Автотранспорт на сжиженном природном газе (СПГ) появился благодаря развитию газовой промышленности и поиску альтернатив бензину и дизелю. В середине XX века страны с богатыми запасами природного газа, такие как СССР и США, начали экспериментировать с использованием СПГ на транспорте.

Газ оказался дешевле и экологичнее традиционного топлива, что стимулировало создание первых газовых двигателей и заправочной инфраструктуры.

Современный этап развития СПГ-транспорта начался в 1990- 2000-х годах, когда экологические нормы ужесточились, а технологии сжижения газа стали доступнее. Автомобильные гиганты, такие как Volvo, Scania и Iveco, запустили серийные модели автобусов и грузовиков на СПГ. Сегодня этот вид топлива особенно популярен в коммерческом транспорте и судоходстве, так как снижает не только затраты на топливо, но и выбросы углекислого газа. Двигатели, работающие на природном газе, выбрасывают в атмосферу на 25% и 35% меньше СО2, чем бензиновые и дизельные, соответственно. (СО2, как и другие парниковые газы, способствует разрушению озонового слоя, что ведет к глобальному изменению климата). По сравнению с бензиновыми двигателями сокращаются также выбросы окиси углерода (на 95%), углеводородов (на 80%) и окислов азота (на 30%). Природный газ не содержит серы (есть дизельные двигатели, которые выделяют серу в количестве до 18,4 г/ч), твердых частиц, свинца или тяжелых металлов. Топливные баки для СПГ герметичны, в то время как часть бензина из топливных баков испаряется. Особенно интенсивно пары бензина выбрасываются в атмосферу при заполнении хранилищ на заправочных станциях и при заправке автомобилей. Пары бензина тяжелее воздуха и скапливаются в зоне нахождения людей, поэтому загрязнение воздуха углеводородами в значительной степени связано с автомобильным транспортом. В то же время природный газ для транспортных средств не содержит в качестве добавки токсичного и канцерогенного бензола. Природный газ не агрессивен, он не загрязняет грунтовые воды. Именно поэтому, в отличие от пагубного воздействия на окружающую среду разливов нефтепродуктов, утечки природного газа не несут экологических рисков. Двигатели, работающие на природном газе, меньше шумят, имеют плавный ход и при пониженных нагрузках легче поддаются регулировке, чем бензиновые или дизельные. Природный газ соответствует строгим экологическим стандартам, предъявляемым со стороны правительств и регулирующих органов. Природный газ — это возможность широкомасштабного использования топлива, которое значительно меньше других традиционных видов горючего загрязняет окружающую среду.

В феврале 2020 года КАМАЗ выпустил первые шесть тягачей КАМАЗ-5490 на СПГ с запасом хода до 1 400 км. Машина оснащалась двумя криобаками (емкость каждого 530 л) и двигателем мощностью 400 л.с., сопоставимым по характеристикам с дизельными аналогами. А с 2024 года КАМАЗ начал серийное производство работающих на СПГ тягачей КАМАЗ-54901 поколения К5, на которых установлены двигатели КАМАЗ Р6 (460 л.с., соответствие стандарту "Евро-5") и два криобака общим объемом 1 060 л, что обеспечивает запас хода до 1 600 км. Согласно официальным пресс-релизам ПАО «КАМАЗ» в ближайшей перспективе планируется выпускать до 100 машин в месяц.

Количество автомобилей на сжиженном природном газе (СПГ) в России за последние годы выросло в несколько раз: если в 2020 году их было менее 1 000, то к 2024-му парк превысил 5 000 единиц.

Однако стремительный рост газомоторного транспорта требует развития заправочной инфраструктуры, в том числе модернизации существующих заправочных станций.

По сравнению с традиционными видами жидкого моторного топлива (бензином и дизельным топливом) заправка автомобилей СПГ имеет некоторые особенности и занимает больше времени. Это связано с физическими свойствами СПГ и технологическими особенностями процесса. Данный вид газомоторного топлива хранится при сверхнизкой температуре (-162 °C), поэтому перед заправкой автомобиля необходимо провести ряд процедур:

• «захолодить» топливные магистрали (продуть их холодными парами газа), чтобы избежать резкого испарения при контакте криогенной жидкости с теплыми трубами;
• «захолодить» криобак автомобиля, если он теплый (например, после длительного простоя или при низком уровне топлива).

Этот этап может занять 3–5 минут перед началом основной заправки, что увеличивает общее время заправки.

Сам процесс заправки происходит медленнее по следующим причинам:

• СПГ имеет низкую плотность (в 2–3 раза меньше, чем дизельное топливо), поэтому для заполнения бака требуется транспортировать больший объем жидкости;
• чтобы избежать гидроудара и избыточного испарения, СПГ подается медленнее, чем бензин или дизельное топливо.

Средняя скорость заправки СПГ составляет 20-40 л/мин (для дизельного топлива доходит до 100–150 л/мин).

Если сравнивать время заправки, то в среднем на заправку грузового автотранспорта дизельным топливом уходит 5-10 минут, а на заправку СПГ— 10-20 минут.

В итоге, учитывая перспективы значительного увеличения автотранспорта, работающего на СПГ, это может привести к образованию очередей на КриоАЗС там, где существует повышенный спрос на данный вид топлива. Один из самых эффективных способов решить эту проблему — установка сателлитных постов, которые не только увеличат число точек заправки, но и помогут модернизировать действующие станции, распределяя потоки транспорта.

Рис. 1. Сателлитный пост на выставке "Нефтегаз-2024"

Сателлитный пост СПГ — это вспомогательная заправочная колонка без расходомера, которая физически подает СПГ, но не ведет самостоятельный учет топлива. Вся метрология (объемы, стоимость) фиксируется на основной колонке, с которой сателлитный пост работает в паре.

Ключевые особенности такого сателлитного поста заключаются в отсутствии расходомера, в нем нет встроенного счетчика топлива (например, кориолисового расходомера), а учет идет через главную колонку, которая может находиться на небольшом расстоянии на той же КриоАЗС. Ключевое преимущество сателлитных постов заключается в значительном снижении капитальных затрат на расширение числа заправочных точек АЗС СПГ, так как дорогостоящее оборудование (расходомер, система учета оплаты) остается в единственном экземпляре на основной колонке.

Сателлитный пост получает СПГ из системы, а данные при заправке передаются на основную колонку, где идет финальный расчет. Управление сателлитным постом осуществляется через общую систему управления. Он может быть жестко привязан к одной колонке или работать в сети нескольких заправочных постов.

В таких реалиях сателлитные посты становятся оптимальным решением, позволяющим разгрузить существующие КриоАЗС и повысить их пропускную способность без значительных затрат. Пока на основной колонке идет закачка топлива в бак одного автомобиля, на сателлитном посту производится подготовка к заправке другого автомобиля — подключение по жидкой и газовой фазе и заземление. А затем наоборот: на сателлитном посту осуществляется заправка, а на основной колонке идет подготовка.

Данный вид оборудования уже активно используется в ряде стран, особенно там, где развита инфраструктура сжиженного природного газа и есть потребность в гибких решениях для заправки транспорта.

Компания ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (ООО «МВиФ») - один из первых российских производителей, который разработал и выпустил на российский рынок криогенных АЗС серийные сателлитные посты для заправки СПГ.

Сателлитный пост модель СПГ- СП производства ООО «МВиФ» впервые был представлен на выставке «Нефтегаз–2024».

Основные составляющие сателлитного поста СПГ-СП и их назначение:
1) Корпус Поста представляет собой сварную пространственную раму с установленными быстросъемными панелями из нержавеющей стали AISI 304 (аналог 08Х18Н10), имеет съемные траверсы для строповки при выполнении строительно- монтажных работ.
2) Арматура Поста. Клапан обратный автоматического действия, установленный на линии отпарного газа, предназначен для перекрытия обратного потока паров СПГ, а на линии захолаживания — для перекрытия обратного потока СПГ.

На всех линиях предусмотрены клапаны шаровые запорные с ручным приводом для отключения КИП от точек отбора давления. Клапаны шаровые соединяются с трубопроводами посредством разъемных соединений.

Разрывные муфты предназначены для предотвращения разрыва металлорукавов и автоматического перекрытия потока рабочей среды в случае преждевременного отъезда автомобиля с установленным заправочным пистолетом.

3) Трубопроводы Поста предназначены для транспортирования СПГ, паров СПГ и воздуха КИПиА. Материал трубопроводов — нержавеющая сталь AISI 304 или аналог.

Металлорукава повышенной прочности и повышенной гибкости применяются на линии подачи СПГ и линии отвода паров.

4) Измерение давления СПГ осуществляется с помощью преобразователей давления на линии подачи СПГ и линии отпарных газов, а также с помощью манометров на линии подачи СПГ, линии отпарных газов и линии воздуха КИПиА.

5) Устройство заземления автоцистерн предназначено для отвода зарядов статического электричества. Устройство обеспечивает постоянный контроль цепи заземления заправляемого автомобиля, подачу светового и управляющего сигнала для разрешения проведения операции заправки.

6) Шкаф питания и управления (ШУ), внутри которого расположена графическая панель оператора, блок питания УЗА, обогреватель, термостат, блок питания 24В постоянного тока, а также клеммы для коммутации с внешней системой и внешним оборудованием. ШУ изготовлен во взрывозащищенном исполнении, предусматривает ввод и вывод кабелей через взрывозащищенные гермовводы, установленные в нижней части ШУ.

7) Пульт индикации и управления служит для управления процессом заправки СПГ, а также для аварийной остановки процесса заправки. Световые индикаторы, входящие в его состав, служат для информирования оператора о текущем процессе и управления процессом заправки.

Рис. 2. Заправочное устройство CryoMac

Конструкция Поста позволяет осуществлять заправку как по схеме подключения двух рукавов, с отдельным каналом для отвода паров СПГ, так и заправку с использованием только заправочного пистолета. При схеме с подключением только заправочного пистолета по нему сначала отводятся пары СПГ, а затем происходит непосредственно процесс заправки.

Операция заправки выполняется одним оператором в ручном режиме. Действия оператора заключаются в установке заправочного пистолета, пистолета возврата паров, подключении заземления, обдува сжатым воздухом (при необходимости), включении- отключении процесса заправки с помощью кнопок, расположенных на лицевой панели Поста.

Говоря о конструкции сателлитных постов, особое внимание следует обратить на используемое заправочное устройство, так как именно заправочное устройство играет критическую роль в обеспечении безопасности при заправке СПГ, выступая ключевым элементом предотвращения аварий, утечек и пожаров. В составе Постов производства ООО «МВиФ» используется высокотехнологичное заправочное устройство CryoMac (Рис. 2). Данное устройство имеет патентованную систему блокировки, которая физически предотвращает отсоединение от заправочной горловины до полного сброса давления и подтверждения герметичности. Это исключает утечки СПГ при разъединении, снижая риск возгорания и обморожения. Система автоматически сбрасывает захваченный газ перед отсоединением, защищая оператора от контакта с криогенной жидкостью. Заправочное устройство CryoMac изготовлено из искробезопасных материалов, устойчивых к температурам до минус 195 °C.

Также важную роль в длительности эксплуатации заправочных постов играет металлорукав для заправки СПГ (гибкий криогенный шланг). Он должен выдерживать постоянное движение, скручивания и изменения температуры. В составе сателлитных постов СПГ-СП используются рукава повышенной прочности производства ООО «МВиФ», которые имеют сварную конструкцию, защищены от изгибов в особо напряженных местах, чем обеспечивается длительный срок службы изделия.

Оборудование «Сателлитный пост СПГ-СП» соответствует требованиям технических регламентов Таможенного союза ТР ТС 010/2011, ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011 и имеет сертификат взрывозащиты, так как относится к взрывозащищенному оборудованию группы II по ГОСТ 31610.0-2019 (IEC 60079-0:2017) и предназначено для применения в потенциально взрывоопасных зонах и наружных установках класса 1 и/или 2 по ГОСТ IEC 60079-10-1-2013, подгруппы IIA по ГОСТ 31610.20-1-2016/ IEC 60079-20-1:2010, согласно маркировке взрывозащиты оборудования 1Ex IIA T1 Gb, ГОСТ 32407-2013, ГОСТ IEC 60079-14-2013 и другим нормативным документам, регламентирующим применение оборудования в потенциально взрывоопасных средах.

По желанию Заказчика корпус Поста может быть оформлен в соответствии с фирменным стилем компании.

Рис. 3. Криогенная поршневая насосная установка и криогенная центробежная установка с погружным насосом в составе КриоАЗС на трассе М-11 (г. Окуловка)

В настоящее время загруженность КриоАЗС находится на достаточно низком уровне, но по прогнозам Минэнерго до 2035 года ожидается увеличение спроса на СПГ в 4-6 раз, поэтому всегда надо помнить русскую пословицу «Готовь сани летом, а телегу зимой». Специалисты ООО «МВиФ» всегда готовы ответить на Ваши вопросы и предоставить более подробную информацию.

Компания ООО «МВиФ» занимается разработкой и изготовлением оборудования для применения сжатых и сжиженных газов, в том числе производит широкий спектр оборудования для автогазозаправочных станций (АГНКС): криогенные поршневые и центробежные насосные установки, блоки аккумуляторов газа (БАГ), панели приоритетов, атмосферные испарители среднего и высокого давления, электрические подогреватели, криогенные трубопроводы с экранно-вакуумной изоляцией (ЭВИ), металлорукава, криогенные клапаны и другое оборудование.

На рисунке 3 представлена криогенная поршневая насосная установка высокого давления производства ООО «МВиФ», предназначенная для перекачивания СПГ из стационарного резервуара в испарители-газификаторы для последующей заправки грузовых и легковых автомобилей компримированным природным газом (КПГ), а также центробежная установка с погружным насосом в криостате MV&F с экранно-вакуумной изоляцией (ЭВИ), предназначенная для непосредственной заправки автомобилей сжиженным природным газом (СПГ).

Насосная поршневая установка изготовлена на базе высокопроизводительного насоса вертикального типа. Данный поршневой насос, по сути, тоже является погружным, так как он тоже снабжен собственным криогенным сосудом с экранно- вакуумной изоляцией, постоянно заполненным жидкостью, что позволяет автоматике криогенных станций быстро запускать оба насоса по мере необходимости и делать это так часто, как это необходимо. При этом потери на захолаживание насосов исключены, а сами насосы выдерживают режим частых пусков и остановок

Рис. 4. Блок аккумуляторов газа (БАГ)

На рисунке 4 представлен блок аккумуляторов газа (БАГ). Данное оборудование используется в качестве ресивера между криогенным насосом и заправочной колонкой, подающей компримированный природный газ (КПГ). Это двухлинейный БАГ, разделенный на секции высокого и низкого давления. Особенностью данной системы хранения КПГ является то, что хранилище разделено на несколько секций, которые могут по заданному алгоритму независимо друг от друга заполняться и опорожняться поочередно по многолинейной схеме, что позволяет использовать для заправки автомобилей до 50% газа, запасенного в ресиверах При однолинейной системе заправки доступно не более 20% накопленного в блоке аккумуляторов газа.

Рис. 5. Двухлинейная панель приоритетов MV&F с линией прямой заправки и электрический подогреватель высокого давления

Для заполнения секций ресиверов в соответствующей последовательности между источником газа, БАГом и колонками необходимо установить панель приоритетов (рисунок 5).

Панели приоритетов предназначены для распределения компримированного природного газа по секциям блоков аккумуляторов газа, а также обеспечения приоритетной подачи газа на линии газозаправочной колонки. Распределение газа по секциям БАГ позволяет ускорить заправку автомобилей и облегчить условия работы источника давления — газового компрессора или криогенного насоса — за счет сглаживания пиковых нагрузок и уменьшения числа включений, что позволяет значительно повысить ресурс работы оборудования. Кроме того, панель приоритетов производства ООО «МВиФ», представленная на рисунке 5, позволяет производить прямую заправку автомобиля от источника газа при недостаточном давлении в БАГ.

Для регазификации СПГ после криогенного поршневого насоса и заправки БАГ компримированным природным газом используются испарители высокого давления. ООО «МВиФ» предлагает испарители высокого давления, изготовленные из биметаллических труб (внутренняя труба из стали 316l с наружным оребрением из алюминиевого сплава АД31). При необходимости возможно изготовление компактных моделей атмосферных испарителей высокого давления с принудительной конвекцией воздушного потока (с вентиляторами).

На рисунке 5 помимо панели приоритетов представлен проточный электрический нагреватель производства ООО «МВиФ» во взрывозащищенном исполнении мощностью 18 кВт, рабочим давлением до 25 МПа, предназанченный для нагрева компримированного природного газа перед подачей в панель приоритетов и далее в блок аккумулятора газов.

Рис. 6. Атмосферный испаритель высокого давления рядом с панелью приоритетов

Все теплообменное оборудование разрабатывается и изготавливается в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика.

Электрические нагреватели могут быть изготовлены во взрывозащищенном или общепромышленном исполнении.

Преимуществом электрических нагревателей производства ООО «МВиФ» является возможность замены нагревательных элементов без демонтажа нагревателя.

На любом этапе реализации проектов по строительству станций заправки автомобилей сжиженным природным газом и компримированным природным газом Вы можете обратиться за помощью и консультацией к специалистам ООО «МВиФ». Мы всегда открыты к сотрудничеству и постараемся предложить вам самые оптимальные и эффективные решения

>>> АВТОР СТАТЬИ
Анна Исакова,
Руководитель проектов
OOO «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F)