Развитие региональных систем газоснабжения для обеспечения потребителей газомоторным топливом

Актуальность темы

.

Природный газ — одна из важнейших составляющих топливно-энергетических ресурсов России, на основе которого решаются крупные народно-хозяйственные и социально-экономические задачи по сокращению потребления жидких нефтяных моторных топлив и энергосбережению в транспортном комплексе, снижению загрязнения окружающей среды и улучшению экологических характеристик автотранспортной и автотракторной техники.

После 1991 года новая экономическая ситуация привела к снижению объемов производства во всех отраслях промышленности (кроме добычи нефти и газа) и сельского хозяйства, где наряду с существенным уменьшением энерговооруженности возникли большие проблемы с обеспечением топливно-энергетическими ресурсами и, в первую очередь, моторным топливом. А рост цен на топливо и энергоресурсы привел к тому, что отечественные товаропроизводители оказались в тяжелой экономической ситуации, что наблюдается в условиях нового экономического кризиса, поскольку доля топливно-энергетических ресурсов на производство по отраслям промышленности и сельского хозяйства достигнет 20% и более. Отсюда необходимо решать проблему энергосбережения и, в первую очередь, моторных топлив.

Анализ работы системы газоснабжения автотранспортной и сельскохозяйственной техники в регионах страны в рыночных условиях показывает, что имеются значительные диспропорции в развитии инфраструктуры авто-газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС), низкие загрузки (до 20%) мощности и отсутствие комплексных методик перевода автотракторной техники на газомоторное топливо.

Решение этой актуальной задачи требует комплексного подхода в исследовании как единого процесса функционирования газозаправочного и га-зоиспользующего оборудования, оптимального проектирования, строительства, эксплуатации каждого их варианта с оптимизацией технических решений для получения максимально-возможной эффективности.

В зарубежных странах перевод автотранспортных средств на газомоторное топливо проводится на основе общенациональных и региональных программ (США, Канада и др.) при непосредственной поддержке правительств и законодательных органов этих стран.

В России решение этих задач может осуществляться на основе постановления Правительства РФ «О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив природным газом» № 31 от 15.01.1993 г., принятой Правительством РФ программы «Газификация регионов РФ», а также «Комплексной программы по стимулированию широкомасштабного внедрения современных технологий перевода сельскохозяйственной техники на газомоторное топливо», утвержденные Министерством сельского хозяйства и ОАО «Газпром», разработанной в соответствии с поручением Президента РФ В. В. Путина от 18.10.2004 г. № ПР 1686 ГС.

Однако в нашей стране до настоящего времени не созданы организационные структуры, способные осуществлять координацию работ и внедрение газовых комплексов и газоиспользующего оборудования в отраслях народного хозяйства при реализации проектов использования газа в качестве моторного топлива.

В этой связи тема предлагаемой диссертационной работы актуальна как с теоретической, так и с практической точки зрения, поскольку направлена на решение проблем использования газомоторного топлива (компримиро-ванного природного газа) в народном хозяйстве страны. Посвящена разработке научных основ создания систем газоснабжения, обеспечивающих выполнение государственных программ газовой моторизации автомобильного транспорта и сельскохозяйственной техники.

Целью работы является комплексное исследование влияния технологических, технических, экономических и организационных параметров на эффективность функционирования системы обеспечения газомоторным топливом, на повышение эффективности эксплуатации АГНКС, разработка методики и рекомендаций создания систем газоснабжения автотранспорта и сельхозтехники и рекомендаций по их применению.

Для достижения поставленной цели в работе определены и решены следующие основные задачи исследования: Анализ имеющегося опыта перевода автотранспорта и сельскохозяйственной техники на КПГ и его использования в качестве моторного топлива с целью разработки комплексного подхода к выбору направлений повышения эффективности эксплуатации региональных сетей газоснабжения.

Исследованы эксплуатационные характеристики работы газовых двигателей на КПГ и разработано руководство по организации и проведению переоборудования тракторов для работы на КПГ.

Разработаны научные основы создания регионально-районных систем газоснабжения автотракторной техники газомоторным топливом с учетом изменений параметров потребления и поставки газа.

Разработаны рекомендации по созданию регионального полигона для испытания и отладки технологий перевода автотракторной техники на КПГ.

Разработаны «Рекомендации и методические указания для подготовки механизаторских кадров и ИТР по эффективному использованию машинно-тракторных агрегатов (МТА) с двигателями, работающими на ком-примированном газе».

Разработана методика проверки знаний специалистов по переоборудованию и эксплуатации автотракторной техники на газомоторном топливе.

Поставленные задачи решались с использованием теории моделирования физических процессов, методов математического анализа и линейного программирования. Эксперименты проведены на промышленных образцах техники, а их результаты обработаны с применением методов математической статистики.

Объект исследования — система газоснабжения автотранспорта и сельхозтехники как элемент нефтепродуктообеспечения топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны.

Научная новизна.

На основе теоретического обобщения работ отечественных и зарубежных ученых, результатов работ автора, а также опыта эксплуатации АГНКС и автотранспортной техники, работающей на КПГ, впервые исследована проблема комплексного перевода автотранспорта и техники сельскохозяйственного назначения для обеспечения максимальной экономии в сельскохозяйственной отрасли.

Научная новизна заключается в определении важнейших организационно-технических проблем и разработке обоснованных решений по совершенствованию технологий перевода автотранспортной и сельскохозяйствен5 ной техники для использования компримированного природного газа (КПГ) в качестве моторного топлива. Наиболее значимые научные результаты, характеризующие новизну исследований, которые внедрены в стране, и выносятся на защиту следующие положения:

— исследована проблема применения КПГ в качестве моторного топлива в отраслях народного хозяйства (автотранспорт и сельское хозяйство), что позволит развить важнейшее направление в повышении эффективности использования топливно-энергетических ресурсов страны;

— проведены исследования и разработка комплекса по формированию регионально-районной сети газоснабжения автотранспортных средств и сельскохозяйственных машин, включая создание соответствующей инфраструктуры по переоборудованию и эксплуатации газифицированной техники и подготовки кадров;

— исследованы методы и средства перевода автотракторной техники на КПГ и определены пути повышения эксплуатационно-технических характеристик газодизельных тракторов, позволяющих в перспективе широко использовать такие модели в сельскохозяйственном производстве;

— выполнено технико-экономическое обоснование по созданию испытательного полигона для сельскохозяйственной техники и разработано руководство по организации и проведению переоборудования тракторов для работы на компримированном природном газе;

— разработан комплект технических условий на проектирование схем монтажа газобаллонного оборудования на автотранспортные средства, тракторов и пакет нормативно-эксплуатационной документации;

— обоснована идея комбинированного построения регионально-районных систем газоснабжения автотракторной техники на базе газораспределительных сетей поселковых, межпоселковых и магистральных газопроводов;

— разработаны рекомендации и методические указания для подготовки и переподготовки механизаторских кадров и инженерно-технических работников по эффективному использованию машинотракторных агрегатов с двигателями, работающими на компримированном природном газе;

— разработан программный комплекс и методика оценки знаний специалистов, занимающихся переоборудованием автотракторной техники для работы на газомоторном топливе и ее эксплуатацией.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Практическая ценность работы состоит в обеспечении нормативнотехнических и организационных условий для перевода автотранспортной отрасли и аграрно-промышленного комплекса страны, перехода на альтернативное топливо (сжатый газ), что значительно повышает экономическую и экологическую эффективность в промышленности и сельском хозяйстве.

Важное значение работа имеет для выполнения «Целевой комплексной программы развития газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе на 2007;2015 годы, утвержденной приказом ОАО «Газпром» № 71 от20.03.2007года.

Особая практическая значимость работы заключается в том, что способствует повышению устойчивости развития агропромышленного комплекса России, с учетом выполнения поручения президента Российской Федерации (Пр. 169с ГС от 18.10.2004 г.), выданного правительству РФ по итогам заседания президиума государственного Совета Российской Федерации 30 сентября 2004 г.

Выполненные разработки способствовали практической реализации технологий перевода на КПГ более 50 моделей автотранспортных средств (легковые, автобусы, специальные, грузовые, грузоподъемные) и тракторов, в том числе первого в стране — гусеничного.

Теоретические и практические результаты работы, кроме производственной сферы, используются при чтении лекций и выполнении курсовых и дипломных работ для студентов РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина по специальности 90 700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», а также для подготовки рабочих газотранспортных профессий в учебных учреждениях ООО «Газпром трансгаз Ставрополь».

Наряду с этим, рекомендации и методические указания для подготовки и переподготовки механизаторских кадров и ИТР по эффективному использованию МТА с двигателями, работающими на компримированном природном газе, используются на кафедре «Тракторы и автомобили» в Ставропольском государственном аграрном университете (СтГАУ).

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на различных уровнях:

— Семинаре «Опыт эксплуатации и ремонта газомотокомпрессоров большой мощности отечественного и зарубежного производства», г. Невин-номысск, август 1974 г.;

— Конференции «Перспективные направления в области проектирования, сооружения и эксплуатации систем газопроводного транспорта», г. Москва, апрель 1976 г.;

— Симпозиуме по вопросам обеспечения надежности работы ГМК, г. Горький, май 1985 г.;

— Семинаре работников газотранспортных служб Главцентртрансгаза, г. Минск, март 1987 г.;

— Первой международной конференции «Энергодиагностика. Проблемы теории и практики», г. Москва, сентябрь 1995 г.;

— Международной конференции «Энергодиагностика и СОМЛТЮК МОЖКЖЖО», г. Москва, октябрь 1998 г.;

— Научно-технической и читательской конференции, приуроченной к 40-летию создания Невинномысского ЛПУМГ «Современные технологии и передовой опыт эксплуатационно-хозяйственной деятельности в газовой промышленности», г. Невинномысск, июль 1999 г.;

— Международной конференции «Энергодиагностика и СОМЭЛГЮМ», г. Нижний Новгород, сентябрь 2000 г.;

— 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов», г. Москва, 2001 год;

— Международном форуме «Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты», г. СанктПетербург, апрель 2002 г.;

— Отраслевом совещании ОАО «Газпром» «Использование газа в качестве моторного топлива на транспорте России в современных условиях», г. Невинномысск, октябрь 2001 г.;

— Научно-производственном совещании «Перевод сельскохозяйственной техники и автотранспортных средств на природный газ», г. Владимир, сентябрь 2004 г.;

— 6-ой Международной научно-практической конференции «Сжатый и сжиженный газ», Анталия (Турция), октябрь 2003 г.;

— 7-ой Международной научно-практической конференции «Сжатый и сжиженный газ», Долмен (Мальта), октябрь 2004 г.;

— 8-ой Международной научно-практической конференции «Сжатый и сжиженный газ», Крит (Греция), октябрь 2005 г.;

— Семинаре «Эффективность использования природного газа в качестве моторного топлива сельхозпредприятиями Кочубеевского района», с. Кочубеевское Ставропольского края, апрель 2006 г.;

— 10-й Международной научно-практической конференции «Сжатый и сжиженный газ», Альмунекар (Испания) — октябрь 2007 г.;

— 2-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности «Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, сентябрь 1997 г.;

— 1-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», г. Тюмень, апрель 2007 г.;

— Российской научно-практической конференция «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе», г. Ставрополь, апрель 2007 г.;

— Научно-техническом Совете ОАО «Газпром», секция «Распределение и использование газа», г. Сочи, май 2008 г.;

— 18-м заседании комиссии Правительства Российской Федерации и НП «Российское газовое общество» по использованию природного и сжиженного нефтяного газа в качестве моторного топлива, г. Кисловодск, октябрь 2008 г;

— Третьем Донском нефтегазовом конгрессе «Развитие газомоторного рынка ЮФО, проблемы повышения эффективности и экологической безопасности», г. Ростов-на-Дону, апрель2009г.;

— Научно-практической конференции, приуроченной к 50-ти летию Невинномысского ЛПУМГ, май 2009 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 67 печатных работ, в том числе 19 статей в журналах, входящих в перечень ведущих рецензирующих журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы из 122 наименований. Содержание изложено на 291 страницах, 57 рисунках, 88 таблицах и 16 приложениях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Использование природного газа в качестве моторного топлива прогрессивно и перспективнооно решает важные экономические, экологические и социальные проблемы. Природный газ, используемый в качестве моторного топлива, дает сокращение потребления жидких топлив (бензина, керосина, дизельного топлива), обеспечивает энергосбережение, увеличивает срок службы автотранспортной техники, снижает загрязнение окружающей среды.

2. Многолетними исследованиями и практической внедренческой работой доказано, что перевод автотранспорта и сельскохозяйственной техники на использование природного газа в качестве моторного топлива представляет собой вполне решаемую задачу, которая может быть осуществлена в весьма сжатые сроки.

3. Всесторонний анализ работы существующей сети газоснабжения автотранспорта и сельскохозяйственной техники в регионах России показал, что ее эффективность крайне мала по следующим основным причинам: в регионах существует значительная диспропорция в развитии инфраструктуры автомобильных газонаполнительных компрессорных станцийсеть АГНКС загружена лишь на незначительную часть своей возможностиотсутствует комплексная методика перевода автотракторной техники на газомоторное топливо.

4. Показано, что разработанная в диссертации комбинированная схема обеспечения автотракторной техники природным газом на основе стационарных газораспределительных станций и передвижных газозаправочных средств способна увеличить загрузку АГНКС более чем на 10%.

5. Рекомендуется взаимосвязанная система газообеспечения по схеме «ГРС — АГНКС — ПАГЗ», представляющая собой наиболее быстро и эффективно решающая проблему перевод автотранспорта и сельскохозяйственной техники на использование природного газа в качестве моторного топлива.

6. Выполненные работы показали, что доставка природного газа, используемого в качестве моторного топлива (ГМТ), к сельскохозяйственным предприятиям позволяет параллельно решению основной задачи осуществить газификацию малонаселенных пунктов, удаленных от газовых сетей, а также обеспечить газом полевые станы и фермерские хозяйства.

7. На базе действующей сети АГНКС разработана методика комплексного развития системы обеспечения ГМТ в регионе. Ее основными элементами являются: существующие и перспективные системы регионального газоснабженияучет режимных особенностей газообеспечения и газопотребленияметодология перевода автотракторной техники на ГМТ, обеспечивающая ее надежность и эффективностьиспользование комплексной системы газообеспечения АГНКС-ПАГЗ-ГРС.

8. Практико-внедренческие работы по проверке и развитию положений диссертации, выполненные на примере обеспечения ГМТ агропромышленного комплекса Кочубеевского района Ставропольского края, показали, что на расстояниях до 20 км от АГНКС целесообразна заправка ГМТ непосредственно на АГНКСна больших расстояниях необходимо использовать ПАГЗ. При проектировании мероприятий по переводу автотранспорта и сельскохозяйственной техники на использование природного газа в качестве моторного топлива рекомендуется использовать методику, разработанную в диссертации.

9. Экономический анализ проблемы позволяет утверждать: использование сжатого природного газа в качестве ГМТ примерно на 25% дешевле, чем использование сжиженных углеводородных газов (СУГ) и почти в 2 раза дешевле, чем бензинасебестоимость обработки 1 га почвы тракторами, работающими на сжатом природном газе более чем в 2 раза меньше, чем тракторами, работающими на дизельном топливе, причем производительность техники увеличивается примерно на 10%- расчеты, выполненные для 26 сельскохозяйственных предприятий с количеством моторной техники в 1700 ед., показали, что затраты на переоборудование парка машин для использования природного газа не слишком велики (112 млн руб.) и окупаются за 1,2 годапричем только в первый год сокращение затрат на моторное топливо составили 85 млн руб.

10.Рекомендуется разработанные в диссертации учебно-программный комплекс и пакет учебно-методических материалов для подготовки кадрового обеспечения решаемой проблемы.