Концепция применения природного газа на тепловозах

Экономическая целесообразность применения природного газа на тепловозах гарантируется Постановлением Правительства РФ №31 от 31.01.93 г., установившим предельную цену за один нм3 сжатого газа, отпускаемого АГНКС (станциями заправки газом), в размере не более 50% от стоимости одного литра бензина А-80, включая НДС.

Таким образом, наиболее реальным и эффективным направлением решения проблемы устойчивого снабжения тепловозов моторным топливом, снижения расходов на его приобретение, а также повышения экологических показателей, является применение природного газа.

Выбор вида (агрегатного состояния) природного газа для тепловозов

Природный газ может находиться в двух состояниях: сжиженном (СПГ) и сжатом или компримированном (КПГ). Во всех случаях в цилиндры двигателя газ подается в сжатом виде, поэтому выбору подлежит состояние перевозимого на тепловозе запаса газа.

Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой криогенную жидкость (по составу это практически жидкий метан СН4), хранящийся, в зависимости от давления, при отрицательных температурах, от -155°С до -162°С (118 – 111 К). СПГ после его перевода в газообразное состояние, может быть пригодным для использования в двигателях внутреннего сгорания, а также для всех видов теплоэнергетики, при обеспечении организации его крупномасштабного производства.

Перед КПГ он имеет то преимущество, что при таком охлаждении его плотность увеличивается почти в 600 раз. При сжатом до 20,0 МПа состоянии (обычное давление в газовых баллонах) плотность газа увеличивается в 200 раз. Поэтому теоретически в одинаковом геометрическом объеме сжиженного газа может поместиться в 3 раза больше, чем сжатого. Однако, на практике необходимость подогрева СПГ в газоводяном теплообменнике с системой подачи в него горячей воды из дизеля, тепловой инерционности теплообменника при резко переменных режимах нагрузки тепловоза и вызванной этим необходимостью установки резервной емкости для сжатого газа, не позволяет полностью использовать преимущество большей плотности сжиженного газа. Указанные агрегаты, устройства автоматики управления, безопасности, а также газовоздушный теплообменник также требуют свободного объема на тепловозе для их размещения. Если, например, в объеме криогенного тендера тепловоза 2ТЭ116Г вместо криогенных емкостей и указанного оборудования установить баллоны со сжатым газом под давлением 25,0 МПа, то в них можно разместить до 10 тонн КПГ. В криогенном тендере помещается 17 тонн СПГ и до 3-х тонн составляет технологический запас для обеспечения температуры его хранения. Таким образом, увеличение возимого запаса природного газа в сжиженном состоянии, по сравнению со сжатым, практически не превышает 25…28%.

Сжиженный природный газ в теплотехническом и эксплуатационном плане является более сложным видом топлива. Стоимость криогенных емкостей значительно выше стоимости баллонов для сжатого газа. Сам сжиженный газ в силу его низкой температуры и высокой плотности при утечках не улетучивается, а опускается вниз, что создает опасность пожара и взрыва и ожогов обслуживающего персонала. Получение СПГ, его хранение и транспортировка требуют специального оборудования, дополнительных территорий, а также квалифицированной рабочей силы.

В процессе эксплуатации в верхней части криогенной емкости находится испарившийся газ, давление которого постепенно повышается. При давлении более 1,6 МПа его необходимо сбрасывать в атмосферу, что на электрифицированных линиях создает опасность повреждения контактной сети.