Уважаемые посетители! На сайте проводятся технические работы. Некоторые страницы могут быть недоступны.

Подразделы:

СКПГ. Преимущества и перспективы.

Скачать статью

В настоящее время наблюдается всеобщий повышенный интерес к применению природного газа в качестве газомоторного топлива. Это обусловлено как экономическими причинами, так и экологическими мотивами. ГАЗПРОМ, НОВАТЕК и другие газовые компании заинтересованы в увеличении сбыта своего основного товарного продукта, автохозяйства хотят снизить затраты на топливо, правительство рассчитывает на общий экономический рост и увеличение собираемости налогов, а простые граждане надеются на получение возможности дышать чистым воздухом не «сдобренным» выхлопами дизельных грузовиков и автобусов.

Автомобильные компрессорные станции (АГНКС) широко распространены как по всему миру, так и в нашей стране уже десятки лет, в то время как криогенные автомобильные станции – явление относительно новое.

    В состав криогенной СКПГ станции входят:
  • криогенная емкость для приема и хранения сжиженного природного газа;
  • центробежный насосный агрегат для заправки сжиженным природным газом криогенных топливных автомобильных баков;
  • заправочная колонка (диспенсер) для заправки автомобилей сжиженным природным газом;
  • поршневой насосный агрегат для перевода сжиженного природного газа с низким давлением в газообразное состояние с высоким давлением (повышение давления);
  • атмосферный испаритель высокого давления;
  • электрический подогреватель высокого давления;
  • панель приоритетов;
  • баллонный аккумулятор газа (БАГ);
  • заправочная колонка (диспенсер) для заправки автомобилей сжатым природным газом.
схема криогенной СКПГ станции
Рис. 1. Блок-схема криогенной СКПГ станции

СКПГ станции имеют по сравнению с АГНКС более универсальное применение, так как:

  • позволяют реализовать на одной станции заправку автомобилей, работающих как на сжиженном, так и на сжатом природном газе;
  • не зависят от привязки к магистральному газопроводу и их можно построить именно там, где они нужны автовладельцам.

СКПГ станции по сравнению с АГНКС более экономичны абсолютно по всем основным показателям, так как:

  • требуют меньших капитальных затрат, чем компрессорные станции;
  • имеют меньшую энергоемкость;
  • требуют меньших эксплуатационных затрат.

Как и за счет чего образуются эти преимущества? Факторы универсальности и независимости от магистральных трубопроводов объяснений не требует. На компрессорной АГНКС сжиженного природного газа нет, а установка на АГНКС ожижителя как дополнительной опции требует дополнительных существенных затрат. Действительно, себестоимость сжиженного природного газа, полученного на микро ожижителе, будет существенно выше, чем жидкости, произведенной на крупной ожижительной установке, а качество естественно будет ниже. Понятно, что подключение АГНКС к существующим магистральным трубопроводам и выбор подходящего земельного участка с возможностью такого подключения это не самая простая работа, требующая затрат времени, сил и денег. Отсутствие этой проблемы на криогенных станциях облегчает развитие сети крио АЗС.

Источником повышения давления на АГНКС является многоступенчатый поршневой компрессор высокого давления, который следует размещать в отапливаемом помещении с соответствующими требованиями к электрооборудованию и пожаротушению, а на крио АЗС с этой задачей справляется компактный одноступенчатый криогенный насос, устанавливаемый на открытой площадке.

Для сжатия природного газа требуется совершить в восемь раз большую работу, чем для повышения давления криогенной жидкости – сжиженного природного газа. Вследствие сжатия природного газа электроэнергия на АГНКС расходуется в значительной степени на адиабатический разогрев сжимаемого газа. Электрическую энергию, переводимую на АГНКС в тепло, приходится рассеивать в окружающую среду после каждой ступени сжатия.

Рассеивание электроэнергии в окружающую среду при компримировании природного газа
Рис. 2. Рассеивание электроэнергии в окружающую среду при компримировании природного газа

Существенно большие размеры, большее количество сложных и изнашиваемых деталей компрессора по сравнению с криогенным насосом равной производительности приводят к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на АГНКС.

Если на компрессорной станции приходится рассеивать энергию адиабатического сжатия природного газа в окружающую среду, то на криогенной станции энергия из окружающей среды привлекается для повышения температуры природного газа, поступающего после поршневого криогенного насоса высокого давления. Для решения этой задачи применяют как испарители с естественной, так и с принудительной конвекцией воздуха.

Для безопасной эксплуатации станции в зимний период следует устанавливать между атмосферным испарителем и баллонным аккумулятором газа электрический нагреватель природного газа высокого давления.

Далее от баллонного аккумулятора газа до диспенсера и баллонов КПГ автомобиля между двумя типами станций технологических отличий практически уже нет. Баллонный аккумулятор газа (БАГ) – это ресивер высокого давления, предназначенный для создания запаса компримированного природного газа. Рабочее давление источника давления (компрессора КПГ или насоса для СПГ) обычно на 50 или 100 атмосфер выше рабочего давления баллонов автомобильных баллонов. Поэтому насос или компрессор включаются в работу только тогда, когда давление в ресивере падает ниже заранее заданного значения. Наиболее эффективными считаются трехлинейные баллонные аккумуляторы, в которых баллоны разделены на 3 секции низкого, среднего и высокого давления. При заправке каждого автомобиля автоматика диспенсера поочередно включает секции низкого, среднего и в последнюю очередь высокого давления.

При каждом включении источника давления (насоса СПГ или компрессора) подача компримированного природного газа осуществляется сначала в баллоны автомобиля, затем в секцию высокого давления, потом среднего и в последнюю очередь в секцию низкого давления. Источник давления будет работать до тех пор, пока баллонный аккумулятор газа не будет заправлен полностью. Алгоритм заправки баллонов трехлинейного ресивера обеспечивается панелью приоритетов, устанавливаемой между источником давления, БАГом и диспенсером.

Компания Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F) специализируется на разработке, изготовлении и поставке основных криогенных и газовых компонентов, агрегатов и аппаратов, применяемых как на криогенных, так и на компрессорных автомобильных наполнительных станциях.

Привлечение тепловой энергии из окружающей среды на криогенной СКПГ станции
Рис. 3. Привлечение тепловой энергии из окружающей среды на криогенной СКПГ станции

В первую очередь это сосуды, работающие под давлением: криогенные стационарные и транспортные емкости и баллоны высокого давления всемирно известной компании Worthington Industries. Криогенные емкости собираются на новом большом и современном заводе, введенном в эксплуатацию в текущем году и ориентированном на изготовление криогенных емкостей для европейского и ближневосточного рынков. Мы предлагаем, как вертикальные, так и горизонтальные стационарные криогенные емкости для хранения сжиженного природного газа объемом от 3 до 100 м3, а так же транспортные емкости -ISO-контейнеры и емкости для установки на полуприцепы.

Криогенная емкость Worthington Industries в составе мобильной Крио АЗС
Рис.4. Криогенная емкость Worthington Industries в составе мобильной Крио АЗС

В некоторых обоснованных случаях сжиженный природный газ из стационарной криогенной емкости может газифицироваться для нужд отопления и горячего водоснабжения помещений как собственно наполнительной станции, так и близлежащих объектов. Для таких применений мы изготавливаем атмосферные испарители среднего давления. Возможность использования природного газа для нескольких потребителей и различных применений улучшает условия окупаемости криогенной станции.

Сердцем любой криогенной наполнительной станции надо признать криогенные насосные агрегаты. Предприятие Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F) производит криогенные насосные агрегаты c применением поршневых и центробежных насосов лидера рынка – компании ACD. Компания MV&F сертифицирована руководством компании ACD как официальный представитель в странах Таможенного Союза, сборочная организация и сервисный центр по гарантийному и пост гарантийному сервисному обслуживанию насосов ACD.

Для заправки автомобилей сжиженным природным газом применяется погружной центробежный насос ACD ТС-34, который вместе с электродвигателем постоянно погружен в криостат с экранно-вакуумной изоляцией, заполненный сжиженным природным газом. Данный насос сконструирован специально для криогенных автомобильных наполнительных станций. Это герметичный насос без механического уплотнения. Он постоянно заполнен СПГ. Отсутствие механического уплотнения позволяет включать этот насос несколько раз в час, то есть при заправке каждого автомобиля. Единственная изнашиваемая деталь погружного насоса – подшипник качения с ресурсом работы 20 000 часов. Любой обычный центробежный насос с механическим уплотнением при таком режиме эксплуатации очень быстро выйдет из строя и создаст службе эксплуатации дополнительные проблемы при заправке каждого автомобиля.

Для повышения давления природного газа так же применяется специализированный, высоконадежный и высокопроизводительный насос вертикального типа ACD Р2К, предназначенный для эксплуатации в тяжелых условиях. Этот поршневой насос так же является погружным. Он снабжен собственным криогенным сосудом с экранно-вакуумной изоляцией, постоянно заполненным жидкостью.

Использование погружных насосов позволяет автоматике криогенных станций быстро запускать их по мере необходимости и делать это так часто как это необходимо. При этом потери природного газа на подготовку и захолаживание насосов исключены, а сами насосы успешно выдерживают такой режим частых пусков и остановок. Компания MV&F при создании этих насосных агрегатов применяет полный набор собственных технических решений и разработок: от рам, несущих конструкций, схемных решений, предохранительной и запорной арматуры, криостатов и металлорукавов с экранно-вакуумной изоляцией до системы управления и автоматизации. После насосного агрегата с насосом ТС34 сжиженный природный газ подается в бак автомобиля через узел коммерческого учета (диспенсер). На линии высокого давления между поршневым насосом и баллонным аккумулятором газа (БАГ) находится оборудование для повышения температуры сжатого природного газа: испаритель и электрический нагреватель.

Криогенный поршневой насос Р2K в составе мобильной Крио АЗС
Рис. 5. Криогенный поршневой насос Р2K в составе мобильной Крио АЗС

Для сборки атмосферных испарителей высокого давления мы применяем биметаллические трубы собственного изготовления. Внутренняя труба из нержавеющей стали обеспечивает необходимую прочность, а внешняя оребренная алюминиевая труба необходимую поверхность теплообмена с воздухом окружающей среды. Надежная прессовая посадка внешней алюминиевой трубы на внутреннюю из нержавеющей стали необходима не только из конструктивных соображений, но и для исключения термического сопротивления между внутренней и внешними трубами. Для стационарных станций применяют испарители как с естественной, так и с принудительной конвекцией воздуха. Для транспортных и мобильных станций следует отдавать предпочтение испарителям с вентиляторами, так как они имеют при равной производительности существенно меньшие размеры по сравнению с обычными атмосферными испарителями.

Баллонный аккумулятор газа и атмосферный испаритель с принудительной конвекцией воздуха в составе мобильной Крио АЗС
Рис.6. Баллонный аккумулятор газа и атмосферный испаритель с принудительной конвекцией воздуха в составе мобильной Крио АЗС

Для защиты баллонов высокого давления от охлаждения ниже предельно допустимой температуры – 50°С специалисты компании MV&F разработали и серийно производят электрические нагреватели высокого давления во взрывозащищенном исполнении. Отличительной особенностью наших нагревателей является промежуточный теплоноситель в виде алюминиевого блока. Повышенная надежность и безопасность такой конструкции обеспечивается отсутствием прямого контакта природного газа с ТЭНами. Алюминиевый промежуточный теплоноситель имеет высокую теплопроводность и в отличие от жидких теплоносителей не может ни замерзнуть, ни вытечь или выкипеть. Понятно, что включаться нагреватель будет только в самые холодные зимние дни, но он необходим для защиты материала баллонов от риска холодного разрушения.

Для обеспечения трехлинейной схемы заправки баллонных аккумуляторов компания МV&F предлагает блочные панели приоритетов лидера рынка специальных регуляторов для природного газа – британской компании Hale Hamilton. Отличительной особенностью и безусловным преимуществом панелей приоритетов компании Hale Hamilton является их моноблочный принцип построения. Все элементы панели установлены в единый блок из анодированного алюминия, а все соединения между элементами панели приоритетов выполнены в виде специальных отверстий и сверлений в данном алюминиевом блоке. Такое решение приводит к сокращению размеров панели, полному исключению внешних соединений между элементами панели и соответственно к снижению риска утечек природного газа, облегчению обслуживания и ремонта. Компания Hale Hamilton предлагает как однолинейные, двух линейные, так и трех линейные панели. Условный диаметр проходного сечения панелей может быть 12 и 19 мм, соответственно на производительность станций 2000 и 5000 нм3/час. Максимальное входное давление 400 бар. Склад самых популярных моделей панелей приоритетов поддерживаются компанией MV&F в Москве.

Рис.7. Двух-линейная панель приоритетов Hale Hamilton.
Ду 19 мм. Номинальный расход 5000 нм3/час. Порты 3/4" FNPT

Для компримированного природного газа на нашем складе постоянно поддерживается складской запас облегченных баллонов первого типа из легированной стали. Объем одного баллона 80 литров, рабочее давление 250 бар, масса 91 килограмм. Баллоны изготавливаются методом ковки из прямоугольного проката на современных мощных и высокопроизводительных прессах на австрийском заводе компании Worthington Industries в городе Кинберг. Баллонные аккумуляторы газа (БАГ) мы конструируем и собираем с учетом индивидуальных потребностей каждого заказчика. БАГи снабжаются шаровыми кранами, средствами измерения и необходимыми средствами безопасности: электромагнитным сбросным клапаном, безопасным дренажным устройством (БДУ), предохранительными клапанами.

Предохранительные клапаны 329 серии в составе баллонного аккумулятора газа Рис.8. Предохранительные клапаны 329 серии в составе баллонного аккумулятора газа

В качестве предохранительного клапана идеальным решением для установки как на баллонных аккумуляторах природного газа, так и на криогенных поршневых насосах и газовых компрессорах высокого давления является клапан 329 серии. Данный клапан разработан специалистами признанного европейского и мирового лидера в области изготовления предохранительных клапанов -британской компании SEETRU. Диапазоны настройки данного клапана составляют от 53 до 370 бар. При этом предусмотрено четыре типа корпусов: два из бронзы и два из нержавеющей стали, 13 диапазонов настройки, для каждого из которых предназначена своя пружина, а так же исполнение уплотнителя. Седло клапана и все внутренние металлические детали изготавливаются из нержавеющей стали. Конструкция клапана предусматривает его эксплуатацию при температуре окружающей среды -55°С и ниже, а все материалы, включая полимеры, совместимы с природным газом. При работе с природным газом всегда следует учитывать эти два обстоятельства: суровый российский климат с высокой вероятнстью сильных зимних морозов в условиях Сибири и Крайнего Севера и совместимость полимерных уплотнителей с природным газом. Далеко не все морозостойкие полимерные мягкие уплотнители совместимы с природным газом. Специалисты компании SEETRU уделяют особое внимание применениям предохранительных клапанов на природном газе. Разработаны несколько серий специальных предохранительных клапанов для применения на компримированном и сжиженном природном газе. Диапазон рабочих температур до -196°С, а диапазон рабочих давлений от субатмосферного до 540 бар. Производство клапана 329 серии (сборка и настройка), так же как и сборка, настройка, гарантийное и сервисное обслуживание других предохранителях клапанов модельного ряда SEETRU организованы в Москве на производственных мощностях MV&F.

Специалисты компании MV&F прошли обучение на производстве SEETRU в Бристоле. На производство предохранительных клапанов компанией Мониторинг Вентиль и Фитинг оформлен сертификат соответствия по 032 регламенту Таможенного Союза. Эти организационные мероприятия позволили сократить время поставки предохранительных клапанов и улучшить условия по инженерной поддержке наших клиентов.

Если вы вовлечены в решение важной государственной задачи: строительство наполнительных станций по заправке автомобилей сжиженным и компримированным природным газом, вы всегда можете обратиться за помощью и консультацией к специалистам компании Мониторинг Вентиль и Фитинг. Мы открыты для контактов и сотрудничества. Мы всегда радуемся успехам клиентов и всегда предлагаем своим партнерам самые оптимальные и самые эффективные решения.