Мобильная газозаправка

Возвращаясь к вопросу об использовании компримированного природного газа (КПГ – на основе метана) в качестве автомобильного топлива напомним, что одним из основных показателей, определяющих сферы его эффективного использования, является холостой пробег на заправку (См. «Рейс» № 9 за 2007 г. «Газовый переход»). Исключить полностью или частично влияние этого фактора и одновременно расширить зону действия автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС) потенциально до 100 км, а также увеличить ее загрузку позволяет использование передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ).

Автомобиль-газозаправщик – это специализированное транспортное средство, на котором смонтирована газобаллонная установка с блоками раздачи газа в газобаллонные автомобили и заправки самого ПАГЗ. Кроме того, могут использоваться различные технические средства для увеличения емкости, способов обеспечения полноты заправки и опорожнения заправщика (дожимные компрессоры, гидронасосы и др.).

Конструкции и типоразмерный ряд ПАГЗ первоначально были разработаны опытно-конструкторским бюро Московского газоперерабатывающего завода, а экспериментальные образцы созданы совместно с опытным заводом Центрального научноисследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ). Технические характеристики базовых автопоездов указанного типоразмерного ряда представлены в таблице. Партия ПАГЗ, выпущенная Производственным объединением «Туламашгаззавод» в 1985–1986 гг., прошла испытания и опытную эксплуатацию при АГНКС № 1 в Москве.

Серийное производство ПАГЗ начато в 1988 г. Сумским машиностроительным научно-производственным объединением совместно со Свесским насосным заводом (Украина). В настоящее время ПАГЗ выпускаются (по заказу) ООО «Сургутгазпром», ООО «Уралтрансгаз», ЗАО «Автосистема», ОАО «Казанское опытное конструкторское бюро «Союз» и другими предприятиями.

Приобретение и эксплуатация ПАГЗ могут осуществляться как АГНКС, так и автотранспортными (АТП) и иными предприятиями, в зависимости от степени заинтересованности в их использовании. Соответствующие затраты несут указанные субъекты хозяйственной деятельности. Поскольку эффект использова ния ПАГЗ может проявляться у каждого из них, постольку может быть использован принцип компромиссного распределения, рассмотренный ранее (См. «Рейс» № 9 за 2007 г.).

Целесообразность применения ПАГЗ с позиции экономических интересов автотранспортных предприятий требует анализа с целью выявления условий, обеспечивающих их эффективное использование. Разработанный автором метод оценки целесообразности использования ПАГЗ автотранспортным предприятием предполагает в качестве критерия себестоимость перевозок, выполняемых автомобилями, работающими на КПГ, при мобильном способе заправки. Себестоимость изменяется под воздействием двух разнонаправленных факторов: увеличивается в связи с ростом затрат на заправку топливом (затраты на эксплуатацию ПАГЗ) и уменьшается в результате сокращения непроизводительных (холостых) пробегов на заправку газом.

Увеличение затрат на заправку прямо пропорционально расходам, связанным с приобретением и эксплуатацией ПАГЗ и обратно пропорционально количеству газа, заправляемого в газобаллонные автомобили за определенный период времени. Исходными данными для расчета являются конструктивные параметры и цена ПАГЗ, условия и организация их эксплуатации.

При известных параметрах КПГ (давление, температура, состав) и технологической схеме заправки (количество секций ПАГЗ, коэффициент опорожнения) объем газа, заправляемого в автомобили за одну ездку, определяется массой и габаритами газобаллонной установки ПАГЗ, которые, в свою очередь, ограничены грузоподъемностью (с учетом полной массы, распределения осевых нагрузок. См. таблицу) и допустимыми габаритами базового шасси. Следовательно, с целью увеличения объема, заправляемого в газобаллонные автомобили газа в качестве базовых для ПАГЗ транспортных средств (с учетом обслуживаемого парка и характеристик дорожной сети) следует использовать седельные тягачи с полуприцепами максимальной грузоподъемности.

В дальнейших расчетах были приняты параметры ПАГЗ 2500-25 на базе автопоезда в составе седельного тягача КАМАЗ 54118 и полуприцепа ЧМЗАП 99874 (ОАО «Казанское опытное конструкторское бюро «Союз»). Объем газа (состав по ГОСТ 27577-2000), приведенного к нормальным условиям, который может быть заправлен в газобаллонные автомобили (давление 19,6 МПа) за одну ездку ПАГЗ при коэффициенте опорожнения 0,58 (без дожимного компрессора) составит около 1600 мз. При использовании дожимного компрессора (или гидравлического насоса) коэффициент опорожнения ПАГЗ увеличивается до 0,85, а объем газа, заправляемого в автомобили, достигает 2350 мз.

Из многообразных условий эксплуатации выбраны суточная потребность парка газобаллонных автомобилей в топливе и расстояние от АГНКС до АТП (или заправочной площадки), определяющие режим работы ПАГЗ. В качестве переменных величин, характеризующих режим работы, приняты количество полуприцепов, используемых с одним тягачом и время работы в течение суток, различные сочетания которых наряду с изменяющимся расстоянием от АГНКС до АТП определяют весь диапазон значений производительности ПАГЗ и дополнительных затрат на доставку газа.

Возможные варианты организации работы ПАГЗ по времени при разном количестве полуприцепов показаны в виде номограммы, представленной на рис. 1. С помощью часовых графиков устанавливаются исходные данные для расчета производительности ПАГЗ (количество ездок, пробег и др.) и затрат на их эксплуатацию.

Расчеты по предлагаемому методу позволяют определить рост удельных дополнительных затрат (средних издержек) на доставку газа в зависимости от фактической потребности в нем парка обслуживаемых газобаллонных автомобилей, а также от цены ПАГЗ и времени работы в течение суток. Результаты расчетов представлены на рис. 2.

При выборе варианта организации работы ПАГЗ необходимо учитывать наличие для каждого из них минимального уровня затрат. Возможность реализации этого уровня определяется степенью соответствия производительности ПАГЗ суточной потребности в газе парка обслуживаемых газобаллонных автомобилей. Отклонение в любую сторону вызывает резкий рост затрат. Если потребность в газе уменьшается, то при практически неизменных абсолютных (валовых) затратах производительность ПАГЗ недоиспользуется, что приводит к увеличению удельных затрат (См. рис. 2). Рост потребности в газе требует перехода к варианту с большей производительностью ПАГЗ (за счет увеличения их количества, времени работы или использования ПАГЗ с большим объемом газобаллонной установки) и, следовательно, более высокими абсолютными затратами.

Для выбора варианта с оптимальной производительностью ПАГЗ разработана специальная номограмма. На практике при выборе варианта организации работы ПАГЗ следует также учитывать ограничения, связанные с пропускной способностью (производительностью) АГНКС и степенью ее загрузки, которая меняется в зависимости от времени суток.

Снижение себестоимости перевозок, выполн яемы х га зоба ллонными автомобилями за счет устранения непроизводительного пробега на заправку, зависит от удаленности АГНКС и эксплуатационноэкономических показателей АТП (структура парка транспортных средств, коэффициент использования пробега, фактическая себестоимость перевозок и др.).

На рис. 3 показано изменение себестоимости перевозок для трех моделей газобаллонных автомобилей в зависимости от расстояния до АГНКС. Данные графиков показывают существенные различия в эффективности применения ПАГЗ при заправке газобаллонных автомобилей разных моделей. Если при заправке автомобилей ГАЗ3302 применение ПАГЗ эффективно практически независимо от удаленности АГНКС, то при заправке автомобилей ГАЗ-3302 и ЗиЛ-431610 снижение себестоимости перевозок возможно при расстоянии до АГНКС более 15 км (минимальные затраты на эксплуатацию ПАГЗ) и более 25–27 км (максимальные затраты на эксплуатацию ПАГЗ). Таким образом, следует отметить, что результирующий показатель эффективности применения ПАГЗ определяется структурой парка газобаллонных автомобилей и отличается высоким уровнем неопределенности (экономического риска) при принятии решения руководством АТП об использовании ПАГЗ.

На основе данных о фактической себестоимости и распределении общего объема перевозок данные графиков позволяют определить экономические последствия применения ПАГЗ и тем самым снизить экономический риск. Разработанный метод позволяет принимать более обоснованные решения по организации заправки газобаллонных автомобилей, однако требует учета в расчетах эксплуатационных условий и экономических показателей конкретного АТП.

В 1991 г. д. т. н., проф. Д.Т. Аксеновым (МИНГ им. И. М. Губкина) была предложена принципиально новая конструктивная схема и технология (так называемый «жидкий поршень») для заправки ПАГЗ и обеспечения топливом автомобилей и других потребителей КПГ. Эта технология позволяет заправлять ПАГЗ от источников с давлением газа 7,5 МПа и ниже, то есть от компрессорных (КС) и газораспределительных станций (ГРС) магистральных газопроводов. В связи с этим была выполнена работа по определению возможного полигона использования ПАГЗ, заправляющихся на КС и ГРС по указанной или иным технологиям и снабжающих газобаллонные автомобили, сельскохозяйственную технику, а также нетранспортных (стационарных) потребителей, не имеющих сетевого газоснабжения.

Под полигоном использования ПАГЗ понимается парк газобаллонных автомобилей, работающих на КПГ, который может быть обслужен ими на определенной территории. Главное условие, которое ставилось при определении такого полигона – соблюдение экономической заинтересованности в использовании КПГ. В отношении АТП вопросы экономической заинтересованности (сферы эффективности) были ранее рассмотрены в журнале (См. «Рейс» № 9 за 2007 г.).

Территории, на которых действуют или будут строиться АГНКС, была разделена на два подполигона: «А» – территория, на которой будет использоваться только КПГ и «Б» – города и населенные пункты, где предполагается использование как КПГ, так и сжиженного углеводородного газа (СУГ – пропан-бутановые смеси), с целью корректировки (сокращения) численности парка базовых моделей автомобилей, которые потенциально целесообразны для перевода на КПГ.

Для ПАГЗ, заправляющихся на КС и ГРС, зона действия определяется только ограничениями по максимально возможному удалению от станций и может быть охвачена кругом с радиусом Rmax. Для ПАГЗ, заправляющихся на АГНКС, из полигона необходимо исключить газобаллонные автомобили, пользующиеся услугами той же станции. Это означает, что графически зона действия ПАГЗ может быть представлена в виде кольца, внутренний радиус которого (Rmin) отсекает автомобили, заправляющиеся на АГНКС, а внешний равен Rmax.

Как было показано выше, исходя из экономических интересов, АТП Rmin соответствует 10–15 км. Величина Rmax была установлена расчетно (время в наряде – 8 ч, средняя техническая скорость – 30 км/ч, время заправки – 2 ч) в размере 100 км. Для практического расчета потенциального количества газобаллонных автомобилей, заправляемых КПГ от ПАГЗ, были выбраны 49 субъектов РФ, в которых действуют АГНКС. Рассмотрение было ограничено указанными территориями, учитывая наличие на них более или менее развитой производственно-технической базы эксплуатации газобаллонных автомобилей (АТП, пункты переоборудования автомобилей, сертификации оборудования, освидетельствования баллонов и др.).

С целью обеспечения максимальной достоверности расчетов экономически целесообразная доля перевода на КПГ автомобилей базовых моделей была принята по подполигону «Б», оставляя тем самым возможность развития на соответствующих территориях использования СУГ. Учтены также выводы о нецелесообразности эксплуатации газобаллонных автомобилей в АТП с численностью парка менее 100 автомобилей.

Схема магистральных газопроводов позволяет установить размещение на рассматриваемых территориях КС и ГРС, на которых может быть организована заправка ПАГЗ. Учитывая многократное перекрытие зон действия ПАГЗ, был принят графический вариант решения. На рис. 4–6 для трех областей, достаточно полно отражающих характер размещения указанных объектов в различных экономических регионах (Воронежской, Тюменской и Волгоградской), показаны результаты такого решения по зонам действия ПАГЗ, заправляемых на КС и ГРС. Разные размеры кругов связаны с выбранными масштабами изображений областей.

Расчетами установлено, что потенциально могут быть полностью загружены действующие АГНКС только в 9 регионах (Красноярский край, Кировская обл., Костромская обл., Новосибирская обл., Пензенская обл., Псковская обл., Тюменская обл., Ульяновская обл., Ярославская обл.). На территориях указанных субъектов РФ должна быть, в первую очередь, организована заправка ПАГЗ на КС и ГРС, а на остальных территориях ПАГЗ могут заправляться на АГНКС. На основании выполненных расчетов общая потребность в ПАГЗ была оценена в 15–20 тыс., с учетом снабжения нетранспортных потребителей в РФ.