных за счет мобильных газозаправщиков обеспечить доставку и заправку газомоторным топливом автомобилей АТП, удаленных от станций до 150 км.

2. Проведенные исследования и расчеты позволили обосновать основные параметры типоразмерного ряда передвижных газозаправщиков. Исследованиями по разработанной методике впервые получены зависимости, с помощью которых установлено:

- оптимальное давление газа в газобаллонной установке ПАГЗ составляет 32-35 МПа;

- максимальное опорожнение ПАГЗ достигается при 4-6 ступенчатой системе заправки автомобилей и разнообъемных секциях газобаллонной установки;

- максимальное значение коэффициента опорожнения ПАГЗ при бескомпрессорном способе заправки автомобилей газом до 20 МПа составляет 0,68 - 0,79;

- средний объем разовой заправки грузовых автомобилей составляет 62,2. куб. нм вместо 100 куб.нм (по технической хара!сгеристике АГНКС). В действительности большинство автомобилей заправляется не через день (согласно проектным данным), а дозаправляется ежедневно (до 90%);

- среднее время заправки грузового автомобиля ГМТ составляет 6-7 мин., а с учетом времени подъезда-отъезда 8-9 мин.;

. Построенные по результатам исследований графики позволяют для станций с различной технической характеристикой определить резерв производительности в зависимости от загрузки автомобилями в течение каждой из смен суток. Эти графики необходимы для практического определения количества ПАГЗ-ов, которые могут быть заправлены газом на любой конкретной АГНКС-500.

3. Разработан, всесторонне испытан и рекомендован к

промышленному производству первый отечественный газозаправщик ПАГЗ-2500-32-4 с давлением газа 32 МПа и 4-х ступенчатой системой заправки автомобилей до 20 МПа бескомпрессорным способом. Он способен за один рейс заправить газом до 30 грузовых автомобилей и автобусов. Заводские, полигонные и эксплуатационные испытания ПАГЗ подтвердили полное соответствие его расчетных параметров фактическим.

Эксплуатация созданной двухступенчатой системы заправки газозаправщиков на АГНКС с использованием дожимной компрессорной установки выявила её надежность и способность в течение двух лет обеспечивать гарантированно заправку газом до 30 газозаправщиков в сутки.

4. Разработанная система организации эксплуатации газозаправочного комплекса обеспечивает гарантированную заправку ПАГЗ-ов на АГНКС :

; -"одноразовую (1 рейс в сутки) при удаленности АТП от 60 до 150 км;

- двухразовую (2 рейса в сутки) при удаленности АТП до 60 км.

Прибыль газозаправочного комплекса (на базе станции АГНКС-500 с Рвх.=0,8-1,2 МПа) составляет 24-28,5 млн.руб. в год. Прибыль, приходящаяся на один ПАГЗ, составляет около 1 млн.руб. в год. Срок окупаемости системы заправки ПАГЗ-ов не превышает 2 месяцев.

. Прибыль АТП при условии перевода на КПГ 120 грузовых автомобилей и обеспечения их газом 2-4-мя собственными газозаправщиками (при текущих ценах на бензины и КПГ) составляет в год;

- при удаленности АТП до 60 км (2 рейса в сутки).......................

7,2млн.руб.

- при удаленности АТП от 60 до 150 км (1 рейс в сутки)...............

5,7млн.руб.

Прибыль, приходящаяся на один ПАГЗ в год, составляет соответственно 3,6 и 1,5 млн.руб., а срок окупаемости общих капзатрат от одного до 1,5 года.

5. По производительности 12 газозаправщиков ПАГЗ-2500-32-4 равноценны одной станции АГНКС-500, а по стоимости в 3,5 раза дешевле, что позволит уменьшить объем строительства АГНКС. б..Промышленное производство ПАГЗ-ов освоено Свесским

V насосным заводом и Волгоградским заводом «Баррикады»; газовой арматуры высокого давления - Ковровским заводом «Арматура»; системы заправки ПАГЗ-ов с дожимной компрессорной установкой -Сумским НПО.им. Фрунзе .

7 Применение газозаправочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ» позволяет:

- улучшить показатели работы АГНКС за счет дополнительного отпуска газа ПАГЗ-ам и использования резервов производительности основного технологического оборудования;

- исключить холостые пробеги части автомобилей на заправку;

- организовать заправку ПАГЗ-ами автомобилей рядом с АЗС непосредственно в городах, а также на междугородних шоссе и тем самым увеличить радиус действия автомобилей;

- организовать заправку ПАГЗ-ами транспортных средств в полевых условиях (в сельской местности);

- сократить потребность в стационарных АГНКС:

- увеличить зону обеспечения автомобилей КПГ до 150 км от АГНКС.

Введение.

Глава 1. Современное состояние и перспективы развития газомоторизации.

1.1. Отечественный и зарубежный опыт использования природного газа в качестве моторного топлива.

1.2. Анализ эффективности функционирования сети газонаполнительных компрессорных станций.

1.3. Обоснование целесообразности использования мобильных станций для заправки транспортных средств компримированным природным газом.

1.4. Оценка технико-технологических возможностей стационарных газонаполнительных компрессорных станций по заправке передвижных газозаправщиков.

1.5. Оценка резерва производительности газонаполнительных компрессорных станций.

1.6. Цель и задачи исследований. . .у. • ■ ■ '

Глава 2. Исследование показателей производства и распределения газомоторного топлива газонаполнительными компрессорными станциями.

2.1. Исследование основных эксплуатационных показателей работы газонаполнительной компрессорной станции.

2.2. Зависимость резерва производительности от загрузки газонаполнительной компрессорной станции.

В целях улучшения структуры топливно-энергетического баланса страны в восьмидесятые годы правительство СССР приняло ряд кардинальных постановлений, направленных на широкое использование на транспорте, наряду с традиционными нефтепродуктами, альтернативных видов моторного топлива и в первую очередь компримированного природного (КПГ) и сжиженного нефтяного газов (СНГ). Уже тогда было ясно, что даже в условиях наличия огромных ресурсов нефти необходимо на будущее проявить заботу об энергетической безопасности страны и параллельно не допустить экологической катастрофы от все возрастающего пагубного воздействия транспорта на окружающую среду особенно в крупных городах.

Для реализации столь актуальной народно-хозяйственной проблемы в стране в тот период были переведены на компримированный природный газ как наиболее ре-сурсообеспеченный, дешевый, экологически чистый и безопасный десятки тысяч грузовых автомобилей и автобусов различных модификаций. Одновременно с этим была сооружена на всей территории страны беспрецедентная по своим масштабам и мощности сеть газозаправочных станций. Основу этой сети газообеспечения транспортных средств составляли автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) на 500 и 250 заправок грузовых автомобилей в сутки. За период с 1983 по 1991 год в стране было построено около 400 АГНКС и переведено на КПГ более 100 тыс. грузовых автомобилей, автобусов и спецтехники. Но это была только половина пути по реализации намеченной программы.

Распад СССР, а вместе с ним перевод экономики в плоскость рыночных отношений явно затормозили развитие процесса газомоторизации в стране. Однако уже тогда в 1985—1990 годах стало очевидным, что созданная сеть газообеспечения из столь мощных заправочных станций из-за распыленности автохозяйств по территории и относительно редкой сети АГНКС не может быть полностью загружена и выведена на паспортный режим работы. Мингазпром, как владелец всех газозаправочных станций в стране, имел возрастающие из года в год убытки, исчисляемые миллионами рублей.

Коллективом ученых и специалистов, возглавляемых д. т. н. Мкртычаном Я.С., на который Мингазпром возложил разработку идеологии и стратегии газификации и газообеспечения транспорта страны, было предложено два направления повышения эффективности газомоторизации:

1. Переход на строительство более мелких газозаправочных станций мощностью соответственно на 125,75 и 50 заправок автомобилей в сутки.

2. Создание газозаправочных комплексов на базе построенных мощных станций АГНКС-500 и АГНКС-250, обеспечивающих обслуживание автомобилей АТП, удаленных до 100—150 км. Решение этой задачи с целью существенного увеличения загрузки, а соответственно и эффективности станции возможно за счет применения заправляемых на АГНКС и доставляющих газомоторное топливо в АТП мобильных средств заправки транспорта. Реализация второго направления повышения эффективности созданной сети АГНКС потребовала проведения определенного объема научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию нового оборудования и новой системы организации эксплуатации газозаправочных комплексов в условиях складывающихся в стране свободных рыночных отношений. Работу в заданном этой целью направлении представлялось наиболее рациональным выполнить поэтапно.

Первый этап. Определение реального резерва производительности ГМТ, который возможно использовать для заправки мобильных транспортных средств.

Второй этап. Создание мобильных газозаправщиков и системы их заправки на АГНКС для доставки ГМТ в АТП и осуществления заправки автомобилей.

Третий этап. Разработка системы рационального функционирования взаимодействия газозаправочного комплекса и удаленных от него автохозяйств.

Данная диссертационная работа посвящена решению вышеизложенных задач. Она состоит из четырех глав.

В первой главе диссертации изложен анализ современного состояния и перспективы развития газификации и газообеспечения транспорта в стране, на основе которого сформулированы цель и первоочередные задачи необходимых исследований и разработок.

Во второй главе диссертации изложены результаты расчетов и исследований по определению фактических резервов производительности станций АГНКС-500 и возможности их реального использования на практике.

В третьей главе диссертации изложены научные основы создания передвижных газозаправщиков как важнейшего звена газозаправочного комплекса.

В четвертой главе диссертации изложены результаты практической реализации газозаправочного комплекса и научная организация его эффективного функционирования.

Основные результаты диссертационной работы формулируют ее научную и практическую полезность. Диссертационная работа включает 136 страниц текста с 49 таблицами и 74 иллюстрационных рисунка. 6

В итоге выполнения диссертационной работы:

1. Создан первый отечественный газозаправочный комплекс.

2. Создан первый отечественный передвижной автогазозаправщик.

3. Разработан типоразмерный ряд передвижных автогазозаправщиков.

4. Создана система заправки газозаправщиков на АГНКС.

5. Разработана рациональная система функционирования газозаправочных комплексов и АТП.

6. Организовано промышленное производство ПАГЗ-ов и систем их заправки.

7. Дано научное обоснование основных параметров АГНКС и передвижных газозаправщиков.

Автор диссертационной работы выражает благодарность своим научным руководителям и коллективам специалистов ОАО «ГАЗПРОМ» (Мингазпрома), ГУП «СГ-Транс», НПО «Союзгазтехнология», институтам НАМИ и НИИАТ, Дмитровскому автополигону, Ковровскому КБ «Арматура», Московскому ГПЗ, ПО «Оргэнергогаз», ПО «Мосавтогаз», ОАО «Мособлавтотранс», Сумскому НПО им. Фрунзе, Первоуральскому новотрубному заводу, Волгоградскому заводу «Баррикады» и другим за оказанную неоценимую помощь при выполнении данной диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Действующая сеть АГНКС из-за рассеянности по территории и удаленности от АТП за многие годы эксплуатации не в состоянии без дополнительных мер выйти по загрузке на проектную производительность. Реальные резервы производительности в 2—3 раза превышают фактический объем отпуска ГМТ автомобилям, в результате чего вместо прибыли имеют место все возрастающие убытки.

Кардинальным направлением исключения убыточности сети мощных АГНКС и перехода к эффективности является создание на их основе газозаправочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ», способных за счет мобильных газозаправщиков обеспечить доставку и заправку газомоторным топливом автомобилей АТП, удаленных от станций до 150 км.

2. Проведенные исследования и расчеты позволили обосновать основные параметры типоразмерного ряда передвижных газозаправщиков. Исследованиями по разработанной методике впервые получены зависимости, с помощью которых установлено:

• оптимальное давление газа в газобаллонной установке ПАГЗ составляет 32-35 МПа,

• максимальное опорожнение ПАГЗ достигается при 4—6 ступенчатой системе заправки автомобилей и разнообъемных секциях газобаллонной установки,

• максимальное значение коэффициента опорожнения ПАГЗ при бескомпрессорном способе заправки автомобилей газом до 20 МПа составляет 0,68-0,79,

• средний объем разовой заправки грузовых автомобилей составляет 62,2 куб. нм вместо 100 куб. нм (по технической характеристике АГНКС). В действительности большинство автомобилей заправляется не через день (согласно проектным данным), а дозаправляется ежедневно (до 90%),

• среднее время заправки грузового автомобиля ГМТ составляет 6—7 мин., а с учетом времени подъезда — отъезда 8—9 мин.

Построенные по результатам исследований графики позволяют для станций с различной технической характеристикой определить резерв производительности в зависимости от загрузки автомобилями в течение каждой из смен суток. Эти графики необходимы для практического определения количества

ПАГЗ-ов, которые могут быть заправлены газом на любой конкретной АГНКС-500.

3. Разработан, всесторонне испытан и рекомендован к промышленному производству первый отечественный газозаправщик ПАГЗ-2500-32-4 с давлением газа 32 МПа и 4-х ступенчатой системой заправки автомобилей до 20 МПа бескомпрессорным способом. Он способен за один рейс заправить газом до 30 грузовых автомобилей и автобусов. Заводские, полигонные и эксплуатационные испытания ПАГЗ подтвердили полное соответствие его расчетных параметров фактическим.

Эксплуатация созданной двухступенчатой системой заправки газозаправщиков на АГНКС с использованием дожимной компрессорной установки выявила ее надежность и способность в течение двух лет обеспечивать гарантированно заправку газом до 30 газозаправщиков в сутки.

Разработанная система организации эксплуатации газозаправочного комплекса обеспечивает гарантированную заправку ПАГЗ-ов на АГНКС:

• одноразовую (1 рейс в сутки) при удаленности АТП от 60 до 150 км,

• двухразовую (2 рейса в сутки) при удаленности АТП до 60 км.

4. Прибыль газозаправочного комплекса (на базе станции АГНКС-500 с Рвх = 0,8—1,2 МПа) составляет 24—28,5 млн. руб. в год

Прибыль от заправки одного ПАГЗ на АГНКС составляет 0,7 млн. руб. в год. Срок окупаемости системы заправки ПАГЗ-ов не превышает 2 месяцев.

Прибыль АТП при условии перевода на КПГ 120 грузовых автомобилей и обеспечения их газом 2—4-мя собственными газозаправщиками (при текущих ценах на бензин и КПГ) составляет в год:

• при удаленности АТП до 60 км (2 рейса в сутки) 7,2 млн. руб.,

• при удаленности АТП от 60 до 150 км (1 рейс в сутки) 5,7 млн. руб.

Прибыль, приходящаяся на один ПАГЗ в год, для АТП составляет соответственно 3,6 и 1,5 млн. руб., а срок окупаемости общих капзатрат от 1 до 1,5 года.

5. По производительности 12 газозаправщиков ПАГЗ-2500-32-4 равноценны одной станции АГНКС-500, а по стоимости в 3,5 раза дешевле, что позволит уменьшить объем строительства АГНКС.

6. Промышленное производство ПАГЗ-ов освоено Свесским насосным заводом и Волгоградским заводом «Баррикады»; газовой арматуры высокого дав

192 ления — Ковровским заводом «Арматура»; системы заправки ПАГЗ-ов с до-жимной компрессорной установкой — Сумским НПО им. Фрунзе.

7. Применение газозаправочных комплексов «АГНКС-ПАГЗ» позволяет:

• улучшить показатели работы АГНКС за счет дополнительного отпуска газа ПАГЗ-ам и использования резервов производительности основного технологического оборудования;

• исключить холостые пробеги части автомобилей на заправку;

• организовать заправку ПАГЗ-ами автомобилей рядом с АЗС непосредственно в городах, а также на междугородних шоссе и тем самым увеличить радиус действия автомобилей;

• организовать заправку ПАГЗ-ами транспортных средств в полевых условиях (в сельской местности);

• сократить потребность в стационарных АГНКС;

• увеличить зону обеспечения автомобилей КПГ до 150 км от АГНКС.