Достижения и перспективы развития в создании мобильных заправщиков природным газом

Авторы:

Семенищев Сергей Петрович, генеральный директор ООО «НПП ГазСервисКомпозит», кандидат технических наук, тел.: +7 (3412) 911-067, эл. почта: hi-tec11@mail.

Килин Пётр Григорьевич, ведущий конструктор ПАГЗ ООО «НПП ГазСервисКомпозит», тел.: +7 (3412) 911-067

Аннотация
Проведен технико-экономический анализ применения баллонов различных типов для создания передвижных газовых заправщиков транспортных средств компримированным природным газом. Приведены примеры создания ПАГЗ на базе металлокомпозитных баллонов типа.
Материал статьи представляет интерес как для создателей ПАГЗ, так и для организаций и специалистов, их эксплуатирующих.

За последние два года правительство РФ и ПАО «Газпром» проводят довольно решительную политику в области перевода автотранспорта, в частности, муниципального, на компримированный природный газ (КПГ).

Коллектив нашего предприятия обладает почти двадцатилетним опытом в области проектирования и производства мобильных передвижных автомобильных газовых заправщиков (ПАГЗ) собственной разработки, а также опытом сертификационных испытаний импортных ПАГЗ таких фирм, как, например, Линкольн (США), с использованием композитных баллонов 4-го типа [1-6].

Рассмотрим достоинства и недостатки вариантов создания ПАГЗ с использованием разного типа баллонов.

Баллоны 4-го типа на первый взгляд обладают преимуществом по сравнению с баллонами других типов по массе. Однако при детальном рассмотрении характеристик чисто пластиковых баллонов видны их серьезные недостатки и ограничения при их использовании для ПАГЗ.

Так, чисто композитный баллон с полиэтиленовым лейнером не выдерживает рабочих температур ниже –40°С, что резко ограничивает климатическую зону их применения в России, поскольку в нашей стране температуры ниже –40°С могут быть даже в Москве, не говоря о зонах холодного климата, занимающих свыше 2/3 территории России. Причем полиэтиленовый лейнер подвергается деструкции при сочетании низких температур и рабочего давления внутри баллона. Кроме того, баллон весьма чувствителен к величине остаточного давления, которое должно быть не менее 7…20 кгс/см². В условиях резких перепадов температур окружающего воздуха необходимо следить за минимальным давлением внутри баллона.

Баллоны 1-го и 2-го типов отличаются большой массой, что делает их использование в мобильных средствах газоснабжения ненадежным из-за высокой нагрузки на оси полуприцепа. Габариты ПАГЗ в связи с этим неоправданно велики, так же как и цена контейнера с полуприцепом.

Сравним массы и цены баллонов типа 3 и типа 4 (Табл. 1).

Сравнительный анализ массы и стоимости баллонов разного типа при переводе ТС на метан

Прмечания:

1. Цены приведены при курсе рубля к доллару 2013 года.
2. Мрб – суммарная масса баллонов, установленных на ТС, Мтс – масса транспортного средства (ТС).
3. Справочно: цена баллона КПГ-3 – 260 руб./л, цена баллона КПГ-4 – 560руб./л.

Стоимость композитных баллонов весьма высока из-за использования дорогостоящего углеровинга. Несмотря на то, что полиэтилен лейнера значительно дешевле алюминия баллонов 3-го типа, технология изготовления лейнера требует больших финансовых затрат на термопластавтомат и на изготовление пресс-форм для каждого типоразмера баллонов. При изготовлении композитных баллонов возникают трудности в обеспечении герметичности лейнера в месте соединения металлической горловины и его газонепроницаемости в процессе эксплуатации. Так, на одном из предприятий, выпускающем транспортные средства на КПГ, при первой же заправке метаном потекли несколько композитных баллонов 4-го типа.

Оптимальными технико-экономическими характеристиками для ПАГЗ по параметрам «масса – вместимость – надежность – цена» обладают металлокомпозитные баллоны с бесшовным алюминиевым лейнером 3-го типа (ГОСТ) [7, 8]. Использование ровинга для намотки силового композитного слоя из базальта или стекла позволяет значительно снизить цену баллона, а лейнер из алюминиевого сплава допускает эксплуатацию баллона при низких температурах до –60 °С.

На нашем предприятии ООО «НПП ГазСервис Композит» был спроектирован баллон для установки в контейнер ПАГЗа.

Основные технические характеристики баллона БВД 210.24.5-2

Вместимость, л……………………………... 210

Рабочее давление, МПа…………………… 24,5

Диаметр, мм………………………………… 405

Длина, мм………………………………….. 2300

В 30-футовом контейнере Top (контейнер с увеличенной высотой для низкопольных прицепов) размещены 80 таких баллонов. С заднего торца контейнера размещены пульт заправки/раздачи метана и колонка коммерческого учета отпуска газа (см. фото).

Технические характеристики ПАГЗ-5000-24,5

Суммарная вместимость баллонов, л……………………………………… 16 800

Количество возимого газа, м³………………………………………………… 5000

Габариты контейнера ПАГЗ, мм……………………………….. 7500×2500×2585

Общая масса ПАГЗ, заправленного газом,

объемом 5000 м³, включая полуприцеп, кг………………………………..  24 740

Время заправки ПАГЗ до давления 24,5 МПа на АГНКС, ч……………….  ≈3-4

Максимальное время заправки ТС объемом газа 60 м³, мин………     Не более 10

На фото: ПАГЗ-5000-24,5 на заправке

Таким образом можно сделать следующие выводы.

• По техническим характеристикам, условиям эксплуатации, надежности, массогабаритным характеристикам и цене преимуществами перед другими конструкциями обладает конструкция ПАГЗ с использованием металлокомпозитных баллонов с бесшовным алюминиевым лейнером и вертикальным расположением баллонов в контейнере ПАГЗ.
• Создание и серийное производство ПАГЗ вместимостью от менее 2500 м³ и до 10 тыс. м³ не представляет технических трудностей. Основные технические решения, используемые в конструкции ПАГЗ и баллона типа БВД, запатентованы.
• Альтернативные конструкции ПАГЗ характеризуются очень большими массой, габаритами и соответственно ценой. Использование ПАГЗ с чисто композитными баллонами 4-го типа по ГОСТ 51753 и ГОСТ ИСО 11439 ограничено по климатическим условиям эксплуатации и надежности, а также характеризуется высокой ценой.

Литература

1. Семенищев С.П. Металлокомпозитные баллоны и создание изделий на их базе // Транспорт на альтернативном топливе. – 2008. – № 3 (3) – С. 36-37.
2. Мовчан Е.П., Леонов В.Н., Семенищев С.П. Новая концепция создания многотопливных АЗС с пунктом заправки транспортных средств КПГ // Транспорт на альтернативном топливе. – 2008. – № 4 (4). – С. 54-56.
3. Семенищев С.П. Где нет газовой трубы, там работают мобильные заправки // Транспорт на альтернативном топливе. – 2009. – № 5 (11). – С. 48-49.
4. Семенищев С.П., Глухов В.П. Передвижные средства снабжения КПГ // Транспорт на альтернативном топливе. – 2012. – № 4 (28). – С. 66-69.
5. Семенищев С.П., Килин П.Г. Передвижной автогазозаправщик ПАГЗ 4300-24,5 // Транспорт на альтернативном топливе. – 2012. – № 6 (30). – С. 30-31.
6. Семенищев С.П., Глухов В.П., Килина О.В., Попов В.К. Перспективы применения передвижных газозаправщиков для автономного газоснабжения и заправки транспортных средств // Gasworld Россия и СНГ. – 2014. – № 35 май/июнь. – С. 36-37.
7. Семенищев С.П., Глухов В.П., Мерзляков П.П., Килина О.В., Попов В.К. Изготовление металлокомпозитных баллонов (первый этап) // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 3 (33). – С. 19-21.
8. Семенищев С.П., Глухов В.П., Мерзляков П.П., Килина О.В., Попов В.К. Изготовление металлокомпозитных баллонов (второй этап) // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 4 (34). – С. 52-54.