У статті наведені результати обробки та аналізу статистичних даних, отриманих з діючих станцій. Проаналізовано основні причини відхилення загальноприйнятого обсягу одиничної заправки транспортного засобу компримованим природним газом, запропонований підхід до аналізу енергетичної ефективності виробничого процесу на АГНКС.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Евстифеев Андрій Олександрович


Analysis of the efficiency of the production process at CNG filling station

The results of processing and analysis of statistical data from existing stations are given. The main reasons for rejecting the conventional unit volume refueling vehicle compressed natural gas, the approach to the analysis of the energy efficiency of the production process on CNG are analyzed.


Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2015


    Журнал

    Транспорт на альтернативному паливі


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЧОГО ПРОЦЕСУ НА АГНКС'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЧОГО ПРОЦЕСУ НА АГНКС»

    ?\\ W \ W \ WI

    Економіка автотранспортної галузі

    Аналіз ефективності виробничого процесу на АГНКС

    А.А. Евстифеев, начальник лабораторії ТОВ «Газпром ВНІІГАЗ», к.т.н..

    У статті наведені результати обробки та аналізу статистичних даних, отриманих з діючих станцій. Проаналізовано основні причини відхилення загальноприйнятого обсягу одиничної заправки транспортного засобу компримованим природним газом, запропонований підхід до аналізу енергетичної ефективності виробничого процесу на АГНКС.

    __Ключові слова:

    газове моторне паливо; автомобільна газонаповнювальна компресорна станція; транспортний потік; обсяг одиничної заправки;

    енергоефективність заправки.

    М

    ногие роки однією з найпопулярніших в професійному середовищі фахівців з проектування та експлуатації автомобільних газонаповнювальних станцій була книга Васильєва Ю.М., Гриценко О.І., Чирикова К.Ю. «Газова заправка транспорту». Слід сказати, що ця праця по праву тримав пальму першості і продовжує займати гідне місце серед науково-популярної літератури з газового моторного палива. Однак накопичені за останні 20 років досвід експлуатації і статистичні дані, а також з'явилися ринкові механізми кардинальним чином можуть змінити підхід до газової вимогу водія компримованим природним газом (КПГ). Причин цього кілька.

    По-перше, проектування і будівництво мережі автомобільних газонаповнювальних компресорних станцій (АГНКС) виконувалося в середині 80-х рр. минулого століття, коли основним споживачем природного газу в якості моторного палива вважався вантажний транспорт державних автобаз, таких як ГУП «Мосавто-холод». Основу даного парку техніки становили автоколони середніх вантажних автомобілів типу ЗІЛ-138 і МАЗ-500 [1], що мають довжину 6,675 ... 7,5 м. Тому всі під'їзди, розворотні і поворотні майданчики, ширина проїздів в заправних галереях були розраховані на їх габаритні розміри. В даний час завдяки зусиллям проектних інститутів і компаній-виробників транспортних засобів (ТЗ) по дорогах рухаються вантажні ТЗ довжиною 12.18 м. При необхідності проведення заправки такого автомобіля на АГНКС виникає ряд складнощів, пов'язаних з непристосованістю станцій до обслуговування довгих транспортних засобів.

    По-друге, переважна більшість (230 з 252) побудованих і експлуатованих в даний час станцій розроблялися як стаціонарні об'єкти капітального будівництва. Вони не володіють можливістю передислокації на іншу

    майданчик в разі зміни потоків руху транспортних засобів.

    По-третє, закладені при проектуванні виробничі потужності розраховувалися виходячи з середнього обсягу однієї заправки транспортного засобу, 28 рівній 60 м3, що відповідає балонів об'ємом 240 л з тиском 25 МПа.

    Розмістити на середньому або малолітражному комерційному автомобілі балони об'ємом 240 л досить проблематично. Статистика експлуатації станцій, зібрана за останні роки, показує, що середній обсяг заправки на АГНКС становить від 17 до 21 м3 в районах з переважанням легкового газомоторного транспорту (наприклад, Ставрополь, Краснодар, Саратов) і до 45 м3 в регіонах з переважанням вантажного газомоторного транспорту . Слід окремо виділяти станції, орієнтовані на обслуговування одного виду вантажного транспорту, наприклад, самоскидів або сміттєвозів. На таких станціях обсяг заправки дорівнює обсягу балонів, встановлених на базовій моделі. А в останні два роки намітилася тенденція до збільшення чисельності пересувних автомобільних заправників (ПАГЗ), що наповнюються на АГНКС. В результаті середній обсяг заправки на АГНКС, які обслуговують ПАГЗ, становить 150 .. .170 м3.

    В результаті виникає питання: який же середній обсяг однієї заправки для АГНКС? Відповісти на нього однозначно можна, якщо попередньо проаналізувати основну виробничу діяльність станції, тобто визначити, який основний споживач палива буде заправлятися. Залежність обсягу одиничної заправки від співвідношення чисельності легкового та вантажного транспорту представлена ​​в табл. 1.

    Таблиця 1

    Залежність обсягу одиничної заправки від співвідношення легкового і вантажного транспорту

    Вантажний транспорт,% Легковий транспорт,% Обсяг одиничної заправки, м3

    0 100 17,1

    10 90 29,2

    20 80 39,6

    30 70 45,8

    40 60 54,3

    50 50 61,4

    Залежність зміни обсягу одиничної заправки на АГНКС можна уявити аналітично у вигляді апроксимуючої функції:

    / = Ах3 + Ьх2 + сх + й, де а, b, с, й - коефіцієнти апроксимації.

    Графік гіперболи з коефіцієнтами (а = 640-5, Ь = 0,0113, с = 1,3087, й = 17,056), отриманими в результаті обробки статистичних даних, наведено на рис. 1. Нижньою межею значень є 0% вантажного транспорту в потоці приходять на заправку транспортних засобів, а верхньою точкою - обслуговування лише вантажних транспортних засобів.

    За даними міністерства транспорту, в даний час структура автомобільного парку Російської Федерації складається з 34,4 млн легкових автомобілів (84,5%), 5,4 млн вантажних автомобілів (13,25%) і 0,9 млн автобусів (2,25 %). припустивши,

    чЧШШШШШШШ

    що обсяги разової заправки у вантажного автомобіля і автобуса близькі, то загальна чисельність даного типу транспортних засобів становить не більше 15,5% загальної чисельності ТС [2]. На рис. 1 зеленими стрілками показаний фактичний рівень середньої заправки ТЗ, який при наявності в потоці середньостатистичних 15,5% 29

    вантажних автомобілів і автобусів становить близько 35 м3 природного газу.

    Мал. 1. Графік залежності обсягу одиничної заправки від структури парку ТЗ

    Використання виробничих потужностей станції для заправки крім автомобілів ще й ПАГЗів різко змінює форму кривої одиночній заправки транспорту. Вона набуває вигляду прямої, а тангенс кута її нахилу залежить від процентного співвідношення числа заправок ПАГЗ і загального числа заправок інших транспортних засобів. Слід зазначити, що зважаючи на високу місткості ПАГЗів заправка від шести для АГНКС 250 до одинадцяти для АГНКС 500 ПАГЗів на добу призведе до повного завантаження станції і зробить її недоступною для іншого транспорту. Значення одиничної заправки в залежності від числа що заправляються ПАГЗів наведені в табл. 2.

    Таблиця 2

    Вплив заправки ПАГЗ на обсяг одиничної заправки

    Число заправок ПАГЗів в загальній кількості заправок на станції,% Обсяг одиничної заправки, м3

    0 17

    0,01 52

    0,02 86

    0,03 119

    0,04 150

    0,05 183

    0,06 214

    0,07 244

    0,08 273

    Слід зазначити, що використання ПАГЗів і їх ефективність гідні окремого розгляду, для АГНКС ж вони є проблемою з точки зору часу обслуговування клієнтів і позитивним фактором з точки зору 30 підвищення рентабельності та загальної завантаження станції.

    Детальний аналіз інформаційних масивів дозволив виявити залежність одиничної заправки не тільки від структури ТС різних видів, але і від температури навколишнього середовища. На рис. 2 представлена ​​залежність зміни обсягу одиничної заправки на станції від середньомісячної температури навколишнього середовища.

    а

    б

    Мал. 2. Графік зміни обсягу одиничної заправки на станції (а) в залежності від середньомісячної температури навколишнього середовища (б)

    З підвищенням температури навколишнього повітря відбувається пропорційне зниження обсягу одиничної заправки, обумовлене в першу чергу зниженням споживання палива транспортним засобом при роботі в теплу пору року. Ця величина становить від 0,45 до 0,6% середнього обсягу споживання при зміні температури на градус Цельсія, тобто

    ез (Т) = (1 + 0,0045 + 0,006 (20 - Гт)) бн, де Тт - середньомісячна поточна температура повітря, ° С; Qн - середній обсяг одиничної заправки при нормальних умовах, м3.

    У регіонах, що знаходяться нижче 60-й паралелі, спостерігається явно виражена сезонність зростання числа заправок в весняно-осінній період на 12.15% і короткий сплеск їх числа в грудні. Дані сплески мають принципово різну природу:

    якщо весняно-осінній безпосередньо пов'язаний з сільськогосподарськими роботами і підвищенням активності населення в період відпусток (рис. 3), то грудневий пов'язаний з ростом товарообігу перед новорічними святами і наступними за ними січневими канікулами.

    Мал. 3. Графік сезонної нерівномірності числа заправок ТЗ в регіонах нижче 60-й паралелі: 1 - сільськогосподарські роботи; 2 - новорічний товарообіг

    У регіонах вище 60-й паралелі явно вираженої сезонності використання газомоторного транспорту немає. Це викликано відсутністю великих сільськогосподарських угідь і рівномірним використанням транспортних засобів протягом всього року.

    У Російській Федерації проводяться роботи по підвищенню енергоефективності та енергозбереженню в усіх галузях народного господарства [3-9]. Однак питання енергетичної ефективності компримування природного газу на АГНКС не потрапив в поле зору випущених в останні роки нормативно-методичних документів. На рис. 4 наведені діаграми добового обсягу реалізації компри-мировалось природного газу (КПГ) для АГНКС 250 і витрачається при цьому електричної енергії на одиницю виробленої продукції.

    Найбільш простим способом аналізу енергоефективності виробництва газового моторного палива на АГНКС є отримання відхилення витрачається на виробництво 1 м3 КПГ електричної енергії від якогось нормативного значення у відсотках. Приклад аналітичного графіка представлений на рис. 4б. Основним споживачем електричної енергії на станціях є компресори. Для всіх використовуваних в даний час на станціях компресорів існує база накопиченої статистичної інформації про нормативні рівнях енергоспоживання. Більшість діючих нормативів в даний час вкладається в інтервал 0,2.0,4 кВт-год / м3. Проводячи щомісячний моніторинг енергоспоживання, можна досить чітко визначати перевитрата електроенергії на АГНКС і стимулювати операторів і машиністів до раціонального споживання ресурсів за допомогою встановлення лімітів на електричну енергію, що витрачається станцією на виробництво 1 м3 КПГ. За економію електроенергії можна передбачити стимулюючі заходи фінансового та адміністративного характеру.

    '''ОціН * 1 '

    - Середньодобова реалізація КПГ ^^^ Середня реалізація КПГ на станції

    а

    б

    Середнє число ТЗ на добу

    в

    Мал. 4. Аналіз енергоефективності виробничого процесу на АГНКС:

    а - обсяг одиничної заправки на АГНКС, м3 / ТС; б - відхилення витрачається

    на виробництво 1 м3 КПГ електричної енергії від нормативного споживання

    (1,2 - порівнювані станції),%; в - зміна середньої чисельності заправляються ТЗ, од.

    чЧШШШШШШШ

    Ключовими факторами, що впливають на енергоспоживання АГНКС, є наступні:

    • зовнішні - температура повітря навколишнього середовища, тиск на вході АГНКС,

    температура вхідного газу, вологість вхідного газу; 33

    • внутрішні - режим роботи технологічного обладнання (число пусків / зупинок компресорів, режим роботи систем осушення газу та повітряного охолодження), помилки експлуатує і обслуговуючого персоналу станції.

    На графіку (див. Рис. 4б) наведені діаграми відхилення від середнього нормативного значення питомої витрати електричної енергії на двох станціях, що знаходяться в сусідніх населених пунктах Краснодарського краю Російської Федерації, протягом одного року. Слід зазначити, що станції є повними аналогами за технічними характеристиками і термінів введення в експлуатацію, проте графіки споживання електричної енергії у них дуже слабо корельовані. Проведені дослідження показують необхідність додаткового опрацювання питань енергоефективності та енергозбереження на АГНКС.

    На підставі вищевикладеного можна зробити наступні висновки.

    1. Використовувана при розрахунку продуктивності норма обсягу одиничної заправки, рівна 60 м3 КПГ, для автомобільних стацій загального користування є надмірною. Середньостатистичний обсяг одиничної заправки знаходиться в інтервалі від 17 до 45 м3. У роботі приведена крива і отримані коефіцієнти апроксимації для аналітичного здобуття середньої обсягу одиничної заправки на АГНКС в залежності від співвідношення в транспортному потоці легкових і вантажних ТЗ.

    2. При використанні АГНКС для заправки ПАГЗів необхідно передбачати додаткові інженерно-технічні заходи щодо організації виділених ліній для їх заправки або установці на станції регуляторів (подільники) потоку паливного газу для направлення в ПАГЗів за залишковим принципом. Відсутність регуляторів призводить до різкого зростання часу заправки інших ТЗ при паралельній заправці на станції ПАГЗів.

    3. В регіонах, розташованих нижче 60-й паралелі, присутній явно виражена сезонна нерівномірність споживання ГМТ газобалонними транспортними засобами, що становить до 15% приросту транспортних засобів на заправках в період з квітня по жовтень. Вище 60-й паралелі сезонна нерівномірність чисельності газобалонних автомобілів на заправках відсутня.

    _ Література

    1. Шугуров Л.М. Автомобілі Росії і СССР.Том 1. - М .: ІЛБІ, 1993. - 256 с.

    2. Транспорт Росії. Інформаційно-статистичний бюлетень. Січень-грудень 2014 року Міністерство транспорту РФ. http://www.mintrans.ru/upload/iblock/5cd/stat_2014.pdf

    3. Евстифеев А.А. Забезпечення муніципальних автобусних парків мегаполісу газовим моторним паливом // Газова промисловість. - 2014. - № 2. - С. 86-89.

    4. Евстифеев А.А. Математична модель процесу заправки транспортних засобів КПГ на АГНКС // Транспорт на альтернативному паливі. - 2014. - № 1. - С. 24-31.

    5. Евстифеев А.А. Методологія раціонального побудови і безперервного вдосконалення регіональної мережі АГНКС // Транспорт на альтернативному паливі. - 2014. - № 3. - С. 53-60.

    6. Хворов Г.А., Козлов С.І., Акопова Г.С., Евстифеев А.А. Скорочення втрат природного газу при транспортуванні магістральними газопроводами ВАТ «ГАЗПРОМ» // Газова промисловість. - 2013. - № 12. - С. 66-69.

    7. Евстифеев А.А. Розрахунок надійності системи поставок газового моторного палива споживачам // Транспорт на альтернативному паливі. - 2013. - № 4 (34). - С. 61-65.

    8. Евстифеев А.А., Заева М.А., Хетагуров Я.А. Застосування математичного моделювання при випробуваннях і відпрацювання складних технічних систем // Вісник Національного дослідницького ядерного університету МІФІ. - 2013. - Т. 2. - № 1. - С. 115.

    9. Evstifeev A. Multi-Criteria Equipment Control in Complex Engineering Systems // Asian journal of applied sciences. - 2015. - Vol. 8. - i.1. - P. 86-91.


    Ключові слова: ГАЗОВА МОТОРНОЕ ПАЛИВО /GAS MOTOR FUEL /Автомобільних газонаповнювальних компресорних станцій /ТРАНСПОРТНИЙ ПОТІК /TRAFFIC FLOW /ОБСЯГ одиничних ЗАПРАВКИ /ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЗАПРАВКИ /CHARGING EFFICIENCY /NGV FILLING STATIONS /FILLING VOLUME OF THE UNIT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити