И.В. Бармин
И.Д. Кунис
МПУ им. И.Э.Бзумана
Сжиженный
природный газ
вчера, сегодня, завтра
Под редакцией доктора технических наук,
профессора А.М. Архарова
Москва 2009
УДК 661.9: 553.98
ББК 35 514
Б254
Рецензент
ведущий специалист ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина»
И. И. Курицына
Бармин И.В., Кунис И.Д.
Б254 Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра / Под
ред. А.М. Архарова. — М : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2009. — 256 с.: ил.
ISBN 978-5-7038-3241-7
Изложены основные результаты работ ФГУП «КБОМ
им. В.П. Бармина» по сжиженному природному газу (СПГ), в боль-
шинстве своем выполненных в 1991—2004 гг. в рамках конверсии
с участием смежных предприятий, материалы конференций, прошед-
ших в 1991—2007 гг., и данные, содержащиеся в научной литературе.
Приведены технические характеристики этого альтернативного
вида топлива, области его целесообразного применения, современное
состояние и тенденции развития мировой и российской промышленно-
сти по производству и использованию СПГ.
Проанализированы компонентный состав СПГ, новые данные
по фазовым равновесиям смесей углеводородов и примесей, входящих
в состав природного газа, схемы установок для получения СПГ в зави-
симости от их производительности и назначения, очистки природного
газа от примесей и его осушки.
Впервые показана целесообразность использования СПГ повы-
шенной плотности, способы получения охлажденного СПГ, а также
средства его хранения и транспортировки, способы заправки баков по-
требителя.
Должное внимание уделено оборудованию, изоляции и матери-
алам, разработанным для других криогенных систем, но которые мо-
гут быть использованы при работах с СПГ, а также вопросам пожа-
ровзрывобезопасности и экологическим аспектам этого продукта.
Для студентов и инженеров, специализирующихся в области
создания и эксплуатации криогенной техники и газовых систем.
УДК 661.9: 553.98
ББК 35.514
ISBN 978-5-7038-3241-7
© Бармин И.В., Кунис И.Д., 2009
© Оформление. Издательство МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2009
Оглавление
Предисловие...................................................   5
Введение ....................................................... 7
1.	Физико-химические свойства сжиженного природного газа........ 15
2.	Состояние и тенденции развития мировой промышленности
производства и использования сжиженного природного газа......... 21
2.1.	Производство СПГ...................................... 21
2.2.	Использование СПГ .................................... 31
3.	Перспективы производства сжиженного природного газа
в Российской Федерации......................................... 40
4.	Использование сжиженного природного газа в различных отраслях
хозяйства России............................................... 47
4.1.	СПГ в ракетно-космической технике .................... 47
4.2.	СПГ в авиации .....................................    54
4.3.	СПГ на железнодорожном транспорте .................... 66
4.4.	СПГ в автомобильном транспорте........................ 72
4.5.	СПГ в водном транспорте .............................. 84
4.6.	СПГ для газификации удаленных населенных пунктов...... 91
4.7.	СПГ в сельскохозяйственном производстве .............. 93
4.8.	Использование СПГ для покрытия пиковых нагрузок
газопотребления..........................................   106
4.9.	Использование холода, получаемого при газификации СПГ ... 109
5.	Получение сжиженного природного газа.......................112
5.1.	Общие принципы расчета холодильных циклов ........... 112
5.2.	Технологические схемы установок (заводов) по сжижению
природного газа............................................ 117
5.3	Очистка и осушка природного газа...................... 137
6.	Получение и использование сжиженного природного газа
повышенной плотности.......................................... 146
7.	Фазовые равновесия жидкость — твердое тело. Факторы,
влияющие на изменение кондиции сжиженного природного газа
в процессе эксплуатации заправочных систем.................... 153
7.1.	Зависимость свойств СПГ от его компонентного состава.. 153
7.2.	Характеристики примесей в СПГ, представляющих
опасность при эксплуатации заправочных систем ............. 154
3
7.3.	Факторы, влияющие на изменение кондиции СПГ
в процессе эксплуатации заправочных систем ............... 163
8.	Средства хранения и транспортировки..	171
8.1.	Резервуары для хранения СПГ.......................... 171
8.2.	Средства перевозки СПГ .............................. 183
9.	Заправка баков потребителя ............................... 193
10.	Комплектующее оборудование и материалы ................... 198
10.1.	Средства получения газообразного азота ............. 198
10.2.	Насосные агрегаты .................................. 201
10.3.	Холодильно-газовые машины .......................... 205
10.4.	Криогенные трубопроводы и арматура ................. 206
10.5.	Газификационные установки высокого давления......... 213
10.6.	Газификаторы низкого давления и теплообменные аппараты .. 214
10.7.	Тепловая изоляция.................................   219
10.8.	Приборное обеспечение .............................. 222
10.9.	Материалы .. Г.....................................  225
11.	Вопросы пожаробезопасности и экологические аспекты
использования сжиженного природного газа .................... 228
11.1.	Пожаровзрывобезопасность ........................... 229
11.2.	Противопожарная защита .	  236
11.3.	Экологические аспекты .............................. 240
Послесловие .................................................. 247
Список литературы ............................................ 251
Предисловие
В настоящей книге авторы попытались обобщить основные ре-
зультаты работ по получению и использованию сжиженного при-
родного газа (СПГ), выполненных в рамках конверсии ФГУП «Кон-
структорское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина»
(КБОМ) с участием смежных предприятий с 1992 г. по настоящее
время. Кроме того, при написании книги были использованы дан-
ные, полученные в ходе научных изысканий, материалы статей, док-
ладов, сделанных на конференциях, посвященных рассматриваемым
в книге вопросам, а также литературные данные.
Имея большой опыт в области криогенных заправочных систем
для ракетно-космической техники, КБОМ сочло полезным исполь-
зовать его при создании средств получения и внедрении СПГ в раз-
личные отрасли промышленности, показав техническую и эконо-
мическую целесообразность применения этого энергоносителя
и одновременно выявив его достоинства и недостатки.
Неоценимую помощь при выполнении этих работ оказали со-
трудники ОАО «Туполев», ООО «ВНИИгаз» (отдел проф. Г.Э. Оди-
шария), ВВИА им. Н.Е. Жуковского, МЭИ (кафедра криогенной
техники), ЗАО «Сигма-Газ» и др.
Поскольку КБОМ является комплексным предприятием, зани-
мающимся созданием и эксплуатацией объектов наземной инфра-
структуры для ракетно-космической техники, работы по СПГ велись
в направлении создания наземной инфраструктуры, необходимой для
использования СПГ в ракетно-космической технике, авиации, авто-
мобильном, железнодорожном (тепловозы) и водном (морские и реч-
ные суда) транспорте, в различных отраслях сельского хозяйства
и сельскохозяйственного машиностроения и др.
Задача создания наземной инфраструктуры СПГ включает в себя
организацию его промышленного получения, доставку СПГ потре-
бителям, а также хранение и заправку баков потребителя. Разработ-
ка наземной инфраструктуры должна вестись с учетом экономичес-
кой и технической конкурентоспособности этого топлива, интересов
5
и специфики потребителей. Так, например, инфраструктура обеспе-
чения СПГ сельского хозяйства должна учитывать сезонность работ
(осень — весна). В зимнее время СПГ может использоваться для
отопления помещений, котельных и т. п.
Целесообразность издания этой книги авторы видят в том, что,
по их убеждению, СПГ, особенно как топливо, уже в ближайшее
время будет востребован различными отраслями хозяйства России,
а изложенные в ней материалы окажут помощь при его внедрении.
Авторы выражают искреннюю благодарность И.И. Курицыной,
взявшей на себя труд по рецензированию рукописи и сделавшей ряд
ценных замечаний, а также Е.Ю. Гарбарчик и Н.М Фроловой за
помощь в уточнении и оформлении материалов книги.
Введение
Бурное развитие промышленности и транспорта в последние
25—50 лет, связанное с научно-техническим прогрессом, вызвало
серьезный рост энергопотребления и, как следствие, рост потребле-
ния углеводородных топлив.
После распада СССР Россия лишилась значительной части ис-
точников дешевых энергоресурсов - богатых и, главное, легкодо-
ступных месторождений, особенно нефти. Остались сибирские
и в основном северные месторождения. Значительно возрастающая
из-за суровых климатических условий стоимость добычи, наряду
с необходимостью транспортировки продукта за тысячи километров
в центральные и южные районы России, где проживает 80 % насе-
ления, сделало нефть изначально дорогим продуктом. Кроме того,
имеются данные, что при современном уровне потребления разве-
данных запасов сырой нефти скоро будет не хватать.
В нашей стране нефтеперерабатывающая промышленность ис-
пользует технологию, позволяющую получать около 40 % светлых
продуктов (бензин, керосин, дизельное топливо) от общего количе-
ства перерабатываемого сырья, причем топливо для реактивных дви-
гателей составляет только 6 %. Это вызывает дефицит топлива для
транспорта, и особенно для авиации. Переход на технологию, ана-
логичную применяемой в США и Японии, с получением до 70 %
светлых продуктов и выходом топлива для реактивных двигателей
10...12 % возможен не менее чем через 10—15 лет при капитальных
затратах в миллиарды долларов
В стране сложилась непростая экологическая обстановка. Толь-
ко транспорт выбрасывает в атмосферу порядка 16,5 млн т загрязня-
ющих веществ в год. По данным Международного симпозиума «Аль-
тернативная энергетика для транспортных средств», проходившего
24 августа 1994 г., экологический ущерб от воздействия транспорт-
ных средств в России оценивался в 4,8 млрд долл. [1]. За прошедшие
15 лет положение не улучшилось.
7
В связи с этим перед Россией встали две глобальные проблемы:
поиск возможностей и путей перехода на новые альтернативные
виды топлива и разработка и принятие мер по улучшению экологи-
ческой обстановки.
Изучение и анализ возможностей производства и применения аль-
тернативных видов топлива показали, что наиболее перспективным
является криогенное топливо — СПГ, состоящий главным образом из
метана, и жидкий водород. Его основными особенностями являются
меньшая по сравнению с керосином плотность и низкая температура
кипения, но более высокая теплотворная способность, что обеспечи-
вает более полное превращение тепловой энергии в механическую.
Природный газ как энергоноситель в 3—5 раз дешевле топлива,
полученного из нефти, что делает его весьма конкурентоспособным.
Однако криотопливо имеет следующие недостатки: малую плот-
ность, крайне низкие температуры существования и хранения, лету-
честь, а при неумелом обращении — взрывоопасность, что изначаль-
но вызывает определенную настороженность при постановке вопроса
об их использовании и сомнение в целесообразности широкого
внедрения такого вида энергоносителей, даже несмозря на энерге-
тические, экономические и экологические преимущества Этим
в значительной мере можно объяснить многолетнее торможение ин-
вестирования и низкие темпы работ по практическому решению
задач и внедрению СПГ в промышленность и сельское хозяйство.
Жидкий водород, имеющий при атмосферном давлении темпе-
ратуру —254 °C, является уникальным энергоносителем с неограни-
ченной сырьевой природной базой. Однако ввиду того, что водород
в природе находится в химически связанном состоянии, для про-
мышленного использования его необходимо получать на специали-
зированных заводах путем гидролиза воды или конверсией природ-
ного газа и далее сжижать.
В России в связи с развитием ракетно-космической техники
и ядерной физики были успешно решены сложнейшие технические
вопросы по созданию крупных систем заправки ракет и космических
аппаратов кипящим и охлажденным (впервые в мире) жидким водо-
родом, вопросы техники безопасности и пожаровзрывопредупрежде-
ния при его использовании в промышленном масштабе, разработана
энергосберегающая технология получения газообразного водорода
из жидкого, создано необходимое оборудование для эксплуатации
жидкостных водородных систем и средства их перевозки. Однако
внедрение жидкого водорода сдерживается отсутствием его товарно-
го производства (мощность единственного завода-ожижителя в Рос-
сийской Федерации составляет всего 800 т/г.) и высокой стоимостью
8
(10...12 долл./кг). Для создания рентабельного производства жидко-
го водорода в России требуются значительные капиталовложения,
и в первую очередь в фундаментальные исследования новых мето-
дов и процессов его производства и потребления.
Перспективным альтернативным топливом представляется сжи-
женный природный газ Россия располагает мощной разветвленной
сетью газопроводов, что позволяет отбирать газ для сжижения прак-
тически в любом промышленно развитом районе, в том числе вбли-
зи крупных аэропортов. Другим возможным способом обеспечения
потребителей СПГ является его сжижение вблизи месторождений
и транспортирование в жидком виде.
Успешное развитие газовой отрасли основывается на прочной
сырьевой базе — Россия обладает более 34 % всех мировых разве-
данных запасов природного газа. Добыча газа в России в основном
осуществляется организациями ОАО «Газпром». В 2003 г. было по-
лучено 540 млрд м3 газа, а к 2020 г. планируется довести добычу до
580...590 млрд м3.
Главная ресурсная база этой отрасли — Западная Сибирь. В на-
стоящее время крупнейшие месторождения этого региона перешли
в заключительную стадию эксплуатации — добыча газа здесь сни-
жается на 20...25 млрд м3/г. Компенсацию потерь предстоит осуще-
ствить за счет разработки новых месторождений, в первую очередь
на полуострове Ямал.
Еще один из перспективных районов газодобычи в России —
арктический шельф, где первоочередным объектом является Шток-
мановское месторождение с крупнейшими запасами газа. В послед-
нее время для его освоения привлечены фирмы из Норвегии и Гер-
мании.
На востоке России сосредоточено более 25 % всех суммарных
ресурсов природного газа страны. В настоящее время ОАО «Газ-
пром» совместно с Минтопэнерго России проводит доработку про-
граммы создания в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке единой
системы добычи, транспортировки газа и газоснабжения с учетом
его возможного экспорта на рынки стран Азиатско-Тихоокеанского
региона. Основой для перспективы системы газоснабжения востока
России проектом планируется создание Центральной газопровод-
ной магистрали.
В России обеспечение промышленности, транспорта, сельскохо-
зяйственного производства и населения природным газом осуще-
ствляется через систему магистральных газопроводов. По трубопро-
водам природный газ транспортируется и на экспорт. Протяженность
распределительных трубопроводов в России достигла 565 тыс. км,
9
мощность компрессорных станций 42 млн кВт при давлении транс-
портируемого газа до 7,4 МПа, газ обрабатывается на 380 газонапол-
нительных станциях. Газификация промышленных, коммунально-
бытовых и сельскохозяйственных объектов в России за счет
трубопроводного транспортирования газа достигла почти 192 тыс. ед.
в городах и более 72 тыс. ед. в сельской местности, при этом ежегод-
но на селе вводится в действие 10... 12 тыс. км газовых трубопровод-
ных сетей |1].
Как автомобили, так и сельхозтехника постепенно переводятся на
работу на компримированном (сжатом) газе (КПГ), что позволяет
сельхозпредприятиям на 50...70 % уменьшить затраты на светлые
нефтепродукты, повысить надежность топливообеспечения техники
в 2 раза и сократить выбросы в окружающую среду в 4—5 раз [1]. Для
заправки автомобилей в различных регионах страны действуют авто-
мобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС).
Несмотря на освоение крупнейших газовых месторождений
и экспорт громадных объемов газа, Россия остается относительно
слабо газифицированной страной: большое число городских и сель-
ских населенных пунктов не газифицировано, газ не используется
там, где это очевидно выгодно.
Освоение новых газовых месторождений Восточной Сибири
и Дальнего Востока с использованием технологии транспортировки
газа потребителям по трубопроводам приведет к уничтожению мно-
гих гектаров лесов, земляных угодий, нарушению экосистемы тайги,
прокладке сотен километров труб в условиях горного рельефа, строи-
тельству десятков газоперекачивающих станций и их эксплуатации
в сложных климатических условиях и т.д. Поэтому так актуальна
проблема сжижения природного газа и его дальнейшей доставки с по-
мощью всех видов транспортных средств, включая авиацию.
Мировая газовая промышленность широко применяет технику
низких температур, которая позволяет получать СПГ в больших
количествах (при сжижении его объем уменьшается в 600 раз)
и транспортировать его на большие расстояния в первую очередь
морским флотом.
СПГ используется за рубежом как горючее в различных транс-
портных средствах (автомобили, тепловозы, морские суда, сельско-
хозяйственные машины). Находясь в емкостях в сжиженном состо-
янии, СПГ позволяет регулировать газопотребление (пиковые
нагрузки) за счет газификации* сжиженного газа. В мировой энер-
* Некоторые авторы получение газообразного продукта из жидкого при-
родного газа называют регазификацией.
10
гетике доля сжиженного природного газа постоянно растет (до 7 %
в год), а объем производства достигает 120 млрд м3/г.
Объемы производства СПГ в России незначительны, произво-
дительность небольших заводов составляет от нескольких сотен
килограммов до тонны в час. Некоторый опыт имеется в эксплуа-
тации автомобилей и тепловозов на СПГ, впервые в мире осуществ-
лены полеты авиации на этом топливе. Но сегодня Россия не рас-
полагает промышленными мощностями для производства СПГ и на
мировом рынке СПГ не представлена. Вместе с тем Россия, как
никакая другая страна, имеет развитую сеть действующих магист-
ральных газопроводов и у нее имеется уникальная возможность
решить задачу освоения СПГ как альтернативного топлива для
многих отраслей промышленности.
В середине 1950-х гг. в Советском Союзе были развернуты ра-
боты по внедрению криогенных компонентов топлива в ракетно-
космическую технику, в результате были созданы современные зап-
равочные криогенные системы и их комплектующие, позволившие
успешно создавать и эксплуатировать ракетно-космические комп-
лексы страны. Особых успехов криогенная техника добилась при
создании ракетно-космического комплекса «Энергия — Буран» [2].
Было освоено производство широкого ассортимента сосудов и ре-
зервуаров для жидких кислорода, азота, водорода с экранно-ваку-
умной и порошково-вакуумной изоляцией объемом 0,3...250 м3 в пе-
редвижном и стационарном (для крупных резервуаров) исполнении.
В 1980-х гг. были спроектированы и построены сферические резер-
вуары объемом 1440 м3, наружным диаметром 18 м с малыми поте-
рями продукта на испарение (0,1...0,3 % в сутки), в том числе для
жидкого водорода. Созданы крупные изотермические резервуары с не-
вакуумной перлитной изоляцией объемом до 5000 м3 и более.
В Российской Федерации решены вопросы транспортировки
криогенных продуктов практически на любое расстояние железно-
дорожным и автомобильным транспортом, а также по трубопрово-
дам (до 1 км). Разработаны трубопроводы для криогенных продук-
тов разных типоразмеров с внутренними диаметрами до 400 мм,
криогенная дистанционно управляемая арматура различных диамет-
ров, газовые редукторы и пневмощиты с дистанционно управляе-
мой арматурой, созданы высокоэффективные теплообменные аппа-
раты, машинное оборудование (центробежные насосы, вакуумные
насосы, эжекторные установки и др.), приборы, необходимые для
обеспечения безопасности работ с криогенными продуктами, с ди-
станционной передачей показаний на пульт управления. Разработа-
на оригинальная технология безопасной подготовки оборудования
11
систем и баков потребителей для работ со взрыво- и пожароопасны-
ми горючими материалами, в том числе с жидким водородом. Для
контроля качества подготовки оборудования к заполнению были
сконструированы автоматические однофункциональные аналоговые,
в том числе хроматографические, приборы с выдачей сигнала на ди-
станционные пульты управления. Отечественные криогенные резер-
вуары, трубопроводы, арматура, приборное обеспечение по своим теп-
ловым, массогабаритным и точностным характеристикам не уступают
зарубежным, а по некоторым параметрам превосходят их. Разрабо-
танное оборудование и опыт эксплуатации образцов криогенной
техники позволяют широко использовать их при создании эффек-
тивных установок получения СПГ и средств его эксплуатации.
В настоящее время для решения задачи получения, хранения
и обеспечения заправки СПГ в России имеется достаточная научно-
производственная и техническая база. Во многих случаях СПГ мож-
но получать вблизи от потребителей, что исключает необходимость
его перевозки. На рис. В1 представлены возможные области приме-
нения СПГ в хозяйстве страны.
Однако в Российской Федерации отсутствует промышленная
инфраструктура получения и использования СПГ, что не в послед-
нюю очередь зависит от позиции ОАО «Газпром», создавшего раз-
ветвленную сеть снабжения газом потребителей исключительно за
счет магистральных трубопроводов и продолжающего развивать
отрасль в этом направлении. Многие работы по СПГ, в том числе
выполненные по заказу ОАО «Газпром» и давшие положительные
результаты, до сих пор не внедряются и не входят в долгосрочные
планы по газификации различных отраслей хозяйства страны.
В последнее время в России несколько западных фирм заканчи-
вают строительство крупнейшего в мире завода по производству
СПГ «Сахалин-П» на базе разведанных там огромных запасов при-
родного газа в основном для его экспорта. Газ для сжижения будет
доставляться на завод как с материковых скважин, так и со стаци-
онарных морских платформ по трубопроводам.
Разработка опытных образцов отдельных видов техники, ис-
пользующих СПГ, научные исследования по этой проблеме тормо-
зятся в связи с отсутствием финансирования и относительно дли-
тельным периодом окупаемости вложенных средств (5—10 лет), хотя
для нового вида топлива и вновь создаваемой передовой и эффек-
тивной техники это не такой долгий срок.
Мировая практика показывает, что опытные образцы новой тех-
ники, как правило, создаются при поддержке правительства и фи-
нансировании из федерального бюджета.
12
Авиация
J
I
Рис. Bl. Области применения СПГ
Необходимость освоения технологии СПГ для решения многих
задач вызвана следующими причинами:
•	освоение Штокмановского и Ямальского месторождений прохо-
дит в трудных географических условиях, прокладка трубопро-
водов осуществляется по местности со сложным рельефом, что
резко увеличивает капиталовложения (стоимость прокладки 1 км
трубопровода достигает 4 млн долл., а в отдельных местах уве-
личивается до 20 млн);
•	на европейском рынке существуют трудности в распределении
дополнительных объемов полученного газа из-за недостаточной
пропускной способности транзитных трубопроводов;
•	транзит газа осуществляется через территории других стран, что
влечет за собой большие расходы денежных средств;
•	целесообразна продажа газа за океан, в США, которая может
быть обеспечена только путем его перевозки;
•	созрела необходимость применения нового более дешевого и эко-
логически более чистого моторного топлива для транспортных
средств и решения народнохозяйственных задач с существенно
большими перспективами, чем на нефтяном топливе.
Исследования и анализ показали, что, учитывая специфику раз-
вития газовой отрасли, при внедрении СПГ в экономику Россий-
ской Федерации разработки средств его получения необходимо ве-
сти в двух направлениях:
•	создание крупных заводов — производителей СПГ, размещен-
ных в районах добычи газа, в основном для его экспорта крио-
генным танкерным флотом и железнодорожным транспортом;
•	создание малых (до 1 т/ч) и средних (10 . 12 т/ч) установок для
получения СПГ, размещенных в основном в районах потребле-
ния с отводом природного газа от магистральных трубопроводов
и их ответвлений, а также с использованием газораспределитель-
ных станций (ГРС) и автомобильных газонаполнительных ком-
прессорных станций — АГНКС (для малых установок). Это све-
дет к минимуму транспортировку сжиженного газа потребителю,
в том числе железнодорожным и автомобильным транспортом,
и обеспечит страну новым альтернативным жидким топливом.
Создание средств производства СПГ должно осуществляться па-
раллельно с созданием средств его потребления (авиация, железно-
дорожный, грузовой автомобильный транспорт, сельскохозяйствен-
ные машины и др.), что позволит существенно сократить время
внедрения этого вида топлива в хозяйство страны
1.	Физико-химические свойства
сжиженного природного газа
Природный газ и сжиженный природный газ являются разными
физическими состояниями многокомпонентной смеси углеводоро-
дов и примесей, основным компонентом которой является метан.
Природный газ при нормальных условиях — это легкий бес-
цветный горючий газ без запаха. Концентрационные пределы взры-
ваемости смесей природного газа с воздухом 5.15% об. (по метану).
Состояние природного газа в виде СПГ обеспечивает возмож-
ность его транспортировки, а также использования в качестве горю-
чего с минимальным объемом. Физико-химические свойства СПГ
определяются его компонентным составом. Поскольку в СПГ со-
держится до 98 % метана (СН4), его термодинамические свойства
близки к показателям чистого метана.
Ниже приводятся свойства метана при давлении 0,1013 МПа
и температуре 0 °C
Молекулярная масса, кг/моль....................16,03
Температура фазовых переходов, К:
кипения......................................111,7
плавления.....................................90,7
Критическая температура, К.......................191,06
Критическое давление, МПа (при Т= 20 °C).........4,3
Плотность, кг/м3:
жидкости.....................................424,5
газа (при Т = 20 °C)..........................0,667
Теплота испарения, Дж/г..........................509,54
Теплота плавления, Дж/г..........................58,6
Теплоемкость, Дж/г:
жидкости......................................3,45
газа..........................................2,22
Динамическая вязкость насыщенной жидкости,
мкПа-с.........................................102,8
Скорость звука в жидкости, м/с...................1430
15
Калориметрическая температура горения, К ..	2316
Пределы горения в воздухе, % об..................5—15
Температура самовоспламенения, К.................815
Пределы взрываемости, % об.......................4,5-16
Основные показатели СПГ для применения в двигателях внут-
реннего сгорания отличаются от требований к составу СПГ как
ракетному топливу, что должно учитываться при его производстве.
Основные показатели СПГ по ТУ 51-ОЗ-ОЗ-О5 [3] «Газ горючий,
природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сго-
рания» следующие:
Объемная доля, %:
метана..................................92+6
этана.................................. 4±3
пропана и более тяжелых углеводородов..2,5±2,5
азота..................................1,5± 1,5
Низшая теплота сгорания, мДж/м3 (при 0 'С
и 101, 325 кПа).........................35,2
Массовая доля сероводорода и меркаптановой
серы, %...................................не более 0,005
По физико-химическим показателям СПГ как ракетное горючее
должен соответствовать следующим нормам по ТУ 021 00480689-96 [4]
«Газ горючий, природный сжиженный. Топливо для ракетной техники»:
Объемная доля, %:
метана.....................................96,0+2,0
этана, пропана.........................2,820±2,0
бутан-гексана..........................не более	0,036
гептан-декана..........................не более	0,001
непредельных и циклических
углеводородов..........................не	более	0,001
азота..................................не	более	1,130
диоксида углерода......................не	более	0,011
сероводорода и серосодержащих
(меркаптаны)...........................не	более	0,001
Массовая концентрация водяных паров при
температуре —60 °C (точка росы по влаге)
и давлении 0,1 МПа, г/м3..................не более 0,0079
Содержание твердых примесей, г/м3......... не более 0,001
СПГ — низкотемпературная жидкость, которая при попадании
на незащищенные участки тела человека испаряется и вызывает об-
морожение кожи. Холодные пары СПГ с температурой ниже 150 К
16
тяжелее воздуха, при утечке, проливах он испаряется; предельно до-
пустимая концентрация (ПДК) паров СПГ и «теплого» природного
газа в воздухе рабочей зоны равна 300 мг/м3, для жилых массивов —
5 мг/м3. Природный газ относится к 4-му классу опасности |5]
На характеристики СПГ существенное влияние оказывают раз-
личные примеси, данные о влиянии которых на свойства СПГ при-
ведены в гл. 7.
Плотность жидкого метана (р) зависит от температуры (Т) и дав-
ления (р) (см. табл. 1.1, 1.2) |6, 7].
Таблица 1. /. Плотность жидкого метана в зависимости от температуры
и давления, кг/м3
т.к	р, МПа					
	0,1	1	2	3	4	5
100	438,24	439,02	439,87	440,70	441,51	442,30
110	421,44	425,32	426,30	427,26	428,20	429,11
120	408,0	410,68	411,84	412,97	414,07	415,15
7, К	р, МПа					
	10	15	20	30	40	50
100	446,07	449,53	452.75	458,63	—	—
110	433,43	437,38	441,03	447,65	453,59	459,02
120	420,15	424,66	428,80	436,21	442,78	448,03
Таблица 1.2. Плотность метана на линии насыщения*, кг/м3
Т, К	Рж	Р,	т, К	Рж	Р,	Т, К	Р,	Р,
92	451,5	0,292	128	399,8	5,319	164	329,4	29,788
94	448,6	0,363	130	396,6	5,949	166	323,9	32,489
96	445,8	0,448	132	393,3	6,664	168	318,3	35,411
98	443,1	0,548	134	390,0	7,740	170	312,3	38,565
100	440,3	0,666	136	386,1	8,217	172	305,6	42,017
102	437,6	0,804	138	383,3	9,091	174	298,5	45,872
104	434,9	0,963	140	379,7	10,029	176	290,5	49,879
106	432,3	1,147	142	376,4	11,033	178	281,7	54,318
108	429,4	1,355	144	373,1	12,112	180	271,8	59,137
НО	426,4	1,590	146	368,9	13,303	182	260,7	64,977
112	423,5	1,857	148	364,9	14,624	184	247,5	72,046
114	420,7	2,155	150	361,0	16,069	186	231,6	81,169
116	417,8	2,488	152	357,0	17,609	187	222,5	88,169
118	415,1	2,858	154	352,8	19,231	188	212,3	94,429
120	412,0	3,295	156	348,6	20,995	189	199,5	103,89
122	408,9	3,708	158	343,9	22,925	190	182,0	120,87
17
Продолжение таблицы 1.2.
г, к	Рж	р.	Т. к	Р»	Р,	Т, К	рж	Р,
124	406,0	4,196	160	339,3	25,025	190,55	162,3	162,30
126	403,1	4,433	162	344,4	27,308			
* Р	ж — плотность жидкости; рг -			- плотность газа; Т		- температура.		
Плотность СП Г определяется как экспериментально, так и с ис-
пользованием расчетных методик, основанных на уравнениях со-
стояния смесей углеводородов, применяемых после установления
компонентного состава СПГ:
Г=1 '	'
Рем = 7--=-----— ’
Км
где рсм — плотность СПГ при заданной температуре, кг/м3; х. —
мольная доля z-ro компонента; Л/. — молекулярная масса z-ro ком-
понента; V. — мольный объем z-ro компонента при заданной темпе-
ратуре, м3/кмоль; Км — объем смеси, м3/кмоль.
Зависимость теплотворной способности СПГ от плотности при-
ведена на рис. 1.1.
Теплотворная способность, кДж/Н-м1
Рис. 1.1. Теплотворная способность СПГ в зависимости от плотности
Таблица 1.3. Хладоресурс компонентов СПГ
Углеводород	ДЯж, кДж/кг	ЛЯ“", кДж/кг	ДЯ кДж/кг
Метан	67	578	2043
Пропан	230	655	1708
н-Бутан	267	680	1668
18
Таблица 1.4. Физические свойства основных компонентов природного газа
Хладоресурс, величина которого складывается из теплоты пере-
хода топлива из одного агрегатного состояния в другое и теплоты
нагрева его до определенной температуры, характеризует потенци-
альные возможности продукта поглощать тепло при использовании
его в качестве хладагента. Хладоресурс компонентов СПГ приведен
в табл. 1.3, где ДЯж — приращение энтальпии при изменении тем-
пературы плавления до температуры кипения Гкип; ДЯ^"" — изме-
нение энтальпии при изменении температуры от состояния плав-
ления до состояния кипения; ДЯ^00— изменение энтальпии
в указанном температурном диапазоне.
В связи с тем, что природный газ является многокомпонентным
газом, целесообразно привести физические свойства его основных
компонентов (табл. 1.4).
2.	Состояние и тенденции развития
мировой промышленности производства
и использования сжиженного природного газа*
Последние годы ознаменовались возросшим значением в миро-
вой энергетике природного газа благодаря его энергетическим и эко-
логическим свойствам. Доля применения природного газа в миро-
вой энергетике достигла одной трети. Согласно оценке, мировые
резервы природного газа достигают 400 трлн м3, в том числе дока-
занные — 170 трлн м3. На долю России приходится 28 % мировых
запасов газа.
Сжиженный природный газ прочно занял свое место в мировой
торговле энергоносителями. В 2000 г. мировой экспорт СПГ соста-
вил 120... 130 млрд м3, согласно прогнозам в 2010 г. он составит
185. .210 млрд м3.
2.1.	Производство СПГ
Для получения СПГ в мировой газовой промышленности все
в больших масштабах применяется техника низких температур.
Одной из главных причин постоянно возрастающего произ-
водства СПГ за рубежом является тот факт, что основные потреби-
тели газового топлива оказались оторванными от мест добычи газа.
Исключением являются только США, имеющие значительные за-
пасы газа, но и они не полностью удовлетворяют свои потребности
за счет собственных месторождений, и газ в большом количестве
закупается за границей.
Для транспортировки газа к потребителю по морю на сравни-
тельно небольшие расстояния применяются газопроводы, проложен-
ные по дну моря, например по дну Северного моря, Транссредизем-
номорский газопровод из Алжира в Италию и др. На большие
расстояния газ перевозится на специальных судах (метановозах)
* При написании главы были использованы материалы ООО «ВНИИгаз».
21
в сжиженном состоянии при температуре —162 °C и атмосферном
давлении, что оказывается экономически более целесообразным.
Для такого способа добычи, сжижения и перевозки газа требу-
ется целый комплекс последовательно связанных технических
средств, образующих единую технологическую цепочку: газодобы-
вающие скважины, газосборная сеть, газопроводы, соединяющие
месторождения газа с берегом моря, заводы по сжижению газа, рас-
положенные на берегу моря, криогенные суда-метановозы для пере-
возки сжиженного газа и станции для его приема в стране-импор-
тере, заводы по газификации сжиженного газа.
Наиболее сложным и дорогостоящим звеном в этой цепочке
является завод по сжижению газа. В промышленном масштабе сжи-
жение природного газа впервые было осуществлено в США в райо-
не г. Кливленда для покрытия «пиковых» нагрузок газопотребле-
ния в зимнее время [1] производительностью 6 т/сут, а первый
завод по сжижению газа был построен в 1964 г. в Алжире в про-
мышленном районе г. Арзев при участии французского и англий-
ского капитала. К этому времени там было открыто второе в мире
по величине газовое месторождение, которое соединялось с портом
Арзев газопроводом длиной 500 км. Первоначальная производи-
тельность завода составляла 1 млрд м3 СПГ в год, а через год она
была доведена до 1,5 млрд м3. СПГ с этого завода поставляется
в Англию (станция приема в Канвей-Айсланде) и во Францию
(станция приема в Гавре).
С этого момента началось строительство газосжижающих заво-
дов в различных районах мира. Были построены заводы в Ливии
(1969), на Аляске (1969), в Брунее (1972), Алжире (второй завод
в 1973 г.), Абу-Даби (1976), Индонезии (1977) и в других странах.
Существующие мощности этих заводов в 1998 г. позволяли сжи-
жать более 133 млрд м3 газа в год.
Возникла новая отрасль промышленности — производство сжи-
женного природного газа, объем мировой торговли которого из года
в год возрастает и в среднем составляет 6,6 % в год, в то время как
добыча газа увеличивается только на 2,2 %.
Крупномасштабное производство СПГ в основном сосредоточено
на севере Африки (Алжир, Ливия), в Индонезии, Малайзии, Персид-
ском заливе, Австралии. На рис. 2.1 показано расположение действу-
ющих заводов по сжижению природного газа. Сейчас они есть уже
в 12 странах мира и, согласно прогнозам, к 2015 г. их мощности дол-
жны увеличиться в 2 раза. В Латинской Америке проекты заводов
по получению СПГ для отправки его на экспорт разрабатываются
в Перу и Венесуэле, в Африке — в Египте, Анголе, экваториальной
22
Рис. 2.1. Действующие газосжижающие заводы
Гвинее, на Ближнем Востоке — в Иране и Йемене. Норвегия увели-
чивает добычу газа и его сжижение с шельфа Баренцева моря. Глав-
ными потребителями СПГ являются Япония, Южная Корея, Фран-
ция, Испания, Бельгия. Поставки СПГ осуществляются на основе
долгосрочных контрактов, заключаемых, как правило, на срок, не
менее чем 20 лет. В настоящее время из общего количества экспорт-
ного газа 60 % в виде СПГ поставляется в Японию, Южную Корею
и на Тайвань; в США в виде СПГ поставляется 8 % газа, в Европу —
25 % (в Испанию — 9 %, во Францию — 6, в Италию — 3 %).
По прогнозам Международного агентства по энергетике, экс-
порт СПГ в Европу к 2030 г. увеличится в 6 раз, а его потребление —
на 80 %, доля СПГ в общем газопотреблении в Европе возрастет до
27 % (в настоящее время — 8 %).
Для перевозки СПГ используются специальные танкеры с крио-
генными резервуарами. На конец 1998 г. в мире эксплуатировалось
108 танкеров-метановозов общим геометрическим объемом (общий
объем, умноженный на коэффициент заполнения) 11 750 тыс. м3,
в том числе 15 малого объема (20. .50 тыс. м’), 15 среднего объема (до
100 тыс. м3) и 78 крупных танкеров (до 137 тыс. м3). В 2008 г. их
количество возросло до 170, а к 2010 г. прогнозируется рост до
250.. 300 единиц.
На сегодняшний день в мире существует 38 терминалов приема
СПГ, в стадии строительства и проектирования находятся еще 11 тер-
миналов.
Как уже отмечалось, наиболее сложным и дорогостоящим зве-
ном в цепочке обеспечения потребителя СПГ являются газосжижа-
ющие заводы. Построенные в разных странах в разное время, они
существенно отличаются друг от друга по типу технологического
процесса, количеству технологических линий, размеру производ-
ственной мощности, емкости резервуарного парка. Так, на заводе
в Кенае (Аляска) всего одна технологическая линия, а в Арзеве (Ал-
жир) — девять; производственная мощность соответственно колеб-
лется от 1,6 до 15,5 млрд м3 в год. При сжижении природного газа
пропан и бутан отделяют и в состав СПГ входит в основном жидкий
метан.
На газосжижающих заводах находят применение три различных
поколения технологических процессов. Первое, получившее назва-
ние «классический каскад», применяется на заводах в Арзеве (Ал-
жир) и Кенае (Аляска). Здесь каждая технологическая линия вклю-
чает в себя три независимых цикла охлаждения газа, расположенных
последовательно (каскадом). В качестве охлаждающего агента ис-
пользуются: в первом цикле — пропан, позволяющий достигнуть
24
температуры —35 °C, во втором— этилен, обеспечивающий охлажде-
ние до —100 °C, и в третьем — метан, что дает возможность снизить
температуру газа до —160 °C.
Второе поколение технологических процессов, получившее на-
звание «совмещенный каскад», применяется на заводах в Марса Эль
Брега (Ливия). Здесь используется один холодильный агент и один
компрессорный агрегат.
Третье поколение процессов сжижения газа, получившее назва-
ние «совмещенный каскад с предварительным охлаждением», рабо-
тает на втором заводе в Арзеве (Алжир) и на других заводах, пост-
роенных в последние годы в различных районах мира. Этот процесс
обличается от предыдущего тем, что для повышения эффективности
вначале добавляется цикл предварительного охлаждения (пропано-
вый цикл).
Следует отметить, что совмещенный каскад имеет существенное
преимущество перед классическим. Технологический процесс с еди-
ной охлаждающей жидкостью дает возможность перейти от центро-
бежных к высокопроизводительным аксиальным компрессорам,
сократить их число, уменьшить количество теплообменников и хо-
лодильников, упростить линии трубопроводов и систему хранения
охлаждающей жидкости, сократить территорию, занимаемую тех-
нологическими линиями, снизить капитальные затраты примерно
на 20 %. Более подробно технологические схемы установок (заво-
дов) по сжижению ПГ описаны в разделе 5.2.
Сжиженный газ направляется в крупные цилиндрические резер-
вуары с двойными стенками, между которыми находится теплоизо-
ляционный материал. В зависимости от мощности завода и условий
отгрузки газа общая емкость резервуарного парка колеблется от 72
до 508 тыс. м3. Подробно резервуары для хранения СПГ описаны
в разделе 8.1.
Перспективы развития промышленности СПГ, т. е. его получе-
ние, хранение и перевозка, достаточно благоприятны в связи с рас-
ширением существующих и появлением новых рынков сбыта, а так-
же с тенденцией к существенному увеличению доли природного
газа в производстве электроэнергии и использовании в качестве
моторного топлива из-за ужесточения экологических требований,
дефицита и дороговизны нефти.
По оценке французского центра CEDIGAZ, к 2015 г. мировое
производство СПГ достигнет 186...260 млрд м3. Потребности в СПГ
стран-импортеров и прогноз на 2010 г. приведены в табл. 2.1, а пе-
речень новых проектов заводов по его производству представлен
в табл. 2.2.
25
Таблица 2.1. Потребности в СПГ и объемы его импорта, млрд м3,
по регионам и странам-импортерам
Регионы и страны- импортеры	Потребности, млрд м3									
	1995 г.	1996 г.	1997 г.	1998 г.	2000 г.		2005 г		2010 г. (прогноз)	
					min	max	min	max	min	max
СЕВЕРНАЯ	0,5	1,1	2,2	2,4	2	5	4	5	5	10
АМЕРИКА США	0,5	1,1	2,2	2,4	2	5	4	5	5	10
ЮЖНАЯ АМЕРИКА	0	0	0	0	0	0	0	5	5	10
Бразилия	0	0	0	0	0	0	0	5	5	10
ЕВРОПА	21,0	21,0	25,0	25,6	29	32	37	50	37	57
Бельгия	4,9	4,0	4,6	4,3	4	5	4	5	4	5
Франция	8,0	7,5	9,3	9,8	10	11	10	11	10	11
Испания	6,9	7,0	6,3	5,9	6	7	10	17	10	17
Италия	0,1	0	1,9	2,0	3	4	5	6	5	6
Турция	1,2	2,5	3,0	3,6	4	5	5	10	5	16
Греция	0	0	0	0	0,7	1	0,7	1	0,7	1
Португалия	0	0	0	0	0	0,2	1,3	1,4	1,3	1,4
БЛИЖНИЙ ВОСТОК	0	0	0	0	0	0	0	3	0	3
Иордания	0	0	0	0	0	0	0	3	0	3
АЗИЯ/ ОКЕАНИЯ	70,8	78,4	83,8	85,2	91	98	100	145	139	181
Япония	57,9	61,9	63,8	66,2	70	73	76	82	81	94
Южная Корея	9,5	13,0	15,7	14,3	15	17	19	27	23	34
Тайвань	3,3	3,5	4,4	4,7	6	8	11	12	12	16
Индия	0	0	0	0	0	0	5	16	16	20
Китай	0	0	0	0	0	0	0	7	7	15
Другие	0	0	0	0	0	0	0	0	0	3
ВСЕГО	923	100,5	111,1	113,2	122	134	152	207	186	260
Существующие	92,3	100,5	111,1	113,2	122,0	134	147	177	158	211
объемы импорта Новые объемы	0	0	0	0	0	0	5	31	28	60
АТЛАНТИ-	21,6	22,1	27,3	28,1	31	37	41	60	47	77
ВЕСКАЯ ТОРГОВЛЯ Существующие	21,6	22,1	27,3	28,1	31	37	41	55	42	67
объемы импорта Новые объемы	0	0	0	0	0	0	0	5	5	10
ТИХООКЕАН-	70,8	78,4	83,8	85,2	91	98	111	147	139	184
СКАЯ ТОР- ГОВЛЯ Существующие	70,8	78,4	83,8	85,2	91	98	106	122	116	144
объемы импорта Новые объемы	0	0	0	0	0	0	5	26	23	40
26
Таблица 2.2. Новые заводы по сжижению природного газа, в том числе
находящиеся в стадии проектирования и строительства
Страна (завод)	Год ввода	Число линий	Производи- тельность, млн т/г	Регионы и страны-потребители
Расширение Индонезия (Ботнанг, линия Н)	2000	1	3	Тайвань, Южная Корея
Новые заводы Нигерия (Bonny Island)	1999	2	5,8	Европа
Катар (Ras LafTan)	1999/:	2	6,6	Южная Корея, Азия
Оман (Oman LNG)	2000	2	6,6	Южная Корея, Азия
Тринидад (Atlantic LNG)	1999	1	3	США, Испания
Возможно расширение Австралия (шельф)	2003	2	7,6	Азия (Япония, Китай)
Индонезия (Ботанг, линии I, J)	2000	2	6	Азия
Нигерия (расширение 3-й линии)	2002	1	2,9	Европа
Малайзия (Тига, MLNG III)	2001	2/3	6,8/10,2*	Азия
Катар (расширение Ras LafTan)	2000	2	5	Азия, Индия
Тринидад (расширение 2-й линии)	2001	1	3	Испания, Бразилия
Потенциальные проекты Австралия (ESSO/BHP)			5	Азия
Австралия Wothnell Bay (Gorgon)		2	6,8	Азия
Австралия (BHP/Phillips)		7	7	Азия
Австралия (Woodside/Shell)		2	7,5	Азия
Аляска (Port Valdez)		4	8/14*	Тайвань, Южная Корея
Канала (Pac-Rim)			4	Южная Корея
Египет	2002/3	1	3	Турция, Италия, Испания
Индонезия (Natuna)			5	Азия
Индонезия (Tangguh)			5	Азия
Иран			5	Европа
Нигерия (расширение 4-й		1/2	2,9/5,8*	Европа
и 5-й линий) Норвегия (Snohvit LNG)		f	7	Европа, США
Папуа Новая Гвинея (Hides)		1	4	Южная Корея, Китай
Россия (о. Сахалин)		2/3	6/10*	Китай, Япония, Южная Корея
Тринидад (расширение 3-й линии)		1	3	Испания, Бразилия
Венесуэла (Sucre Gas)			6	Европа, США
Йемен	2002	2	5	Азия, Европа
* Производительность каждой из линий, если их несколько.				
27
Один из наиболее перспективных рынков СПГ в мире — США,
которые в настоящее время одновременно являются и импортером,
и экспортером. Газ импортируется из Тринидада и Тобаго, Ближне-
го Востока, Австралии и Малайзии, а экспортируется из Аляски, где
добывается и сжижается. В 2003 г. за один только год импорт СПГ
в США увеличился более чем в 2 раза (до 26 млрд м3). К 2010 г. этот
показатель должен выйти на уровень 100 млрд м3/г.
К 2004 I. в США существовало 4 терминала по приему СПГ,
суммарная мощность которых составляла 40млрдм3/г., планируется
строительство еще 10 терминалов на западном и восточном побере-
жье общей мощностью около 140 млрд м3/г. [1].
Капитальные вложения в строительство заводов и эксплуатаци-
онные затраты в существенной мере зависят от их расположения,
состава сырьевого газа, наличия местной рабочей силы, условий на-
логообложения, стоимости добычи и транспортировки газа до заво-
да и т. д.
В табл 2 3 представлены данные о стоимости строительства за-
водов, построенных до 1980 г., которые свидетельствуют, что в то
время удельная стоимость (в расчете на тонну продукта) постройки
таких заводов составляла от 153 до 419 долл.
Таблица 2.3. Стоимость строительства заводов по получению СПГ до 1980 г.
Место строительства	Производитель- ность завода, млрд м3	Год	Стоимость в момент оценки, млн долл.	Стоимость в ценах 1981 г., млн долл.	Удельная стоимость, долл./т СПГ
Аляска	1,6	1965	60	272	238
Алжир	2	1962	102	598	419
Ливия	3,9	1970	285	813	292
Абу Даби	4,5	1976	530	854	266
Индонезия	5,5	1976	720	1160	295
Бруней	7,7	1970	294	839	153
Алжир	8,2	1968	867	1477	252
Алжир	16,5	1977	1270	1859	248
Алжир	10,5	1977	1518	2222	296
Индонезия	12	1977	1500	2196	256
Алжир	15,5	1979	2060	2420	219
В табл. 2.4 представлены данные о стоимости строительства за-
водов по производству СПГ в 1990—2000-х гг. По оценкам запад-
ных специалистов, капитальные затраты на строительство завода СПГ
производительностью более 20 млн т/г., включая отгрузочный тер-
минал, оцениваются в 7000—7500 млн долл., т. е. удельные затраты
28
составят 330...350 долл, на тонну продукта. Предполагаемое распо-
ложение этих заводов представлено на рис. 2.2.
По-видимому, в дальнейшем будет происходить постепенное
снижение капитальных затрат на строительство крупных заводов по
производству СПГ и соответственно снижение удельных затрат на
единицу продукта.
Таблица 2.4. Стоимость новых заводов СПГ в 1990—2000-х гг.
Место строительства	Г од ввода	Производительность, млн т/г	Капитало- вложения, млн долл.	Удельные капи- таловложения, долл./т СПГ
Тринидад	1999	3,0	600	200
и Тобаго				
Катар	2000	6,6	3000	455
Австралия	2003	7,6	3050	401
Канада	2001	4,0	1000	250
Анализ приведенных данных показывает, что в зависимости от
региона пена СПГ существенно различается и в первую очередь
зависит от цены сырьевого газа и технологии производства По по-
следним данным, стоимость СПГ в США составляет 253 долл ./тыс. м3,
в Китае — 163 долл./тыс. м3, в Индии — 122 долл./тыс. м3, в странах
Евросоюза — 155 долл./тыс. м3, в Японии — 175 долл./тыс. м3.
Интерес представляют установки для получения СПГ средней
и малой производительности. Для его эффективного использования
за рубежом созданы передвижные установки, которые компонуются
на платформах (это не исключает стационарного размещения обору-
дования), что позволяет легко перемещать их различными видами
транспорта. Они предназначены прежде всего для работы непо-
средственно у малотоннажных скважин. Число платформ может ко-
лебаться от 2 до 6 шт. в зависимости от потребностей.
Ниже приведены производительность и ориентировочные цены
(по данным ОАО «Управляющая энергетическая компания») уста-
новок для получения СПГ фирмы «Криопак» (США—Канада):
Производительность установки, кг/ч
350	700	1200	2000	2500	4000	7500	20000
Стоимость оборудования, млн долл.
2,8	3,96	5,9	7,6	8,2	10,3	16,7	49,0
За короткий срок фирма Linde (Германия) поставила и ввела
в эксплуатацию установки средней и малой производительности для
получения СПГ в США (табл. 2.5).
29
Рис. 2.2. Планируемое расположение заводов по производству СПГ
Таблица 2.5. Некоторые из ожижителей природного газа, созданные фирмой
Linde и введенные в эксплуатацию в США
Заказчик	Размещение	Производи- тельность, т/ч	Цикл сжижения природного газа	Ввод в эксплуа- тацию год
Public Service Company	шт. Индиана, Ла-порт	8,8	Однопоточный каскадный цикл	1981
Metropolitan Utility Dist	шт. Небраска, Омаха	4,8	Азотно-метановый цикл с детандером	1975
Intermountan Gas Co.	шт. Айдахо, Бойси	3,2	Азотно-метановый цикл с детандером	1974
Long Island Lighting Comp.	шт. Нью-Йорк, о. Лонг-Айленд	2,4	Однопоточный каскадный цикл	1972
Delmarva Power and Light Co.	шт. Делавэр, Вилминггон	1,416	Азотный цикл с детандером	1972
Tennessee Gas Transmission Co.	Хопкинтон	14,8	Каскадный цикл	—
San Diego Gas and Electtic Co.	шт. Калифорния, Чула Виста г/Нью-Йорк	1,59	Детандерный цикл	—
Brooklyn Union Gas Co.		4,59	Детандерный цикл	—
Фирмой Linde также создана установка для получения СПГ с по-
мощью азота, извлекаемого с помощью воздухоразделительной ус-
тановки (ВРУ); производительность завода 720 кг/ч.
2.2.	Использование СПГ
Уникальные физико-химические свойства СПГ, громадные раз-
веданные запасы исходного сырья — природного газа, развитая сеть
магистральных газопроводов в передовых странах мира и возмож-
ность межконтинентальных перевозок, а также сравнительно невы-
сокая цена и значительные экологические преимущества в сравне-
нии с традиционными видами топлива делают СПГ универсальным
энергоносителем XXI в., а проблему его широкого производства
и использования — одной из приоритетных задач развития мировой
экономики.
Основными потребителями СПГ как энергоносителя являются
промышленно развитые страны мира — США, Франция, Германия,
Япония, Великобритания, Южная Корея. Все большее применение
сжиженный газ находит в таких странах, как Китай и Индия.
Первая попытка использования СПГ для удовлетворения «пи-
кового» газопотребления была предпринята в 1939 г. в США, где
31
построили установку производительностью 6 т/сут, а в 1940 г.
в г. Кливленде была построена установка производительностью
12т/ч с тремя резервуарами общей емкостью 0,47 млн м3. После
взрыва построенного здесь же, но позже, четвертого резервуара ем-
костью 2,83 млн м3 работы в этом направлении были возобновлены
лишь в 1965 г. Теперь в США на долю СПГ приходится более 13 %
общего объема газа, поставляемого потребителю в период «пико-
вых» нагрузок потребления.
По последним данным, в США, Канаде, странах Западной Евро-
пы, Австралии эксплуатируется 75 комплексов с установками для
сжижения газа относительно небольшой производительности (до
20т/ч) с хранилищами и приспособлениями для газификации СПГ,
а также 78 комплексов, не имеющих установок для сжижения газа, —
так называемых сателлитных, с доставкой СПГ с других установок.
Особенностью комплексов по производству, хранению и гази-
фикации СПГ для покрытия пиковых нагрузок газопотребления
является их небольшая производительность по сжижению, большие
объемы хранилищ СПГ и большая производительность по газифи-
кации. Это связано с тем, что природный газ на таких установках
сжижается в период минимального спроса — летом, а газифициру-
ется и подается в газопроводную сеть зимой, в особо холодный
период, который составляет 20—30 дней в году.
Также СПГ используется в различных отраслях промышленно-
сти, транспорта и сельского хозяйства. За рубежом накоплен значи-
тельный опыт в проектировании, изготовлении и эксплуатации ав-
томобилей и судов на СПГ.
Особенно широко и интенсивно развивается автомобильная тех-
ника на СПГ в США. Фирма Macks в сотрудничестве с фирмой
Waste Management Inc. уже в течение 20 лет занимается производ-
ством двигателей на СПГ [8].
На СПГ создан седельный тягач Mack CY/LNG, который явля-
ется самым экологически чистым грузовым автомобилем с запасом
хода свыше 1000 км. Фирма General Motors подготовила к серийно-
му производству легковой автомобиль EV1 с двигателем ЕСОТЕС
с турбонаддувом, работающий на СПГ.
Перевод автомобилей и других транспортных средств на СПГ
заключается в установке топливного криогенного бака с наполни-
тельной, расходной, контрольно-предохранительной арматурой и ис-
парительной аппаратурой.
В настоящее время в США на СПГ переведено до 25 % муници-
пального автотранспорта, работает более 600 карьерных самосвалов,
а также автобусы и автопогрузчики. В США внедрением СПГ в ав-
32
тотранспорт занимаются ведущие автомобильные фирмы — General
Motors, Ford, Chrysler.
По данным фирмы Ford, мощность автомобильного двигателя,
работающего на СПГ, после 55 тыс. миль пробега была на 10 % выше,
чем у аналогичного, работающего на бензине, а содержание окиси
углерода в выхлопных газах двигателя в 5 раз ниже (соответственно
0,21 и 1,2%). Аналогичные результаты были получены и другими
фирмами.
Заправка автомобилей осуществляется на многочисленных крио-
генных автозаправочных станциях Особенно широкая их сеть со-
здана на юго-западе США — в штатах Калифорния, Аризона, Коло-
радо, Техас, Пенсильвания. Созданы и успешно развиваются фирмы
по производству комплектующих, в том числе криогенного обору-
дования, по обслуживанию таких автомобилей. Например, фирма
Kaiser Brencar обслуживает свыше 1500 автомобилей на криогенном
топливе и выпускает криогенные баки объемом от 70 до 500 л под
давлением 0,15 МПа.
В Германии проблемами использования СПГ в автотранспорте
занимаются такие известные фирмы, как Linde, MAN, Daimler-Benz.
Так, опытные образцы Автобусов на СПГ и систем для их заправки
созданы еще в 1972 г. фирмами Daimler-Benz и Linde и успешно
эксплуатируются в течение ряда лет. Фирмами Mercedes-Benz
и Messer разработаны мусоровозы на СПГ. Только во Франкфурте
эксплуатируется порядка 80 таких машин.
В табл. 2.6 приведены некоторые эксплуатационные характери-
стики зарубежных автомобилей, работающих на СПГ [9].
В 1999 г. появился новый тип автомобиля на СПГ — рефрижера-
тор, построенный на шасси MAN F2000, — плод совместного труда
сразу пяти компаний — MAN, Schmitz, Messer Griesheim, Frigobloc
и Thyssengas (рис. 2.3). В его 300-литровый топливный бак с вакуум-
ной изоляцией СПГ заливают при давлении 6 атм.
Рефрижератор построен на базе грузовика MAN Nutzfahrzeuge
AG с мощностью двигателя 170 кВт и массой в снаряженном состо-
янии 18 т. Он оборудован топливной системой, в состав которой
входит криогенный бак весом 240 кг на 280 л СПГ с рабочим дав-
лением 5,3 бар, имеет теплообменник и холодильную установку для
распыления СПГ в кузове рефрижератора.
На одной заправке такой рефрижератор проходит примерно
350...400 км. Холодильник машины работает на этом же топливе —
хладагенте. Холодильная установка устроена так, что энергию ей
отдает сжиженный газ — на пути от бака к двигателю он проходит
через специальный теплообменник, где газифицируется.
2—11
33
Таблица 2.6. Технико-эксплуатационные характеристики автомобилей, работающих на СПГ
S *	Запас хода, км	350 350 300 300 400 590 400
Криогенные топливные б	S н 1	X	X «	S	«3	4	S	= ю	2	о	-	S	х о	8	«	«	=	X £ х *3-6-0 к	и	ю	п	С ~	О	у	С	О	га * и О.	X	1 х 260 х 0,86 4 x 328 x 0.86 2х 164x0,86 1 х 120x0,9 1 х 72 х 0,95 1 х 165 1 х 60
	Максимальная мощность, кВт/ частота вращения, мин 1	117,6/2500 126,5/2200 74,6/3000 88,2/3000 91,9/2300
5 f-	Рабочий объем, л/степень сжатия	7,252/12 11,045/11 5,675/10,5 -/12 2,300/14 6,56/18 1,481/9
S га	Диаметр, ММ X ход поршня, мм	108 х 132 125 х 150 97 х 180 96x79 120х 145 77 х 79,5
	Тип	i Э £ «	«	«	« О s в I	~ Л	~	Л з	§ §-	з	S	т	з	°	s	-	"	° &	g	е	Ё	Е о	®	сх	с	°	©	нга^^сзЕнга* 5	а	5	_	х	*	*	sSx^txSfcx -А	О	К	н	fl,	ГО	К	fY	X	S £	«	“	5	§	£	(2 S	Н	5	t	&	£	8-	8	f	К	g-	g	S. rl га О	о	и	о 1- СХ	ЕГ	ST	Т
Полная масса, т /	доп. масса газового обору- дования, кг	16/180 16/130 11/142 10 2/36 10,2/115 1,438/51
Пассажи- оовмес-	тимость, чел./ грузо- подъем- ность, кг	113 113 -/5640 40 5 (включая водителя) -/5000 5
Модель автомобиля.	год выпуска	яс ©	-	5 ° S	t- Р £ о	>. 5	|	2 gg	g = о u В_	>g	°-2 A	© 2 5» S x	r~-	2	e	n	ю	«	зх	°	2 ’’Г	^	©	S i	|	5	g	“	8	2	4.	«	| g;	«	e	’	2 P io	о	"5?п5Я	-	2	« ч	- - о	3	g:	О Р	§	s	s	Е	ч=	s	о х	а	".	<о	s ° 32 § §е 1 § s о § §о11 i g	5	ой	t	8.1	е	е	& о	1-	!	5 о к	о	о	гСХ	О	га	£	О	сх 5	С	—	га Nd	КО	I—। 1—t S	сз X 1—f 2	«	га
Фирма- изготовитель.	страна	5	< '	” *	- s R	х =	О =	Е а и	X 5 2	2	й g -о	Л S i£	ие £
Рис. 2.3. Рефрижератор на СПГ
Время поддержания температуры —12 °C в кузове при неработа-
ющем двигателе 22 ч, а длительность работы системы термостатиро-
вания кузова при температуре —20 °C — не менее 65 ч.
Эксплуатация этих рефрижераторов показала, что по сравнению
с холодильной машиной применение СПГ для охлаждения продук-
тов позволило уменьшит^ расход топлива на 11 %, а при замене
холодильной установки с приводом 17 кВт на СПГ — сэкономить
15 л дизтоплива на 100 км пробега.
Во Франции внедрением СПГ в грузовой автотранспорт активно
занимаются фирмы Renault, «Эйр-Ликид», Gas de France. В Париже
эксплуатируется автобус на СПГ, представленный на рис. 2.4. Крио-
генный бак вместимостью 72 л фирмы Kaiser Brencar, показанный
на рис. 2.5, обеспечивает стандартному легковому автомобилю запас
Рис. 2.4. Автобус, использующий
СПГ, на улицах Парижа
Рис. 2.5. Бак СПГ на
автомобиле Renault-16
35
хода в 290 км. Продолжительность бездренажного хранения топлива
в баках колеблется от 73 до 160 ч.
В последние годы СПГ как моторное топливо стал применять-
ся в Бельгии, Нидерландах, Норвегии, Финляндии, Великобрита-
нии и других странах. Так, в Финляндии созданная фирмой Gasum
Оу Sisu VTT опытная модель грузового автомобиля эксплуатиру-
ется с января 1998 г., а в Великобритании с 1996-1997 гг. экс-
плуатируется мусоровоз, созданный фирмой BG, Transco IVECO
и 10 грузовых перевозчиков фирм ВОС, Perking, Marks & Spenser
[9].
Основные технические данные некоторых топливных баков для
СПГ, установленные на зарубежных автомобилях, представлены
в табл. 2.7 [9].
Таблица 2.7. Основные технические данные криогенных топливных баков
Параметр	Фирма-изготовитель, страна				
	Beech Aircraft, США	Linde, Германия	Cryodifliision, Франция	IETF, Германия	MAN, Германия
Геометрический объем внутреннего сосуда, л	72	82	120	165	260
Минимальное рабочее давление в баке, МПа Давление переключения	0,14	0,15	-	0,15	0,15
подачи с жидкой фазы на паровую, МПа Давление срабатывания	0,28	0,18	0,4	0,2	-
предохранительного клапана, МПа	0,42	0,42	1	0,5	0,5
Тип изоляции	Экранно-вакуумная				
Испаряемость в сутки, %, не более Продолжительность без- дренажного хранения СПГ	1,5	3	4	-	3
в заправленном баке (начальное давление — минимальное рабочее), ч	160	72	72	120	90
Исходя из результатов испытаний и опытной эксплуатации, мно-
гие фирмы приходят к выводу о том, что применение СПГ наиболее
целесообразно на грузовых автомобилях и автобусах для междуго-
родных перевозок.
На рис. 2.6 представлен грузовик фирмы Ford с двигателем на
СПГ объемом 9,5 л (210 л. с.), в котором в качестве топливного бака
36
Рис. 2.6. Грузовик фирмы Ford на СПГ
Рис. 2.7. Междугородный автобус на СПГ
Рис. 2.8. Автомобиль BMW 316g compact
37
используется криогенная емкость производства компании MVE объе-
мом 450 л.
На рис. 2.7 представлен междугородный автобус, эксплуатиру-
ющийся в штате Техас, который имеет два криогенных бака по 397 л
каждый.
Схема размещения топливного оборудования для легкового ав-
томобиля BMW 316g compact представлена на рис. 2.8. Этот автомо-
биль имеет объем двигателя 1,6 л (мощность 64 кВт), объем крио-
генного бака 90 л на 48 мч СПГ, длину пробега 600 км.
В развитых странах мира, имеющих разветвленную речную сеть,
довольно продолжительное время проводятся работы по внедрению
СПГ в качестве моторного топлива на речных судах (на самоходных
баржах, танкерах, сухогрузах, буксирах и т. д.).
На танкерах-метановозах, осуществляющих морские межконти-
нентальные перевозки, испарение СПГ во время транспортировки
составляет 0,1.. 0,2 % в сутки. В ряде случаев испарившийся СПГ
используется в качестве судового топлива
С 1989 г. в США реализуется программа по определению при-
годности СПГ как моторного топлива для железнодорожных локо-
мотивов-тепловозов, включающая разработку технологии переобо-
рудования двигателя, изготовление криогенного вагона-тендера
и коммерческие испытания поезда в течение года. Работы по внед-
рению СПГ в тепловозную тягу ведутся также в Польше, Герма-
нии, Чехии, Великобритании. На рис. 2.9—2.11 представлены теп-
ловозы с размещенными на них емкостями с СПГ (габарит емкостей
зачернен).
Рис. 2.9. Тепловоз 101D (Польша), 750 л. с., емкость 1,5 т СПГ
38
13380
Рис. 2.10. Тепловоз V-100 (Германия), 900 л.с., емкость 2 т СПГ
Рис. 2.11. Тепловоз BR Т 278,3 (Чехия), 1800 л. с., емкость 7 т СПГ
В Голландии активно проводятся работы по использованию СПГ
в сельском хозяйстве (перевод тракторов, комбайнов и других сель-
хозмашин на работу на сжиженном газе).
В течение длительного времени за рубежом ведутся работы по пе-
реводу авиационной техники (самолетов и вертолетов) на криогенное
топливо, в том числе на СПГ. Особенно широкие программы по ис-
пользованию СПГ в авиации осуществляются в США, где основные
разработки проводятся в исследовательском центре НАСА «Левис».
Имеются данные о работах в США по использованию СПГ в граждан-
ской и военной авиации, в том числе при создании сверхзвуковых
и гиперзвуковых самолетов. Это связано с тем, что криогенное топли-
во позволяет организовать эффективное охлаждение турбин авиаци-
онных двигателей и несущих плоскостей летательных аппаратов.
Во Франции основные работы ведутся в области создания авиа-
ционных двигателей, работающих на СПГ. Есть сообщения о рабо-
тах по внедрению СПГ в авиацию в Германии, хотя там основное
внимание уделяется водороду.
3.	Перспективы производства
сжиженного природного газа
в Российской Федерации
Россия является одной из ведущих стран мира по разведке газо-
вых и газоконденсатных месторождений. Она обладает уникальны-
ми и крупнейшими в мире месторождениями и прочно удерживает
ведущее положение среди стран, имеющих значительные запасы
природного газа.
Суммарные ресурсы природного газа оцениваются в 236 трлн м3,
а разведанные — в 48 трлн м3. Из них в Западной Сибири —
36,6 трлн м3 (77,7 %), на шельфе северных морей — 3,2 трлн м3 (6,8 %),
в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке — 2,8 трлн м3 (6 %).
Почти 73 % запасов газа сосредоточены на 22 крупных уникальных
месторождениях (Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Оренбург-
ское и др.). Из разведанных на Дальнем Востоке и в Восточной
Сибири месторождений разрабатываются только 7,4 % (по данным
сайта инвестиционной компании «Файненшл Бридж»).
Состав газовых месторождений основных эксплуатируемых га-
зоносных регионов России представлен в табл. 3.1 [10].
Следует обратить внимание на то, что газы северной части Тю-
менской области, как правило, не содержат конденсата; тяжелые
углеводороды в них также практически отсутствуют, т. е. по составу
это практически чистый метан.
В настоящее время добычу природного газа ОАО «Газпром» осу-
ществляют в основном в Западной Сибири, где его ресурсы посте-
пенно истощаются. Ежегодно добыча газа здесь снижается на
20...25 млрд м3/г. Компенсацию потерь предстоит осуществить за
счет разработки новых месторождений. В России разведаны круп-
нейшие в мире запасы природного газа на полуострове Ямал, на
шельфе Баренцева моря.
Полуостров Ямал является стратегическим регионом страны по
добыче газа и одним из перспективных нефтегазоносных районов
Западной Сибири. Разведанные там запасы газа составляют
40
10,4 трлн м3 на 26 месторождениях, перспективный объем добычи
260 млрд м3/г. В 2006 г. принято важное решение о начале разработ-
ки месторождений Ямала, крупнейшими из которых являются Бо-
ваненковское, Харасавэйское и Новопортовское. В целом проект
предусматривает обеспечение уровня добычи газа 140 млрд м3/г. и со-
оружение многониточной газотранспортной системы протяженно-
стью 2400 км с полуострова Ямал в район Торжка.
Таблица 3.1. Состав основных газовых месторождений России
Месторождение	М есторасположение	Состав газа, % мол.							
		сн4	с2н6	с3н8	с4н10	с5н12	n2	H2S	СО2
Уренгойское	Север	99,4	о,3	—	—	—	—	Нет	0,3
	Тюменской области								
Заполярное	Там же	99,6	0,2	—	—	—	—	Нет	0,2
Игримское	Запад								
	Тюменской области	93,9	2,3	0,7	0,5	0,5	2,0	Нет	0,1
Усть-	Республика Саха	92,5	2,8	1,8	0,9	0,4	1,4	Нет	0,2
Вилюйское									
Майкопское	Краснодарский край	88,7	5,1	1,6	1,0	1,1	1,0	Нет	1,5
Каневское	Там же	88,5	3,8	2,9	1,7	1,3	1,4	Нет	0,4
Степновское	Саратовская область	94,9	2,3	0,7	0,4	1,0	0,2	Нет	0,5
Русский Хутор	Дагестан	69,1	и,з	3,3	1,7	8,6	3,3	Нет	2,7
Оренбургское	Оренбургская область	82,13	3,69	1,5	1,4	2,2	7,5	1,3-1,5	0,5
Канчуринское	Башкортостан	84,6	5,0	1,9	0,7	1,8	6,0	Нет	—
Вуктылское	Республика Коми	75,7	9,1	3,1	0,7	7,5	3,7	Нет	0,2
Также ведутся работы по освоению ресурсов российского аркти-
ческого шельфа (Баренцево море) с запасами газа 15 трлн м3, ведется
подготовка к освоению Штокмановского и Приразломного место-
рождений. Разведанные запасы только Штокмановского месторож-
дения оцениваются в 3,7 трлн м3 газа. Оно должно стать одной из
основных ресурсных баз для экспорта газа в Европу через строя-
щийся газопровод Nord Stream — новый маршрут транспортировки
природного газа через акваторию Балтийского моря.
В настоящее время принята программа по созданию в Восточной
Сибири и на Дальнем Востоке единой системы добычи и транспорти-
ровки газа с учетом возможного экспорта газа на рынки Китая и дру-
гих стран Азиатско-Тихоокеанского региона (восточная программа).
Возлагаются большие надежды на создание на востоке России
Центральной газопроводной магистрали, которая соединит базовые
месторождения газа Восточной Сибири и Дальнего Востока и свяжет
их с Единой системой газоснабжения России с помощью трубопрово-
дов от Уренгоя через тайгу в обход сейсмической зоны Байкала.
41
В связи с наличием значительных запасов природного газа мож-
но предположить, что в ближайшие годы с увеличением экспортных
поставок этого топлива наряду с его подачей странам-потребителям
по газопроводам будет осуществляться и его поставка в виде СПГ.
При этом:
•	минимизируются затраты энергии во всей технологической це-
почке от производства до использования газа;
•	исключаются затраты, связанные с транзитом газа через страны,
сопредельные с Россией и страной — потребителем газа;
•	сокращаются до минимума работы, выполняемые непосред-
ственно на месторождении, исключается необходимость в строи-
тельстве крупных и дорогостоящих компрессорных станций,
уменьшается техногенное воздействие на природу в период
строительства;
•	обеспечивается равномерное распределение капитальных вложе-
ний во время пропорционального наращивания производства
СПГ.
При разработке проекта Северо-Европейского газопровода по дну
Балтийского моря от Выборга до района Грайсвальд (Германия) и да-
лее через Северную Европу и пролив Ла-Манш до Великобритании
с пропускной способностью 19...30млрдм3/г. институтом ОАО «Газ-
пром» ООО «ВНИИгаз» было показано, что этот проект практически
по всем параметрам проигрывает схеме экспорта СПГ. По данным
ОАО «Совкомфлот», строительство Северо-Европейского газопрово-
да обойдется более чем в 5 млрд долл., в то время как завод по про-
изводству СПГ на балтийском побережье в районе Усть-Луги может
быть построен за 1,5 млрд долл., а фиксированные расходы на судно
составят 22...26 млн долл./г. При этом если трубопроводная связь
жестко привязана к одному рынку сбыта, то с ростом потребностей
в газе (например, по данным, помещенным в Интернете, в США этот
рост по прогнозам экспертов к 2020 г. может возрасти более чем
в 10—12 раз) преимущество технологии СПГ многократно возраста-
ет, особенно при необходимости перевозки природного газа морем.
Однако позиция Газпрома, озвученная на XXIII Мировом конг-
рессе по газу в июне 2006 г. в Амстердаме, показывает его скепти-
ческое отношение к использованию СПГ для повышения энергети-
ческой безопасности покупателей газа в связи с тем, что при
реализации многих проектов получения и использования СПГ про-
исходит увеличение стоимости первоначальных бюджетов. В то же
время в Газпроме уверены, что наиболее прочными позициями на
рынке газа обладают и будут обладать компании, способные гибко
сочетать традиционные технологии транспортирования и хранения
42
газа с новыми технологиями. Однако, как свидетельствуют данные
сайтов о СПГ, капитальные затраты на строительство новых заводов
по сжижению природного газа в последние годы снизились с 2 тыс.
долл, до 500...700 долл, за тонну и приблизились к ценам на маги-
стральный газ.
В настоящее время Российская Федерация не имеет крупных
промышленных установок по производству СПГ. Наша страна по
различным причинам пошла по пути создания широкой сети газо-
проводов, по которым природный газ с помощью многочисленных
компрессорных станций с давлением до 7 МПа от мест добычи (сква-
жин) подается потребителю сначала по магистральным трубопрово-
дам, а затем по многочисленным отводам от них. Первый завод по
сжижению природного газа производительностью 70 т/сут, установка
для которого была куплена в США, был пущен в эксплуатацию под
Москвой в 1954 г.
Первая опытная установка сжижения природного газа произво-
дительностью 300 кг/ч была создана во ВНИИгаз в середине
1980-х гг. За десять лет ее работы за счет полученного СПГ были
проведены успешные испытания серии автомобилей и самолета
ТУ-155. Сейчас часть этого оборудования утрачена, установка не
работоспособна. В 1990-е гг. была спроектирована, но не достроена
опытно-промышленная установка производительностью 3 т/ч на
Московском газоперерабатывающем заводе.
В 1980-х гг. был разработан проект и начато строительство сред-
ней по производительности станции сжижения природного газа
с крупным хранилищем-накопителем производительностью 20 т/ч
в г. Абовян (Армения), которая так и осталась недостроенной.
На сегодняшний день в Российской Федерации создано и рабо-
тает несколько экспериментальных установок для получения СПГ
малой производительности, созданных энтузиастами на базе газо-
распределительных станций (ГРС) газопроводной системы и авто-
мобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС)
при небольших капитальных вложениях:
1)	детандерная установка производительностью 800 кг/ч на ГРС
ООО «Лентрансгаз» (пос. Никольский Ленинградской обл.);
2)	дроссельно-вихревая установка с предварительным фреоно-
вым охлаждением производительностью около 1000 кг/ч на АГНКС
ООО «Лентрансгаз» (г. Петродворец Ленинградской обл.);
3)	дроссельная установка производительностью 600 кг/ч на базе
АГНКС ООО «Уралгазтранс» (г. Первоуральск Свердловской обл.);
4)	экспериментальная дроссельная установка в г. Самара, рабо-
тающая на теплообмене с жидким азотом;
43
5)	дроссельная установка с предварительным фреоновым ох-
лаждением на базе АГНКС-1 Московского газоперерабатывающе-
го завода (пос. Развилка Московской обл.) производительностью
1000 кг/ч, достаточной для заправки 1600 автомобилей типа «Га-
зель» или обеспечения топливом котельной мощностью 11... 12 Гкал.
В принципе производство относительно небольших количеств
СПГ возможно на Московском газоперерабатывающем заводе
(МГПЗ), Сосногорском ГПЗ, Оренбургском ГПЗ при их рекон-
струкции без потери основного производства.
К сожалению, все перечисленные выше установки, за исключе-
нием последней, имеют низкую эффективность, получаемый на них
СПГ не удовлетворяет техническим условиям на этот вид топлива.
Применяемые в них технологии получения СПГ не могут быть ре-
комендованы для тиражирования и промышленного использования.
Получаемый здесь СПГ может применяться только для отработки
оборудования, работающего на СПГ, что было показано при экспе-
риментальных полетах криогенной авиации и испытаниях автомо-
билей и тепловозов.
Получение СПГ в небольших количествах возможно с исполь-
зованием криогенных газовых машин (КГМ), работающих по об-
ратному циклу Стирлинга (идеальный цикл состоит из двух изотерм
и двух изохор). В России эти машины производит ОАО «Машино-
строительный завод “Арсенал”» и ОАО «НПО Гелиймаш», за рубе-
жом фирмы Philips (Голландия, США) и «Веркспор» (Голландия).
На базе одной из них создана установка сжижения природного газа
производительностью 20...30л/ч, которую предлагается использо-
вать автотранспортным предприятиям для заправки баков автомо-
билей криогенным топливом.
Эти установки отличаются простотой обслуживания, высокой сте-
пенью экологической чистоты, достаточным уровнем промышленной
безопасности, относительно простой схемой получения СПГ. Однако
они требуют высоких капитальных вложений (40...75 тыс. долл.) 110],
имеют ограниченный ресурс работы (8 ч) до проведения очередного
обогрева и осушки с целью удаления с теплопередающих поверхно-
стей льдоснеговой шубы и низкую производительность.
Фирма И ИЦ «Стирлинг-Технологии» готовит к производству
серию таких машин и автомобильных баков для криогенного топ-
лива на основе композитных оболочек с пенополиуретановой изо-
ляцией для оснащения некоторых предприятий с целью переобору-
дования автомобилей и заправки их СПГ.
Как положительный факт следует отметить строительство пер-
вого в России крупного завода по промышленному сжижению при-
44
родного газа, ведущегося компанией Cakhalin Energy в рамках про-
екта «Сахалин-П» с участием российских предприятий. В проекте
разрабатываются Пильтун-Астохское и Лужское газовые месторож-
дения с запасами газа 700 млрд м3, что на северо-восточном побере-
жье Сахалина. Газ будут добывать из-под трех буровых платформ
Cakhalin Energy, далее его перекачают по трубопроводу длиной
500 км на южную оконечность острова, где расположен завод по
сжижению природного газа.
Завод состоит из двух производственных линий общей мощно-
стью 9,6 млн т/г. СПГ (по 4,8 млн т каждая). Хранение СПГ преду-
сматривается в двух изотермических резервуарах объемом по
100 тыс. м3. Предусмотрен выносной причал, выходящий в залив
Анива. Газ предполагается транспортировать в Японию (до 50 %),
Южную Корею, Китай, на Тайвань, на терминал Байя-Калифорния
в Мексике и на западное побережье США. Намечено, что уже
в 2008 г. завод поставит первую партию СПГ. Следует отметить, что
фирма Shell в 2005 г. продала 25 % акций этого завода ОАО «Газпром».
В 2005 г. Газпром осуществил первые поставки СПГ в США,
в 2006 г. — в Великобританию, Японию и Южную Корею. В связи
с тем, что Россия до настоящего времени в промышленном масштабе
газ не сжижает, Газпром выступил в качестве посредника. В рамках
проекта «Сахалин-Il» планируется дооборудование завода еще дву-
мя линиями производительностью по 4,5млнт/ч СПГ каждая.
В конце 2007 г совет директоров ОАО «Газпром» одобрил стра-
тегию в области производства и поставок СПГ до 2030 г. Преду-
смотрено три сценария развития мощностей — консервативный, уме-
ренный и агрессивный. Для реализации консервативного сценария
будет выделено 45 млрд долл., агрессивного — 60 млрд долл.
Основой проекта по производству СП Г могут стать запасы Шток-
мановского месторождения, расположенного в центральной части
шельфа российского сектора Баренцева моря в 290 км к западу от
побережья островов архипелага Новая Земля и в 650 км от порта
Мурманск. В рамках реализации проекта здесь может быть построе-
но от 4 до 6 линий сжижения газа производительностью 7,5 млн т/г.
каждая. Поставка планируется в порты Мексиканского залива и во-
сточного побережья США, а также в Европу. Для этого в 2011 г. на
Выборгском судостроительном заводе планируется изготовить две
плавучие установки для добычи газа. Завод по производству СПГ
планируется разместить на Кольском полуострове в поселках Видяево
или Теринберка.
Также рассматривается вариант строительства завода по произ-
водству СПГ на Ямале, рассчитанного на ресурсы Южно-Тамбей-
45
ского месторождения, а также завода по получению СПГ в районе
Усть-Луги (Ленинградская область) производительностью 7 млрд м3/г.
Предусматривается строительство танкерного флота для перевозки
СПГ.
Реализация этих проектов позволит завершить формирование
мирового рынка газа за счет развития поставок СПГ, получить се-
рьезную прибыль (по расчетам 5,6 млрд долл.), диверсифицировать
риски и избавиться от зависимости, связанной с использованием
трубопроводной системы. Однако все намечаемые работы направле-
ны в основном на экспортные поставки газа. Создание установок
получения СПГ средней и малой производительности для удовлет-
ворения потребностей внутреннего рынка этими планами не предус-
матривается, как и внедрение СПГ в качестве горючего в различные
отрасли промышленности России.
4. Использование сжиженного природного газа
в различных отраслях хозяйства России
4.1. СПГ в ракетно-космической технике
В ракетно-космической технике широко используются крио-
генные компоненты топлива, выгодно отличающиеся от высоко-
кипящих компонентов получением более высокого удельного им-
пульса двигателей, что значительно улучшает характеристики
ракеты, и экологический чистотой. Ракетное топливо состоит из
окислителя и горючего, в настоящее время наиболее распространен-
ной является комбинация, состоящая из криогенного и высококи-
пящего компонентов: жидкого кислорода как окислителя и кероси-
на как горючего. Однако оптимальной является пара криогенных
компонентов горючего и окислителя — жидкий кислород и жидкий
водород.
При сгорании в двигателях ракет топлива химическая энергия,
сосредоточенная во входящих в него исходных веществах, с высокой
скоростью преобразуется в тепловую, а затем в кинетическую энер-
гию движения газов, создавая реактивную тягу.
Важнейшим параметром, характеризующим свойства ракетного
топлива, является его теплотворная способность. Теплопроводность,
скорость истечения продуктов сгорания и удельный импульс харак-
теризуют эффективность топлива.
Жидкий водород является эффективнейшим и экологически
чистым горючим и в современных ракетно-космических комплек-
сах он применяется в паре с жидким кислородом. По теплотворной
способности он примерно в 3,3 раза превосходит нефть, в 4 раза —
уголь, в 2,5 раза — природный газ. Водород повсеместно признается
горючим будущего.
Однако в чистом состоянии водород в природе не существует.
Для промышленного получения водорода разработано несколько
способов с использованием различного сырья, после чего водород
должен быть очищен и осушен от примесей и сжижен. Этот процесс
47
весьма энергоемкий, требующий сложного оборудования, поэтому
стоимость водорода в России чрезвычайно высока — 25.. 30 тыс. руб.
и более за килограмм.
До распада СССР промышленное снабжение жидким водородом
осуществлялось комбинатами «Электрохимпром» (Узбекистан)
иДПО «Азот» (Украина). В настоящее время промышленное полу-
чение жидкого водорода в России утрачено и существует только
опытное производство этого продукта.
Сжиженный природный газ — новое альтернативное горючее,
до сих пор не применявшееся в ракетно-космической технике. Как
энергоноситель, СПГ имеет высокие показатели по теплотворной
способности (больше, чем у керосина), по хладоресурсу (в 3 раза
выше, чем у керосина), по полноте сгорания топлива (отсутствие
коксообразования). Стоимость СПГ в несколько раз ниже, чем
стоимость ракетного керосина, а сырьевая база практически не огра-
ничена. Широкая сеть газопроводов, существующих в настоящее
время в России, позволяет получать СПГ вблизи космодромов
Несмотря на некоторые издержки по стоимости (СПГ в России
в настоящее время получают не оптимальным способом) и наличие
средств его транспортировки (см. гл. 8), вопрос обеспечения ракет-
но-космической техники СПГ в настоящее время уже можно счи-
тать решенным.
Успешное развитие деятельности по освоению космоса в мире
сдерживается высокой стоимостью выведения космических аппа-
ратов (5000 .10 000 долл./кг) на низкую круговую орбиту и от-
носительно невысокой надежностью средств выведения. По ста-
тистике каждый 20—30-й полет является аварийным 111 ]. В России
большие потери полезного груза космических кораблей вызваны
географическим расположением ее космодромов (вдали от эква-
тора).
Внедрение СПГ в ракетно-космическую технику может серьез-
но улучшить ситуацию. Прежде всего создание топливной пары
жидкий кислород—СПГ обеспечивает возможность разработки вы-
сокоэффективного жидкостно-реактивного двигателя (ЖРД) по схе-
ме с восстановительным газогенератором замкнутого типа, создание
двигателей многоразового использования с минимальным циклом
послеполетного обслуживания, существенное снижение затрат на раз-
работку как двигательной установки, так и носителя по сравнению
с использованием топливной пары кислород—водород. Этому спо-
собствуют низкие коксообразующие свойства СПГ [11], а также
более высокие тяговые характеристики двигателя, чем в случае ис-
пользования топливной пары кислород—керосин.
48
В мае 2007 г. состоялись успешные огневые стендовые испыта-
ния (ОСИ) созданного в России ЖРД, работающего на компонен-
тах топливной пары жидкий кислород -СПГ. Продолжительность
работы двигателя составила 69 с, развитая тяга — 10 т с Этот дви-
гатель является прототипом двигателя тягой 200 т с. Эти испытания
были выполнены в рамках работ, предусмотренных Федеральной
космической программой Российской Федерации по созданию ра-
кетных двигателей для перспективных средств выведения, в том
числе многоразовых, и российско-французского сотрудничества по
созданию перспективных средств выведения «Урал». Успешное про-
ведение ОСИ дает основание для дальнейшего развития работ в этом
направлении.
По имеющимся данным, использованием СПГ заинтересова-
лось НАСА В 2007 г. компания XCOR Aerospace успешно провела
испытание метанового двигателя с тягой 340 кгс с вытеснительной
схемой подачи топлива в пустыне Мохаве (США). Намечено со-
вершенствование двигателя по увеличению времени работы и ис-
ключению возможностей перегрева. Ранее, в сентябре 2005 г., эта
компания провела испытания двигателя ЗМ9, используемого в си-
стемах ориентации космического корабля, работающего на жид-
ком метане и жидком кислороде. Были выполнены 22 включения
с общим временем работы 65 с. Западные разработчики отмечают
возможность использования метана в межпланетных миссиях
(с дозаправкой на месте), так как он входит в состав атмосферы
многих планет Солнечной системы (Марса, Титана, Сатурна,
Юпитера и др ).
Можно предполагать, что в скором времени создание ЖРД на
метане—кислороде пройдет стадию экспериментов 112] На базе этих
ЖРД могут быть разработаны новые экологически безопасные, не
требующие зон отчуждения (для первых ступеней ракет) надежные
и эффективные ракеты-носители многоразового использования.
Применение многоразовой первой ступени ракеты-носителя при
грузоподъемности полезной нагрузки 30...40т на низкую опорную
орбиту увеличит энергетические возможности в 1,5 раза по сравне-
нию с энергетическими возможностями таких ракет, как «Про-
тон-М», «Ангара-5», а также появится возможность использования
полигона Капустин Яр, так как не потребуется отчуждения терри-
торий под зоны падения первых ступеней. Кроме того, появятся
возможности создания ненапряженных ЖРД и резервируемой дви-
гательной установки первой ступени, что приведет к значительному
повышению надежности и двукратному снижению стоимости выве-
дения по сравнению с ракетой-носителем «Ангара-5» [13].
49
В конце 1990-х гг. ряд предприятий космической отрасли раз-
работали коммерческий ракетно-космический комплекс «Рикша» на
компонентах топлива кислород—СПГ с выведением полезной на-
грузки массой до 1,7 т на низкую околоземную орбиту. Стартовый
комплекс для этой ракеты, имеющий высокие экономические пока-
затели, был разработан в двух вариантах: стационарного быстро
возводимого передвижного и морского (расположенного на кораб-
ле) с использованием последних достижений криогенной техники.
Комплекс «Рикша» обеспечивает выведение на орбиты с диапазо-
ном 200...3000 км космических аппаратов весом до 1,7 т при старто-
вой массе двухступенчатой ракеты 59 т, спутниковых систем связи,
навигации, наблюдения, научных исследований, производства в не-
весомости медикаментов, материалов. По комплексу энергетичес-
ких показателей этот ракетно-космический комплекс превосходит
все известные и разрабатываемые комплексы такого класса. Комп-
лекс мог бы служить основой для дальнейшего внедрения СПГ в ра-
кетно-космические комплексы среднего и тяжелого классов, в авиа-
цию и другие отрасли промышленности, сокращая потребности
в дорогостоящем водороде.
Кроме указанного были предложены многоразовая ракетно-кос-
мическая система (МРКС) с использованием топливной пары кис-
лород—СПГ для запуска ракетоносителя с заправкой 150 т СПГ
и разгонный блок «И» к ракетно-космической системе «Аврора»
с заправкой СПГ в количестве 6,9 т. Для указанных ракет были раз-
работаны проекты жидкостных заправочных систем с хранилищами
СПГ соответственно на 300 и 20 т продукта.
В соответствии с требованиями разработчиков ракет-носителей
СПГ должен по своим физико-химическим показателям отвечать
требованиям Технических условий «Газ горючий природный сжи-
женный. Топливо для ракетной техники» [4], т. е. требованиям, су-
щественно более высоким, чем для СПГ, используемого в качестве
горючего для других видов транспорта. Такой продукт можно полу-
чать путем дополнительной очистки природного газа при его сжи-
жении, например в ректификационной колонне. В дальнейшем сле-
дует стремиться к созданию единых технических условий на продукт
с целью его использования как для различных отраслей хозяйства
страны, так и для ракетно-космической техники.
Подготовительные работы, проведенные для разработки систем
заправки ракет СПГ на стартовых комплексах, позволили выявить
ряд общих положений, которыми следует руководствоваться при
разработке таких систем. Для хранения СПГ в составе заправочной
системы на стартовом комплексе могут быть рекомендованы:
50
•	для заправки ракет тяжелого и среднего классов — стационар-
ные криогенные резервуары;
•	для заправки разгонных блоков — автомобильные заправщики.
Все эти средства хранения должны иметь эффективную вакуум-
ную теплоизоляцию. Это связано с тем, что расходы при подаче
СПГ в баки ракеты при заправке на большом расходе, как правило,
на два порядка выше расходов подпитки, и с учетом этого подбира-
ется заправочный трубопровод. При подпитке (малый расход) сле-
дует принимать меры, обеспечивающие подачу однофазной жидко-
сти в бак на этом расходе (жидкость может вскипеть), например
дополнительное охлаждение продукта.
Теплоприток из окружающей среды к продукту, находящемуся
в резервуаре хранилища, приводит к испарению его части, причем
в первую очередь низкокипящих составляющих — азота и метана,
что увеличивает долю примесей тяжелых углеводородов в СПГ
Кроме того, существует возможность стратификации (расслоения)
СПГ на слои или ячейки разной плотности, что может привести
к внезапному испарению жидкости нижнего слоя, находящегося
в состоянии перегрева по отношению к давлению газовой среды
резервуара (ролловер).
Хранилище СПГ следует располагать на оптимальном расстоя-
нии от пускового устройства. С одной стороны, необходимо сокра-
щать протяженность магистральных трубопроводов, уменьшая теп-
лспритоки, гидравлические потери и стоимость, с другой —
исключить повреждение хранилища при пуске и защитить его от
непредвиденных ситуаций.
В целях безопасности перед заправкой все внутренние полости
баков и трубопроводов, включая баки ракет, контактирующие с СПГ,
должны быть подготовлены методом продувки и полоскания азотом
до концентраций кислорода в азоте не более 3 % об. После приоб-
ретения необходимого опыта концентрация может быть увеличена до
значений общих для подготовки и заправки СПГ резервуаров запра-
вочных систем в других отраслях промышленности.
Для повышения хладоресурса и плотности заправляемого ком-
понента топлива можно использовать СПГ, охлажденный относи-
тельно кипящего при атмосферном давлении. Охлаждение продукта
целесообразно осуществлять в процессе заправки, чем исключается
возможность подсоса атмосферного воздуха в резервуары хранили-
ща (создается вакуум), когда предварительное охлаждение продукта
происходит в этих резервуарах заранее.
Более подробно вопросы, связанные с созданием наземной ин-
фраструктуры для обеспечения заправки, в том числе ракет, СПГ
51
изложено в [2, 14, 15], а также в гл. 7—9 настоящей книги. Остано-
вимся на вопросах снабжения космодромов Российской Федерации
сжиженным природным газом.
Космодром Плесецк. В районе расположения космодрома Пле-
сецк закончено строительство газопровода Нюксеница — Архан-
гельск, который проходит в 5 км от г. Плесецк. По данным Север-
газпрома, для снабжения города бытовым газом построена ГРС, на
которую газ поступает под давлением 4,0. .5,0 МПа. Здесь возмож-
но строительство установки для сжижения газа на основе детандер-
ного цикла с предварительным фреоновым или пропановым
охлаждением или установки на основе холодильного цикла на мно-
гокомпонентном холодильном агенте.
По предварительным данным, магистральный газ не содержит
примесей кислых газов, а содержание азота в нем (0,71 % об.) мень-
ше допустимого (1,13% об.) для СПГ, используемого в качестве
топлива для ракетно-космической техники, поэтому очистка от
кислых газов и азота не требуется, а для осушки природного газа от
влаги может быть рекомендован адсорбционный способ.
После переоборудования Сосногорского газоперерабатывающе-
го завода (г. Ухта) для производства СПГ появится возможность
доставлять СПГ на космодром железнодорожным транспортом и с это-
го завода.
Космодром Капустин Яр. Для снабжения СПГ космодрома Ка-
пустин Яр возможно строительство установки сжижения природно-
го газа на АГНКС (г. Волгоград) с использованием средств для ком-
примирования, имеющихся на этой станции. Здесь с минимальными
затратами может быть реализована установка, аналогичная введен-
ной в строй на АГНКС в пос. Развилка. Установка работает по
дроссельному циклу с предварительным фреоновым охлаждением.
Возможно использование и ГРС этого района. Магистральный газ
в районе Волгограда не содержит сероводорода и азота и должен
быть очищен только от двуокиси углерода и осушен от влаги адсорб-
ционным способом.
Кроме того, доставка СПГ на космодром Капустин Яр может
осуществляться с переоборудованного Сосногорского газоперераба-
тывающего завода железнодорожным транспортом.
Космодром Байконур. Вблизи космодрома Байконур магистраль-
ных газопроводов природного газа нет. Ближайший от космодрома
завод, где возможно получение СПГ, — Оренбургский гелиевый
завод, входящий в состав Оренбурггазпрома.
По оценкам специалистов Ленхиммаша (проектантов завода),
доработка одной гелиевой установки (из шести) для производства
52
СПГ позволит получать 1,5 т/ч СПГ. Срок переоборудования соста-
вит 3—5 месяцев. Очистка и осушка природного газа сможет осуще-
ствляться имеющимися у завода средствами.
Космодром Восточный. Для снабжения космодрома Восточный
СПГ потребуется создание установки сжижения на основе детандер-
ного цикла, использующей «свободный» перепад давления на ГРС-1
г. Комсомольска-на-Амуре. Поскольку сезонные колебания давле-
ния на ГРС составляют 1,0...4,4 МПа, в состав установки должен
быть введен дожимающий компрессор для выдачи неиспользован-
ного газа в сеть, а для увеличения доли выхода жидкого продукта —
предварительное пропановое или фреоновое охлаждение природно-
го газа.
В связи с тем, что природный газ в магистральном газопроводе
Оха — Комсомольск-на-Амуре содержит значительные примеси тя-
желых углеводородов, двуокись углерода и азот, он должен быть
очищен от СО2 и сернистых соединений, осушен от влаги и далее
очищен от азота в блоке сжижения. Доставлять СПГ на космодром
можно в цистернах по железной дороге.
Снабжение космодрома СПГ может осуществляться также круп-
ными заводами по производству СПГ «Сахалин-!!». На космодроме
Восточный предполагается строительство нового кислородно-азот-
ного завода (КАЗ) для снабжения жидким кислородом и жидким
азотом. Представляется целесообразным организовать на нем и про-
изводство СПГ как ракетного топлива. Возможная принципиаль-
ная схема такой установки представлена на рис. 5.8. Получение
СПГ осуществляется здесь за счет охлаждения природного газа
жидким азотом, поэтому не требуется дополнительное машинное
оборудование, а производство относительно просто и эффективно.
Естественно, что для этого полигон должен быть газифицирован
природным газом.
На начальной стадии внедрения СПГ в ракетно-космическую
технику снабжение им полигонов ракетно-космической техники
может осуществляться от работающих в настоящее время установок
для получения СПГ (см. гл. 3) с доочисткой продукта.
Для транспортировки СПГ на стартовый комплекс (СК) могут
быть рекомендованы (см. гл. 8):
•	автомобильные транспортировщики разработки ОАО «Крио-
генмаш», АО «Сибкриотехника» и «Криогаз», ОАО «Уралкрио-
маш» с экранно-вакуумной и порошково-вакуумной теплоизо-
ляцией;
•	железнодорожные цистерны типа 15-147У разработки ОАО
«Уралкриомаш» с порошково-вакуумной теплоизоляцией;
53
•	специальные контейнеры, разработки ОАО «Уралкриомаш» для
перевозки СПГ автомобильным, железнодорожным, водным
и авиационным транспортом;
•	самолет Ту-ЗЗО, создаваемый ОАО «Туполев», в том числе и для
перевозки СПГ, и др.
4.2. СПГ в авиации
В настоящее время авиационная техника использует двигате-
ли, работающие на авиационном керосине, вырабатываемом из
нефти. После распада СССР Россия лишилась практически боль-
шинства своих источников дешевых энергоресурсов. Цена топли-
ва значительно возросла, при этом при существующем уровне
технологий из нефти получают только около 6 % авиационного
керосина.
На рис. 4.1 представлено изменение средней цены за тонну авиа-
ционного керосина в российских аэропортах в 2007 г. и в первой
половине 2008 г. (По данным фонда «Партнер гражданской авиа-
ции». Известия. 26 июня 2008 г.)
Кроме того, работа двигателей на нефтяных топливах (в том
числе на авиакеросине) существенно загрязняет окружающую сре-
ду, особенно в районе аэропортов при взлете самолетов, когда осу-
ществляется форсаж двигателей. Воздействию подвергается атмо-
сфера по траектории полетов перспективной сверхзвуковой авиации
в нижней стратосфере, в области максимальной концентрации озона
Рис. 4.1. Средняя цена за тонну авиационного керосина
в 2007-м — начале 2008 г.
54
(20...30 км). Через сопло двигателя происходит выброс окиси угле-
рода, окислов азота, углеводородов, что приводит к возникновению
экологически неблагоприятных физико-химических процессов в ат-
мосфере. На авиацию приходится около 25 % вредных выбросов
всего транспорта.
В связи с изложенным, актуальной стала проблема создания аль-
тернативного топлива для авиации, которое позволило бы в бли-
жайшем будущем ликвидировать дефицит авиационного топлива,
улучшить экологическую обстановку и в то же время повысить тех-
нические и тактические характеристики самолетов — увеличить
потолок, скорость полетов и др.
Научная и техническая мысль была обращена к жидкому водо-
роду — уникальному энергоносителю и экологически чистому топ-
ливу, который, несомненно, найдет применение в авиации. Однако
для этого необходима организация крупномасштабного производ-
ства водорода и его сжижения. Высокая стоимость жидкого водо-
рода, малый удельный вес (100 м3 весят 7 т) и чрезвычайно низкая
температура существования (—253 °C), а также необходимость ог-
ромных капитальных вложений в его производство сдерживают
массовое применение жидкого водорода в ближайшие годы. Более
доступным криогенным топливом, которое должно найти альтер-
нативное применение в авиации, является СПГ.
Использование СПГ как альтернативного топлива для авиа-
ции базируется на возможностях его производства в различных
регионах страны практически без серьезного ущерба для потреб-
ления природного газа промышленностью и населением при на-
растающем дефиците авиационного керосина. СПГ более эколо-
гичен и достаточно безопасен при использовании, а также дает
возможность обеспечивать такие технические характеристики ле-
тательных аппаратов, которые на традиционном нефтяном топли-
ве не достижимы.
Использование СП Г в гражданской авиации на грузовых и пас-
сажирских магистральных самолетах гарантирует:
•	возрастание коммерческой нагрузки, увеличение числа посадоч-
ных мест;
•	увеличение максимальной дальности авиарейсов;
•	устранение дефицита топлива,
•	снижение себестоимости перевозок;
•	улучшение экологических условий в районах аэропортов.
Сравнение характеристик самолета, работающего на СПГ, с обыч-
ным самолетом, летающем на керосине, показывает, что при неко-
тором ухудшении летно-технических характеристик за счет допол-
55
нительных топливных баков и аэродинамических качеств (при двух-
топливном исполнении) самолет на СПГ обладает значительным
преимуществом. Так, для самолета Ил-86 установка двигателей,
работающих на СПГ, и двух подвесных баков при одинаковой даль-
ности полета позволит:
•	снизить взлетную массу на 25,4 т (до 180,6 т);
•	увеличить дальность полета на 600 км при постоянной взлетной
массе;
•	экономить за полет 38,1 т керосина при максимальной дально-
сти полета, израсходовав при этом 19,5 т СПГ [16].
Проведенные расчеты и анализ по отечественным и зарубежным
летательным аппаратам показывает, что при одинаковой полезной
нагрузке переход на метановое топливо может снизить его затраты
на транспортирование единицы массы полезной нагрузки на 16.. 27 %
и, возможно, увеличить полезную нагрузку в 2,6 раза. Так, для
самолетов А-310 и Ту-160 при одинаковой полезной нагрузке пере-
ход на СПГ позволит снизить затраты на единицу полезной нагруз-
ки соответственно на 26 и 28 %. При условии равенства начальных
полетных масс полезная нагрузка увеличится соответственно в 1,26
и 1,47 раза [17].
Об эффективности использования СПГ в авиации можно су-
дить по технико-экономическому расчету, выполненному Институ-
том газовой технологии США. Сверхзвуковой самолет, обладаю-
щий скоростью 3600 км/ч, может ежесуточно выполнять три рейса
по 6400 км каждый, имея на борту 200 пассажиров. При наличии
500 таких самолетов объем перевозок составит 640 млрд пассажиро-
километров. При снижении затрат даже на 0,06 цента за км, что
полностью обоснованно, экономия достигнет 400 млн долл./г. [16].
В конечном счете экономическую целесообразность применения
криотоплив на летательных аппаратах (ЛА) различного назначения
взамен традиционного реактивного топлива — керосина — следует
оценивать путем сравнения их стоимости. За основу принимается
количество топлива, которое затрачивается на транспортирование
единицы полезной нагрузки при выполнении полетного задания,
характерного для каждого типа ЛА. Применение криотоплива мож-
но считать целесообразным в том случае, если его цена во столько
раз выше цены традиционного топлива, во сколько раз меньше по
сравнению с ним затраты криотоплива на единицу полезной нагруз-
ки. Анализ данных по отечественным и зарубежным типам ЛА
и проведенные расчеты показывают, что при одинаковой полезной
нагрузке максимально возможное превышение цены СПГ по срав-
нению с керосином допустимо в 1,75 раза, а для варианта с макси-
56
мально возможной полезной нагрузкой — в 3,2 раза [17]. При этом
следует иметь в виду, что СПГ существенно (в разы) дешевле авиа-
ционного керосина.
По данным ОАО «Туполев», самолет на СПГ на 25 % дороже
обычного, но при расходе 100 млн т/км экономия за счет топлива
составит 4...5 млн долл. [18].
В настоящее время Россия находится в числе передовых стран по
созданию криогенной авиации, уже осуществлены первые полеты.
Так получилось, что они проводились на водороде, а затем на СПГ.
В январе 1989 г. экспериментальный самолет Ту-156, переоборудо-
ванный под работу на СПГ, совершил свой первый полет. В октябре
1989 г. самолет совершил показательный полет по маршруту Моск-
ва — Братислава — Ницца на 9-й Международный конгресс по при-
родному газу. В мае 1990 г. состоялся перелет по маршруту Моск-
ва — Минск — Ганновер для участия в Международной выставке,
а в июле 1991 г. самолет совершил полет по маршруту Москва —
Берлин
На рис. 4.2 представлен газотурбинный грузовой самолет сред-
ней дальности Ту-156, дооборудованный для полетов на СПГ, и его
технические характеристики. Его аналог — самолет Ту-154— впер-
вые в мире совершил полеты (более 100 ч) на этом топливе.
Грузовой опытно-промышленный самолет Ту-156 с двигателя-
ми НК-89 в настоящее время является лабораторией для освоения
технологии эксплуатации подобных самолетов на авиалиниях. На
нем отрабатывается система хранения и подачи топлива, которая
будет тиражироваться для установки на самолетах последующих раз-
работок. Самолет двухтопливный и способен перевозить 14 т груза
или 104 пассажира на расстояние до 2600 км Керосин размещается
в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются в перед-
ней и задней частях фюзеляжа.
На рис. 4.3 представлен перспективный коммерческий пасса-
жирский самолет средней дальности Ту-204К на СПГ (на базе само-
лета Ту-204) и его технические характеристики.
Среднемагистральный пассажирский самолет Ту-204К с двига-
телями ПС 92 создается на базе пассажирского сертифицированно-
го среднемагистрального самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А.
Он также двухтопливный и способен перевозить 210 пассажиров
на расстояние 5300 км. Керосин размещается в крыльевых топлив-
ных баках, баки с СПГ располагаются сверху на фюзеляже в обте-
кателе, имеющем минимальное аэродинамическое сопротивление.
Топливная экономичность самолета около 19 г/пассажирокиломет-
ров близка к базовой.
57
Рис. 4.2. Газотурбинный грузовой самолет средней дальности Ту-156 на СПГ
Основные размеры
Длина самолета, м.....................................47,925
Высота самолета, м....................................11,4
Размах крыла, м.......................................37,55
Длина фюзеляжа, м.....................................42,33
Длина грузового отделения, м.......................... 3,8
Размер грузовой двери, м..............................2,5 х 1,62
Масса
Взлетная масса, т...................................100,0
Масса пустого снаряженного самолета, т.................58,6
Масса топлива, т:
СПГ...............................................16,8
керосин........................................... 10,2
Масса максимальной полезной нагрузки, т ..............14,0
Летно-технические характеристики
Скорость полета, км/ч.................................850,0
Эксплуатационная дальность с полной полезной
нагрузкой, км.........................................2600,0
Необходимая длина взлетно-посадочной полосы
(на уровне моря), м...................................2500,0
Двигатели
Количество и тип......................................3 х НК-89
Взлетная тяга, кгс.................................... 10500
Удельный расход топлива (высота 11 км,
число Маха М = 0,8 (СПГ),	кг/кг ч..................0,74
Расход топлива, кг/т км:
СПГ ..............................................400,0
керосин...........................................438,8
58
Рис. 4.3. Коммерческий пассажирский самолет средней дальности Ту-204К
на СПГ
Улучшение экологии, снижение выбросов:
NO...................................................в 1,5 раза
СО................................................на 20 %
Снижение токсичных выбросов..........................в 4 раза
Снижение расхода топлива.............................в 2 раза
Основные размеры
Длина самолета, м...................................46,0
Высота самолета, м...................................13,9
Размах крыла, м......................................42,0
Масса
Максимальная взлетная масса, т.......................110,75
Масса полезной нагрузки, т:..........................
масса максимальной полезной нагрузки..............25,2
загрузка пассажиров...............................19,2
Масса топлива, т:
СПГ..............................................22,5
керосин...........................................5,5
Число пассажиров.....................................210
Летно-технические характеристики
Дальность полета, км:
при максимальной полезной нагрузке................3600,0
при полной загрузке пассажиров....................5300,0
Крейсерская скорость, км/ч...........................850,0
Высота крейсерского полета, км.......................10,6...! 1,6
Длина взлетно-посадочной полосы, м...................2500,0
Категория посадки по ICAO............................Ill
Двигатели
Два турбовентиляторных двигателя.....................ПС-92
Взлетная тяга, кгс...................................16 400
На рис. 4.4 представлен перспективный грузовой транспортный
самолет Ту-ЗЗОС на СПГ и его технические характеристики.
59
Рис. 4.4. Грузовой транспортный самолет Ту-ЗЗОС
Основные размеры
Длина самолета, м.....................................42,0
Высота самолета, м.....................................14,0
Размах крыла, м........................................43,5
Площадь крыла, м2 ...	  177,8
Масса
Взлетная масса, т....................................103,5
Масса максимальной полезной нагрузки, т................35,0
Летно-технические характеристики
Дальность при коммерческой нагрузке	30	т,	км..........3000,0
Дальность при коммерческой нагрузке	20	т,	км..........5600,0
Крейсерская скорость, км/ч.............................830,0
Высота полета, м.......................................12 000,0
Двигатели .............................................2 х ПС-90А
Размеры грузового отсека
Длина, м .............................................19,5
Ширина, м..............................................(4,0
Высота, м .............................................3,55 (макс. 4)
Размеры грузового люка
Длина, м ..............................................4,0
Ширина, м..............................................4,0
Грузовой транспортный самолет Ту-ЗЗОС с двигателями ПС-92
создается на базе грузового самолета Ту-330. Самолет с нагрузкой
30 т будет иметь дальность полета до 3000 км. На нем предполага-
ется перевозить и СПГ.
60
Кроме указанных, ОАО «Туполев» предполагает разрабатывать
и новый по компоновке региональный самолет, дальность полета
которого с 53 пассажирами или 5,4 т коммерческого груза составляет
2000 км. Самолет экономичен и может летать как на СПГ, так и на
авиационном керосине [18].
Ведутся разработки и других самолетов на криогенном топливе
с повышенными скоростями полета, с недосягаемым в настоящее
время потолком и улучшенными летно-техническими характерис-
тиками.
Ряд ведущих фирм США, Японии и Германии — «Боинг», «Лок-
хид», «Дойче Аэроспейс» и «Эрбас Индастри» — прогнозируют ис-
пользование таких видов криогенного топлива, как СПГ и жидкий
водород, в качестве основного горючего для авиации. Все они схо-
дятся на том, что с 2010—2020 гг. развернется широкое внедрение
криогеники в мировую практику авиации. Кроме значительного
улучшения технических качеств самолета, наличие на борту крио-
генного топлива позволит широко применять криоэлектронику
и создавать новые виды оружия. Уже сейчас создается инфраструк-
тура по производству, хранению и заправке воздушных судов эти-
ми видами топлива.
Внедрение криогеники в авиацию, первым этапом которого ста-
ло использование СПГ, даст возможность:
•	освоить гиперзвуковые технологии как переход к качественно
новому этапу развития авиастроения и отечественного наукоем-
кого производства и технологий, что позволит значительно про
двинуться в таких областях, как конструкции летательных ап-
паратов, новые конструкционные материалы, силовые установки
на криогенных топливах, аэро- и термодинамика и др. Получен-
ные результаты могут широко использоваться в различных от-
раслях промышленности;
•	создать летательные аппараты нового класса — гиперзвуковые
самолеты с различными задачами и возможностями, в том числе
осуществляющие крейсерские гиперзвуковые полеты на грани-
це плотных слоев атмосферы и ближнего космоса;
•	создать задел для разработки многоразовых аэрокосмических
систем Земля — орбита — Земля, обеспечивающих решение
широкого круга задач в космосе и из космоса, что позволит
наряду с ракетными разработать эффективные средства выведе-
ния нагрузок в космос, включающие аэрокосмические системы
выведения горизонтального старта, которые выполняют взлет
и посадку «по-самолетному».
61
В России и за рубежом работы над перспективными проектами
многоразовых космических систем уже ведутся (проекты NASP,
Boeing, Delta Cripper (США), Singer-2 (Германия), Hotol и Inter
Hotol (Великобритания), Nal (Япония), Ty-2000, «Бурлак», МиГакс
(Россия)).
Работы ведущих авиационных, ракетно-космических и крио-
генных фирм в России подготовили все условия для начала новой,
криогенной фазы развития высокоэффективной, экономичной
и экологически более чистой авиационной техники и ее наземного
аэродромного обеспечения. Решение проблемы криогенной авиа-
ции должно сыграть по значимости такую же роль, как переход от
поршневой авиации к реактивной.
По существу, авиационные криогенные разработки являются тех-
нологиями двойного назначения, позволяющими использовать крио-
топливо на других видах транспорта, в сельском хозяйстве, энерге-
тике, для регулирования «пиковых» нагрузок газопроводов и др.
Применение нового энергоносителя благотворно повлияет и на со-
циальную сферу, на профессиональную ориентацию людей, на ка-
чество жизни общества
Естественно, что внедрение СПГ как топлива будет эффектив-
ным и для вертолетов. Такие разработки, как известно авторам,
ведутся, в частности, на базе вертолета Ми-17 с двигателем ТВ-3-117.
Изучается возможность создания семейства двигателей на СПГ
ТВ-3-117, ТВ-7-117. Разработчики вертолетов, не отрицая целесо-
образности внедрения СПГ, на первом этапе отдают предпочтение
горючему из смеси топлива пропан-бутанового ряда (ТПБР), име-
ющих в 1,6 раза большую плотность, в 6 раз более широкий темпе-
ратурный диапазон жидкого состояния и более чем на 120 °C выше
температуру кипения, что дает значительные эксплуатационные пре-
имущества перед СПГ. Однако ТПБР дефицитен, производится в ос-
новном из попутных газов нефтедобычи и необходим для химичес-
ких производств. В связи с этим его применение как топлива
ограничено.
Отработку самолетов на СПГ предполагается осуществлять на
летно-испытательной базе АНТК им. Туполева (аэродром Рамен-
ское), а затем полетов — в г. Ухте и Санкт-Петербурге (аэродром
Пулково) и на первом штатно оборудованном аэродроме, располага-
ющемся предположительно в г. Ульяновске, где имеется крупный
авиационный завод, производящий самолеты типа Ту-204. Возмож-
ны и другие варианты.
На летно-испытательной базе АНТК им. Туполева предусмат-
ривается создание Государственного сертификационного центра ис-
62
пытаний авиационных агрегатов и оборудования с обеспечением
заправки и эксплуатации летательных аппаратов на криогенном
топливе (ГСЦИ), на базе которого будут отрабатываться все типы
самолетов на криогенном топливе. Здесь же может проходить ис-
пытание и оборудование для других отраслей промышленности, ис-
пользующих СПГ. Снабжение этой летно-испытательной базы СПГ
может быть осуществлено при отработке самолетов за счет поста-
вок топлива с установки, работающей в пос. Развилка Московской
области. Перевозку СПГ на аэродромы Раменское или Домодедово
можно осуществлять серийными автомобильными цистернами типа
УТК 8/06; опыт таких перевозок был получен при заправках само-
лета Ту-156.
В Санкт-Петербурге также имеется возможность поставлять СПГ
для экспериментальных полетов с существующих установок на ГРС
ООО «Лентрансгаз» и на базе АГНКС ООО «Лентрансгаз» (г. Пет-
родворец).
В Екатеринбург на аэродром Кольцово СПГ может быть достав-
лен из г. Первоуральска с установки ООО «Уралтрансгаз», а также
с установок получения СПГ, создаваемых сейчас на Северной же-
лезной дороге.
Для обеспечения полетов при отработке и проведении сертифика-
ционных испытаний возможно дооборудование аэродромов г. Ухты,
Санкт-Петербурга (Пулково) и другими криогенными комплексами,
в том числе хранилищами, а Сосногорский газоперерабатывающий
завод (г. Ухта) Севергазпрома может быть дооборудован в сжатые
сроки для получения СПГ с производительностью, достаточной для
экспериментальных полетов самолетов на криогенном топливе.
Для транспортировки СПГ можно использовать железнодорож-
ные цистерны 15-147У объемом 65 м3 с порошково-вакуумной изо-
ляцией и автомобильные цистерны ЦТК 25/06 объемом 25 м3.
Таким образом, уже в настоящее время создана опытно-про-
мышленная инфраструктура для производства, транспортировки
и использования СПГ небольшой, но достаточной для отработки
и опытных полетов самолетов на СПГ производительности.
Для обеспечения штатного функционирования криогенной авиа-
ции необходимо решить сложную и наукоемкую задачу: создать
промышленную наземную (аэродромную) инфраструктуру, обеспе-
чивающую производство, транспортирование, хранение и заправку
самолетов СПГ, одним из основных звеньев которой является строи-
тельство установок (заводов) по получению СПГ и средств, обеспе-
чивающих хранение топлива и заправку самолетов, достаточных для
штатных полетов пассажирской и транспортной авиации.
63
В подготовленных ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина» и рядом
смежных предприятий проектах и технических предложениях [14,
19, 20] указывается, что в России географически удачно взаимное
расположение магистральных газопроводов и основных аэропортов.
В связи с этим получение СПГ в штатном варианте можно органи-
зовать вблизи большинства крупных аэропортов в европейской и ази-
атской части страны вплоть до Новосибирска, а также в некоторых
городах Сибири и Дальнего Востока (в Иркутске, Хабаровске, Ком-
сомольске-на-Амуре и др.).
Учитывая, что для одной заправки самолета типа Ту-204М
требуется порядка 20 ..25 т СПГ, для обеспечения им аэродромов
гражданской авиации необходимо создать экономичную установ-
ку для получения СПГ по термодинамически эффективной схеме
с производительностью порядка 10...12 т/ч, в блочно-модульном
исполнении, в максимальной заводской готовности и с возможно-
стью ее тиражирования, один модуль которой сможет обеспечить
заправку до 10 самолетов в сутки. Такая схема также может позво-
лить извлекать из газа тяжелые фракции углеводородов (пропан,
бутан, этан), побочно получать горячую воду (до 20 т/ч) и элект-
роэнергию (до 300...500 кВт). Установки целесообразно размещать
вблизи аэродромов и связывать с хранилищем продукта трубопро-
водом.
Размещение заводов по сжижению природного газа вблизи
аэродромов с трубопроводной связью с хранилищем горючего на
аэродроме и со стационарной системой заправки самолетов позво-
лит в 1,8—2 раза снизить потери продукта, исключить его перевоз-
ки и тем самым удешевить стоимость заправки на 20...30 %. Такое
решение позволит существенно сократить капитальные затраты на
создание обслуживающих (технических) систем, таких как водо-
снабжение, электроснабжение, системы пожаровзрывопредупреж-
дения и др. Кроме того, это позволит снабжать аэропорты дубли-
рующим независимым источником электроэнергии, улучшить его
инфраструктуру и инфраструктуру ближайшего населенного пунк-
та, что удешевит СПГ минимум на 15% и позволит поставлять
его сторонним потребителям. Особо следует подчеркнуть, что рас-
положение установок сжижения газа вблизи аэродромов позво-
лит существенно разгрузить железные дороги и автомобильный
транспорт.
Хранение СПГ на аэродромах гражданской авиации целесооб-
разно осуществлять в двухстенных изотермических резервуарах с пер-
литной изоляцией, уже освоенных промышленностью для других
сжиженных газов Возможно хранение криогенного топлива и в ем-
64
костях с экранно-вакуумной изоляцией с минимальными потерями
продукта на испарение.
Применение стационарной централизованной заправки самоле-
тов удешевит (по сравнению с заправкой с помощью автомобиль-
ных заправщиков) стоимость заправки по крайней мере на 20...30 %,
и, кроме того, появится возможность возвращения паров природно-
го газа, образующихся при захолаживании баков самолета и назем-
ной системы, в установку сжижения.
Таким образом, средства получения СПГ, системы хранения топ-
лива и его заправки в самолеты в штатном варианте следует разра-
батывать как единую сложную систему, требующую комплексного
решения. В этом случае возможно создание эффективного и отно-
сительно дешевого комплекса аэродромного обеспечения криоген-
ной авиации.
Аналогов подобному комплексу в мировой практике не суще-
ствует. Оснащение аэродромов комплексами получения СПГ позво-
лит использовать излишки продукта для народнохозяйственных
нужд, снять напряжение в топливно-энергетическом комплексе
и улучшить экологическую обстановку, а созданная для аэродромов
модульная установка сжижения газа может быть использована
и в других отраслях.
На рис. 4.5 схематически представлен аэродромный криогенный
комплекс для использования СПГ.
На основании предварительного анализа существующих трасс
полетов самолетов гражданской авиации в пределах России с мак-
Рис. 4.5. Аэродромный криогенный комплекс для использования СПГ:
/ — завод по производству СПГ; 2 — хранилище-накопитель; 3 — оборудование для
стационарной заправки самолетов; 4 — оборудование для выдачи СПГ сторонним по-
требителям
3 — 11
65
симальной дальностью 1500...2200 км, загрузки авиалиний, пасса-
жиропотоков и перспектив их развития представляется целесооб-
разным в первую очередь переоборудовать для использования СПГ
аэропорты Москвы (Домодедово), Санкт-Петербурга, Самары, Ека-
теринбурга, Оренбурга, Перми, Надыма.
Разработанный проект программы развития криогенной авиа-
ции [19] показал высокий экономический эффект от ее внедрения
и получение прибыли уже через 5 лет после начала ее реализации
при решении задачи ускоренного развития промышленности Вос-
точной Сибири и Дальнего Востока. Использование криогенной
авиации позволит снизить стоимость перевозки людей и грузов из
центральной части страны в эти регионы минимум на 30...50 %,
поскольку СПГ гораздо дешевле авиационного керосина. Известно,
что в настоящее время авиационный керосин в Красноярск и Хаба-
ровск доставляют самолетами Ил-76, что повышает его стоимость
в 3—4 раза по сравнению с ценой в Самаре и Тюмени.
4.3. СПГ на железнодорожном транспорте
В настоящее время в РФ тепловозами осуществляется около 25 %
общего объема перевозок грузов. В стране более 47 тыс. км неэлек-
трифицированных дорог. Многие проектируемые железные дороги,
особенно к местам добычи полезных ископаемых, вообще не целе-
сообразно электрифицировать. На этих дорогах тяга поездов может
осуществляться только тепловозами. С учетом дефицита дизельного
топлива и экологических преимуществ перевод тепловозов на газо-
вое топливо является важной задачей.
Работы по созданию газотепловозов были начаты в 1980-х гг. На
Луганском тепловозостроительном заводе были построены три опыт-
ных магистральных газодизельных тепловоза, каждый из которых
состоял из двух тяговых секций и одного тендера с двумя криоген-
ными емкостями производства НПО «Криогенмаш» для размеще-
ния СПГ. На тепловозах 2ТЭ/ОГ в качестве силового агрегата был
применен двухтактный газодизель типа 1ОД 100 производства Харь-
ковского завода, на тепловозе 2ТЭ116Г — четырехтактный дизель
типа Д49 производства Коломенского завода.
К настоящему времени в России наиболее полно проработана
проблема создания маневрового газотепловоза, работающего на СПГ,
создан и испытан макетный образец маневрового газотепловоза типа
ТЭМ2УГ. В составе этого газотепловоза на испытательном полигоне
проведены сдаточные межведомственные испытания газодизель-ге-
нератора ГДГ50, которые подтвердили ожидаемые результаты. Его
66
мощностные показатели находятся на уровне дизельного прототипа,
а удельный расход топлива в среднем на 2 % ниже, выбросы ток-
сичных веществ с отходящими газами в 1,4—2,5 раза меньше, чем
у прототипа.
По результатам этих разработок спроектированы и изготовлены
два опытных маневровых газотепловоза типа ТЭМ18Г, снабженных
баллонами со сжатым газом под давлением до 20 МПа. Их дизель-
генераторы работают на сжатом (компримированном) природном газе
с подачей в цилиндры запальной порции дизельного топлива (15 %).
При этом обеспечивается конвертируемость дизеля с минимальным
повышением удельного расхода топлива (до 3 %) при обратном пе-
реходе на дизельное топливо.
Применение СПГ на железнодорожном транспорте следует рас-
сматривать на основе анализа состояния парка тепловозов. В насто-
ящее время требуется списание до 70 % общего парка магистраль-
ных и 50 % маневровых тепловозов по их техническому состоянию
и выработанному ресурсу (тепловозы ТЭ10, ТЭ116, М62).
В этой связи заслуживает внимания предложение Государствен-
ного научного центра авиационного моторостроения им. П.И. Бара-
нова (ЦИАМ) о создании нового унифицированного газотурбинно-
го двигателя, использующего в качестве топлива СПГ, что позволяет
создать семейство высокоэффективных силовых установок (СУ) для
линейных локомотивов, а также других транспортных средств [21],
в том числе судов различного назначения. По данным ЦИАМа,
начиная с мощности 3,5 МВт, газотурбинные двигатели (ГТД) на
СПГ дешевле, чем работающие на нефтяных топливах. Их КПД
составит 45...53 %. Мощность нового предлагаемого двигателя на
СПГ достигает 4,5 МВт, а потребность в них составляет 700...900 ед./г.
Применение ГТД с регенерацией и утилизацией, работающего на
СПГ, улучшит топливную экономичность на 22 %, уменьшит зани-
маемый объем более чем в 4 раза, снизит вес более чем в 9 раз [22].
Исследования, проведенные во ВНИИ железнодорожного транспорта
подтвердили, что использование газотепловоза с эффективными крио-
генными баками СПГ и новыми двигателями разработки ЦИАМа
позволяет осуществлять пробеги без дозаправки протяженностью до
2000 км [19]. Газотепловозы будут применяться на неэлектрифици-
рованных участках железных дорог, там, где сейчас используются
тепловозы, работающие на дизельном топливе.
На рис. 4.6, а представлена схема тепловоза 2ТЭ10В с криоген-
ным резервуаром для СПГ, располагающемся в отдельной секции,
а на рис. 4>6, б показано размещение криогенных резервуаров в этой
секции.
з*
67
Рис. 4.6. Тепловоз 2ТЭ10В с криогенным резервуаром для СПГ в отдельной секции:
а — общая схема; б — схема размещения криогенных резервуаров
На рис. 4.7 показана схема одного из вариантов тепловоза с раз-
мещением резервуаров с СПГ непосредственно на тепловозе
Помимо экономии на стоимости топлива, которая составляет
40...45 %, при использовании СПГ на 7...10 % сокращается расход
топлива, в 3—5 раз снижается токсичность отработанных газов, в 1,2—
1,5 раза — объем вредных выбросов в атмосферу.
Рис. 4.7. Тепловоз ТГ-106 (4000 л.с.) с размещенными на нем резервуарами
с СПГ емкостью 10i
19 октября 2004 г. председатель ОАО «Газпром», президент ОАО
«Российские железные дороги» и губернатор Свердловской области
подписали совместную Программу организации на полигоне Сверд-
ловской железной дороги опытной эксплуатации тепловозов на
сжатом и сжиженном природном газе, основными задачами которой
являются создание магистральных тепловозов на СПГ и получение
СПГ на трассе этой железной дороги. Его предполагается получать
с использованием дроссель-эффекта на имеющихся вблизи желез-
нодорожной трассы газораспределительных станциях производитель-
ностью до 1 т/ч по технологии, разработанной ЗАО «Крионорд»,
входящим в ООО «Лентрансгаз».
В настоящее время на Коломенском тепловозостроительном заво-
де разрабатывается новый газотурбовоз для работ на СП Г, а в районе
Свердловской железной дороги строится установка для получения
СПГ с использованием перепада давления на ГРС и детандера произ-
водительностью до 3 т/ч разработки ОАО «НПО Гелиймаш».
Использование СПГ в качестве топлива для тепловозов имеет
ряд преимуществ по сравнению с использованием компримирован-
ного природного газа (КПГ).
Газодизелъ, являющийся признанным двигателем при исполь-
зовании газа на тепловозах, всегда работает на газообразном топли-
ве. В случае КПГ газ в двигатель попадает через газовый редуктор,
69
в случае СПГ — через испаритель, которым должен быть оснащен
тепловоз.
Сравнительные массогабаритные показатели систем хранения га-
зомоторного топлива являются важнейшими для газовых теплово-
зов, так как определяют возможность размещения на борту локомо-
тива необходимого, так называемого межэкипировочного, запаса
при жестких конструктивных и эксплуатационных ограничениях.
Поскольку кратность уменьшения объема газа при использовании
СПГ составляет 600 ед., бортовой запас криогенного топлива на
тепловозе может втрое превосходить возможный запас КПГ, нахо-
дящегося под давлением 200 атм.
Применение КПГ на тепловозах повлечет за собой уменьшение
межэкипировочного пробега по сравнению с существующим, что не
согласуется с действующей на железных дорогах системой эксплу-
атации и периодического технического обслуживания локомотивов.
Одновременно для тепловозов на КПГ потребуется не железнодо-
рожная, а автотранспортная система доставки газа, так как железно-
дорожные перевозки сжатого газа при всех допущениях вряд ли
могут быть экономически оправданными. Передвижные автозап-
равщики, предлагаемые в качестве средств доставки и заправки теп-
ловозов КПГ, имеют весьма низкие показатели производительнос-
ти: масса баллонов 16,5...17 т, коэффициент опорожнения 0,5...0,9,
суточное количество рейсов — не более трех. Кроме того, по вари-
анту КПГ невозможно реализовать требование локомотивного хо-
зяйства о резервировании запасов топлива на срок от 10 до ЗОсут
119, 23].
При использовании на тепловозах газового топлива по криоген-
ной технологии названные эксплуатационные вопросы становятся
вполне решаемыми благодаря приемлемым значениям рабочего за-
паса СПГ на тепловозе и возможностям резервирования криотопли-
ва в стационарных хранилищах.
Расчеты и опыт показывают, что при эксплуатации газотепло-
возов на СПГ по сравнению с эксплуатацией на дизельном топливе
эксплуатационные расходы не увеличиваются.
Большие преимущества дает применение СПГ (по сравнению
с КПГ) с точки зрения техники безопасности, что связано прежде
всего с физическими характеристиками СПГ и конструктивными
решениями его хранения в секциях тепловоза.
По вопросам безопасности в НИИЦ «Криотрансэнерго» (г. Ро-
стов-на-Дону) были проведены сравнительные исследования и на-
турные эксперименты с КПГ и СПГ, а также комплексная оценка
безопасности по 11 параметрам. Анализ сравнительной безопасности
70
газотопливных систем СПГ и КПГ для железнодорожного транс-
порта показал явные преимущества СПГ.
Более подробно вопросы безопасности использования СПГ бу-
дут рассмотрены в гл. 11.
Для экипировки магистральных газотепловозов СПГ необходи-
мо наличие в структуре газового хозяйства страны заправочных
станций. Заправка маневровых газотепловозов может осуществляться
на площадках для экипировки тепловозов по схеме заправки ди-
зельным топливом. В сложившейся структуре экипировочного хо-
зяйства железнодорожного транспорта пункты заправки дизельным
топливом располагаются на расстоянии 200...700 км друг от друга
и имеют расходы 50...400 т топлива в сутки для обеспечения работы
магистральных тепловозов. Для маневровых тепловозов, количество
которых, как правило, составляет 10...40 ед. в пункте приписки,
требуется 10. .35 т дизельного топлива в сутки. При указанных выше
объемах замещения суточный расход СПГ для снабжения магист-
ральных газотепловозов будет составлять 35...120 т/сут, для снабже-
ния маневровых газотепловозов — 5... 19 т/сут.
Заправочная станция для тепловозов должна размещаться вбли-
зи экипировочного хозяйства и иметь с последним общую позицию
для снабжения газотепловозов СПГ, дизельным топливом, смазоч-
ным и другими экипировочными материалами.
Для ускорения работ по газификации тепловозов и уменьшения
капитальных вложений необходимо в первую очередь внедрять га-
зотепловозы в районах, где проходят магистральные газопроводы и
имеются предприятия с возможностью организации производства
КПГ и СПГ, а также в районах, требующих улучшения экологичес-
кой обстановки (Москва, Санкт-Петербург и др.)
Первые реальные работы по переводу газодизельных тепловозов
на СПГ проводятся на Свердловской железной дороге на перегонах
Серов — Приобье, Егоршино — Устье — Аха (Урал), Тюмень —
Тобольск — Сургут — Новый Уренгой — Надым. Другим перспек-
тивным районом внедрения СПГ является Северная железная доро-
га: Коноша — Воркута — Лабытнанги (Салехард), Коноша — Архан-
гельск. При этом следует принять во внимание, что на этом
направлении планируется введение в строй новой железной дороги
на полуостров Ямал, где открыты богатые газовые месторождения.
Эти две дороги связывают промышленные районы страны с речны-
ми портами на реках Обь и Иртыш.
В процессе переоснащения локомотивного парка северных рай-
онов железных дорог можно ввести в эксплуатацию около 640 ма-
гистральных и около 510 маневровых газотепловозов.
71
Для обеспечения СПГ газотепловозов Свердловской железной
дороги планируется ввести в эксплуатацию станции по производ-
ству СПГ общей производительностью 210тыс. т/г., а для Северной
железной дороги — 420 тыс. т/г.
В дальнейшем целесообразно внедрение СПГ как топлива для
тепловозов на других дорогах, в частности на Саратовской железной
дороге.
Быстрое внедрение СПГ и КП Г как топлива для маневровых
тепловозов можно выполнить путем модернизации части эксплуа-
тируемого парка, которую можно совместить с капитальным ремон-
том. Учитывая необходимость улучшения экологической обстанов-
ки, ввод в эксплуатацию маневровых газотепловозов необходимо
организовать на Московском и Санкт-Петербургском железнодо-
рожных узлах.
Проведенный специалистами технико-экономический анализ по-
казал преимущество перевода тепловозной тяги на СПГ с учетом
капитальных затрат и эксплуатационных расходов при использова-
нии как внешнего (6...9 %), так и внутреннего кредитов (5...16 %) со
сроком окупаемости не более 8—10 лет [23].
4.4. СПГ в автомобильном транспорте
Большой объем научно-исследовательских работ по примене-
нию СПГ в автомобильном транспорте был проведен в нашей стране
еще в начале 1960-х гг. В 1986 г. была создана и успешно испытана
опытно-промышленная партия автомобилей на СПГ (45 автомоби-
лей ЗИЛ-3-1-138П, 45 автомобилей ГАЗ-53-17 и 3 автобуса
ЛЛЗ-699-Р). Цилиндрический топливный криогенный бак с экран-
но-вакуумной изоляцией для этих автомобилей был создан Физико-
техническим институтом низких температур (ФТИНТ) АН УССР.
Продолжительность бездренажного хранения СПГ в этих баках со-
ставила 48 ч.
Аппаратура подачи СПГ в систему питания двигателя, за ис-
ключением испарителя СПГ (оребренной алюминиевой трубки
в виде змеевика) и электронного блока, управляющего электро-
магнитными клапанами подачи жидкой и паровой фаз СПГ, была
унифицирована с применяемой на автомобилях с газовыми бал-
лоннами. Проведенные на автокомбинатах № 35 и 41 Главмосав-
тотранса эксплуатационные испытания этих автомобилей (заправка
СПГ осуществлялась на Очаковской базе Москвы от передвижного
автозаправщика ЦТМ-8/0,25) показали правильность принятых
конструктивных решений, в том числе по обеспечению техобслу-
72
живания, и принципиальную возможность использования СПГ на
автомобильном транспорте.
В то время из-за наличия крупной сырьевой базы для производ-
ства бензина и его низкой стоимости СПГ не нашел практического
применения. Не в последнюю очередь это произошло из-за недоста-
точной подготовленности общественного мнения.
Продолжающаяся автомобилизация страны, приводящая к зна-
чительному увеличению количества автомашин, использующих
нефтяное топливо, привела к резкому ухудшению экологической
обстановки. На территории России автомобильный транспорт еже-
годно выбрасывает 16,6 млн т загрязняющих веществ, что составля-
ет 40 % всех вредных выбросов. Только в Москве при сгорании
дизельного топлива выбрасывается до 10 тыс. т двуокиси углерода
(СО2) в сутки; 30 % заболеваний горожан связано с загрязнением
воздуха автомобильными выбросами. Если на каждого москвича
в 1993 г. приходилось 80 кг выбросов в год, то в 1995 г. — 160 кг.
Содержание вредных веществ вблизи крупных магистралей в 5—
10 раз превышает предельно допустимое количество.
Экологический ущерб от воздействия транспортно-дорожного
комплекса в России в 1994 г. составил 4,8 млрд долл. |24]. В насто-
ящее время российская промышленность не готова выпускать авто-
мобили с современными нейтрализаторами вредных выбросов, что
еще больше ухудшает экологическую обстановку.
В связи с приведенными фактами создавшаяся обстановка тре-
бует принятия срочных мер. Решение проблемы может быть достиг-
нуто внедрением новых альтернативных видов топлива.
По ресурсной обеспеченности, технологической и технической
подготовке реальным альтернативным моторным топливом являет-
ся природный газ в сжатом (КПГ) или в сжиженном состоянии
(СПГ), особенно для грузовых и большегрузных автомобилей и ав-
тобусов.
Ресурсы сжиженного нефтяного газа, нашедшего применение
как горючее в автомобильном транспорте, в Российской Федерации
ограничены в связи с уменьшением запасов нефти и необходимос-
тью обеспечения им химической промышленности и коммунально-
бытового хозяйства.
Рассмотрение других возможных альтернатив для автотранс-
порта — использование водорода, электроаккумуляторов, систем
электропитания и др. — показали, что для их внедрения требуется
значительное время, проведение научно-исследовательских и опыт-
но-конструкторских работ, существенные капитальные вложения
Следует отметить, что такие работы ведутся постоянно.
73
Применение природного газа на транспорте позволит уменьшить
выбросы окислов в атмосферу примерно в 2 раза, углеводородов —
в 3 раза, окиси углерода — в 10 раз, а также будет способствовать
снижению дефицита нефтяного топлива.
Известно, что карбюраторные двигатели могут успешно рабо-
тать на газовом топливе и их переоборудование не вызывает серь-
езных трудностей, что подтверждают примеры перевода многих ав-
томобилей на газовое топливо. При эксплуатации двигателей на
КПГ и СПГ не наблюдалось изменений в их работе по сравнению
с работой на нефтяном газовом топливе (пропан-бутан). Современ-
ные дизели могут быть конвертированы в газовые с искровым за-
жиганием или переоборудованы в газодизели.
Газодизели по сравнению с газовыми двигателями имеют худ-
шие экологические показатели, однако могут работать и на нефтя-
ном топливе, в то время как газовые двигатели работают только на
газе. В газодизеле в воздушный тракт поступает не воздух, а воз-
душная смесь, которая поджигается запальной дозой дизельного
топлива, впрыскиваемой через форсунки дизельной системы топли-
воподачи. Запальная доза не превышает 20 % максимальной подачи
при работе на чисто дизельном топливе.
По данным Автомобильного и автомоторного государственного
научного центра (НАМИ), в газодизелях при сохранении энергети-
ческих параметров базового двигателя увеличивается максимум кру-
тящего момента, снижается на 2.. 4 дБ шум, в 2—4 раза падает дым-
ность отработанных газов Кроме того, возможен быстрый переход
с одного топлива на другое, снижается износ гильзопоршневой груп-
пы и группы коленчатого вала, увеличивается срок использования
моторного масла. При этом, конечно, усложняется система питания
двигателя за счет появления газового дозатора, смесителя, системы
регулирования газа. В НАМИ разработана достаточно простая тех-
нология переоборудования дизеля как в газовый двигатель, так и в
газодизель.
Проведенные анализ и испытания дизеля 6ЧПСМ18/22-250,
переведенного в газовый двигатель и газодизель, показали, что
нагрузочные характеристики базового дизеля в обоих случаях не
изменяются.
В 1987 г. в Российской Федерации начат промышленный вы-
пуск тяжелых грузовиков КамАЗ с дизельными двигателями, при-
способленными для работы на природном газе по системе ГД-HAM И
(газодизель-НАМИ), которая предусматривает модульный принцип
перевода на газовое топливо любого автотракторного быстроходно-
го дизеля. Конструктивные элементы системы позволяют подби-
74
рать необходимый «конструктивный» комплект для каждого типа
двигателя, обеспечивающий получение оптимальных мощностных,
экономических и экологических показателей. Были разработаны
газодизельные модификации грузовых автомобилей КамАЗ, КрАЗ,
МАЗ, автобусов ЛиАЗ, ЛАЗ, «Икарус».
Энергетические и экономические показатели газодизельных
модификаций двигателей имеют практически одинаковые показа-
тели, однако изменение крутящего момента у газодизеля происхо-
дит более благоприятно, что значительно облегчает управление ав-
томобилем. По данным НАМИ, использование газодизельных
автомобилей КамАЗ в зависимости от годового пробега и условий
эксплуатации дает экономию 10...12 т/г. дизельного топлива на
один автомобиль (газом заменяется 80...85 % топлива), уменьшает
дымность, снижает уровень шума в кабине, уменьшает износ ци-
линдропоршневой группы из-за уменьшения нагара и отсутствия
твердых частиц в продуктах сгорания, улучшает тягово-скорост-
ные характеристики.
Экономия дизельного топлива, снижение дымности отработав-
ших газов (ОГ) и снижение уровня шума при использовании газо-
дизельного рабочего процесса на различных дизельных автомобилях
и автобусах (по данным НАМИ) представлены в табл. 4.1.
В настоящее время решены все технические вопросы, связанные
с доработками автомобилей и их двигательных установок для пере-
Таблица 4.1. Некоторые технические характеристики грузовых автомобилей
и автобусов с газодизельиым рабочим процессом
Модель	Экономия дизельного топлива в год на одно транспортное средство, т	Снижение дымности ОГ	Снижение уровня внешнего шума
Икарус-260	14-15	В 3—4 раза	Нет
Икарус-280	17-18	В 3—4 раза	Нет
ЛАЗ-42021	12-13	В 2—3 раза	На 2 дБ
КамАЗ-53208	10,5-12	В 2—3 раза	На 1,5-2 дБ
КамАЗ-53218	12-13	В 2—3 раза	На 1,5-2 дБ
КамАЗ-54118	11	В 2—3 раза	На 1,5-2 дБ
КамАЗ-55118	11-12	В 2—3 раза	На 1,5-2 дБ
МАЗ-55512	10-12	В 3 раза	На 1,5-2 дБ
КрАЗ-256Г	12-14	В 2,5—3 раза	На 1,5-2 дБ
КрАЗ-65102	13-15	В 2—2,5 раза	На 1,5-2 дБ
ЗИЛ-133ГЯ	10-11	В 2—3 раза	На 1,5-2 дБ
БелАЗ-7522	55-60	В 3—4 раза	На 2-3 дБ
БелАЗ-7548	до 70	В 3—4 раза	На 2-3 дБ
75
вода на сжатый до 200 атм природный газ, который хранится на
транспортном средстве (автобус, грузовой автомобиль) в баллонах.
В мире большое количество транспорта работает на КПГ. Только
в Германии около 3500 тыс. автомобилей при общем парке 10 млн
переведено на газ, причем около 10 % этого количества — автобусы.
В России на сжатый природный газ переведено более 45 тыс.
тяжелых грузовых автомобилей, начали переводить автобусы. По-
строена и работает сеть из 207 газонаполнительных компрессорных
станций производительностью 250 и 500 заправок в сутки в 129 го-
родах. На Кировском заводе Санкт-Петербурга разработан проект
станции нового поколения АГНКС-125 на 125 заправок в сутки.
Комплексной программой по использованию газа в качестве
моторного топлива на транспорте предусматриваются модерниза-
ция существующих АГНКС, доведение количества этих станций
до 1100 ед. и перевод на сжатый природный газ до 1 млн автомо-
билей. Это позволит к 2020 г. заместить 2,1...2,3 млн т нефтяных
топлив и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу на
1...1,2 млн т [1].
Предусмотрено также освоение производства облегченных бал-
лонов из композитных материалов и комплектов газового оборудо-
вания нового поколения, отвечающего современным технико-эко-
номическим показателям.
Если говорить об использовании КПГ в качестве автомобильно-
го топлива, то, как и в случае с тепловозами, он имеет ряд преиму-
ществ, но и не лишен недостатков.
К преимуществам следует отнести возможность хранения газа
в баллонах под давлением без потерь сколь угодно длительное вре-
мя, относительную простоту эксплуатации. Однако его существен-
ным недостатком является значительный занимаемый объем на еди-
ницу веса (объем жидкости по сравнению с газом при атмосферном
давлении в 600 раз меньше, в то время как компримированного —
только в 200 раз), большой вес и объем баллонов, их высокая стои-
мость по сравнению с изолированными баками для хранения СПГ,
худшие (хотя и приемлемые) условия безопасности.
При использовании баллонов для хранения газа под давлением
20 МПа (близким к оптимальному) удельная масса тары составляет
0,85 кг массы/кг газа, т. е. полезная масса не превышает 15 % всей
массы системы. Так, масса одного баллона емкостью 50 л равен 65 кг.
Для пробега в 250 км при расходе газа 27 кг на 100 км автобусу
«Икарус» потребуется 8 баллонов. Масса баллонов с газом составит
около 520...550 кг, при этом масса чистых баллонов почти в 8—9 раз
превышает массу продукта, не говоря уже о большом объеме, занима-
76
емом баллонами. Даже при использовании баллонов из титана масса
продукта в них не превысит 25 %.
Использование же СПГ позволит уменьшить металлоемкость
транспортных средств, повысит их грузоподъемность и дальность
пробега одной машины. Расчеты показывают, что для обеспечения
пробега в 400 км на автобусе типа «Икарус» необходимо установить
два бака емкостью 130 л каждый с экранно-вакуумной изоляцией
и испаряемостью не более 1 % в сутки при весе устройства не более
90 кг.
Для грузового автомобиля ЗИЛ-138А, оборудованного криоген-
ной емкостью объемом 300 л СПГ, пробег при одной заправке уве-
личивается в 1,8 раза, а суммарная масса оборудования и топлива
уменьшается на 600 кг по сравнению с тем же автомобилем, рабо-
тающим на КПГ. Грузоподъемность автомобиля при его переводе на
СПГ и пробег на одной заправке сопоставимы с аналогичными ха-
рактеристиками автомобиля, работающего на бензине.
Для сравнения в табл. 4.2 приведены характеристики топливной
системы автомобиля ЗИЛ при использовании компримированного
и сжиженного природного газа, а в табл. 4.3 — некоторые технические
показатели автомобиля ЗИЛ-130, работающего на бензине, КПГ и СПГ.
Таблица 4.2. Характеристики топливной системы автомобиля ЗИЛ
при использовании в качестве топлива КПГ и СПГ
Характеристика	КПГ	СПГ
Запас газа, кг	75	75
Вместимость, л	400	175
Рабочее давление МПа	20	0,15
Число емкостей, шт.	8	1
Объем пространства, необходимого для размещения, м3	1,4	0,6
Масса, кг	740	85
Удельная металлоемкость, кг массы/кг газа	10	1,15
Таблица 4.3. Технические показатели автомобиля ЗИЛ-130
при использовании различных видов топлива
Технический показатель	Бензин	КПГ	СПГ
Максимальное рабочее давление в баках (баллонах) автомобиля, МПа Теплотворная способность топлива, кДж/л Объем топливного бака (баллона) на 40 000 кДж, л Полезная грузоподъемность автомобиля, кг Масса снаряженного автомобиля при полной заправке, кг Выброс в атмосферу окиси углерода, кг/г.	0,03 31907 1,3 6000 4300 1200	20,0 6775 6,2 5500 4900 400	0,5 21 368 1,95 6000 4450 400
77
Как следует из табл. 4.2 и 4.3, применение СПГ является наи-
более перспективным направлением применения природного газа
как моторного топлива |8].
Переоборудование автомобиля для работы на СПГ заключается
в установке специальной криогенной емкости для его хранения,
небольшого испарителя, использующего тепло отработанных газов,
и в монтаже топливной аппаратуры, аналогичной применяемой в га-
зобаллонных автомобилях, работающих на КП Г.
При использовании СПГ относительная удельная масса топли-
ва* достигает 65...75 %, что повышает полезную грузоподъемность
и запас хода транспортного средства.
Совершенная конструкция емкости и высокие термодинамичес-
кие показатели СПГ позволяют хранить его в баках автомобиля без
потерь до 18 сут., а при заполнении баков на 20 % — до 5 сут. Это
существенно снижает неудобства при использовании криогенного
топлива.
СПГ может быть использован в качестве топлива для перспек-
тивного подвижного состава автопоездов, поскольку их применение
позволяет повысить грузооборот за счет введения контейнерных пе-
ревозок грузов, что повышает производительность транспортной
единицы в парке и на 20...30 % уменьшает удельный расход топ-
лива. Целесообразность применения СПГ в качестве основного топ-
лива для двигателей седельных тягачей автопоездов в условиях
ограничения применения традиционных энергоносителей очевид-
на, так как при этом сохраняются основные коммерческие досто-
инства автопоезда — запас хода, грузоподъемность и скорость до-
ставки груза.
Часть районов перспективного размещения комплексов СПГ,
таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Южный
Урал и др., находятся на пересечении важнейших автомобильных
артерий страны. Ниже приведены направления автомагистралей, по
которым перевозки грузов могут быть организованы на газодизель-
ных автопоездах (как варианты):
Москва — Санкт-Петербург;
Москва — Рязань — Пенза — Саратов;
Москва — Нижний Новгород — Казань — Оренбург;
Казань — Екатеринбург;
Омск — Новосибирск — Кемерово;
Москва — Липецк — Воронеж.
* Отношение массы топлива к массе бака с топливом.
78
Без дозаправки в пути перевозки грузов на газодизельном авто-
мобиле могут осуществляться на расстояние 300...400 км от пункта,
где имеется в наличии СПГ.
Технико-экономический анализ перевода автомагистрали Моск-
ва — Рязань — Пенза — Саратов протяженностью около 800 км на
снабжение автопоездов КП Г и СПГ показали высокую доходность
этого мероприятия со сроком окупаемости 10—11 лет при высокой
экологичности проекта [25].
Особый эффект даст перевод на СПГ карьерных самосвалов.
В настоящее время на добыче полезных ископаемых открытым спо-
собом занято до тысячи самосвалов грузоподъемностью 100...130 т
и более 3 тыс. ед. грузоподъемностью 30...55 т. Использование СПГ
в качестве основного моторного топлива для карьерных самосвалов
БелАЗ, перевозящих 80 % всей горной массы в стране, могло бы
внести весомый вклад в замещение дизельного топлива. Так, авто-
мобиль марки БелАЗ-549 грузоподъемностью 75 т ежегодно расхо-
дует около 150 т дизельного топлива. Конвертирование в газоди-
зельные 50 тыс. подобных машин позволило бы экономить до 6 млн
т/г. топлива.
Следует отметить, что автомобили БелАЗ эксплуатируются в ус-
ловиях плохо вентилируемых карьеров, где важную роль играют
мероприятия по снижению дымности и токсичности отработанных
газов. Требуется также кондиционирование кабин. Решать эти воп-
росы можно при комплексном использовании СПГ как моторного
топлива, так и хладагента. По оценкам, применение криогенной
технологии позволяет создать запас природного газа на борту рудо-
воза-большегруза, который обеспечивает бесперебойную работу
машин в течение 8...14ч [25].
Эффективно использование СПГ и в авторефрижераторном
транспорте. В нашей стране и за рубежом успешно проведены ра-
боты по замене парокомпрессионных холодильных установок ав-
томобилей-рефрижераторов системами охлаждения с помощью
жидкого азота. Однако по сравнению с жидким азотом СПГ обла-
дает в 3 раза более высокой теплотой испарения (501,6 и
196,5 кДж/кг при Ткип = 112 и 78 К соответственно) и в 2 раза более
высокой удельной теплоемкостью при нормальных условиях (2,22
и 1,03 кДж/кг - К).
Перед поступлением в двигатель авторефрижератора СПГ ис-
паряют в холодильной камере. Расчеты показывают, что при по-
треблении автотранспортом топлива на уровне 20...30 кг/ч ресурсы
холода составляют 17...25 кДж/ч, что позволяет поддерживать в хо-
лодильных камерах объемом 300 м3 заданный температурный ре-
79
жим и отвечает нормам Европейской комиссии ООН (классы С
и F). Использование комбинированных систем с аккумуляторами
холода обеспечивает требуемый режим охлаждения при длительных
остановках транспортных средств.
Оценочные расчеты показывают, что приведенные затраты на
систему охлаждения СПГ по сравнению с охлаждением жидким
азотом снижаются в 5-7 раз для рефрижераторов грузоподъемно-
стью 1,5...12 т.
В последние годы в Российской Федерации созданы опытные
образцы грузовых автомобилей, использующих в качестве топлива
СПГ, и необходимое комплектующее оборудование. ОАО «Уралкрио-
техника» создан автомобильный криобак АОК-34 (рис. 4.8) с арма-
турным блоком и испарителем для автомобиля КамАЗ-53218, име-
ющий следующие технические характеристики:
Тип теплоизоляции.....................экранно-вакуумная
Время бездренажного хранения
СПГ, сут..............................до 8
Вместимость, л........................350
Рабочее давление, бар.................16
Масса порожнего криобака, кг..........170
Рис. 4.8. Автомобильный
криобак АОК-34
Разработаны и другие
криогенные баки и обору-
дование для использования
СПГ в автомобильном транс-
порте. Изготовлено два ав-
томобиля КамАЗ-53208
(рис. 4.9) с криогенным
баком АОК-23 емкостью
297 л; рабочим давлением
до 1,6 МПа; временем без-
дренажного хранения СПГ
до 5 сут; массой бака, за-
правленного СПГ, 320 кг;
пробегом без дозаправки
300 км.
А уже на базе автомоби-
ля КамАЗ-53208 разработан
авторефрижератор на СПГ
со следующими технически-
ми характеристиками:
80
Рис. 4.9. Автомобиль КамАЗ-53208 с криобаком
Объем кузова, м3.................26
Полезная грузоподъемность, кг....7100
Вид топлива.......................смесь дизельного	и	СПГ
Расход топлива на 100 км, л:
по СПГ........................39
по дизтопливу.................6,5
Запас топлива, л:
СПГ............................1200
дизтоплива....................170
Рабочее давление СПГ в баке, атм.1,6
При установке двух криобаков БТК-300 на седельный тягач
КамАЗ запас топлива достигнет 580 л, что обеспечит дальность про-
бега 800...900 км без дозаправки.
В настоящее время на базе автомобиля «Газель» проходит испы-
тания автомобиль, использующий в качестве топлива СПГ. Он обо-
рудован топливной системой, состоящей из криогенного бака, за-
полненного СПГ; арматурного шкафа с предохранительными
клапанами и стандартной газорегулирующей аппаратурой; теплооб-
менника-испарителя и системы безопасного дренажа газа, испаряю-
щегося при хранении. Предусмотрена возможность использования
бензина в качестве основного топлива. Разработчик газовой топлив-
ной системы — «НПФ САГА», Москва, разработчик криогенной
системы — ОАО «НПО Гелиймаш» (технические характеристики
приведены далее).
81
Вместимость бака, л............................. 100
Запас хода на одной заправке, км................520
Время бездренажного хранения
при 90 %-ном заполнении бака, сут...............5
Возможно создание авторефрижератора на этой базе с использо-
ванием СПГ для охлаждения термоизолированного кузова.
Рассматриваются возможности переоборудования автомобиля
ЗИЛ «Бычок» для использования в качестве топлива СПГ. Основ-
ные ожидаемые технические данные криогенной системы этого
автомобиля:
Герметический объем внутреннего сосуда бака, л.230
Количество заправленного СПГ, кг..............87,6
Минимальное рабочее давление, МПа.............0,15
Продолжительность бездренажного хранения
СПГ в полностью заправленном баке
(начальное давление — минимальное рабочее), сут .... 18
Температура газа, выдаваемого из системы
в двигатель......................................на	10°С ниже
температуры
окружающей
среды
Пробег без дозаправки, км......................800
Использование в топливной системе автомобиля криогенного обо-
рудования приведет к увеличению первоначальной стоимости маши-
ны на 5... 10 %, однако это вполне компенсируется увеличением запа-
са хода автомобиля в 2 раза при одинаковых габаритах топливных
систем, уменьшением затрат на смазку в 1,5 раза, существенным уве-
личением пробега машины без ремонта, лучшими тягово-скоростны-
ми качествами [24]. На рис. 4.10 в качестве примера приведена тех-
нологическая схема оборудования криобака автомобиля.
Проведенные за рубежом и в России (НАМИ и «Сигма-Газ»)
испытания опытных образцов автомобилей с криогенными система-
ми хранения СПГ подтвердили высокие технические и экономичес-
кие показатели таких автомобилей, что позволяет считать перевод
автомобильной техники на СПГ целесообразным и практически
выполнимым, особенно для грузового транспорта.
Если перевод ежедневно работающего в основном тяжелого ав-
тотранспорта на СПГ не вызывает сомнений, то перевод легкового
транспорта, находящегося в личном пользовании, стоит под вопро-
сом. Это связано с физическими свойствами криогенного топлива,
хотя целесообразность перевода муниципального легкового транс-
82

порта на СПГ нельзя исключать, что подтверждает зарубежный опыт,
особенно США.
Для внедрения СПГ в автомобильный транспорт должна быть
создана инфраструктура обеспечения транспорта этим топливом.
Исследования показали, что для снабжения автомобилей топливом
на промежуточных заправочных станциях на первом этапе доста-
точная производительность средств сжижения СПГ составляет
300...400 кг/ч, однако в России нет промышленных установок для
получения СПГ.
Учитывая наличие большого парка автомобилей, использую-
щих КП Г (давление 20 МПа), и необходимость их заправки на
АГНКС, а также тот факт, что в настоящее время загрузка АГНКС
составляет 8 .13% их мощности, возникла идея часть мощностей
АГНКС использовать для получения СПГ. Это позволит сущест-
венно удешевить продукт за счет использования компрессорного
хозяйства станции, подведенных газовых и электрических комму-
никаций, водоснабжения и обслуживающего персонала. Было уста-
новлено, что при использовании свободных компрессоров для
получения компримированного газа (например, в ночную смену)
можно без ущерба производить на АГНКС до 400 кг/ч и более
СПГ. Для этого АГНКС должна быть дополнительно оснащена
следующими средствами:
•	осушки от влаги и очистки от кислых и сернистых примесей
(СО, H2S и др.) газа перед сжижением на основе адсорбционного
способа;
•	сжижения газа (теплообменниками, детандерами);
•	азотообеспечения на базе короткоцикловой адсорбции или мемб-
ранной технологии;
•	пожаровзрывопредупреждения;
•	хранилищем СПГ на базе современных криогенных резервуаров.
Одна такая станция обеспечит заправку до 50 автобусов типа
«Икарус» в сутки. Указанное оборудование предпочтительно созда-
вать в блочно-модульном контейнерном исполнении, что в сочета-
нии с высокой заводской готовностью обеспечит быстрый монтаж
и возможность эксплуатации станции на открытой площадке.
4.5. СПГ в водном транспорте
Вопрос целесообразности применения СПГ в морском и речном
транспорте коренным образом связан с экономикой его топливо-
обеспечения. За последнее время объем перевозок водным транс-
портом в России значительно сократился, что связано в основном
84
с удорожанием дизельного топлива и, как следствие, с увеличением
эксплуатационных расходов. Исследования, выполненные в систе-
ме Речфлота в конце 1980-х гг,, показали, что применение СПГ
может обеспечить его конкурентоспособность.
Что же касается создания (или перевода) морских судов на СПГ,
то зарубежный опыт показал, что это может оказаться эффектив-
ным при организации крупнотоннажного производства СПГ, кото-
рое в России может базироваться на Ямало-Ненецком месторожде-
нии, на Сахалине. Танкеры для провозки СПГс этих месторождений
необходимо проектировать с двигательными установками, работаю-
щими на газифицированном СПГ, в том числе испарившемся в про-
цессе транспортировки из емкостей хранилища. По имеющимся
данным, стоимость емкостей на танкере составляет до 40 % стоимо-
сти крупного завода по сжижению природного газа, стоимость тан-
кера вместимостью 60тыс. т СПГ (без стоимости емкостей для его
хранения) — более 200 млн долл. [25].
Подробный анализ экономических показателей применения га-
зового топлива в речном и морском флоте выявил ряд принципи-
альных положений, однако следует учитывать конкретные условия,
время и место действия:
•	экономичность сжигания газовых топлив (КПД двигателя) при
грамотной организации рабочего процесса по крайней мере не
ниже, чем у аналогичных двигателей, работающих на жидком
топливе. Имеющиеся опытные данные показывают, что суще-
ствующие газовые и газодизельные двигатели («Берген», «Пил-
стик», «Аякс» и др.) соответствуют современному уровню сред-
не- и высокооборотных дизелей. Следовательно, снижение
финансовых расходов на топливо практически пропорциональ-
но соотношению цен;
•	износ газовых двигателей, как показывает опыт их эксплуата-
ции, ниже, чем у дизелей, за счет уменьшения образования на-
гара и отсутствия разжижения смазки, что снижает расходы на
обслуживание и ремонт;
•	газосмесительное оборудование конструктивно просто, не со-
держит сложных и прецизионных деталей и узлов и при серий-
ном выпуске сравнительно недорого;
•	существенную статью расхода составляет оборудование для хра-
нения запаса газового топлива. Его объем, масса и стоимость
зависят от его вида и способа хранения;
•	для малоразмерных судов необходимо учитывать уменьшение
грузоподъемности за счет создания дополнительных емкостей
для хранения газа;
85
•	расходы на собственно эксплуатацию двигательной установки
при работе на газе остаются практически такими же, как и для
жидкотопливных двигателей.
С учетом всех этих факторов, экономические расчеты, прово-
дившиеся в разное время независимыми исследователями, неизмен-
но показывают существенную экономию средств за счет примене-
ния газового топлива. На сегодня такие двигатели созданы или
разрабатываются крупнейшими фирмами, специализирующимися на
судовом двигателестроении.
Речной флот является потребителем топлива с резко выражен-
ной неравномерностью запасов на заправку: топливо необходимо
только в период положительных температур. Это обстоятельство
с учетом особенностей газопотребления других отраслей хозяйства
в течение года дает возможность эффективно использовать мощно-
сти системы снабжения топливом, высвобождающиеся в весенне-
летне-осенние месяцы в связи с сезонным падением спроса на газ.
В связи с этим обеспечение речного флота газовыми видами
моторного топлива целесообразно рассматривать совместно с обес-
печением потребностей транспорта, коммунально-бытового и про-
мышленного секторов экономики.
Потенциальные возможности заправки СПГ судов речного фло-
та имеются практически во всех пароходствах. По данным Речфло-
та, при наличии финансирования количество замещаемого газом
топлива при перевозках грузов речным флотом к 2010 г. может пре-
высить 1 млн т/г. (9].
Предлагается в первую очередь реализовать газоснабжение су-
дов, перевозящих сухие грузы, основной объем которых составляют
строительные материалы (Московское, Волжское, Камское, Иртыш-
ское пароходства), каменный уголь и лесные грузы (Ленское и Бе-
ломоро-Онежское пароходства), со средней дальностью перевозок
менее 200 км (за исключением Волжского пароходства, где средняя
дальность 330 км).
Для обеспечения перевозок основной массы строительных гру-
зов и автономности плавания на 250...270 км суда с мощностью дви-
гателя 450 л. с. должны быть оборудованы емкостью для СПГ объе-
мом порядка 3 м3. Этот объем может быть увеличен до 10... 15 м3, что
обеспечит автономность плавания до 800...850 км. Размещение на
судах емкостей такого объема представляется вполне реальным.
Указанный объем емкостей для СПГ обеспечит перевозку около
50 % всей массы сухих грузов при условии не более одной заправки
на круговой рейс; перевозку почти всех грузов при условии не более
двух заправок за рейс (до 1700 км) и практически всех сухих грузов
86
при условии не более трех заправок за рейс (до 2500 км). Следует
отметить, что подавляющее количество сухих грузов перевозится на
расстояния менее 2000 км, при этом средняя дальность перевозок
превышает 400 км только по Ленскому (720 км) и Беломоро-Онеж-
скому (1100 км) пароходствам.
Тем самым выбранные объемы хранилищ на судах могут рассмат-
риваться как удовлетворяющие практически все потребности при пе-
ревозке сухих грузов и при этом обеспечивающие рентабельность
замещения традиционного топлива газом в системе речфлота. На
других судах (грузоподъемностью 100...5000т и более) объемы храни-
лищ СПГ будут выбираться в соответствии с условиями их заправки.
На рис. 4.11 показано размещение емкости с СПГ объемом 200 м3
на танкере типа «Волга-нефть» водоизмещением 6513 т.
В настоящее время судов, использующих СПГ, в речном флоте
России нет. Только в Санкт-Петербурге осуществляется эксплуата-
ция пассажирского теплохода «Нева-1» (проект Р-51) с использова-
нием природного газа в качестве моторного топлива (разработчик
АО «Сигма-Газ») [9], эксплуатация которого подтвердила эффек-
тивность и перспективность этого вида топлива.
Исследования показали, что более высокая экономическая эф-
фективность может быть достигнута при использовании СПГ для
быстроходных судов на подводных крыльях (типа «Метеор») и на
воздушной подушке (типа «Линда»).
Если предположить, что газообеспечение на базе СПГ комму-
нально-бытового и промышленного секторов сельского хозяйства
получит достаточно широкое распространение, а также будут реали-
зованы соответствующие программы в авиации, железнодорожном
транспорте и резервировании газоснабжения, то создание системы
газообеспечения речного флота не потребует существенных капита-
ловложений.
Заправка судов СПГ может быть осуществлена непосредственно
от автомобильных или железнодорожных цистерн типа 15-147У, от
береговых или плавучих установок производства и хранения СПГ,
а также от плавучих бункеровщиков (плавучих хранилищ СПГ).
По мере увеличения количества судов-газовозов может оказать-
ся целесообразной организация в системе речного флота собствен-
ных газозаправочных подразделений и специализированных уста-
новок для производства СПГ. Очевидно, что внедрение СПГ в речной
флот необходимо начинать с одного региона, с тем чтобы получен-
ный опыт распространить на другие.
В 1994 г. в КБОМ им. В.П. Бармина были разработаны техни-
ческие предложения по созданию криогенного технологического обо-
87
w 6*91
о; о о :о
Рис. 4.11. Размещение емкости с СПГ вместимостью 200 м3
рудования для обеспечения и заправки СПГ речных судов местного
и рейсового флота Московского региона.
Проработан вопрос обеспечения СПГ речного флота Московского
региона для судов типа толкач-буксир класса «Р» (проект №908,
15 шт.) и сухогрузных теплоходов класса «Р» (проект № Р 86 А, 30 шт ).
Для разработки были приняты следующие исходные данные:
•	в процессе навигации по маршрутам Кимры — Северный речной
порт, Южный речной порт — Коломна задействованы 45 тепло-
ходов;
•	среднемесячный расход СПГ на каждый теплоход не более 23,3 т;
•	запас СПГ в бортовой топливной системе должен обеспечивать
работу двух дизелей 6ЧНСП 18/22 в течение 8 сут автономного
плавания, что составляет не более 13,5 т;
•	заправка теплоходов в начале навигации должна обеспечиваться
в течение 10 сут;
•	продолжительность навигации с 15 апреля до 15 ноября.
Было принято, что в момент первоначальной заправки теплохо-
дов они должны находиться в районе базирования основного храни-
лища СПГ.
Необходимое количество СПГ, определенное исходя из условия
обеспечения заправки всех действующих теплоходов и двух плавбаз
к началу навигации, — 1210,5 т (2815 м3). Объем берегового храни-
лища был принят равным 3000 м3.
Дальнейший расход СПГ в процессе навигации определялся из
условия среднемесячного расхода при эксплуатации 45 теплоходов
и был равен 1048,5 т. Исходя из этого, среднемесячная производи-
тельность производства СПГ 1440 т/месяц с соответствующим по-
полнением стационарных береговых хранилищ.
Для обеспечения СПГ заданного количества судов речного фло-
та Московского региона были рассмотрены два варианта схемы
снабжения.
Вариант 1. В качестве производителя СПГ выступил Москов-
ский газоперерабатывающий завод (пос. Развилка Московской об-
ласти), СПГ находился в береговом хранилище объемом 3000 м3,
расположенном в районе Южного порта, и на двух заправочных
плавбазах, каждую из которых предполагалось использовать на
южном и северном участках маршрута теплоходов.
Вариант 2. Производство СПГ осуществлялось на вновь разрабо-
танных модульных установках сжижения, смонтированных на ГРС
в г. Коломне и Дубне, откуда СПГ поступал в береговые хранилища
(в Коломне объемом 3000 м3, в Дубне объемом 1000 м3), с условием
возможности заправки из них как теплоходов, так и двух заправочных
89
плавбаз, каждую из которых, как и в первом варианте, предлагалось
использовать на южном и северном участках маршрута теплоходов.
В обоих вариантах для доставки СП Г от производства до берегово-
го хранилища использовались автомобильные транспортировщики.
В принципе для снабжения СПГ флота могут быть использова-
ны и установки, созданные для авиации, автотранспорта и других
отраслей хозяйства в Москве и Московской области.
Анализ состояния ГРС в Московской области показал, что для
размещения установки по производству СПГ производительностью
1000 кг/ч может быть использована ГРС в г. Коломне с давлением
на входе 42...45атм и с давлением на выходе батм, с минимальным
расходом 24 нм3/ч, которая обеспечит получение СПГ как в летний,
так и в зимний период.
На северном участке движения теплоходов аналогичная установ-
ка может быть размещена в районе г. Дубна. Однако она сможет обес-
печить выдачу СПГтолько в летний период, так как в зимний период
давление в сети падает до 15 атм, а расход газа — до 6,7 тыс. нм3/ч.
Полученный на установках сжижения СПГ заливается в автомо-
бильные транспортировщики и доставляется в места базирования
стационарных береговых хранилищ, где сливается в резервуары или
в случае необходимости направляется для заправки плавбаз либо
непосредственно баков теплоходов.
По мере опорожнения резервуаров заправочных плавбаз и баков
теплоходов производится их дозаправка из береговых хранилищ.
Заправочные плавбазы обеспечивают заправку теплоходов по всему
маршруту их движения. Для местного и рейдового флота Москов-
ского региона оптимальным является создание на базе ГРС двух
установок получения СПГ по схеме разомкнутого дроссельного
цикла с использованием детандерной ступени предварительного
охлаждения с системой очистки и осушки природного газа адсорб-
ционным способом.
Расчет себестоимости СПГ показал высокую эффективность ис-
пользования СПГ как заменителя нефтяного топлива и экономи-
ческую целесообразность его внедрения с окупаемостью в течение
трех лет. Обеспечение СПГ речного флота должно осуществляться
с учетом специфики региона и парка приписанных к нему судов.
Интерес к двигателям, работающим на газе, в том числе и судо-
вым, стимулируется не только чисто экономическими соображения-
ми, но и ужесточающимися требованиями по токсичности. Известно,
что судовые дизели по сравнению с наземными имеют более высокие
уровни форсажа по среднеэффективному давлению, а это, как пра-
вило, сопряжено с большим уровнем выброса окислов азота. В насто-
90
яшее время ожидается ужесточение требований к судовым двигате-
лям. В США и европейских странах действует ряд нормативов, ток-
сичность по которым значительно ниже фактически выбрасываемых
судами в России. В США предлагают ввести в качестве норматива по
окислам азота для главных судовых двигателей, работающих на неф-
тяных топливах, 7 г/кВт ч. У лучших же образцов зарубежных газо-
вых двигателей выброс окислов азота составляет 2...3 г/кВтч |9].
4.6. СПГ для газификации
удаленных населенных пунктов
По данным НТЦ «Компас», в настоящее время в Российской
Федерации природным (сетевым) газом обеспечивается только
15...20 % сел и деревень при общем объеме газификации в основном
за счет дефицитного нефтяного газа, равном 77 %. При этом отопле-
ние домов практически полностью осуществляется за счет твердого
и нефтяного топлива. В целом по России не охвачено газификацией
свыше 2 млн сельских домов.
Вместе с тем преобладающими в России являются малые (до
200 человек) и средние (до 1000 человек) села, а также отдельные
фермерские хозяйства. Использование для коммунально-бытовых
целей КП Г здесь не может быть рекомендовано для массового при-
менения из-за повышенной опасности работы с баллонами высо-
кого давления, требующей специальной подготовки (/>=20 МПа).
Решение проблемы энергообеспечения природным газом отда-
ленных сельских населенных пунктов в интересах развития сельхоз-
производства, местной промышленности, коммунальных и фермер-
ских хозяйств ограничивается значительными капитальными затратами
на создание сети газопроводов-отводов от основных магистралей при-
родного газа и нехваткой газовых труб. Кроме того, прокладка газо-
проводов-отводов связана с целым рядом факторов, усложняющих ее
выполнение и увеличивающих стоимость, таких как рельеф местно-
сти, состав грунта, наличие дорог и водных бассейнов. Немаловажное
значение имеют климатические условия местности.
В связи с этим задачу газификации бытовых и сельхозпотреби-
телей там, где прокладка газовых трубопроводов не целесообразна,
можно решать путем использования СПГ [20]. Для этого необходи-
мы средства получения СПГ с хранилищами-накопителями, пере-
возчики продукта (автогазовозы) и местные хранилища СПГ у по-
требителей с установками газификации.
Обеспечение потребителей газовым топливом за счет СПГ полу-
чило распространение в мировой практике, например во Франции.
91
/
На средиземноморском побережье Турции привозной СПГ ис-
пользуется для снабжения газом крупных отелей, круглогодично
принимающих туристов. Одна из таких установок представлена на
рис. 4.12.
Газификация СПГ осуществляется в испарителях. При этом, если
расход газа не превышает нескольких тысяч кубических метров в час,
применяются, как правило, воздушные испарители с использовани-
ем тепла окружающего воздуха, как не требующие для работы до-
полнительной энергии. Когда расходы больше, в качестве теплоно-
сителя используют горячую воду.
На рис. 4.13 представлена схема комплекса газификации СПГ
производительностью 1000 м3/ч газа на крупном объекте с исполь-
зованием воды в качестве теплоносителя. Газифицированный из
СПГ природный газ по местным трубопроводам низкого давления
выдается потребителям. Обслуживать такие централизованные пунк-
ты должен специально подготовленный персонал. В целях безопас-
ной эксплуатации емкости с газификаторами снабжаются противо-
пожарным оборудованием, средствами газового контроля, а вокруг
Рис. 4.12. Установка газификации СПГ на средиземноморском побережье
Турции
92
них организуются защитные зоны. Целесообразность газификации
удаленных населенных пунктов на базе СПГ должна обосновывать-
ся технико-экономическим анализом.
Расчеты показали, что при достаточно масштабном производстве
СПГ его доставка от установок сжижения и последующая газифи-
кация эффективнее трубопроводной доставки газа при протяжен-
ности газопровода более 50 км (расчет был выполнен при произво-
дительности системы доставки 0,8...2,8 млн нм3/г. при диаметрах
трубопроводов 108...219 мм без учета сложности рельефа) [25—27].
Экономическая эффективность газификации объектов по тра-
диционной технологии (газопроводы) и СПГ в зависимости от по-
требления газа и расстояния до потребителя представлена на рис. 4.14.
Сравнительные капитальные затраты на транспортировку газа
при различных вариантах его доставки приведены в табл. 4 4, а стои-
мость газа у потребителя при различных вариантах доставки —
в табл. 4.5 (данные за 1999 г.).
Таблица 4.4. Сравнительные капитальные затраты на транспортировку газа
при различных вариантах его доставки, тыс. долл.
Вариант доставки газа	Удаление потребителя от источника газа, км				
	5	Ю	20	40	80
Г азопроводы-отводы (диаметр 108—219 мм)	50	95	280	350	780
Транспортировка КП Г	87	90	94	102	104
Транспортировка СПГ	96	96	97	99	102
Таблица 4.5. Стоимость газа у потребителя при различных вариантах доставки,
тыс. долл./ЮОО м3
Вариант доставки газа	Протяженность газопровода-отвода или маршрута движения автогазовоза, км				
	5	10	20	40	80
Г азопроводы-отводы (стоимость исходного га- за 40 тыс. долл./тыс. м3)	50	56	70	96	150
Транспортировка КПГ от АГНКС (стоимость исходного газа 80 тыс. долл./тыс м3)	100	105	112	122	130
Транспортировка СПГ от завода-производителя (стоимость исходного газа 110 тыс. долл./т)	92	94	96	102	110
93
МНД1
Вода в подогреватель Выдача ПГ
Вода в подогреватель
Рис. 4.13. Комплекс газификации СПГ производительностью 1000 м’/ч:
ВН — вентиль; КП — клапан предохранительный; ШП — шит приборный; РД — регулятор давления; КО — клапан обратный;
КПУ - клапан управляемый; ИСП — испаритель; ПСК — перепускной клапан АТ — теплообменник; МН - манометр: ПГ - при-
родный газ; ВК — датчик температуры; Ф — фильтр; МИД — манометр низкого давления; ВД — регулятор давления
Расстояние до потребителя, км
Рис. 4.14. Экономическая эффективность газификации объектов
Схема обеспечения СПГ удаленных населенных пунктов без ис-
пользования трубопроводов приведена на рис. 4.15.
4.7. СПГ в сельскохозяйственном производстве
Ситуация, сложившаяся в сельскохозяйственном производстве
из-за несовершенства технологий переработки зерна, картофеля,
молока, мяса и другой продукции, связанных с энергопотреблени-
ем, необеспеченность села машинами и оборудованием современно-
го технического уровня в совокупности с нарастающим дефицитом
жидких моторных топлив приводит к значительным потерям и уве-
личению стоимости сельскохозяйственной продукции.
Для решения насущных задач сельскохозяйственного производ-
ства необходимо резко увеличить энерговооруженность села, что
в определенной степени может быть решено за счет внедрения СПГ
как моторного топлива и как энергоносителя.
Применение СПГ для использования во многих отраслях агропро-
мышленного комплекса (АПК) в качестве энергоносителя имеет оче-
видные преимущества в силу ряда особенностей, и в первую очередь
широких возможностей его применения относительно низкой сто-
имости, экологической чистоты, возможности и удобства перевозки.
Следует отметить социально-экономическую значимость ис-
пользования СПГ в сельскохозяйственном производстве и маши-
ностроении, что влечет за собой:
• возможность интенсификации сельскохозяйственного производ-
ства на объектах агропромышленного комплекса субъектов
Российской Федерации, вовлечение в хозяйственную деятель-
ность глубинных (отдаленных) территорий;
96
Схема обеспечения СПГ удаленных районов России без использования трубопроводов
3
4—11
•	улучшение качества жизни сельского населения, развитие инф-
раструктуры, сферы обслуживания;
•	улучшение экологической обстановки;
•	сокращение потребления в сельском хозяйстве дефицитных до-
рогостоящих моторных топлив;
•	обеспечение постоянной занятости сельского населения, сокра-
щение его оттока из регионов, содействие становлению фермер-
ских хозяйств.
Работы по внедрению СПГ в сельхозпроизводство можно услов-
но разделить на два основных этапа.
этап I (5—7 лет) — подготовка нормативной базы работы с СПГ,
разработка конструкторской документации, изготовление и отра-
ботка экспериментальных и опытных образцов машин и оборудова-
ния для получения, хранения, транспортирования и выдачи СПГ
и необходимого газопотребляюшего оборудования в агропромыш-
ленном комплексе;
этап IJ — полномасштабное развертывание работ, включая про-
ектные работы, изготовление серийных образцов, строительно-мон-
тажные работы, эксплуатация и сервисное обслуживание.
На этапе I для проверки и отработки образцов новой техники
и технологии в условиях реальной эксплуатации, а также для изу-
чения и распространения полученного опыта указанные работы це-
лесообразно развернуть в одной из областей России, где предлагает-
ся создать опытный район. Это позволит при минимальных затратах
отработать методику перевода потребителей существующих видов
топлива на новый энергоноситель — СПГ, оценить удобство и эф-
фективность его применения.
В числе первоочередных задач должно быть проведение в опыт-
ном районе рекогносцировочных работ и маркетинговых исследо-
ваний для получения необходимой информации об объемах потен-
циального спроса на СПГ, производственных и финансовых
потребностях, выявления и согласования минимально необходи-
мой номенклатуры образцов оборудования для производства, транс-
портировки, хранения, выдачи, потребления СПГ и определения
необходимых объемов капитального строительства.
На этапе II (серийное производство и постоянная эксплуатация)
предусматривается внедрение потребления СПГ в ряд сельскохозяй-
ственных районов с использованием кредитов, инвестиций с посте-
пенным переходом на режим самоокупаемости.
Комплексы получения, хранения и выдачи СПГ целесообразно
располагать у магистральных газопроводов и снабжать им близле-
жащие территории.
98
Проведенный рядом организаций в 1990-х гг. анализ показыва-
ет, что для реализации программы обеспечения объектов агропро-
мышленного комплекса европейской части Российской Федерации
СПГ необходимо создать производственные установки для его по-
лучения, инфраструктуру снабжения им отдаленных регионов, а так-
же оборудование, потребляющее СПГ.
Заинтересованность в реализации предложений по использова-
нию СПГ в агропромышленном комплексе проявили Калужская, Ря-
занская, Тамбовская, Кировская, Ростовская и Самарская области.
На рис. 4.16 представлены коммунально-бытовые потребители
и отрасли сельхозпроизводства, где может использоваться природ-
ный газ, в том числе полученный из СПГ, как моторное и газифи-
цированное топливо.
Газовые сети, используемые потребителями на объектах народ-
ного хозяйства, подразделяются на сети низкого (меньше 0,005 МПа),
среднего (0,005...0,3 МПа) и высокого (0,3...1,2 МПа) давления. Опыт
показал, что наиболее экономичным вариантом газоснабжения сель-
ских населенных пунктов (поселков) с 100... 150 домами усадебной
застройки или 30—40 двухквартирными одноэтажными домами
с плотностью населения до 40 чел./га является централизованная
газовая система среднего давления с домовыми регуляторами давле-
ния газа [20, 25].
СПГ как энергоноситель и полученный из него природный газ
могут быть использованы для:
•	теплоснабжения (производство пара и горячей воды) в котель-
ных установках жилых и общественных зданий, а также пред-
приятий бытового обслуживания. Номенклатура этих устано-
вок достаточно широка и зависит от необходимой тепловой
мощности;
•	отопления помещений и снабжения населения горячей водой.
Здесь могут быть применены автоматические газовые нагревате-
ли типа АГВ-80, АГВ-120 и др.;
•	электроснабжения отдаленных глубинных районов путем строи-
тельства как передвижных, так и стационарных газотурбинных
электростанций, способных работать на двух видах топлива:
газообразном, в том числе газифицированном из СПГ, и тради-
ционном жидком топливе. При эксплуатации газотурбинной
электростанции тепло отходящих газов может быть использова-
но для теплофикации близлежащих жилых массивов;
•	улучшения санитарно-гигиенического уровня, культуры производ-
ства и повышения производительности печей в тепловых уста-
новках пищевой промышленности;
4*
99
Рис. 4.16. Возможные сферы потребления природного газа, в том числе
полученного из СПГ, в сельских регионах России
100
•	сушки выращенных сельскохозяйственных продуктов, таких как
семена масличных культур, табак, часть злаковых культур
и других трав, фруктов, корнеплодов и др. Эти работы осуще-
ствляются в летний период, когда имеются резервы природно-
го газа;
•	копчения сельскохозяйственной продукции (рыбы, мяса, птицы),
консервирования фруктов, овощей, мяса, птицы и рыбы, вяле-
ния продуктов;
•	хранения и подготовки семенного материала, возделывания (ог-
невая культивация), сбора, хранения и переработки картофеля;
•	приготовления кормов, пастеризации, охлаждения и глубокой
переработки молока и сыроварения в животноводстве. Природ-
ный газ может использоваться также для обогрева коровни-
ков, свинарников, птичников и других производственных по-
мещений. Эффективным способом повышения санитарного
состояния животноводческих комплексов является метод ог-
невого обеззараживания поверхностей помещений и откры-
тых площадей, широко применяемый в мировой ветеринар-
ной практике.
•	совершенствования технологических процессов производства
сельскохозяйственных культур в растениеводстве, в том числе
при:
выращивании культур в защищенном грунте тепличного хо-
зяйства;
защите теплолюбивых растений от заморозков в открытом
грунте;
огневой культивации почв и обработке растений для их за-
щиты от сорняков, насекомых, бактерий-вредителей и др.
Природный газ может быть использован при обжиге кирпича
и керамики, при производстве железобетонных изделий, при строи-
тельстве и ремонте дорог, при сушке дерева в деревообрабатываю-
щем производстве, при нагреве в гончарном и стеклодувном про-
мыслах, в ремонтных мастерских и многих других производственных
процессах, что позволит поднять их культуру и усовершенствовать
технологию.
Суммарное годовое потребление природного газа для газифи-
кации удаленных населенных пунктов и нужд сельскохозяйствен-
ного производства, определенное в 1995—1998 гг., составляет око-
ло 33...35 млрд м3/год или около 25,0 млн т СПГ [20]. Однако
реализация программы газификации потребует значительных фи-
нансовых средств и материальных ресурсов.
101
С учетом природных, хозяйственных и других особенностей
регионов Российской Федерации, подлежащих газификации на базе
использования СПГ, а также разнообразия характеристик и разме-
щения газопотребляющего оборудования предлагается определен-
ная структура построения составных частей комплекса для хране-
ния и выдачи СПГ потребителям. Основным ее принципом является
создание типоразмерных рядов оборудования подвижных и стацио-
нарных средств, использование которых в различных комбинаци-
ях сможет обеспечить любую необходимую комплектацию обору-
дования газоснабжения как с учетом особенностей конкретного
региона (области, района и т. п.), так и нужд конкретных потреби-
телей газа.
В соответствии с этим для транспортирования СПГ предлагается
применение подвижных цистерн-транспортировщиков, отличающих-
ся как объемами перевозимого СПГ, так и типами транспортных
средств, обеспечивающих его транспортировку по дорогам с различ-
ным покрытием.
В дальнейшем, очевидно, целесообразно рассмотреть также ис-
пользование водного (речного) транспорта, который может оказать-
ся более предпочтительным для некоторых регионов России.
Структура также предусматривает ряд стационарных хранилищ
СПГ. В результате анализа хозяйственных и прежде всего сельско-
хозяйственных объектов, условий дорожной сети регионов, невоз-
можности в ряде случаев доставки СПГ крупнотоннажными транс-
портировщиками непосредственно к потребителю помимо сети
местных хранилищ требуется создание промежуточных хранилищ-
накопителей СПГ и средств газификации. При этом на конечных
пунктах газификации СПГ появится возможность использования
холода, получаемого в процессе этой операции, на температурном
уровне -(18О...ЗО)°С и выше. Потребителями холода могут быть
местные хладокомбинаты для хранения скоропортящихся продук-
тов, производства искусственного льда и др.
Следует учитывать особенности конкретных регионов, связан-
ных с сельскохозяйственным производством, которые обусловлива-
ют неравномерность расходования газа в течение года (например, на
сушку зерна и другой сельхозпродукции), а также с сезонной про-
ходимостью сельских дорог. Это определяет необходимость созда-
ния запасов СПГ в хранилищах-накопителях и выдачи из них СПГ
потребителю по мере необходимости в течение сравнительно корот-
кого времени.
Типоразмерный ряд местных хранилищ-газификаторов опреде-
ляется из условий обеспечения газом достаточно широкого диапазо-
102
на вероятных потребителей — от небольших фермерских хозяйств
до крупных сельхозпредприятий и сельских населенных пунктов.
Распределение газифицированного природного газа и подача его
к газопотребляющему оборудованию — в сельские дома, на фермы
и другие сельскохозяйственные объекты — предлагается обеспечи-
вать с помощью стационарной газопроводной сети, оборудуемой
в соответствии с существующими нормативами и установленными
параметрами и режимами работ, в пределах объекта (села, фермер-
ского хозяйства и др.).
В связи с тем, что газификация сельских населенных пунктов
и объектов сельскохозяйственного производства конкретного регио-
на, в том числе на базе использования СПГ, предусматривает также
перевод автотракторного парка этого региона на новый вид топли-
ва— КПГ и СПГ, — должны быть созданы стационарные станции
для заправки автотракторной техники, а также подвижных транс-
портировщиков, обеспечивающих заправку этой техники КПГ
и СПГ непосредственно на местах их дислокации.
Предлагаемый комплекс транспортировки, хранения и газифи-
кации СПГ включает в себя (см. рис. 4.15):
•	подвижные средства доставки СПГ от базовых хранилищ стан-
ций сжижения до хранилищ потребителя;
•	подвижные средства доставки СПГ от хранилищ-накопителей
до хранилищ потребителя;
•	хранилища-накопители СПГ;
•	стационарные станции заправки автотракторной техники;
•	местные хранилища потребителя;
•	местную сеть газопроводов потребителя;
•	подвижные средства транспортировки и газификации СПГ в пре-
делах района.
Учитывая меньшую плотность СПГ по сравнению с плотностью
жидких кислорода и азота и, как следствие, неполное использова-
ние грузоподъемности применяемых для этих продуктов автомо-
бильных шасси при перевозке СПГ, для серийного производства
имеет смысл разработать специальные транспортировщики для СП Г.
Это позволит сократить количество транспортировщиков, исполь-
зуя резервы ходовой части.
В результате проведенного анализа вероятных потребностей СПГ
для различных регионов выяснилось, что целесообразно создание
трех типоразмеров хранилищ-накопителей СПГ, отличающихся в ос-
новном количеством (объемом) хранящегося в них сжиженного газа.
Основные технические характеристики хранилищ-накопителей
приведены в табл. 4.6.
103
Таблица 4.6. Технические параметры хранилищ-накопителей
Параметр	Типы хранилищ		
	I	II	III
Объем хранимого СПГ (общий), м3	400-1200	100-200	50-75
Объем одной емкости, м3	100	50	25
Количество емкостей, шт.	4-12	2-4	2-3
Размеры площадок хранилищ, м	210 х 80	160x80	120x70
Заполнение емкостей хранилищ обеспечивается из крупнотон-
нажных цистерн-транспортировщиков СПГ. При этом целесообраз-
но хранилища типов I и II размешать вблизи имеющихся железно-
дорожных путей, что позволит более эффективно производить их
заполнение СПГ, используя помимо автомобильных железнодорож-
ные цистерны.
Выдача СПГ из хранилищ-накопителей для доставки в местные
хранилища потребителей производится в автомобильные цистерны-
транспортировщики с объемом емкостей 25,0; 8,0 и 3,2 м3.
Для заправки автотракторной техники как КПГ, так и СПГ
в полевых условиях необходимо создание передвижных автомо-
бильных заправочных станций, а также стационарных станций
заправки средней мощности вблизи мест эксплуатации, рассчитан-
ных на заправку 3—6 автомашин или тракторов одновременно. Из
таких хранилищ может осуществляться также снабжение комму-
нально-бытовых потребителей природным газом, получаемым пу-
тем газификации СПГ и подачи его в стационарную газопровод-
ную сеть потребителей.
Для газификации отдаленных регионов Российской Федерации,
исходя из ориентировочной годовой потребности в 25 млн т СПГ,
необходимо создание большого количества комплексов производ-
ства, транспортировки, хранения СПГ и выдачи потребителю при-
родного газа. Проведенный предварительный анализ возможности
реализации такой программы показал, что потребуется создание
около 350 комплексов производства СПГ производительностью до
72 000 т/г. каждый, а также создание адекватного количества комп-
лексов транспортировки и хранения продукта. Их строительство
потребует значительных капитальных затрат, исчисляемых много-
миллиардными вложениями. Поэтому реализацию программы, как
указывалось ранее, следует начинать с одного-двух опытных регио-
нов, в каждом из которых должны быть установлены конкретные
потребители. Более подробно вопросы газификации сельскохозяйст-
венного производства изложены в работе |20].
104
В настоящее время в ОАО «Автогаз» разработан и находится
в стадии изготовления комплекс по производству СПГ на газорас-
пределительных станциях ГРС Тамбовской области производитель-
ностью 1000 кг/ч (12 млн м3 газа в год), хранению, транспортировке
и газификации СПГ для его использования в качестве моторного
топлива для снабжения газом удаленных от магистральных трубо-
проводов населенных пунктов, а также для промышленных пред-
приятий в качестве альтернативы топочному мазуту [28].
На сталии разработки находятся:
•	ожижитель природного газа на ГРС с использованием перепада
давлений в магистральном трубопроводе и распределительной
сетью с детандером;
•	изотермический резервуар для хранения СПГ объемом 25 м3
с «безвакуумной» изоляцией;
•	газификатор высокого давления с насосом фирмы GRYOMEC
для регазификации СПГ и закачки газом высокого давления
(20 МПа) баллонов потребителя;
•	бортовая тракторная топливная система (газовая от баллонов).
Создаваемый комплекс обеспечивает конкурентоспособность
СПГ на рынке моторных топлив Капитальные затраты на создание
инфраструктуры комплекса оцениваются в 40 млн руб., себестои-
мость СПГ у производителя при отгрузке 1,24руб./м3, у потребите-
ля (бак трактора) — 4,1 руб./м3 (в ценах 2004 г.) [28].
Существенное снижение стоимости здесь может быть достигну-
то за счет хранения СПГ в баках потребителя (трактор, комбайн,
автомобиль) и газификации его непосредственно перед подачей в ка-
меры сгорания двигателей (исключаются агрегат газификации вы-
сокого давления и тяжелые баллоны газообразного горючего давле-
нием 20 МПа на борту транспортного средства).
В настоящее время начато внедрение КПГ в сельскохозяйствен-
ное машиностроение в Ставропольском крае, в Саратовской, Пензен-
ской, Свердловской областях. Разработана документация на пере-
оборудование тракторов К-701, К-701А, Т-150К, ДТ-75, МТЗ-80/82,
ЛТЗ-55 на газодизельный режим с размещением на них баллонов
с КПГ под давлением 20 кПа. При использовании в сельскохозяй-
ственных машинах баков с СПГ (взамен баллонов) можно не только
снизить грузоподъемность трактора, но и отказаться от дорогих
агрегатов газификации СПГ высокого давления, необходимых для
закачки баллонов.
Следует отметить, что в настоящее время ОАО «НПО Гелиймаш»
производит перевод колесного трактора МТЗ-82 на работу по газоди-
зельному режиму с использованием на его борту криобаков с СПГ.
105
4.8. Использование СПГ
для покрытия «пиковых» нагрузок газопотребления
На сегодняшний день в России основным средством регулиро-
вания и резервирования газоснабжения являются подземные хра-
нилища газа (ПХГ), обеспечивающие покрытие сезонной неравно-
мерности газопотребления. Однако они недостаточно эффективны
для регулирования «пиковых» нагрузок газопотребления, вызван-
ных резкими похолоданиями или авариями в газотранспортной
системе.
В отличие от сезонной неравномерности газопотребления «пико-
вые» нагрузки характеризуются малой продолжительностью периода
(200...300 ч/г.), но повышенной амплитудой потребления газа. По-
крытие таких нагрузок с помощью ПХГ представляет значительную
сложность из-за технологических ограничений по объему отбираемо-
го из хранилищ газа. В тех случаях, когда коллекторские свойства
пласта позволяют эксплуатировать ПХГ в «рывковом» режиме, для
реализации этой возможности требуется существенное (в 2—3 раза)
увеличение числа эксплуатационных скважин и расширение сети
отводящих газопроводов для подачи дополнительного количества газа
потребителю.
Таблица 4. 7.1 1еравномсрность газопотребления по экономическим регионам
России
Регион	Потребитель (область, республика)	Суточная неравномерность газопотребления, млн м1			Период «пикового» потребле- ния, сут
		Всего	Покры- ваемая	Дефицит	
Северный	Карелия	2,6	1,4	1,2	20
Северо-Западный	Ленинградская обл.	52	29	23	15
Центрально-	Липецкая обл.	11	6,3	4,7	15
Черноземный	Воронежская обл.	15,5	9,4	6,1	15
Северный Кавказ	Дагестан	6,2	2,7	3,5	15
Волго-Вятский	Горьковская обл.	29,6	17,7	11,9	10
и Поволжский	Татарстан	24,9	15,3	9,6	10
Уральский	Свердловская обл.	38,8	23,7	15,1	20
Западне-	Омск	10,4	3,4	7	20
Сибирский	Томск	6,2	2,3	3,9	20
	Кемерово	15,5	4,8	10,7	20
	Новосибирск	6	2	4	20
Итого				100,7	
106
Путем использования СПГ и ПХГ можно обеспечить оптималь-
ную схему регулирования и резервирования газоснабжения в соот-
ветствии с потребностями региона. При этом будут учтены покры-
тия сезонных колебаний газопотребления при минимальных
затратах. Таким способом создается технологически необходимое
звено регулирования и резервирования потребности региона в газе.
В табл. 4.7 приведены данные об объемах суточной неравномер-
ности газопотребления и продолжительности «пикового» периода
газопотребления по тем регионам страны, где отсутствие достаточ-
ных объемов ПХГ не позволяет экономно использовать природный
газ (данные за 2000 г.) [25].
Анализ данных, приведенных в табл. 4.7, показывает, что период
«пикового» газопотребления колеблется от 10 до 20 сут. Покрытие
дефицита топлива в это время можно эффективно осуществить за
счет использования комплексов СПГ с хранением сжиженного газа
в изотермических хранилищах.
При решении вопроса о выборе мощности установок сжижения
газа в составе комплексов СПГ для обеспечения покрытия «пико-
вой» неравномерности газопотребления исходят из годовых потреб-
ностей газа, производительности установок сжижения (табл. 4.8),
а также из объемов, разработанных российскими организациями изо-
термических хранилищ СПГ. В таблице приведены данные по состо-
янию на 2000 г. [25], однако общая тенденция к настоящему време-
ни вряд ли изменилась.
Характерной особенностью комплексов СПГ, используемых
в системах регулирования и резервирования газоснабжения, явля-
ется неравномерность загрузки оборудования в течение года. Про-
должительность работы установки сжижения за этот период при-
нималась равной 330 сут (один месяц установка должна находиться
на профилактическом ремонте). В свободное от работы на покры-
тие «пиковых» нагрузок время установка для получения СПГ дол-
жна использоваться для выработки сжиженного газа как моторно-
го топлива. Распределение объемов суточного производства СПГ
для его резервирования как моторного топлива должно произво-
диться из условия первоочередности создания необходимого запа-
са СПГ к началу сезона максимального газопотребления, т. е к зим-
нему периоду.
Объем хранилищ СПГ, производимого для использования в ка-
честве моторного топлива, должен определяться с учетом его посто-
янного потребления и приниматься равным не менее трех объемов
суточной производительности установки сжижения газа Для выда-
чи природного газа потребителям в составе комплексов СПГ пре-
107
Таблица 4.8. Технологические параметры комплексов СПГ в системе регулирования «пикового» газопотребления
(расчетные данные)
Количество и объем резер- вуаров, ШТ. X тыс. м'		о ООООООООООО	О	О 40 — ЧОЧОЧОЧОЧО— 4D4D4D4DMO4DMO4DMO XXX хххххххххххх X —	чо
Суммар- ный объем храни-	лит СПГ, тыс. м’	— — чо чо о гч	m	О	Г- ГЧ	ЧО	со XI- оо in Г) О', о	чо	—1	со го	со	чо мо —< —	гч	in гч —	—	со
Объем храни- лищ для мотор- ного топлива, тыс. м1		ОО тТ ГЧ ГЧ ЧО ГЧ	ГЧ тТ ГЧ ЧО	чо	тг О ЧО со со" —Г гО	со ЧО со ~	—Г чо”
Коли- чество мотор- ного топлива, тыс. т		чо	чо	со	о	со	о	ТГ	ГЧ	ОО	ЧО	ГЧ	'С'	*3 -	-	-	чо	04 —	Г'-	О'	О	O	Tt	ЧО	О	со	О	04	МО	ЧО ГЧ	МО	СО	ЧО	СО	Г-	СО	04	МО	ГЧ	—	—	г-
Продол- житель- ность произ- водства мотор- ного топлива, сут		О С Г-- Ш ЧО	о тг гч чо	о	со ОО ЧО ОО О ЧО	0004—00	СО	ЧО —	— гч — —	—	—	ЛЗ
Объем храни- лищ «пиково- го» СПГ, тыс. м3		40 575 153 133 88 199 160 504 234 130 134 357 2707
Продолжительность работы установок СПГ различной мощности на накопление «пикового» газа, сут	40 т/ч	04 С ГЧ СО — го	in 40 О'. —	го	г- — Г- Г- ЧО xt О'	Г- ГО о чо	чо	чо гч	гч —	—
	20 т/ч	38 143 125 82 186 150 218 122 125 167
	10 т/ч	75 286 250 164 300 244 250
	5 т/ч	150 328
Годовое произ- водство СПГ для	резер- вирова- ния, тыс. т	О со	чо	04	тТ	со	О	мо	О	мо	о	мо	мо СО ОО	СО	04	04	04	ГЧ	ЧО	МО	ОО	О	CD	чо — МО	ЧО	МО	со	ОО	Г"-	гч	о	МО	чо	чо	— гч	ГЧ —	—<	ГЧ
Период пиково- го по- требле- ния, сут		20 15 15 15 15 10 10 20 20 20 20 20
<ъ>	V	, X	Ю	О	QJ	« Э”	О	С	QJ е	«	е	=	х 5	§	g	&	х	§		1,2 23,0 6,1 4,7 3,5 11,9 9,6 15,1 7,0 3,9 4,0 10,7
Потребитель		К Г	•	.5 5°		*§	° а	2	о	й	*	и $	У	Е	о хи	s	о к	р. я	«	х	п	гео	vo	и	„ s	х	S	1,	2	о	h	ч	х	g	° с-	х	х	п	h	ч/	У	гн	ч^	о	сх	(_ О	X	О	У	У	“□	9-	S.	о	о	о	о g.	I	О.	Е	2	g.	£	о о s	и	2	О гз	0J О	S	оз	Q	сЗш^О	.О	<и X О ро е; ц £ HOOF X	S
дусматриваются насосные станции и установки для газификации
сжиженного газа.
Основными требованиями, предъявляемыми к установкам гази-
фикации, являются:
•	достаточная производительность для удовлетворения «пиково-
го» спроса на газ в короткий промежуток времени;
•	малая инерционность, высокая степень готовности к пуску;
•	возможность экономического регулирования производительно-
сти в широком диапазоне;
•	небольшие капитальные вложения;
•	высокая надежность.
В настоящее время в мировой практике применяются различные
способы газификации СПГ с использованием:
•	промежуточных теплоносителей;
•	погружных горелок;
•	обогрева продуктами сгорания природного газа;
•	радиационного теплообмена;
•	водяного орошения;
•	систем утилизации холода испаряемого СПГ;
•	теплообмена с окружающей атмосферой.
Холодные газификаторы жидкого водорода, кислорода, азота
и аргона различных типов эксплуатируются в криогенной технике
с начала 1980-х гг. [2]. Они практически без доработок могут ис-
пользоваться и для газификации СПГ.
В настоящее время это самые эффективные испарители, изго-
тавливаемые отечественной промышленностью. В качестве тепло-
носителя при испарении криогенных жидкостей в них используется
атмосферный воздух, в связи с чем принудительного подвода теп-
ловой энергии не требуется.
4.9. Использование холода, получаемого
при газификации СПГ
Сжиженный природный газ при его модификации может от-
дать объектам охлаждения скрытую теплоту парообразования
(510,5 кДж/кг при р = 0,1 МПа) и холод, аккумулированный в парах
газа при их нагреве от состояния насыщенного пара до температуры
окружающей среды (404,13 кДж/кг при Гр= 300К), что в сумме
составляет 914,63 кДж/кг.
Для газификации СПГ используют воздух, воду, пар или другие
реагенты. В настоящее время в некоторых странах, особенно в Япо-
нии, использование холода СПГ в промышленности проводится
109
в достаточно большом объеме. Холод газифицируемого СПГ исполь-
зуется на заводах по производству аммиака, опреснения морской
воды методом вымораживания, для хранения пищевых продуктов,
при переработке утильсырья (пластмасс, резиновых покрышек), для
замораживания 1рунта при строительстве, при производстве сухого
льда и т. д.
Холод СПГ эффективно используется в энергетических уста-
новках на тепловых электростанциях (охлаждение воды, конденса-
ция пара), для охлаждения сверхпроводящих линий электропередач,
для разделения водородсодержащих газов этиленовых производств.
В России холод газифицированного СПГ используется в опытных
образцах рефрижераторов для охлаждения продуктов питания
(ОАО «НПО Гелиймаш») и должен найти широкое распространение
при газификации сельских районов и отдаленных населенных пун-
ктов за счет СПГ.
В работе 110] приводятся данные об энергетических установках,
в которых выработка электроэнергии производится с помощью замк-
нутого холодильного цикла, использующего холод, получаемый при
газификации СПГ (фирмы SNAM Progetti (Италия) и Brown Boveri
and Gie (Швейцария)). На этом принципе разрабатываются и более
мощные установки, обеспечивающие получение до 150 МВт элект-
роэнергии. В ней со ссылками на многочисленные источники обо-
снована целесообразность использования утилизированного холода
СПГ в воздухоразделительных установках (ВРУ) с целью снижения
энергозатрат и повышения энергоотдачи технологического процесса
получения из воздуха жидких и газообразных О2, N2, а также Аг. Это
связано с тем, что температура кипения метана (111,6 К) достаточно
близка к температурам конденсации О2, N2 и Аг (соответственно
90,19; 77,36 и 87,29 К). Кроме того, при атмосферном давлении теп-
лота, которую необходимо отвести от 1 кмоля О2 и N2, при охлажде-
нии близка к теплоте, подводимой к 1 кмолю СН„ при испарении
и нагреве до температуры окружающей среды (СН4 — 8200 кДж/кмоль,
О2 — 6810 кДж/кмоль, N2 — 5560 кДж/кмоль).
Показано, что величина работы, которая может быть дополни-
тельно получена (или сэкономлена) в различных процессах ВРУ при
утилизации 1 кг СПГ, составляет 0,694 кВт ч/кг.
Там же рассмотрены различные принципиальные схемы сжиже-
ния кислорода, азота и аргона на ВРУ за счет использования холода
метана, включая схемы установок, работающих по дроссельному
циклу для сжижения и более глубокого охлаждения жидкого азота,
для предварительного охлаждения воздуха перед разделением, для
повышения эффективности работы отдельных узлов ВРУ.
НО
Зарубежный опыт эксплуатации ВРУ, утилизирующих холод
СПГ, подтверждает их высокую эффективность. При одинаковой
производительности по жидким продуктам и других равных ус-
ловиях удельные затраты электроэнергии для установок, исполь-
зующих холод СПГ, снижаются на 50.. 60 % по сравнению с за-
тратами обычной ВРУ при одновременном снижении стоимости
оборудования.
Однако следует иметь в виду, что для использования СПГ в це-
лях повышения эффективности работы ВРУ его следует получить,
обеспечить доставку и хранение в районе ВРУ, для чего требуются
определенные экономические затраты. Поэтому однозначный ответ
на вопрос о целесообразности использования холода СПГ при про-
изводстве продуктов из воздуха может дать только комплексный
технико-экономический анализ.
Использование холода СПГ в технологических процессах ВРУ
может оказаться выгодным при условии рационального использо-
вания газифицированного при разделении воздуха СПГ как топли-
ва для нужд промышленности и сельского хозяйства. В этой связи
интерес представляет система комплексного использования холода
газифицированного СПУ, осуществляемая фирмой Osaka Gas [10],
обеспечивающая производство жидких О2, N2, Аг, СО2 и сухого льда,
охлаждение и замораживание продуктов в складских помещениях
и холодильниках, осуществляющая опреснение морской воды и низ-
котемпературную обработку различных материалов, в том числе
автомобильных шин, производство высококонцентрированного озо-
на в системе обработки сточных вод.
5. Получение сжиженного природного газа
5.1. Общие принципы расчета холодильных циклов
Роль процессов охлаждения газа в установках получения СПГ
определяется прежде всего энергетическими затратами, которые
приходится расходовать на осуществление этих процессов. Затраты
во многом зависят от термодинамического совершенства принятых
холодильных циклов: чем эффективнее цикл, тем дешевле будет
стоить единица топлива.
При охлаждении и сжижении газов окружающей среде переда-
ется определенное количество теплоты, отнимаемой на низких тем-
пературных уровнях. В качестве рабочего тела цикла обычно ис-
пользуются обратный поток охлаждаемого газа либо сторонние
хладагенты.
Для сжижения газа необходимо, чтобы его температура была
ниже критической, так как в противном случае газ не может быть
сжижен ни при каких давлениях. При критической температуре газа
его давление должно быть равно или больше критического; при
давлении ниже критического газ сжижается при температуре, также
ниже критической.
Чтобы оценить термодинамическое совершенство цикла, его срав-
нивают с идеальным циклом — циклом Карно. Применительно к ох-
лаждению природного газа процесс охлаждения от температуры Тв
до температуры Т] при постоянном давлении представляется в виде
бесконечно большого числа идеальных циклов с переменными тем-
пературами холодного источника.
В идеальном случае охлаждения газа от температуры То до тем-
пературы 7j при постоянном давлении и бесконечно большом числе
элементарных обратных циклов Карно с переменными температура-
ми холодного источника затраты работы
Т - Т
AdL = - dQ -5----L
Т
112
где dQ0 = с"р(1Т — количество теплоты, отнимаемой от 1 кг газа; с"—
теплоемкость газа.
Затраты работы на процесс охлаждения газа от температур Тв до
Т} определяются следующим образом:
где Ти Тв — текущая температура и температура окружающей среды
соответственно; 50,	z0, i — соответственно энтропия и энтальпия
в этих точках.
Для полного сжижения газа, охлажденного до температуры Т
насыщенных паров, необходимо отобрать еще скрытую теплоту па-
рообразования г. Затрачиваемая при этом работа
Л£,_2 = -	= То (5i _ s2) - (z, - z2).
Т
Общие затраты работы
AL = AL„ , + AL, , = Tn(S, - S,) - (z. - z,).	(5.1)
Если охлаждать газ до необходимой температуры, например до
Ту минимальная работа сжижения с учетом охлаждения жидкости
TB(SB- S5)-(iB-i5).	(5.2)
Из формул 5.1 и 5.2 следует, что в идеальном случае затраты
энергии на охлаждение и сжижение газа зависят только от его тер-
модинамических свойств. С увеличением давления при сжижении
затраты энергии снижаются. Они зависят также и от температурно-
го уровня охлаждения: чем он ниже, тем существеннее увеличива-
ются энергетические затраты [29].
Затраты энергии в реальных циклах значительно выше затрат,
определяемых с помощью обратимых идеальных циклов Карно, что
в принятом температурном интервале характеризуется термодина-
мическим КПД т). Иногда холодильные циклы характеризуют ко-
эффициентом е, представляющим собой отношение выработанного
холода QB к затраченной энергии AL, т. е.
113
Термодинамический расчет холодильных циклов основывается
на составлении материально-тепловых балансов как для всего цикла
в целом, так и для его отдельных элементов. За исходные принима-
ются некоторые параметры процесса (давление, температура), а так-
же характеристики комплектующего оборудования (компрессоров,
детандеров, теплообменников). При этом используются термодина-
мические диаграммы состояния Т— S, i — Т, 1g Р — /, которые име-
ются практически для всех компонентов.
Однако для сжижения природного газа, являющегося много-
компонентной смесью, расчеты цикла существенно осложняются,
в связи с чем приходится определять термодинамические свойства
этих смесей в жидком и газообразном состоянии. Находящиеся в ме-
тане примеси могут внести существенные коррективы в выбор схе-
мы сжижения природного газа и ее анализ. Прежде всего газ должен
быть очищен от углекислоты, сернистых соединений и осушен (см.
разд. 5.3).
В цикле холодильной машины для получения СПГ должна быть
исключена возможность формирования твердой фазы с тем, чтобы
исключить забивку аппаратов установки сжижения. Кроме того,
следует принять меры для отвода компонентов природного газа в слу-
чае их выделения из смеси.
Как будет показано далее, оптимальным циклом получения СПГ
с точки зрения минимальных энергетических затрат на получение
единицы продукции является дроссельный цикл с охлаждением
природного газа с помощью внешнего холодильного цикла на сме-
сях углеводородов с азотом, называемых многокомпонентным рабо-
чим телом (МРТ). Одна из основных задач при разработке этих
циклов состоит в расчете парожидкостных равновесий с учетом тер-
модинамических свойств этих тел, к которым относятся удельная
энтальпия i, энтропия 5 и объем V (или плотность р). В общем
случае расчет фазовых равновесий опирается на три составляющих —
термодинамический метод, физическую модель, отражающую взаи-
мосвязь макровеличин, и алгоритм уравнений, описывающий рав-
новесную систему. В качестве термодинамической модели можно
принять единое уравнение состояния вандерваальсового типа 130].
На кафедре низких температур МЭИ при участии КБОМ были
построены алгоритмы для определения состава МРТ с использова-
нием известных и вновь полученных данных по фазовым равнове-
сиям жидкость — пар, жидкость — жидкость и жидкость — твердое
тело [30—34] для бинарных и некоторых тройных смесей с выявле-
нием влияния компонентов смеси на их растворимость и кристал-
лизацию с целью определения условий извлечения из природного
114
газа тяжелых фракций. Некоторые данные по фазовым равновесиям
жидкость — твердое тело представлены в гл. 7. В упомянутых выше
работах изложена картина равновесных состояний смеси примени-
тельно к циклам сжижения природного газа, выделены их специфи-
ческие особенности и даны рекомендации, необходимые для проек-
тирования производства. Так, при разработке и анализе циклов
сжижения природного газа следует учитывать, что влияние на фа-
зовые равновесия жидкость — пар тяжелых углеводородов и приме-
сей мало и в первом приближении ими можно пренебречь. В цикле
сжижения природного газа возможно выделение тяжелых углево-
дородов на соответствующих температурных уровнях, что целесо-
образно осуществлять только на установках большой производи-
тельности. На малых установках возможно выделить примеси
и некоторые углеводороды путем кристаллизации с последующей
сепарацией твердой фазы. Целесообразность этого определяется
в каждом конкретном случае.
В работе [30] представлена методика оптимизации дроссельных
циклов на смесях — дроссельная регенеративная система (ДРС).
Оптимизация цикла состоит в обеспечении холодопроизводитель-
ности ДРС с расходом МРТ (См) на каждом температурном уровне
не менее заданной тепловой нагрузки. Исходными данными для
оптимизации служат температура окружающей среды То и характер
распределения по температурам необходимой тепловой нагрузки
Q„(T) В качестве целевой функции оптимизации принят эксерге-
тический КПД системы т]Г Решение задачи осуществлено методом,
основанным на приближенных физических моделях, отражающих
влияние каждого компонента на значение целевой функции в соот-
ветствии с алгоритмом [34]. Предложенный алгоритм позволяет опе-
ративно выбрать оптимальный состав рабочего тела, обеспечиваю-
щего максимальные значения КПД дроссельного цикла.
Таким образом, в настоящее время имеется экспериментально
проверенная методика оптимального подбора компонентов смесево-
го хладагента, состоящего из углеводородов и азота, и пакет про-
грамм для ЭВМ, позволяющих минимизировать энергозатраты на
охлаждение СПГ.
Проведенный анализ схем различных холодильных циклов сжи-
жения газа [30] показывает, что для уменьшения затрат энергии для
получения единицы СПГ необходимо снижать термодинамические
потери, прежде всего улучшая организацию холодильного цикла.
Это можно осуществить за счет:
• использования предварительного охлаждения газа до темпера-
тур —(30.. 40) °C с помощью пропановой или фреоновой паро-
115
компрессионной холодильной машины или холодильной маши-
ны на смесях углеводородов. С понижением температуры газа
дроссель-эффект существенно увеличивается, а суммарные энер-
гетические затраты возрастают незначительно;
• использования расширительных машин-детандеров. В этом слу-
чае используется эффект адиабатического расширения с совер-
шением внешней работы. Детандеры могут применяться на по-
токе сжижаемого газа, либо в контуре внешнего холодильного
цикла. Включение в цикл сжижения расширительных машин
увеличивает его холодопроизводительность и позволяет полу-
чить некоторую дополнительную энергию за счет расширения
газа. При этом при увеличении доли газа, направляемого в де-
тандер, эффективность цикла возрастает, однако этот рост ог-
раничен предельным значением, определяемым возможностью
передачи холода сжатому газу в теплообменнике (растет недо-
рекуперация). Применение детандеров, являющихся сложными
лопастными (или поршневыми) машинами, пока еще ограниче-
но областью пара с небольшим содержанием жидкости. Все это
приводит к целесообразности ограничения (лучше исключения)
использования детандеров на конечных участках установок сжи-
жения газа, тем более что метан обладает значительной величи-
ной дроссель-эффекта;
•	организации многоступенчатого дросселирования с циркуляци-
ей потоков. Эффективность такой схемы заключается в умень-
шении путем многоступенчатого дросселирования необратимых
потерь дроссель-эффекта и потерь в теплообменниках за счет
снижения температуры потоков и соответствующего уменьше-
ния температурных перепадов. Требуемый для сжижения холод
при многоступенчатом дросселировании вырабатывается и пос-
ледовательно используется на разных температурных уровнях;
•	комбинации различных методов, указанных выше. Для круп-
ных установок сжижения природного газа, где вопрос достиже-
ния минимальных энергозатрат является решающим, использу-
ются циклы с предварительным охлаждением природного газа
(в основном пропановые установки) со ступенчато понижаю-
щимся уровнем подвода холода и с применением смесевых холо-
дильных агентов с последовательно понижающейся температу-
рой кипения. При этом стремятся свести к минимуму количество
машинного оборудования.
При выборе схемы установки сжижения необходимо учитывать не
только ее энергетические показатели, но и стоимость оборудования,
условия эксплуатации, строительную часть и другие составляющие.
116
Увеличение производительности установки сжижения газа при-
водит к снижению удельных капитальных вложений. Обработка
имеющейся по этому вопросу информации позволила выявить при-
ближенную эмпирическую зависимость капитальных вложений от
производительности завода:
/ \"
К = Ъ Нг •
\ 6о /
Здесь К и Ко — величины капитальных вложений; Ц и 6С - произ-
водительность технологических линий завода; и — коэффициент,
который для объектов нефтеперерабатывающего и газового профи-
ля и энергетики принимают равным 0,7...0,8. Выявлено, что увели-
чение производительности блока сжижения в 1,73 раза снижает
капитальные вложения на 13%.
5.2.	Технологические схемы установок (заводов)
по сжижению природного газа
Основным компонентом природного газа является метан, име-
ющий низкую температуру кипения при атмосферном давлении
(—162 °C), поэтому перевод его в сжиженное состояние возможен
только с использованием криогенной техники. Выбор холодильно-
го цикла и технологической схемы установки зависит от назначения
установки и ее производительности, от давления и состава сжижа-
емого газа, от требований, предъявляемых к продукту (состав, дав-
ление и температура СПГ). Существенное влияние на выбор холо-
дильного цикла сжижения оказывают наличие и возможности
применения того или иного типа оборудования. Принятая техноло-
гическая схема во многом определяет экономические показатели
процесса сжижения, так как непосредственно влияет на общие ка-
питальные вложения в основное технологическое оборудование и на
эксплуатационные расходы.
Наибольшее применение в мировой практике нашли следующие
холодильные циклы:
а)	для крупных установок — классические каскадные циклы на
однокомпонентных хладагентах и однопоточные каскадные циклы
с холодильным агентом, являющимся многокомпонентной смесью;
б)	для установок небольшой производительности — простые дрос-
сельные холодильные циклы; детандерные дроссельные холодиль-
ные циклы и циклы с использованием многокомпонентных холо-
дильных агентов.
117
При анализе циклов сжижения природного газа следует учиты-
вать особенности, определяемые составом природного газа.
Основным компонентов в природном газе, который поступает
в установки сжижения, является метан. Кроме него в состав природ-
ного газа входят такие компоненты, как этан, пропан, изобутан
и более тяжелые предельные и непредельные углеводороды Обыч-
ным является наличие диоксида углерода, сероводорода и следов
воды. Находящиеся в метане примеси могут внести существенные
коррективы в выбор схемы и ее анализ. Из-за относительно высо-
ких температур перехода в твердое состояние перед сжижением
природного газа необходимо избавиться от находящегося в нем
диоксида углерода, сероводорода и воды, что исключит возмож-
ность формирования твердой фазы уже в начальной стадии сжиже-
ния и забивку аппаратов.
Необходимы также знания о выделяемых в процессе сжижения
компонентах, составляющих природный газ, так как они могут
влиять на параметры сжижения [65]. Способы очистки и осушки
природного газа перед его сжижением изложены ниже.
Крупные установки
Общий сравнительный анализ наиболее распространенных схем
сжижения показывает, что классические каскадные установки, наи-
более оптимальные с точки зрения затрат энергии, объединяют
в единую систему отдельные циркуляционные контуры (как замк-
нутые, так и разомкнутые), в которых вырабатывается холод на
ступенчато понижающихся температурных уровнях.
Классический каскадный цикл на чистых холодильных агентах
был применен на первом заводе сжижения газа, построенном в Алжи-
ре в 1964—1965 гг. Выбор цикла был продиктован его сравнительной
простотой и хорошей изученностью, позволяющей рассчитать все
элементы холодильной установки с высокой степенью точности. Цикл
представляет собой совокупность трех индивидуальных циркуляци-
онных контуров, вырабатывающих холод на различных ступенчато
понижающихся температурных уровнях. В каждом контуре исполь-
зуется чистый однокомпонентный холодильный агент с хорошо из-
вестными термодинамическими свойствами, что облегчает выполне-
ние технологических расчетов оборудования контура.
Принципиальная схема установки сжижения с классическим кас-
кадным циклом представлена на рис. 5.1.
Из рисунка видно, что в верхнем пропановом каскаде имеют-
ся три ступени дросселирования хладагента, обеспечивающие вы-
118
Блок ректификации
СПГ
Рис. 5.1. Принципиальная схема установки сжижения природного газа
с классическим каскадным циклом:
К-1 — К-4 — контуры каскада
работку холода на трех температурных уровнях в интервале
+(10...15). —37 °C. Холод пропанового контура используется для ох-
лаждения природного газа и конденсации содержащихся в нем тя-
желых углеводородов, охлаждения и конденсации холодильных аген-
тов контуров К-1 и К-2. Во втором контуре обычно используется
этилен, обеспечивающий возможность выработки холода в темпера-
турном интервале —(35... 100) °C. Кипение холодильного агента
в контуре К-2 реализуется на трех-четырех температурных уровнях.
Холод этиленового контура используется для охлаждения и сжиже-
ния компонентов природного газа и охлаждения холодильного агента
контура К-3.
В контуре К-3, как правило, используется как хладагент при-
родный газ после отделения тяжелых углеводородов в газофракцио-
нирующем блоке установки сжижения. Этот газ состоит в основном
из метана с небольшой примесью этана и азота. Холодильный агент
контура К-3 обеспечивает выработку холода на трех температурных
уровнях —(100...160) °C и используется для полного сжижения и ох-
лаждения СПГ высокого давления до температуры —(150...160) °C.
СПГ с указанной температурой и давлением около 5 МПа выводит-
ся из последнего теплообменника, дросселируется до давления, близ-
кого к атмосферному, и направляется в хранилище.
Пары низконапорного газа, образующиеся при дросселировании
СПГ, отводятся и используются в качестве топлива в энергетичес-
ких установках завода сжижения.
119
Характерной особенностью циклов, использованных на заводах
сжижения в г. Арзеве (Алжир) и г. Кенае (Аляска), является то, что
пары холодильного агента направляются на всасывание компрессо-
ра без рекуперации холода, т. е. с низкой температурой, соответству-
ющей условиям кипения в теплообменниках. Это потребовало раз-
работки специальных компрессоров для сжатия холодильного агента.
Следует отметить сложность конструктивного исполнения бло-
ка компрессоров холодильных контуров, отличие компрессоров друг
от друга по мощности и хладагенту, а также наличие у каждого
компрессора двух-трех промежуточных ступеней.
Мощности между компрессорными агрегатами метанового, эта-
нового и пропанового контуров распределяются в отношении
1 : 1,5: 2,5, где за единицу принята мощность компрессора метано-
вого контура.
В целом установки сжижения с классическим каскадным циклом
характеризуются достаточно хорошими термодинамическими показа-
телями, однако реализация указанного цикла сопряжена с необходи-
мостью разработки большого числа многопоточных теплообменных
аппаратов, разнотипных компрессоров и приготовления холодильных
агентов высокой чистоты — пропана и этилена (составная часть хлад-
агента). Наличие множества теплообменного оборудования и трех ти-
пов компрессоров приводит к существенному росту трубопроводных
коммуникаций, что, в свою очередь, увеличивает стоимость завода. По
данным фирмы «Эйр-Ликид», стоимость сети межцеховых коммуни-
каций составляет 25 % общей стоимости завода. Кроме того, из-за от-
сутствия этилена в составе природного газа требуется организовывать
производство этилена на месте или доставлять его из других районов.
Анализ технологических схем каскадных установок сжижения
природного газа показывает, что снижение энергетических затрат
такого цикла достигается увеличением числа каскадов и ступеней
сжатия, а также дросселирования хладагентов в каждом каскаде.
Это, в свою очередь, приводит к усложнению установки, увеличе-
нию числа компрессоров и теплообменников. Такие каскадные
установки сжижения природного газа имеют удельное энергопот-
ребление 0,6...0,7 кВт-ч/кг. В установке в г. Арзеве доля сжижения
природного газа составляет 0,93. Как указывалось, несжиженный
природный газ используют на собственные нужды завода и распо-
ложенных вблизи потребителей. Подробно каскадные циклы сжи-
жения природного газа рассмотрены в [10, 25].
В силу изложенных причин применение классического каскад-
ного цикла было ограничено использованием его только на первых
двух заводах сжижения газа в Арзеве и Кенае и на нескольких ус-
120
тановках в США для покрытия «пиковых» нагрузок газопотребле-
ния средней производительности.
Дальнейшие усилия исследователей и проектантов заводов по
производству СПГ были направлены на разработку технологий, по-
зволяющих уменьшить типаж компрессорного оборудования, со-
кратить число теплообменных аппаратов, а также протяженность
и металлоемкость технологических трубопроводов.
Выполнение указанных требований было сопряжено с заменой
трех типов холодильных агентов на один, состоящий из соответ-
ствующей смеси газов и способный обеспечить выработку холода
в широком диапазоне температур от +(20...30) °C до —(160...170) °C.
В этом случае представилось возможным заменить три типа комп-
рессоров на один при соответствующем уменьшении числа теплооб-
менных аппаратов, что облегчило их выбор, обслуживание, ремонт
и протяженность межцеховых коммуникаций.
Решение, удовлетворяющее перечисленным требованиям, впер-
вые было найдено советским ученым профессором А.П. Клименко,
который задолго до строительства завода сжижения газа в Алжире
разработал технологию сжижения газа на основе однопоточной схе-
мы холодильного цикла на смесях хладагентов (1956). Эта схема
нашла широкое применение за рубежом. Цикл совмещает термоди-
намические преимущества многоступенчатого каскадного цикла
и простоту регенерати вного дроссельного цикла.
Сущность холодильных циклов на смеси заключается в том, что
многокомпонентное рабочее тело — М РТ (от бутанов до метана с азо-
том) холодильной установки кипит в широком интервале темпера-
тур — от То (нижней температуры за дросселем) до температуры
окружающей среды. Такой интервал кипения рабочего тела в тепло-
обменных аппаратах может обеспечить оптимальное охлаждение тех-
нологического потока (природного газа) с минимальными потеря-
ми. Вследствие большого числа степеней свободы (отличающиеся
качественный и количественный составы МРТ, различные давления
в прямом и обратном потоках цикла) практически для любых на-
чальных условий (начального давления сжижаемого газа и его со-
става) можно подобрать оптимальный режим работы дроссельной
регенеративной системы (ДРС), обеспечивающий высокую эффек-
тивность процесса сжижения.
Однако при высокой энергетической эффективности установ-
ки, выполненной по такой схеме, возникает необходимость в уве-
личении поверхности теплообменных аппаратов. Значительное сни-
жение поверхности теплообмена может быть достигнуто путем
последовательного охлаждения, сепарации и двухступенчатого дрос-
121
селирования потока смеси. В этом случае величины энергопотреб-
ления можно довести до 0,45...0,5 кВт ч/кг СПГ.
Принципиальная схема однопоточного цикла на смешанном хо-
лодильном агенте представлена на рис. 5.2. Она предполагает цир-
куляцию многокомпонентного холодильного агента, состоящего из
бутанов, пропана, этана и азота, в замкнутом контуре с помощью
одного компрессора.
Рис. 5.2. Принципиальная схема однопоточного цикла сжижения на смешан-
ном холодильном агенте:
КНД — ступень компрессора низкого давления; КВД — ступень компрессора высоко-
го давления; J — дроссель; 2, 3, 4— теплообменники; 5, 6, 8, 10 — сепараторы; 7,9 —
теплообменники водяные
Холодильный агент после сжатия в компрессоре до некоторого
оптимального давления (около 4 МПа), определяемого составом хо-
лодильного агента и температурой воды, охлаждается и частично
конденсируется в водяных холодильниках. Образовавшаяся газо-
жидкостная смесь подается в сепаратор, из которого жидкая фаза,
состоящая в основном из бутана, пропана, этана и азота, направля-
ется для выработки холода, обеспечивающего охлаждение и частич-
122
ную конденсацию паровой части холодильного агента (из сепарато-
ра ступени I) и природного газа. Образовавшаяся в трубках тепло-
обменника двухфазная смесь холодильного агента направляется в се-
паратор ступени II для последующего разделения на паровую
и жидкую фазы.
Жидкость из сепаратора второй ступени, состоящая в основном
из этана, метана и азота, используется для выработки холода на
более низком холодильном уровне с целью конденсации паровой
части холодильного агента (из сепаратора ступени II) и сжижения
природного газа.
Паровая фаза холодильного агента из сепаратора ступени II пред-
ставляет собой азотометановую смесь, которая после конденсации и
охлаждения используется для выработки холода на температурном
уровне —(120... 130)...—170 °C (ступень III).
Разделение холодильного агента в сепараторах ступеней I и II
производится при рабочем давлении (около 4 МПа), а кипение холо-
дильного агента в межтрубном пространстве теплообменника осуще-
ствляется при низком давлении (около 0,3 МПа). Количество ступе-
ней разделения холодильного агента определяется рядом причин,
важнейшей из которых является степень совершенства термодинами-
ческого цикла. Для природного газа с относительно небольшим со-
держанием тяжелых углеводородов при хорошем подборе состава хо-
лодильного агента представляется возможным ограничиться даже
одной или двумя ступенями разделения холодильного агента. На схеме
цикла видно, что теплота испарения холодильного агента низкого
давления используется как для конденсации паровой части холодиль-
ного агента высокого давления, так и для сжижения природного газа.
При такой схеме исключаются затраты на доставку и хранение хлад-
агентов, так как они получаются здесь же прямо из природного газа.
Преимущества технологии, основанной на использовании одно-
поточных холодильных циклов, оказались столь значительными,
что все последующие заводы сжижения природного газа были реа-
лизованы на различных модификациях этого цикла.
Очередной ступенью совершенствования технологии сжижения
газа явился предложенный французской фирмой «Текнип» процесс
«Теаларк с двумя ступенями давления», схема которого представле-
на на рис. 5.3.
Отличительной особенностью процесса является наличие двух
групп теплообменных аппаратов, одна из которых используется для
получения хладагентов, а другая — для охлаждения и сжижения
природного газа. В первой группе теплообменников, составляющих
систему промежуточного давления, хладагенты испаряются при дав-
123
Рис. 5.3. Схема получения СПГ с двумя ступенями давления:
КНД — ступень компрессора низкого давления; КВД — ступень компрессора высокого давления
лении около 0,6 МПа, во второй — при 0,15 МПа. Образовавшиеся
пары из обеих ступеней испарения хладагентов направляются (в со-
ответствии с рабочим давлением) в ступени I или II всасывания
компрессора холодильного цикла. Такое решение упрощает про-
цедуру приготовления хладагентов требуемых составов, поддержа-
ния заданного технологического режима и способствует росту тер-
модинамической эффективности цикла.
С использованием процесса «Теаларк с двумя ступенями давле-
ния» был построен завод по сжижению газа в г. Скикде (Алжир,
1972—1973), опыт эксплуатации которого подтвердил высокую эф-
фективность процесса, его хорошую управляемость и обоснованность
выбора принципа поддержания оптимального режима работы блока
сжижения газа. Наличие промежуточной ступени рабочего давления
способствовало повышению термодинамической эффективности хо-
лодильного цикла. Однако сама схема с точки зрения применяемого
оборудования и эксплуатации представляется достаточно сложной
Решение, обеспечивающее повышение термодинамической эф-
фективности цикла на многокомпонентном хладагенте, было пред-
ложено американской фирмой «Эйр-Продакте». Оно заключалось
в введении дополнительного пропанового контура, обеспечиваю-
щего предварительное охлаждение многокомпонентного хладаген-
та и природного газа.
Схема сжижения природного газа на смесях хладагентов с двумя
контурами представлена на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Схема сжижения природного газа на смесях хладагентов с двумя
контурами:
К, — компрессор основного цикла; К, — компрессор цикла предварительного охлаж-
дения; С, — сепаратор; Т(-Т3 — теплообменники; ВХ,, ВХ, — теплообменники водя-
ные; ДР — дроссель
125
В соответствии с этой схемой природный газ после очистки
и осушки охлаждается в пропановом теплообменнике (Т3) до темпе-
ратуры около —30 °C. Далее он направляется последовательно в ос-
новные теплообменники блока сжижения (Т, и Т2), где охлаждается
и конденсируется за счет теплообмена с кипящим в межтрубных
пространствах теплообменников многокомпонентным холодиль-
ным агентом. СПГ выводится из теплообменника Т] под давлением
около 4 МПа, дросселируется до давления, близкого к атмосферно-
му, и направляется в хранилище.
В последнее время для предварительного охлаждения вместо чи-
стого пропана используется пропан-этановая смесь. Такой процесс
был также предложен фирмой «Теаларк». Этот цикл, по существу,
представляет собой модификацию классического цикла, в котором
вместо чистого хладагента используется смесь, что позволяет сокра-
тить число контуров системы.
Технология, предложенная фирмой «Теаларк», отличается от тех-
нологии фирмы «Эйр-Продакте» только характеристиками контура
предварительного охлаждения. Замена пропана на бинарную смесь
пропана и этана привела к снижению температурного уровня вы-
работки холода в верхнем контуре цикла с —30 °C (технология «Эйр-
Продактс») до —(60...70) °C (технология «Теаларк») и к перерас-
пределению мощностей компрессорных агрегатов предварительного
и основного холодильных контуров. Термодинамическая эффектив-
ность обоих указанных циклов выше, чем у классического каскад-
ного и однопоточного циклов.
Как было показано выше, для последующего транспортирова-
ния СПГ морским транспортом практически все крупные заводы по
его производству, за исключением заводов сжижения на Аляске и в
Алжире, построены с применением разновидностей цикла на смесях.
В результате анализа литературных источников, содержащих
описания схем установок по сжижению природного газа, можно
сделать вывод о том, что в настоящее время наиболее экономически
выгодны крупные установки с циклами на смесях, обеспечивающие
высокую термодинамическую эффективность процесса сжижения.
По такой схеме будет работать и первый в России крупный завод по
сжижению природного газа на Сахалине («Сахалин-II»).
Малые и средние установки
Для решения первоочередных задач по внедрению СПГ в раз-
личные отрасли хозяйства России с учетом его многоцелевого ис-
пользования был проведен анализ возможных схем и выполнены
126
проектные проработки [19, 20, 25, 35] установок сжижения малой
и средней производительности, которые показали, что можно ог-
раничиться установками двух типов — производительностью
0,8... 1 т/ч и 10...12 т/ч. Рассмотрим термодинамические схемы воз-
можной реализации таких установок.
Цикл с однократным дросселированием, основанный только на
эффекте Джоуля—Томпсона, изображенный на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Цикл с однократным дросселированием (а) и отображение
в Г-5-диаграмме происходящих в нем процессов (б):
процесс /—2 — изотермическое сжатие; процесс 2-7- адиабатическое сжатие; про-
цесс 2—3 — охлаждение; процесс 3 4 — дросселирование; 4—6 — количество жидко-
сти, %; 4-5 — количество газа, %; процесс 6—Г — naipee газа
I
Анализ этого простейшего цикла показывает, что выход жидко-
сти и термодинамический КПД д цикла растут с повышением дав-
ления сжатия и снижением удельной работы сжижения ND (см.
табл. 51).
Таблица 5.1. Характеристика цикла однократного дросселирования
Показатели	Давление сжатия, МПа			
	5,0	10	15	20
Изотермический дроссельный эффект				
Д/т, кДж/кг	45,98	96,14	142,12	259,16
Коэффициент сжижения, %	2,48	8,1	13,2	16,9
Удельная работа сжижения ND, кВт ч/кг	10,5	3,8	2,54	2,1
Термодинамический КПД ц, %	2,52	7,64	11,4	13,8
127
Это важное обстоятельство связано с увеличением Д/т при повы-
шении давления. Однако при давлении выше 20 МПа темп сниже-
ния энергетических затрат цикла уменьшается и при этом суще-
ственно растут затраты на оборудование и эксплуатацию, поэтому
давление (20...22) МПа для этого цикла можно считать предельным.
Следует иметь в виду, что дроссель-эффект у природного газа зна-
чительно выше, чем воздуха. Наличие в нем тяжелых углеводород-
ных фракций только увеличивает это различие, а наличие азота
снижает его незначительно. Следует учитывать также, что потери
при дросселировании, обусловленные неравновесным характером
теплообмена, непосредственно связаны с потерями в регенератив-
ном теплообменнике.
Цикл, изображенный на рис. 5.5, малоэффективен. Коэффици-
ент сжижения газа практически составляет 12... 15 %, удельная рабо-
та сжижения 1,5.. 2 кВт ч/кг Анализ термодинамических потерь
в этом цикле показывает, что основная их доля падает на неизотер-
мичность процесса сжатия в компрессоре и на необратимость в про-
цессе дросселирования.
Для увеличения процента выхода жидкости в цикле ее получают
практически при давлении 6 атм. Получая жидкость при давлении,
близком к атмосферному (с целью увеличения возможностей исполь-
зования), необходимо дополнительно сжимать «отбросной» газ до дав-
ления 0,3. .0,4 МПа для сброса его в газораспределительную сеть.
Показатели цикла могут быть улучшены несколькими спосо-
бами [32]:
•	повышением давления природного газа на входе в установку;
•	предварительным охлаждением природного газа внешним холо-
дильным агентом;
•	многоступенчатым дросселированием и обеспечением циркуля-
ции потоков при промежуточных давлениях.
При использовании в дроссельных циклах предварительного ох-
лаждения природного газа до температуры —(30...40) °C при помощи
пропановой или фреоновой парокомпрессионной холодильной ус-
тановки можно увеличить коэффициент сжижения до 35 %, а удель-
ную работу сжижения снизить с 2 до (0,8. .0,7) кВт-ч/кг. Недостат-
ком схемы является большое количество несжиженного природного
газа (65 %) с давлением, близким к атмосферному, который для на-
правления в газораспределительную сеть должен быть дополнитель-
но сжат до давления 0,3.. 0,4 МПа.
В настоящее время за рубежом детандерные холодильные циклы
нашли применение в основном в установках покрытия пиковых
нагрузок газопотребления. Особенно эффективны детандерные
128
циклы, работающие по принципу использования перепада между
давлениями в газопроводе и в газораспределительной сети на ГРС.
В этом случае используется «даровая» энергия дросселирования газа,
получающаяся за счет сброса давления магистрального трубопрово-
да до рабочего (0,3...0,4 МПа) в сети. Схема детандерного цикла
сжижения природного газа с использованием перепада давления на
ГРС представлена на рис. 5.6.
Рис. 5.6. Схема детандерного цикла получения СПГ с использованием
перепада давления на ГРС:
БО — блок очистки, осушки ПГ; Т,, Т2 — теплообменники; ДКА — детандерно-ком-
прессорный агрегат; К — дожимающий компрессор; ДР — дроссель; С — сепаратор
Детандер используется для йовышения эффективности установ-
ки. При этом чем выше давление природного газа на входе в ожи-
житель, тем эффективнее цикл. Однако следует учитывать, что
эффективность детандеров повышается, если они надежно работают
в области влажного пара, содержащего до 20...25 % жидкой фазы
В настоящее время отечественными исследователями ведутся работы
в этом направлении.
Расчеты показывают, что при давлении газа на входе в установ-
ку, равном 3,5 МПа (минимальное в магистральном трубопроводе),
сжижаемая доля газа составляет 15...17 % при больших поверхно-
стях теплообменников Т1 и Т2 ввиду того, что теплопередача лими-
тируется обратным потоком. При меньшем давлении коэффициент
сжижения снижается, а доля несжиженного газа увеличивается. Ввиду
низкого давления газа за детандером (0,15...0,2 МПа) для выдачи
5 — 11
129
в сеть его необходимо сжать, используя дожимающий компрессор К,
смонтированный на одном валу с детандером (ДКА), т. е. детандер
является приводом компрессора.
Достоинством этого цикла является простота схемы, гибкость
регулирования, а также возможность использовать в качестве рабо-
чего тела природный газ, что исключает затраты на производство,
транспорт и хранение специальных хладагентов. Недостатком явля-
ется необходимость очистки всего газа, идущего на сжижение (а не
только сжиженного). Принципиально, что на ГРС для получения СПГ
может быть использован «холод», образующийся при сбросе давле-
ния до 0,6.. 0,4 кПа при подаче газа из магистрального трубопровода
потребителям, величина которого зависит в каждом конкретном
случае от потребления, колеблющегося в зависимости от времени
года. Кроме того, потребуется введение в схему дополнительного
теплообменника (на рис. 5.6 не показан) или создание взамен теп-
лообменника Tj (рис. 5.6) трехпоточного сложного теплообменника.
При небольших преимуществах все это усложняет схему и приводит
к нестабильной работе, что для серийных установок недопустимо.
При давлении газа на входе, равном 5 МПа, энергетические зат-
раты этих установок составляют 0,6.0,7 кВт ч/кг СПГ.
Больший эффект снижения энергозатрат и увеличение процента
выхода жидкости перерабатываемого газа до 7 . 8 МПа можно обеспе-
чить предварительным охлаждением потока, направляемого в детан-
дер, с помощью парокомпрессионной холодильной установки. Огра-
ничивающим фактором здесь служит температура начала конденсации
детандерного потока. За рубежом уже разработаны и успешно экс-
плуатируются в промышленности турбодетандеры на природном газе
высокого давления (до 15 МПа), допускающие конденсацию 20 %
весового количества потока непосредственно в машине. В этом случае
величина удельного энергопотребления может быть доведена до
0,45...0,55 кВт ч/кг СПГ и резко увеличен процент выхода жидкости.
Наибольший эффект можно получить, если для сжижения газа
использовать созданные для заправки автомобилей компримиро-
ванным газом высокого давления (20 МПа) мало загруженные (до
20 %) уже существующие автомобильные газонаполнительные ком-
прессорные станции АГНКС. На этих станциях можно отбирать газ
давлением 20 или 7 МПа от компрессоров и направлять его в уста-
новку сжижения газа. При этом может быть использована инфра-
структура этой станции — подведенный газ, электроэнергия, вода,
часть оборудования, обслуживающий персонал и др.
Все действующие в настоящее время в Российской Федерации ус-
тановки сжижения природного газа работают по схемам, приведенным
130
на рис. 5.5 и 5.6, или близким к ним. Они привязаны к действующим
ГРС или АГНКС, т. е. имеют возможность получения холода за счет
перепада давления на ГРС или использования высокого давления,
получаемого компрессорами АГНКС, что позволяет снизить затраты
на энергопотребление и приобретение компрессорного оборудования.
В работе 110] проанализирована работа установки для получения
СПГ с использованием в цикле хладоновой холодильной машины
на смешанном хладагенте (метан, этан, пропан, бутан и азот) для
предварительного охлаждения природного газа и использования
компрессоров АГНКС. Анализ показал, что применение смешанно-
го хладагента при одинаковой потребляемой мощности и одинако-
вом проценте выхода жидкости позволяет снизить удельные энер-
гозатраты на 20...22 %.
Циклы с использованием многокомпонентных холодильных аген-
тов используются в крупных установках получения СПГ в связи
с тем, что они обеспечивают этот процесс с минимальными затратами
энергии при приемлемых, хотя и крупных, капитальных вложениях
и допустимых сроках окупаемости.
Проведенный анализ и расчеты [33] показали целесообразность
использования такой принципиальной схемы и для установок сжи-
жения природного газа производительностью 5.. 20 т/ч.
Как указывалось ранее, широкое распространение цикла на сме-
си объясняется его большими потенциальными возможностями.
Практически для любых начальных условий (начального давления
газа и его состава) можно подобрать смесь, обеспечивающую высо-
кую эффективность цикла. При этом, естественно, необходимо
принимать во внимание возможности обеспечения установки сжи-
жения составляющими многокомпонентного хладагента для воспол-
нения его неизбежных потерь.
Принципиальная схема установки сжижения газа на смесях хлад-
агентов применительно к средним установкам сжижения природно-
го газа представлена на рис 5.7.
Сущность предложенной технологии заключается в использова-
нии многокомпонентной смеси углеводородов (от бутанов до мета-
на) с азотом в качестве рабочего тела холодильной установки, обес-
печивающей требуемый для сжижения природного газа диапазон
выработки холода. Сжатие смешанного холодильного агента произ-
водится в одном компрессоре После сжатия смесь охлаждается,
конденсируется за счет теплообмена с водой и обратным потоком
холодильного агента и дросселируется до давления всасывания. После
рекуперации «холода» смесь в газообразном состоянии засасывается
в компрессор.
5'
131

К преимуществам установок, использующих для охлаждения
и сжижения природного газа многокомпонентный холодильный
агент, относятся высокая доля сжижения газа, достаточно низкое
энергопотребление и автономность установки, т. е. возможность раз-
мещения ее в любом месте, где имеется магистральный газопровод
или его отводы с приемлемым давлением газа.
При строительстве установки для сжижения газа по этой схеме
возможно использование компрессоров, работающих на АГНКС.
В этом случае оптимальным является использование природного газа
после его сжатия в компрессоре с давлением 7,0 МПа.
Для получения минимальных затрат энергии была проведена
оптимизация состава МРТ для различной производительности уста-
новок и разных давлений сжимаемого газа применительно к малым
и средним установкам. Опыт применения и изучение характеристик
систем на смесях показывают, что правильный выбор качественного
состава МРТ, концентраций компонентов и давлений в цикле обес-
печивает высокую эффективность процессов охлаждения. Форми-
рование смеси должно проводиться так, чтобы обеспечивать мини-
мум потерь энергии как в процессе получения холода, так и в
процессе передачи его объекту.
Таким образом, одна из основных задач при разработке ДРС,
работающих на МРТ, состоит в расчете парожидкостных равновесий
с учетом термодинамических свойств, необходимых для анализа
циклов. Расчет позволяет оценить влияние каждого компонента МРТ
на характеристики системы в целом [32, 33, 36—38].
Как указывалось ранее, на кафедре низких температур МЭИ
разработан пакет прикладных программ, позволяющий решить за-
дачу проектирования низкотемпературных циклов на МРТ (их под-
бор), при использовании которого были оптимизированы режимы
внешнего холодильного ццкла для различных вариантов схем сжи-
жения природного газа. При этом расчеты дроссельной схемы и оп-
тимизация состава смеси были проведены для различных значений
температуры предварительного охлаждения от 180 до 130 К.
Результаты расчетов удельных суммарных величин энергопот-
ребления показали, что с ростом давления в магистрали снижается
удельное энергопотребление, а удельные энергозатраты в этих схе-
мах находятся в пределах 0,4...0,5 кВт ч/кг (при КПД компрессора
0,5, давлении входа газа 4,0 МПа, производительности установки
10... 12 т/ч).
В работе [32] было показано, что при проведении термодинами-
ческой оптимизации цикла применительно к природным газам, не
содержащим тяжелых углеводородов, при повышении давления входа
133
газа до 5,0 МПа можно снизить энергопотребление на сжижение до
0,35 кВт ч/кг при доле сжижения 0,9. .0,95. Таким образом, в про-
стейшем варианте схемы представляется возможным получить
весьма высокую термодинамическую эффективность. Однако это
достигается за счет возрастания необходимой поверхности тепло-
обменных аппаратов, а ее снижение возможно за счет использова-
ния эффективных пластинчато-ребристых теплообменников или
предварительного охлаждения газа и смешанного хладагента в про-
пановой парокомпрессионной установке.
Как было показано выше, для крупных установок сжижения
предусматривается контур предварительного охлаждения природ-
ного газа на пропане или пропан-этане. Введение такого контура
для установок невысокой производительности (а рассматриваемые
типоразмеры установок относятся именно к такому типу устано-
вок) нецелесообразно, так как существенно увеличивается номен-
клатура и состав основного оборудования и усложняется эксплуа-
тация установки.
В предлагаемой схеме сепарирование потока хладагента, как
это предусматривается в крупных установках для получения расчет-
ного режима процесса теплообмена, не предусматривается, что на-
кладывает определенные повышенные требования на трехпоточный
теплообменник. При его проектировании необходимо предпринять
меры по организации равномерного распределения двухфазного
потока по сечению теплообменника, что удается осуществить для
установок небольшой производительности. Для установок произво-
дительностью 10... 12 т/ч и более требуются дальнейшие исследова-
ния, учитывающие масштабный фактор с целью гарантированного
решения этого вопроса.
В работе [10, 30] показано, что только холодильная установка на
смесях углеводородов с азотом позволит реально снизить удельное
энергопотребление в установках сжижения природного газа до
0,4 ..0,5 кВт ч/кг. При этом рассматривается вариант установки по-
лучения СПГ по схеме без отбора жидкой фазы хладагента в процес-
се работы, что существенно упростит как техническое решение ус-
тановки, так и ее эксплуатацию. Доля сжижаемого газа в этом случае
составит 0,8...0,9, а необходимый температурный уровень 140 ..145 К
обеспечивается четырехкомпонентной углеводородной смесью. Этот
вариант представляется нам наиболее перспективным для установок
малой производительности.
Таким образом, в настоящее время имеется методика оптималь-
ного подбора компонентов смесевого хладагента, состоящего из уг-
леводородов и азота, и пакет прикладных программ для ЭВМ, по-
134
зволяющие минимизировать энергозатраты установки охлаждения
СПГ с учетом проведенного эксперимента по уточнению бинарного
взаимодействия компонентов смеси.
В связи с тем, что производство СПГ является достаточно энер-
гоемким, отказ от электропривода компрессоров и переход на га-
зотурбинный привод с использованием в качестве топлива при-
родного газа позволит существенно снизить электропотребление
с соответствующим упрощением системы электроснабжения и пре-
доставит возможности для независимого расположения комплекса.
В настоящее время российская промышленность выпускает до-
статочно широкую номенклатуру газотурбинных двигателей. Ана-
лиз установок для получения СПГ малой и средней производитель-
ности показывает возможность использования их для привода
компрессоров. В этом случае осевой или центробежный компрессор
целесообразно посадить на одну ось с газовой турбиной.
Одним из возможных вариантов сжижения природного газа яв-
ляется теплообмен природного газа с жидким азотом, имеющим зна-
чительно более низкую температуру существования (77 К), чем СПГ
При этом для экономии азота необходимо использовать не только
зону его кипения, но и зону прогрева. Для этого с целью исключе-
ния возможности охлаждения природного газа до температур ниже
заданных (вплоть до получения шуги или твердого природного газа)
необходима оптимизация скоростей потока и температурных напо-
ров в каждой зоне теплообменника и величины недорекуперации
азота на выходе из него.
Однако следует иметь в виду, что для получения 1 кг СПГ по-
требуется порядка 3 кг жидкого азота, что вызвано различными
теплоемкостями этих продуктов, недорекуперацией холода и другими
потерями в теплообменнике. В России таким образом получали СПГ
для испытаний авиационных двигателей в г. Самаре в 1985—1986 гг.
Процесс получения СПГ за счет сжижения природного газа с помо-
щью жидкого азота на воздухоразделительной установке (ВРУ), где
получают жидкие кислород и азот производительностью 1360 кг/ч,
был разработан и введен в эксплуатацию фирмой Linde. Схема
сжижения природного газа на ВРУ показана на рис. 5.8, а ниже
приводится ее краткое описание.
Перед сжижением природный газ отводится на блок комплексной
очистки 3 с синтетическими цеолитами, где охлаждается газообраз-
ным азотом и очищается от СО2, сернистых соединений и осушается.
Затем он охлаждается кипящим жидким азотом в теплообменниках 4
и 5 и конденсируется, сливаясь в емкость 6, откуда поступает через
центробежный насос 10 к потребителю.
135
Рис. 5.8. Схема ожижителя природного газа, использующего для получения
СПГ жидкий азот ВРУ:
I — емкость жидкого азота ВРУ; 2 — емкость жидкого азота для получения СПГ;
3 — блоки комплексной очистки природного газа; 4 — азотный теплообменник; 5 —
конденсатор-теплообменник природного газа; 6 — емкость СПГ; 7 — змеевик; 8 —
испаритель жидкого азота (теплообменник); 9 — подогреватель азота; 10 — центро-
бежный насос для выдачи СПГ
Жидкий азот, слитый в емкость 2 из резервуара ВРУ, разделяет-
ся на три потока. Основной поток поступает в теплообменник 5, где
он кипит, и его пары поступают в теплообменник 4, откуда, нагрев-
шись до температуры окружающей среды, отводится в атмосферу.
Для сохранения кондиции СПГ небольшой поток азота направляет-
ся в змеевик 7, размещенный в емкости для конденсации образовав-
шихся паров СПГ (или для большего охлаждения жидкости), и далее
в атмосферу. Третий поток жидкого азота поступает в теплообмен-
ник 8, где испаряется и подогревается теплым воздухом, затем до-
136
полнительно подогревается электрогрелкой и направляется на реге-
нерацию одного из адсорберов и далее в атмосферу.
Такой метод получения СПГ ввиду его простоты и отсутствия
машинного оборудования в составе ВРУ требует значительно мень-
ших капитальных вложений для его создания и может оказаться
рентабельным для конкретных целей (например, на космодроме).
5.3. Очистка и осушка природного газа
До поступления в установку сжижения природный газ, как было
указано ранее, должен быть подвергнут очистке от диоксида угле-
рода (СО2), сероводорода (H2S) и других серосоединений, а также
осушке [25]. При необходимости газ должен быть очищен от избыт-
ков азота (N2), ртути (при наличии ее в газе) и алюминия (в конст-
рукции установки).
Если не производить эти операции, то СО2 и H2S, а также вода
в твердом состоянии могут «забить» оборудование установки и вы-
вести ее из строя. В зависимости от месторождения возможны сле-
дующие колебания состава природного газа, % об.:
сн4 ..	.. от 83,0 до 95,1	С5Н12 ..	. до 0,5
С2Н6 ..	.. от 0,15 до 5	с6н14-	.. до 0,5
С3Н6 .	.. до 2	со2 ..	.. до 0,7
с4н10 	- до 7	n2 ..	.. до 5,0
Содержание соединений серы (в пересчете на серу) в любом газе
может быть не более 56 мг/м3. Содержание влаги в природном газе,
поступающем на осушку, принимают равным 1,8 г/нм3 (из условия
насыщения парами воды при температуре +40 'С и давлении
4,5 МПа).
Содержание указанных компонентов в природном газе перед
сжижением должно быть снижено:
по сероводороду — не более 0,5 мг/м3;
диоксиду углерода — не более 1 %с (промиля);
йлажности — точка росы газа не выше —70 °C;
содержанию азота — не более 0,9 % об.
Очистка от СО2 и H^S
Существующие способы очистки природного газа от СО2 и H2S
можно условно разделить на три группы:
1) химические методы очистки, в которых природный газ очи-
щается от СО2 и H2S посредством химических реакций следующими
способами:
137
•	мышья ково-содовым;
•	с помощью карбоната калия под давлением;
•	этаноламиновым;
•	с помощью окиси цинка;
2)	сорбционные методы очистки, в которых происходит адсорб-
ция или абсорбция СО2 и H2S;
3)	физические способы очистки, в которых СО2 и H2S вымора-
живаются на охлаждаемых насадках либо отделяются от природного
газа в ректификационных колоннах.
Химические методы очистки
1.	Мышьяково-содовый способ.
Для поглощения H2S из природного газа используется оксисуль-
фомышьяковая соль Na4As2S5O2, которую необходимо приготовлять
на комплексе из соды Na2CO3 и мышьякового ангидрида (белого
мышьяка) As2O3.
Преимуществом этого способа является то, что полученный ра-
створ можно регенерировать в оксисульфомышьяковую соль, про-
дувая его воздухом. К недостаткам следует отнести то, что мышья-
ково-содовым способом природный газ очищается только от H2S,
кроме того, мышьяк является ядом.
2.	Способ очистки с помощью карбоната калия под давлением.
Для поглощения СО2 из природного газа используется подогретый
до температуры 105... 110 °C водный раствор карбоната калия К2СО3.
Процесс протекает по реакции К2СО3 + СО2 + Н2О — 2КНСО3, яв-
ляющейся обратимой. Полученный раствор можно регенерировать
в раствор карбоната калия путем сброса давления либо повышения
температуры.
Этот способ позволяет очищать природный газ как от СО2, так
и от H2S, но очистка от H2S происходит только путем абсорбции,
поэтому ее степень недостаточно высокая.
3.	Этаноламиновый способ.
Для поглощения СО2 и H2S из природного газа используется
или моноэтаноламин (CH2CH2OH)NН2, или диэтаноламин
(CH2CH2OH)2NH, или триэтаноламин (CH2CH2OH)3N. При погло-
щении этаноламинами СО2 и H2S образуются карбонаты, бикарбо-
наты, сульфиды и бисульфиды. Из всех этаноламинов лучшим
поглотителем является моноэтаноламин, обладающий максималь-
ной поглотительной способностью по отношению к СО2 и H2S.
Реакции поглощения обратимы. При температуре 25...40 °C про-
исходит поглощение, при повышении температуры до 105 °C и вы-
ше — обратный процесс. Кроме того, параллельно поглощению идет
процесс абсорбции СО2 и H2S.
138
Преимущества этого способа заключаются в возможности реге-
нерации растворов и очистки природного газа как от СО2, так и от
H2S. К недостаткам следует отнести факт дополнительного увлаж-
нения природного газа и необходимость подогрева его до темпера-
туры не менее 105°С для регенерации растворов.
4.	Способ очистки с помощью окиси цинка.
Поглощение H2S осуществляется поглотителем на основе окиси
цинка. Реакция поглощения необратима, поэтому при насыщении
поглотителя серой до 18 % общего веса он должен заменяться све-
жим. Преимущества этого способа заключаются в простоте конст-
рукции аппарата очистки и в том, что не происходит дополнитель-
ного увлажнения природного газа. Серьезными недостатками
являются высокая стоимость поглотителя и невозможность его ре-
генерации, а также то, что газ не очищается от СО2.
Из приведенных выше химических способов очистки природно-
го газа наиболее предпочтительным признается этаноламиновый
способ, обладающий максимальной степенью поглощения по отно-
шению к СО2 и H2S. Он в основном и используется на крупных
заводах сжижения природного газа.
Сорбционные методы очистки
Очистку природного газа от СО2 и H2S можно проводить адсорб-
цией или абсорбцией.
Адсорбция — это селективное поглощение паров, газов или ра-
створенных веществ поверхностью твердых поглотителей, к которым
относятся активированные угли, силикогели, алюмогели и синтети-
ческие цеолиты.
Наиболее оптимальным сорбционным способом очистки при-
родного газа от СО2 и H2S является адсорбционная очистка. Адсор-
бентами для СО2 являются активированный уголь и цеолиты, а для
H2S — только цеолиты. Это1? способ позволяет упростить конструк-
цию системы очистки, так как для регенерации адсорбента, которую
можно вести очищенным природным газом, подогретым в теплооб-
меннике, не требуется специального оборудования. Недостаток это-
го способа состоит в дополнительном расходе природного газа на
регенерацию адсорберов.
При удалении из природного газа СО2 и H2S абсорбцией, ис-
пользуют моно- и диэтаноламины, обладающие высокой поглоти-
тельной способностью. Однако их применение требует введения
в систему очистки дополнительного сложного оборудования, свя-
занного с абсорбцией примесей, содержащихся в природном газе,
и регенерацией абсорбентов с подводом тепла.
139
Физические способы очистки
Из физических способов очистки целесообразно рассмотреть два:
вымораживание СО2 и H2S на охлаждаемых насадках в аппарате
очистки и использование ректификационной колонны. В первом
в качестве хладагента можно использовать СПГ или жидкий азот,
а регенерацию проводить подогретым природным газом. Однако этот
метод дает низкую степень очистки, требует расхода СПГ или жид-
кого азота, а также природного газа для регенерации
Использование ректификационной колонны позволяет получить
более высокую степень очистки, но требует дорогостоящего обору-
дования, работающего в области низких температур и довольно
сложного в эксплуатации.
Осушка природного газа
Для осушки природного газа применяют абсорбционные, адсорб-
ционные и физические способы.
Абсорбентами для осушки природного газа являются ди- и три-
этиленгликоли, а адсорбентами — силикагель, алюмогель, активи-
рованный боксит (флорид) и цеолиты.
К физическим способам осушки природного газа относятся вы-
мораживание влаги на охлажденных насадках и способ низкотемпе-
ратурной сепарации, который сочетает охлаждение природного газа
с осушкой жидким сорбентом.
Как показывает опыт, технически и экономически наиболее
приемлемым является адсорбционный метод осушки. Точка росы
природного газа после адсорбции при температуре 25.. 30 °C для раз-
личных адсорбентов находится (10] в следующих пределах: силика-
гель  (30...35) °C; алюмогель (42.. 48) °C, синтетические це-
олиты ----(35..60) °C.
Поскольку конкретный способ осушки природного газа целесо-
образно выбирать в сочетании с избранными способами очистки,
рассмотрим каждый из рекомендованных способов очистки природ-
ного газа в сочетании с его осушкой.
При моноэтаноламиновом способе очистки от СО2 и H2S при-
родный газ дополнительно увлажняется. Поэтому его осушку надо
проводить после очистки. В принципе к моноэтаноламиновому
способу очистки подойдет любой из способов осушки, но предпоч-
тительнее вести осушку природного газа на цеолитах, так как это
позволяет осушать и очищать его от СО2 и H2S. Принципиальная
схема очистки и осушки природного газа моноэтаноламиновым
способом и адсорбционной осушкой представлена на рис. 5.9.
140
Рис. 5.9. Принципиальная схема очистки природного газа моноэтаноламиновым способом и его адсорбционной осушки
Природный газ из магистрального трубопровода поступает в ниж-
нюю часть абсорбера, где к нему противотоком подается раствор
моноэтаноламина. Очищенный от СО2 и H2S природный газ из верх-
ней части абсорбера поступает в сепаратор, где от газа отделяется
капельная влага, а затем в цеолитовый адсорбер, где газ осушается
и при необходимости доочищается от СО2 и H2S. После адсорбера
очищенный и осушенный природный газ поступает в установку
сжижения, а часть газа отбирается на регенерацию адсорбера. Ото-
бранная для регенерации часть природного газа компрессором (га-
зодувкой) подается в подогреватель газа регенерации, где она нагре-
вается, а затем в адсорбер. Увлажненный в адсорбере газ охлаждается
в охладителе и поступает в сепаратор, где от него отделяется капель-
ная влага, а затем возвращается в продуктовую магистраль.
Водный раствор продуктов химического взаимодействия моно-
этаноламина с СО2 и H2S. карбоната, бикарбоната, сульфида, а так-
же моноэтаноламин, насыщенный СО2 и H2S, из нижней части аб-
сорбера через подогреватель поступает в верхнюю часть колонны
регенерации абсорбента, где к нему противотоком движутся более
нагретые продукты разложения. Часть раствора из верхней части
колонны отбирается в подогреватель для нагрева, где происходит
разложение карбонатов, бикарбонатов, сульфидов, бисульфидов на
раствор моноэтаноламина и газообразные продукты разложения
(кислые газы), в которые входят СО2 и H2S. Из подогревателя на-
гретый раствор моноэтаноламина поступает в нижнюю, а газообраз-
ные продукты разложения — в среднюю часть колонны. Газообраз-
ные продукты разложения из средней части колонны регенерации
абсорбента через конденсатор поступают в сепаратор, где от них
отделяется капельная влага. Из сепаратора кислые газы, в которые
входят СО2 и H2S, поступают на утилизацию, а капельная влага
насосом возвращается в верхнюю часть колонны регенерации абсор-
бента. Раствор моноэтаноламина отбирается из нижней части ко-
лонны регенерации абсорбента, проходит через подогреватель и на-
сосом через теплообменник-охладитель подается в верхнюю часть
абсорбера. Теплоносителем в теплообменной аппаратуре являются
вода и водяной пар.
В связи с тем, что цеолиты позволяют как осушать природный
газ, так и очищать его от СО2 и H2S, целесообразно совместить
очистку природного газа от СО2 и H2S с его осушкой Принципиаль-
ная схема очистки и осушки природного газа адсорбционным спо-
собом представлена на рис. 5.10.
Природный газ из магистрального трубопровода поступает в цео-
литовый адсорбер, где он осушается и очищается от H2S, а затем
142
Магистральный
, трубопровод	Огневой
подогреватель
ринципиальная схема адсорбционной очистки природного газа
в адсорбер с активированным углем или цеолитом, где очищается от
СО2, и далее — в установку сжижения. После каждой ступени адсор-
беров часть природного газа отбирается на регенерацию адсорберов.
Газ для регенерации нагревается в теплообменнике до температуры
350 °C и поступает в адсорбер, объем которого составляет около 30 %
объема очищаемого газа. Насыщенный примесями газ из адсорбера
поступает в огневой подогреватель, а затем в теплообменник, где
отдает тепло, аккумулированное в огневом подогревателе. После
теплообменника газ поступает в огневой подогреватель на сжига-
ние. Указанная схема регенерации позволяет регулировать темпера-
туру газа регенерации на входе в адсорбер.
В последние годы для очистки природного газа от примесей стали
применять мембранную технологию (система «Сепарекс» фирмы
«Эйр-Продакте»). Конструкция мембранной системы относительно
проста и надежна, позволяет существенно снизить капитальные
и эксплуатационные затраты. Для ее работы требуются лишь азот
(для пусков и очистной продувки), воздух (для пневмоуправления)
и электроэнергия. Подобная система успешно эксплуатируется на
заводе в штате Луизиана [10].
Из изложенного выше можно сделать следующие выводы При-
нимая во внимание, что самым экономичным для очистки природ-
ного газа от СО2 и H2S перед сжижением является метод очистки
моноэтаноламиновым способом с последующей осушкой в цеолито-
вом адсорбере, а также учитывая большие объемы газа, требующие
очистки и осушки перед сжижением, указанный метод был принят
фактически всеми разработчиками крупных установок (заводов) по
производству СП Г.
Для малых и средних установок получения СП Г наиболее целе-
сообразным является адсорбционный метод очистки и осушки при-
родного газа, который по сравнению с монометаноламиновым спо-
собом, особенно при использовании в установках получения СП Г
средней и малой производительности, имеет ряд преимуществ:
•	меньшие затраты на изготовление оборудования, монтаж, строи-
тельную часть;
•	простота алгоритма работы;
•	меньшее потребление энергии,
•	меньшее время выхода на рабочий режим.
Кроме того, цеолиты позволяют как очищать газ от СО2 и H2S,
так и осушать его от водяных паров, поэтому появляется возмож-
ность совместить очистку газа с его осушкой. Такая схема позволяет
унифицировать аппараты, полностью автоматизировать ее и упро-
стить аппаратурное оформление установки.
144
К его недостаткам можно отнести большой расход природного
газа на собственные нужды (регенерация адсорберов, продувка и т. д ),
что и является причиной применения его только для установок
сжижения средней и малой производительности.
Очистка природного газа от азота
Ввиду того, что на ряде месторождений природный газ, посту-
пающий на сжижение, содержит повышенное количество азота, его
необходимо очищать и от азота Очистка производится, если в при-
родном газе его содержание более 5 % об.
Исследования показали, что очистка от азота может осуществ-
ляться только при низких температурах, т. е. в цикле сжижения
в дистилляционных колоннах, где происходит отделение азота от
метана и его отвод в газовой фазе. Экономическая эффективность
этого процесса может быть существенно повышена, если одновре-
менно с очисткой от азота будет производиться извлечение из него
гелия (если он есть в газе). На низком температурном уровне (228 К)
эффективно очищать природный газ и от СО2 путем адсорбции на
активированном угле марки СКТ. Очистка от СО2 на низком тем-
пературном уровне значительно сокращает объемы аппаратов.
Вопрос присоединения к схеме сжижения газа блока очистки его
от азота должен решаться в зависимости от содержания азота в по-
ступающем на сжижение газе.
6. Получение и использование сжиженного
природного газа повышенной плотности
Технические характеристики различного оборудования, рабо-
тающего на СПГ, можно существенно улучшить, если использо-
вать СПГ с температурой ниже, чем температура его кипения при
атмосферном давлении. При этом нижний уровень температуры
может быть близок к температуре тройной точки, которая для метана
будет 90,66 К при равновесном давлении, равном 11,7 кПа.
Такое решение позволяет заправить бак потребителя большим
весовым количеством продукта и, главное, внести в систему допол-
нительное количество холода, тем самым на определенное время
исключив кипение продукта в баке.
Применение охлажденного СПГ также позволит в процессе зап-
равки обеспечить однофазное течение жидкости по трубопроводам,
что предотвратит или уменьшит гидроудар, снизит размеры обору-
дования и т. д.
В ракетно-космической технике использование охлажденных
продуктов, в частности жидкого кислорода, нашло широкое приме-
нение. Начиная с 1961 г. на различных ракетно-космических ком-
плексах применение охлажденного и глубокоохлажденного кисло-
рода (корабль «Буран») дало существенный положительный эффект.
Впервые в мире на комплексе «Энергия — Буран» был использован
полученный на стартовом комплексе охлажденный до 14,5 К жид-
кий водород, что явилось крупным достижением отечественной
криогенной техники [2].
Полученный положительный опыт охлаждения криогенных ком-
понентов ниже температуры их кипения при атмосферном давлении
позволяет предложить использовать охлажденный СПГ (повышен-
ной плотности) в различных отраслях хозяйства, и прежде всего
в авиационной и ракетно-космической технике.
Возможность и целесообразность использования охлажденного
(недогретого) СПГ как ракетного и авиационного горючего, а так-
же горючего для других видов транспорта обсуждалась на
146
VI Научно-технической конференции в ВВИА им. Н.Е. Жуковс-
кого в 2002 г. [39].
В работе [39] были рассмотрены две схемы заправки СПГ крио-
генного бака автомобильной бортовой топливной системы как на-
сыщенной, так и недогретой (охлажденной) жидкостью. Приведено
краткое теоретическое сравнение способов получения недогретой
жидкости и рассмотрены модели бездренажной заправки автомоби-
ля. Сделан вывод о предпочтительности выбора в пользу недогретой
жидкости. Однако промышленный способ получения недогретой
жидкости на заправочных станциях автомобилей не предлагался.
Охлаждение СПГ ниже температуры его кипения при атмосфер-
ном давлении можно осуществлять на заводах-ожижителях СПГ. Это
целесообразно, если завод-ожижитель расположен вблизи потребителя
и связан с ним трубопроводной сетью, и непосредственно в системах
заправки различных потребителей. Естественно, средства охлаждения
должны быть как можно более простыми и безопасными. Прототипы
уже освоенного оборудования для охлаждения кислорода могут быть
использованы и для охлаждения СПГ [2].
Анализ 7-5-диаграммы для метана показывает, что охлаждение
жидкого метана от температуры его кипения при атмосферном дав-
лении до более низкого температурного уровня можно осуществлять
как в двухфазной области существования «жидкость — пар», так
и однофазной — «жидкость».
Особенность охлаждения в области «жидкость — пар» состоит
в том, что здесь при охлаждении продукта происходит понижение
давления охлаждаемой жидкости по отношению к атмосферному,
вто время как при охлаждении в области однофазного существова-
ния охлаждение осуществляется при давлении выше атмосферного,
что исключает подсосы атмосферного воздуха к продукту.
При охлаждении СПГ в системах заправки потребителей эту
операцию можно производить в хранилищах заправочных систем,
что позволяет создавать средства охлаждения малой производитель-
ности (охлаждение можно растянуть по времени), однако хранение
СПГ в этом случае будет осуществляться под вакуумом, что требует
специальных конструктивных и эксплуатационных мер, исключа-
ющих подсосы воздуха в резервуар хранилища. Кроме того, при
охлаждении СПГ вакуумированием непосредственно в резервуаре
необходимо иметь в виду, что при вакуумировании из жидкости
будет испаряться метан, а СПГ — обогащаться тяжелыми углеводо-
родами, в связи с чем возможна потеря его кондиции.
При охлаждении криогенной жидкости в процессе заправки про-
изводительность средств охлаждения будет определяться темпом (рас-
147
ходом) заправки, и оборудование будет несколько сложнее, чем при
вакуумировании хранилища. Но хранение криогенных продуктов в
этом случае может осуществляться под избыточным давлением.
Способ вакуумного охлаждения
Одним из вариантов охлаждения в области «жидкость — пар»
является процесс непосредственного вакуумирования жидкости из
резервов хранилища по линии ее насыщения. Этот способ требует
постепенного понижения давления над жидкостью и непрерывного
отвода образующихся паров из резервуара или емкости-охладителя,
который может осуществляться с помощью вакуум-насосов и эжек-
торных установок, использующих в качестве активного газа воздух
или азот (рис 6.1, а, б).
Рис. 6.1. Охлаждение вакуумированием парового пространства
вакуум-насосом (а) и эжектором (б)
Этот способ может быть применен для осуществления охлажде-
ния СПГ в процессе заправки баков потребителя с помощью тепло-
обменника с кипящим в нем под вакуумом СПГ. Однако учитывая,
что при вакуумировании СПГ из него будут отводиться прежде всего
пары метана, возможны и некоторые изменения процентного соста-
ва смеси в теплообменнике, что, в свою очередь, будет отражаться
на температуре. Поэтому этот метод требует экспериментальной про-
верки и отладки. Его принципиальная схема показана на рис. 6.2.
Специального вакуумного оборудования для откачки холодных
паров криогенных жидкостей отечественная промышленность не вы-
пускает. Наличие низких температур рабочей среды, необходимость
исключения смазки общего назначения из-за опасностей ее затвер-
148
Рис. 6.2. Принципиальная схема охлаждения СПГ
в процессе заправки путем теплообмена с вакуумируемым СПГ:
1 — резервуар с продуктом; 2 — средство вакуумной откачки; 3 — теплообменник
девания, возможность возникновения взрыва и пожара накладыва-
ют определенные ограничения на выбор вакуумного оборудования
[40]. Анализ возможностей использования различных устройств для
откачки холодных газов позволяет констатировать, что для откачки
паров метана в настоящее время могут использоваться только два
типа насосов: водокольцевые и газоструйные (эжекторы) [2, 41]
В водокольцевых насосах безопасность работы обеспечивается тем,
что узлы и детали, находящиеся в контакте с криогенной жидко-
стью, обильно омываются водой, а исключение замерзания воды
обеспечивается теплом, поступающим от вращения, с помощью элек-
тропривода насоса (естественно, в определенных пределах).
Отечественная промышленность серийно выпускает ряд водо-
кольцевых насосов с номинальной производительностью от 90 до
9000 м3/ч. Увеличение производительности этих вакуум-насосов при
низких температурах может быть достигнуто путем уменьшения
прогрева газа в рабочих камерах насоса за счет использования в ма-
шине жидкости с низкой температурой замерзания. Наиболее эко-
номичными и перспективными вакуум-насосами для откачки паров
криргенных жидкостей следует признать лопаточные вакуум-насо-
сы центробежного типа, способные откачивать «холодный» продукт.
Снижение температуры газа перед такими насосами позволит полу-
чить высокие степени сжатия в одной ступени и резко снизить
потребляемую мощность, но их до сих пор отечественной промыш-
ленностью не создано.
В связи с отсутствием широкого спектра вакуумных насосов
для охлаждения криогенных жидкостей и их относительно малой
производительностью возникла необходимость в разработке и со-
здании специально для ракетно-космической техники эжекторных
установок, использующих в качестве активного газа воздух или
азот. Такие эжекторные агрегаты удалось создать с коэффициен-
149
том эжекции, равным 0,11...0,25 при давлении активного газа
600.. 800 кПа. При их применении повышается безопасность ра-
бот, так как откачиваемый продукт разбавляется активным газом,
в качестве которого выступает нейтральный газ — азот. Такие ус-
тановки, в том числе двухступенчатые, могут быть использованы
и для охлаждения СПГ.
Способ охлаждения посредством теплообмена
В однофазной области «жидкость» провесе охлаждения СПГ
может осуществляться с помощью «холода», вырабатываемого в сто-
ронней холодильной машине, либо путем теплообмена со сторонней
жидкостью, имеющей более низкую температуру. Охлаждение с по-
мощью холодильной машины может осуществляться за счет отбора
теплоты от продукта в теплообменнике хладагентом, имеющим более
низкую температуру, получаемую с помощью рефрижераторного
цикла холодильной машины. Особенностью этого способа охлаж-
дения является отсутствие потерь охлаждаемого продукта и хладаген-
та в процессе охлаждения.
Охлаждение СПГ с помощью холодильной установки (внешнего
холодильного никла) в термодинамическом отношении является наи-
более эффективным. Однако для получения большей холодопроиз-
водительности (более 1000 кВт) этот метод не может быть исполь-
зован из-за технических сложностей создания холодильных машин
с необходимым температурным уровнем и значительных капиталь-
ных затрат.
На рис. 6.3 показана схема охлаждения СПГ в теплообменнике
холодильно-газовои машины.
Насос
Рис. 6.3. Охлаждение в теплообмен-
нике с помощью холодильно-газо-
вой машины
Другой схемой охлаждения
путем теплообмена может быть
способ охлаждения с применени-
ем криогенной жидкости, темпе-
ратура кипения которой ниже,
чем заданная температура продук-
та, например жидкого азота. Этим
способом СПГ может быть охлаж-
ден до температуры тройной точ-
ки и даже доведен до твердого
состояния.
Принципиальные схемы ох-
лаждения СПГ с использовани-
ем жидкого азота показаны на
рис. 6.4, а, б.
150
Рис. 6.4. Схемы охлаждения СПГ в процессе заправки путем теплообмена
с жидким азотом:
а — в процессе хранения СПГ; б — в процессе подачи СПГ в баки потребителя
С целью экономии азота теплообменник «азот —СПГ» должен
быть рассчитан так, чтобы использовалась теплота фазового перехо-
да азота и прогрев газообразного азота.
Известные данные по кристаллизации нормального бутана
л-С4Н10 и пентана л-С5Н12 при охлаждении природного газа до тем-
ператур ниже температуры кипения при атмосферном давлении
показывают, что эти компоненты формируют твердую фазу при
температурах выше температуры тройной точки метана. Возмож-
ность появления кристаллов бутана и пентана необходимо учиты-
вать при проектировании теплообменника-охладителя (возможность
забивки трубок, увеличение гидравлического сопротивления). Кро-
ме того, в составе системы заправки должна быть предусмотрена
сепарация (фильтрация) других отвержденных тяжелых углеводо-
родов.
Учитывая возможность охлаждения СПГ на заводах-изготовите-
лях с подачей его в резервуары-хранилища (например, на аэродро-
мах), укажем на особенности хранения в них охлажденного СПГ.
СПГ повышенной плотности можно хранить в резервуаре систе-
мы заправки при давлении ниже атмосферного, равновесном темпе-
ратуре охлаждения, или при давлении, превышающем атмосферное
на 0,03. .0,05 МПа. В обоих случаях внутренний сосуд резервуара
должен быть рассчитан на давление ниже атмосферного, так как
даже при хранении СПГ при избыточном давлении в резервуаре при
заполнении его глубокоохлажденным СПГ и быстром опорожнении
резервуара есть опасность понижения давления во внутреннем со-
суде ниже атмосферного.
151
При хранении СПГ повышенной плотности при равновесном
давлении во избежание подсоса компонентов воздуха во внутрен-
ний сосуд резервуара в изоляционной полости последнего должно
поддерживаться давление ниже, чем давление во внутреннем сосуде.
Дренажные трубопроводы должны продуваться нейтральным газом.
Проведенные в США исследования по применению шугооб-
разного водорода и охлажденного до температуры тройной точки
кислорода для заправки орбитального корабля многоразового ис-
пользования показали, что оба продукта повышенной плотности
можно хранить под небольшим избыточным давлением При этом
прогрев продуктов в процессе хранения незначительно превышает
прогрев при хранении под вакуумом. Очевидно, что полученные
данные можно распространить и на СПГ, проведя эксперименталь-
ную проверку.
Определенный интерес представляет возможность длительного
хранения СПГ в резервуарах без потерь. Для этой цели могут быть
использованы холодильно-газовые машины ХГМ-11М и ХГМ-15,
работающие по циклу Стирлинга и представленные в гл. 10 на рис. 10.4
и 10 5 (их технические характеристики приведены в табл. 10.2).
7. Фазовые равновесия жидкость — твердое тело.
Факторы, влияющие на изменение кондиции
сжиженного природного газа
в процессе эксплуатации заправочных систем
7.1. Зависимость свойств СПГ
от его компонентного состава
Сжиженный природный газ — криогенная жидкость, представ-
ляющая собой смесь углеводородов и состоящая главным образом
из метана, а также небольших количеств этана, пропана, бутана-
гексана, гептана-декана, непредельных и циклических углеводо-
родов. Кроме углеводородов в СПГ могут содержаться азот, дву-
окись углерода и сероводород, а также следы воды. Несмотря на то
что основным компонентом СПГ является метан, при оценке его
поведения в заправочных системах и в баках потребителей необхо-
димо учитывать влияние других углеводородов и компонентов,
входящих в его состав. В табл. 7.1 представлены три типичных
образца СПГ с различным составом, демонстрирующие отличия
свойств продукта.
Таблица 7.1. Зависимость свойств СПГ от его компонентного состава
Свойства при температуре кипения / и нормальном давлении		Образец	
	1	2	3
Молярный состав, %: n2 сн4 с2н6 - с3н8 с4н10 - с5н12 Молекулярная масса, кг/моль Температура кипения, °C Плотность, кг/м3 Объем газа, м3, при испарении 1 м3 жидкости, при 0 °C и 760 мм рт. ст.	0,5 97,5 2,0 16,41 -162,6 431,6 590	1,79 93,9 3,95 0,36 17,07 -165,3 448,8 590	0,36 87,20 11,35 1,09 18,52 -161,3 468,7 568
153
Из таблицы следует, что плотность и температура кипения СПГ
зависят от его компонентного состава. При этом температура кипе-
ния определяется в основном количеством содержащегося в СПГ
азота: чем его больше (образец 2), тем ниже температура кипения
СПГ. Плотность возрастает с увеличением количества тяжелых
углеводородов (образец 3). Кроме того, плотность является фун-
кцией температуры жидкости с градиентом приблизительно
1,32 кг/(м3град), а изменение температуры кипения связано с изме-
нением давления порядка 1,25-10-4 град/Па.
7.2. Характеристики примесей в СПГ, представляющих
опасность при эксплуатации заправочных систем
По техническим условиям на СПГ как топливо для двигателей
внутреннего сгорания и ракетной техники [3, 4], в нем может содер-
жаться минимальное количество кристаллов воды, отвержденных
газов и механических примесей. В исходном продукте все остальные
углеводороды и примеси должны находиться в фазовом равновесии
с жидким метаном. Изменение компонентного состава СПГ может
привести к обогащению его тяжелыми углеводородами и примесями
и переходу последних в твердое состояние. Для оценки поведения
отдельных компонентов в СПГ во время нахождения его в запра-
вочных системах и баках потребителей необходимо рассмотреть ха-
рактеристики примесей, содержащихся в жидком метане, которые
могут препятствовать нормальной эксплуатации заправочных сис-
тем, а также данные по растворимости составляющих компонентов
и примесей в жидком метане [42, 43].
Основными компонентами природного газа, препятствующими
нормальной эксплуатации элементов заправочных систем, являют-
ся вещества с высокой температурой кипения (по сравнению с ме-
таном) и незначительной растворимостью в жидком топливе. К ним
относятся [44]: пары воды, углекислота, сероводород, парафиновые
углеводороды с числом атомов углерода в цепи, равном 4 и выше.
Вода (Н20). Температура кипения воды при атмосферном давле-
нии 373 К, температура плавления 273 К. Абсолютное влагосодержа-
ние исходного природного газа в основном определяется его давлением
и температурой. Растворимость воды в жидком метане при темпера-
туре 112 К по данным [44] находится на уровне 1О~3...1О-5 % мол.
(5-10-8...5-10~10кг/м3). Присутствие воды может обнаружиться при
ее сепарации вследствие снижения растворимости воды в СПГ при
его охлаждении и замерзании в емкостях, трубопроводных сетях
и т. п.
154
Кроме того, присутствие воды опасно из-за возможности обра-
зования кристаллогидратов углеводородов С,—С4 типа СлНи Н2О.
Образование гидратов более тяжелых углеводородов, способных «за-
купоривать» отдельные элементы системы, не выявлено (45].
Сероводород (H2S) обладает свойствами слабой кислоты [46].
Температура кипения при атмосферном давлении 212,4 К, темпера-
тура плавления 187,4 К. Растворимость сероводорода в жидком метане
при температуре 112 К составляет 0,07 % мол. С водой H2S образует
гидрат вида H2S • 5Н2О. Сероводород очень ядовит, его присутствие
вызывает коррозию сталей.
Диоксид углерода (СОД. Температура кипения при атмосферном
давлении 351,9 К, температура плавления 329,9 К. При температуре
194,5 К СО2, минуя жидкое состояние, образует белую снегообраз-
ную массу.
Растворимость СО2 в жидком метане при температуре 112 К со-
ставляет 0,04 % мол. [31]. С повышением температуры раствори-
мость возрастает. При достижении условий пересыщения продукта
углекислотой последняя выделяется в виде твердой фазы. Иней СО2
легко уносится потоком газа при скоростях более 3 м/с.
Накопление твердой углекислоты и отложение ее на поверхно-
сти аппаратуры может изменить тепловые и гидравлические харак-
теристики оборудования, оказать влияние на режимы технологичес-
ких процессов.
Азот (N2). Инертный газ. Температура кипения при атмосфер-
ном давлении 77,36 К, температура плавления 63,15 К. Раствори-
мость азота в жидком метане при температуре 112 К находится на
уровне около (3...6) % мол. Поскольку температура кипения азота
(77 К) ниже температуры кипения СПГ при атмосферном давлении,
то азот как таковой не опасен с точки зрения нарушения режимов
эксплуатации заправочных систем. При хранении СПГ наблюдается
постоянное обеднение топлива по этому компоненту.
Следует отметить, что присутствие растворенного в СПГ азота
приводит к появлению или расширению области несмешивания
жидких фаз, тем самым вызывая расслоение продукта.
Тяжелые углеводороды (С2 и выше). Некоторые свойства углево-
дородов С,—С, приведены в табл. 7.2.
В случае превышения пределов растворимости примесей в СПГ
можно ожидать расслоение продукта или выделение тяжелых угле-
водородов в виде твердой фазы.
Основой для расчета фазовых равновесий в многокомпонентных
смесях служат данные о поведении бинарных систем. Далее приве-
дены расчетные и экспериментальные данные, характеризующие би-
155
Таблица 7.2. Свойства тяжелых углеводородов
Наименование	Молекулярная масса, кг/моль	Температура кипения при р = 0,1013 МПА, К	Температура тройной точки, К
Метан СН4	16,043	111,7	90,7
Этан С2Н6	30,068	184,6	90,4
Пропан С2Н8	44,094	231,2	85,6
л-бутан л-С4Н|0	58,124	272,7	134,8
/-бутан /-С4Н|0	58,124	261,4	113,73
«-пентан п-С5Н12	72,146	309,2	143,4
/-пентан /-С5Н12	72,146	301,0	113,2
«-гексан «-С.Н,.	86,17	341,9	177,8
л-гектан л-С7Н|6	100,198	371,78	182,54
нарные смеси жидкого метана (растворителя) с высококипящими
углеводородами и примесями, соответствующими перечню компо-
нентов и примесей, содержащихся в СПГ.
Система метан — п-пентан
Для этой смеси в литературе имеется достаточное количество
экспериментальных данных по растворимости «-С5Н|2 в СН4 [31,
33], которые охватывают диапазон значений концентраций «-пента-
на от 0,2 до 80 мол. %. Зависимость растворимости «-пентана в ме-
тане от температуры представлена на рис. 7.1.
Рис 7.1. Зависимость растворимости л-пентана в метане от температуры
Система метан — i-пентан
Экспериментальных данных по растворимости твердого /-пента-
на в метане нет. Результаты расчетов [33] растворимости /-пентана
в метане представлены в табл. 7.3.
156
Таблица 7.3. Растворимость i-пентана в метане
СН4> мол. доля	|-С5Н|2, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,999	0,001	90,62	сн4
0,99	0,01	89,98	сн4
0,95	0,05	87,30	сн4
0,90	0,10	84,15	сн4
0,85	0,15	86,02	1-С5Н12
0,87	0,13	84,48	i-csH12
Система метан — п-бутан
Имеющиеся в литературе данные по растворимости твердого
д-С4Н10 в метане [33] охватывают диапазон концентраций н-бутана
от 10 до 80 % мол. Результаты распространения данных на область
меньших концентраций приведены в [34] и представлены в табл. 7.4.
Таблица 7.4. Растворимость л-бутана в метане
СН4, мол доля	л-С4Н|0, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,98	0,02	92,00	"-С4Н10
0,96	0,04	99,14	«'C4Hio
0,92	0,08	104,85	"-С4Ню
0,90	0,10	106,39	"~С4Н|0
0,85	0,15	109,23	"-с4н|0
Система метан — i-бутан
Растворимость /-С4Н10 в метане получена расчетным путем с ис-
Х'	/-С4Н|0, % мол.
Рис. 7.2. Диаграмма растворимости /-бутана в метане
157
Система метан — пропан
Диаграмма растворимости пропана в метане построена на основе
данных работы [34] и представлена на рис. 7.3. Результаты расчетов
фазовых равновесий жидкость — твердое тело для бинарных смесей
СН„ — С2Н6 (этан); СН4 — л-С6Н14 (гексан); СН4 — и-С7Н16 (гектан)
[33] представлены в табл. 7.5—7.7.
Рис. 7.3 Диаграмма растворимости пропана в метане
Таблица 7.5. Фазовые равновесия для бинарной смеси СН4 — С2Н6
СН4, мол. доля	С2Н6, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,9999	0,0001	90,69	сн4
0,998	0,002	90,55	сн4
0,99	0,01	89,98	сн4
0,98	0,02	89,30	СН4
0,97	0,03	88,65	сн4
0,95	0,05	87,42	СН4
0,92	0,08	85,75	сн4
0,88	0,12	83,82	СН4
0,80	0,2	86,25	С2Н6
0,82	0,18	85,35	с2н6
0,84	0,16	84,34	с2н6
0,86	0,14	83,15	с2н6
158
Таблица 7.6. Фазовые равновесия для бинарной смеси СН4 — л-С6Н14
СН4, мол. доля	п-С6Н|4, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,999	0,001	104,55	«-с6н14
0,998	0,002	111,53	«-с6н14
0,995	0,005	122,53	я-С6Н|4
0,99	0,01	136,41	"-с6н14
Таблица 7 7. Фазовые равновесия для бинарной смеси СН4 — л-С7Нм
СН4, мол. доля	л-С7Н16, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,9999	0,0001	92,90	л-С7Н16
0,999	0,001	109,57	л-С7н,6
0,995	0,005	132,89	и-С7Н16
0,994	0,006	139,95	"~С7Н16
Система метан — азот
Данные по растворимости азота в метане представлены в табл. 7.8,
из анализа которой следует, что растворимость азота увеличивается
при понижении температуры и повышении давления.
Таблица 7.8. Растворимость азота в метане
т, к	р, МПа	Содержание азота в жид- кой фазе, мол. доля	Г, К	р, МПа	Содержание азота в жид- кой фазе, мол. доля	Г, К	р, МПа	Содержание азота в жид- кой фазе, мол. доля
89,8	0,012	0,000		0,759	1,000		1,608	0,500
	0,078	0,050	по	0,036	0,000		2,430	1,000
	0,125	0,100		0,307	0,030	129,8	0,350	0,000
	0,186	0,150		0,444	0,060		0,515	0,020
	0,226	0,380		0,608	0,110		0,927	0,070
	0,260	0,565		0,749	0,302		1,104	0,090
	0,289	0,740		0,833	0,385		1,839	0,320
	0,344	1,000		1,435	1,000		1,935	0,360
100	0,034	0,000	119,92	0,180	0,000	132,9	0,411	0,000
	0,229	0,062		0,410	0,030		0,809	0,030
	0,400	0,150		0,656	0,080		0,828	0,050
	0,407	0,220		0,791	0,100		0,999	0,060
	0,507	0,415		0,956	0,180		1,521	0,185
	0,627	0,775		1,461	0,442		2,058	0,270
159
Система метан — сероводород
Экспериментальных данных но растворимости H2S в жидком
метане в литературе не обнаружено. Результаты расчета фазовых
равновесий СН4 — H2S представлены в табл. 7.9
Таблица 7.9. Фазовые равновесия для бинарной смеси СН4 — H2S
СН4, мол. доля	H2S, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,9999	0,001	90,62	сн4
0,998	0,002	90,56	сн4
0,997	0,003	96,02	H2S
0,996	0,004	102,58	H2S
0,995	0,005	108,85	H2S
0,994	0,006	115,26	H2S
0,993	0,007	122,32	H2S
0,992	0,008	131,35	H2s
0,9915	0,0085	138,54	H2S
Система метан — вода
Опубликованных экспериментальных данных по растворимости
твердой Н2О в жидком СН„ не обнаружено. Результаты теоретичес-
кой оценки на основе данных по парожидкостному равновесию,
полученных с привлечением теоретических моделей, представлены
в табл. 7.10.
Таблица 7.10. Растворимость твердой воды в жидком метане
H2O, мол доля	T, К	Н2О, мол. доля	7, К
5,610 "	90,0	2,9-10 "	95,0
8,210 "	91,5	1,510"	100,0
8,9 10 "	92,0	6,8 10 "	105,0
1,4 10 "	93,0	2,6 10 "	110,0
2,0 10 "	94,0	9,210 "	115,0
Система метан — углекислый газ
В литературе имеется большое количество экспериментальных
данных по растворимости твердого СО2 в жидком СН4. Зависимость
растворимости СО2 в жидком СН4 от температуры представлена на
рис. 7.4. Данные относятся к диапазону температур выше 129 К
В работе [33] растворимость СО2 при температуре 113,15 К указана
как 0,000299 мол. долей.
160
Из приведенных выше данных следует, что формирование твер-
дой фазы в жидком метане этаном, пропаном, z-бутаном и /-пента-
ном происходит при температурах ниже температуры тройной точки
метана или при больших концентрациях этих веществ в растворе.
Растворимость ^/-гексана и л-гептана в жидком метане низка,
при этом вероятность значительного увеличения их содержания (до
нескольких процентов) достаточно мала.
Представленные результаты показывают, что наибольший инте-
рес сточки зрения формирования в метане твердой фазы тяжелых
углеводородов представляют л-бутан и л-пентан. При небольших
концентрациях в жидком метане эти компоненты формируют твер-
дую фазу при температурах выше температуры тройной точки мета-
на (90,66 К).
Из примесей в жидком метане возможна кристаллизация серо-
водорода, углекислоты и воды.
Для определения влияния на растворимость компонента, фор-
мирующего твердую фазу, других тяжелых углеводородов и приме-
сей в работе [33] были проведены расчеты фазового равновесия
жидкость — твердое тело следующих многокомпонентных систем:
сн4 -	сл-	С3Н8 -	"-с6н)4
сн4 - 4	с2н6-	С3Н8-	ЛС4Н10
снл -	с2н6-	С3Н8 -	л-С5Н,2 - л-С6Н|4
сн4 - 4	с2н6-	с3н8-	л-С5Н12 - N2
Результаты расчетов приведены в табл. 7.11—7.14.
Из этих данных следует:
•	этан и пропан хорошо растворяются в СН|4 в любых количе-
ствах;
•	при температурах в диапазоне 90,66 . 114 К твердую фазу фор-
мируют тяжелые углеводороды л-С5Н12 и л-С4Н|0 (л-пентан
и л-бутан);
6—п
161
• формированием твердой фазы в жидком метане другими тяже-
лыми углеводородами, концентрации которых в СН4 незначи-
тельны, а также примесями N2 можно пренебречь.
Таблица 7.11. Система СН4 — С2Н6 — С3Н8 — л-С6Н14
сн4, мол. доля	с2н6, МОЛ. доля	с3нх, мол. доля	мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,92	0,04	0,02	0,02	141,25	л-С6Н,4
0,92	0,04	0,025	0,015	133,60	"-С6Н,4
0,92	0,04	0.03	0,01	125,99	"-С6Н14
0,92	0,04	0,035	0,005	116,48	и-С6Н14
0,92	0,04	0,038	0,002	107,14	л-С6Н14
0,02	0,04	0,039	0,001	101,45	и-сн14 о 14
Таблица 7.12. Система СН4 — С2Н6 — С3Н8 — л-С4Н10
сн4, мол. доля	с2н,„ МОЛ. доля	С3Н8, мол. доля	л-СдН,,,, мол. доля	Компонент, формирующий твердую фазу
0,92	0,04	0,025	87,02	Л-С4Н10
0,92	0,04	0 02	89,77	"-С4Н1{,
0,92	0,04	0,01	94,01	«-С4Н|0
0,90	0,05	0,025	91,03	"-С4Н10
0,90	0,05	0,01	96,16	”С4Н10
0,85	0,05	0,05	95,52	”-С4НК)
0,85	0,03	0,05	99,01	"-с4н|0
Таблица 7.13. Система СН4 — C2Ht — С3Н8 — л-С5Н12 — л-С6Н14
сн4, мол. доля	сгн6, мол. доля	С3НВ, мол. доля	л-С5Н1г, мол. доля	л-С6Н14, мол. доля	Т, К	Компонент, формирующий твердую фазу
0,92	0,04	0,02	0,0199	0,0001	107,98	"С5Н|2
0,92	0,04	0,02	0,019	0,001	107,40	л-С5Н,2
0,92	0,04	0,02	0,015	0,005	116,18	" сд12
0,92	0,04	0,02	0,01	0,01	125,62	и-С5Н„
0,92	0,04	0,02	0,005	0,015	133,27	л-С5Н|2
Таблица 7.14. Система СН4 — С2Н4 — С3Н8 — л-С5Н12 — N2
сн4, мол. доля	сгн6, мол. доля	с3н8, мол. доля	л-С5Н12, МОЛ. доля	n2, МОЛ. доля	г, к	Компонент, формирующий твердую фазу
0,9	0,04	0,02	0,03	0,01	113,14	л-С5Н,2
0,9	0,04	0,03	0,02	0,01	107,49	и-С5Н|2
0,9	0,04	0,035	0,015	0,01	103,94	н-С5Н12
162
На ход кристаллизации значительное влияние может оказывать
метастабильность жидкости. Во многих случаях для начала процесса
кристаллизации должно быть создано значительное пересыщение
смеси, т е. охлаждение ее ниже равновесной температуры кристал-
лизации. Это объясняется тем, что для начала роста твердой фазы
необходимо появление кристалла с размерами, достаточными для
компенсации энергетически невыгодного эффекта появления по-
верхности раздела между жидкостью и кристаллом. Небольшие
кристаллы (1 .100 мкм) образуются благодаря флуктуациям Глу-
бина метастабильного состояния жидкости зависит от множества
факторов, влияние которых в значительной мере не изучено.
Экспериментальное изучение характера кристаллизации «-бута-
на и «-пентана в жидком метане [33] показало, что твердая фаза
формируется в виде мелких кристаллов в объеме жидкого раствора
(гомогенная кристаллизация). Заметного роста этих кристаллов при
выдержке исследуемой системы в течение » 40 мин при постоянной
температуре не наблюдалось.
Плавление твердой фазы при повышении температуры проходит
равномерно При достижении температуры ликвидус плавятся пос-
ледние кристаллы твердой фазы, а выше температуры ликвидус на
0,2 К следов твердой фазы уже не наблюдается. Это свидетельствует
о быстром установлении фазового равновесия при плавлении твер-
дой фазы, когда последняя присутствует в мелкодисперсном виде.
7.3.	Факторы, влияющие на изменение кондиции СПГ
в процессе эксплуатации заправочных систем
Одним из принципиально важных вопросов технологии обра-
щения с СПГ является обеспечение стабильности компонентного
состава и гарантированное сохранение его в допустимых по ТУ [3, 4]
пределах. Изменение температуры кипения и плотности, выделение
твердой фазы и увеличение содержания тяжелых углеводородов на
всех стадиях эксплуатации системы заправки могут привести к по-
тере кондиции СПГ и невозможности дальнейшего использования
его по назначению.
При длительном хранении СПГ в резервуаре хранилища под дей-
ствием теплопритока из окружающей среды испаряется сначала азот,
как самый низкокипящий компонент, а затем метан. Происходит
обогащение СПГ в резервуаре тяжелыми углеводородами и приме-
сями (рис. 7.5 и 7.6). Как правило, выкипающий газ содержит 20 %
азота, 80 % метана и следы этана. Содержание азота в испаряющемся
газе может быть примерно в 20 раз больше, чем в СПГ.
6’
163
Рис. 7.5. Изменение состава
жидкой фазы СПГ за счет СН4,
С2Н6, С3Н8 и N2:
1 - СН4; 2 - С2Н6; 3 - С,Н8; 4 - N2
Рис. 7.6. Изменение состава
жидкой фазы СПГ за счет л-С4Н|0,
л-С5Н12, и-С6Н|4 и л-С7Н|6:
1 - л-С4Н|(|, л-С5Н12, 2 —л-С6Н14, л-С7Н16
Компоненты с высокой температурой кипения (по сравнению
с метаном) и малой растворимостью в жидком метане могут препят-
ствовать нормальной эксплуатации заправочных систем. Проведен-
ный анализ экспериментальных и расчетных данных по фазовым
равновесиям в многокомпонентной смеси показал, что:
•	при длительном хранении продукта в резервуаре возможно об-
разование кристаллической фазы примесей сероводорода, дву-
окиси углерода и воды;
•	при охлаждении СПГ ниже температуры кипения при атмосфер-
ном давлении возможна кристаллизация не только примесей, но
и тяжелых углеводородов: и-бутана и и-пентана.
Кроме указанного, на изменение кондиционности СПГ могут
влиять:
•	расслоение СПГ в емкостях хранилища в результате периодичес-
кого пополнения их, в том числе при обратном сливе из баков
потребителя продуктом, имеющим иную плотность и состав по
сравнению с остатком СПГ в резервуарах;
•	попадание примесей из газов подготовки к заправке емкостей
хранилища, заправочных трубопроводов и баков потребителя;
•	попадание примесей из газов наддува баков потребителя.
164
Потеря кондиции хранящегося продукта делает невозможным
его дальнейшее использование для заправки баков потребителя.
При длительном хранении остатка продукта (менее четверти объе-
ма резервуара) возможно выделение кристаллической фазы приме-
сей сероводорода, двуокиси углерода, воды Кристаллизация тяже-
лых углеводородов маловероятна. Даже содержание n-пентана при
выпаривании СН4 не может достигнуть величины насыщения
(1 % об.) при содержании его в кондиционном продукте не более
0,036 % об. Что касается этана и пропана, содержащихся в СПГ в ко-
личестве нескольких объемных процентов, эти углеводороды могут
смешиваться с жидким метаном в любых пропорциях при Г= 112 К
без образования твердой фазы.
Следует отметить, что приведенные выше данные о характере
поведения составляющих компонентов СПГ и механизме фазового
превращения их в процессе эксплуатации систем СПГ должны быть
подтверждены экспериментальными исследованиями и опытом экс-
плуатации.
В процессе дальнейших исследований должен быть проанализи-
рован вопрос о возможности расслоения продукта и обогащения
нижних слоев жидкости тяжелыми углеводородами при длительном
хранении СПГ. В настоящее время имеются только эксперимен-
тальные данные [47], указывающие на значительное обогащение
нижних слоев жидкости тяжелыми компонентами (этан, пропан,
более тяжелые углеводороды, азот) при хранении СПГ в цистерне
объемом 8 м3 в течение 30 сут. После перемешивания СПГ в этой
цистерне путем перелива в нее небольшого количества продуктов из
базового хранилища содержание тяжелых компонентов в пробе (ото-
бранной в обоих случаях из нижней части сосуда) значительно сни-
зилось. Результаты эксперимента приведены в табл. 7.15.
Таблица 7.15. Экспериментальные данные но составу СПГ
Состав СПГ в цистерне, % об.	Компоненты СПГ			
	сн4	с2н6	С,Н8 (С„ С5)	азот
После хранения в течение 30 сут	90,81	4,30	1,50	3,59
После перемешивания продукта	98,35	1,23	0,56	0,16
Расслоение (стратификация) в резервуаре может иметь место при
дозаполнении его СПГ, плотность которого отличается от плотности
продукта, хранящегося в резервуаре [31, 33, 35]. Рассмотрим сущ-
ность явления.
При хранении в резервуаре однородного по плотности СПГ стра-
тификация не наблюдается. В этом случае теплоприток из окружа-
165
ющей среды прогревает пристеночные слои СПГ, вызывая естествен-
ную циркуляцию продукта в резервуаре (рис. 7.7). Прогретая жид-
кость выносится по боковым стенкам резервуара к поверхностному
разделу фаз, где избыточная теплота приводит к испарению части
прогретой жидкости. Охлажденная жидкость опускается в донную
часть резервуара
Дозаправка СПГ с меньшей, чем у хранящегося, плотностью
в верхнюю часть резервуара или дозаправка СПГ с большей плотно-
стью в донную часть резервуара может привести к температурному
расслоению (рис. 7.8).
Рис. 7.7. Однородный СПГ
Рис. 7.8. Стратифицированный
(слоистый) СПГ
При существовании в резервуаре слоев разной плотности верх-
ний менее плотный слой может конвектировать обычным образом
и отдавать теплоту за счет испарения с поверхности.
Теплота, поступающая в глубинный, более тяжелый, слой жидко-
сти через боковые стенки и днище резервуара, не может быть пол-
ностью уравновешена испарением с поверхности. Некоторое коли-
чество теплоты распределяется между слоями и происходит
перемешивание слоев на их границе, однако количество перемеща-
емой теплоты значительно меньше, чем количество теплоты за счет
скорости прогрева нижнего слоя жидкости. Поэтому тепло аккуму-
лируется в нижнем слое жидкости, вызывая повышение ее темпера-
туры и уменьшение плотности. Это состояние продолжается до
момента, пока оба слоя на их границе не достигнут одинаковой
плотности. Происходит резкое перемешивание и, как результат,
166
ролловер — самопроизвольное внезапное испарение жидкости ниж-
него слоя, находящейся в состоянии перегрева по отношению к дав-
лению в паровой подушке резервуара. Это может привести к не-
контролируемому повышению давления в резервуаре и даже
к повреждению его внутренней емкости
Ролловер возможен и при сливе охлажденного СПГ в резервуар
хранилища из баков потребителя. Кроме того, высокое содержание
азота в СПГ также может вызвать ролловер после окончания запол-
нения емкости. Для его предотвращения необходимо поддерживать
содержание азота в СПГ на уровне, не превышающем 1 % об.
Для сохранения кондиции СПГ при эксплуатации системы заправ-
ки рекомендуется:
•	с целью исключения загрязнения СПГ примесями из газов под-
готовки трубопроводов и оборудования системы к их заполне-
нию, а также из газов наддува резервуаров хранилища в процессе
заправки баков потребителя использовать природный газ, гази-
фицированный из СПГ, хранящегося в резервуарах хранилища,
•	при длительном хранении СПГ в криогенном резервуаре ис-
пользовать холодильно-газовую машину, теплообмен паров
с жидким азотом, испаритель конденсатора (см. рис. 7.9—7.11
и пояснения к ним);
•	для исключения возникновения ролловера при дозаполнении
резервуара новыми порциями СПГ и сливе (при необходимости)
СПГ из баков потребителя продукт с более высокой температу-
рой, чем температура СПГ в резервуаре, подавать в его донную
часть;
•	для исключения компонентного и температурного (плотностно-
го) расслоения СПГ в резервуаре при хранении периодически
перемешивать продукт. В качестве средств перемешивания мо-
гут быть использованы насосы, барботирование нейтральным
малорастворимым в СПГ газом и др. Рекомендуются также пе-
риодический слив остатков СПГ, отогрев и продувка резервуа-
ров. Эти операции целесообразно совместить с проведением рег-
ламентных работ;
•	фильтрация СПГ при переливе его из транспортных средств в ре-
зервуары хранилища системы и при подаче в баки потребителя.
Достигнутый уровень фильтрации криогенных компонентов
с размером ячейки фильтра 5 мкм может быть использован при
очистке СПГ от твердых углеводородов и других примесей;
•	контроль качества СПГ, сливаемого в резервуары хранилища из
транспортных средств, и контроль качества СПГ в резервуарах
системы перед подачей продукта в баки потребителя.
167
Конденсация паров метана может быть осуществлена с исполь-
зованием холодильных машин (рис. 7.9) или более низкотемпера-
турных продуктов (например, жидкого азота) в выносных аппаратах
(рис. 7.10).
Рис. 7.9. Принципиальная схема кон-
денсации паров СПГ с помощью
холодильно-газовой машины:
1 — резервуар с СПГ; 2 — трубопровод
газ — жидкость, 3 — конденсатор метана;
4 — холодильная машина
Рис. 7.10. Принципиальная схема
конденсации паров СПГ за счет теп-
лообмена с жидким азотом:
/ — резервуар с СП Г; 2 — конденсатор
метана
В качестве холодильной машины, например, может быть ис-
пользована холодильно-газовая машина, работающая по циклу Стир-
линга (см. рис. 7.9). Такие машины успешно использовались на стар-
товых комплексах для длительного хранения жидкого кислорода
без потерь продукта. Пары продукта поступают в конденсатор, рас-
положенный на головке машины, имеющей температуру ПО К.
Жидкий метан по трубопроводу 2 стекает в резервуар.
Схема конденсации паров СПГ за счет теплообмена с жидким
азотом (см. рис. 7.10) была проверена в системе, где требовалось
сохранение кондиции кислорода особой чистоты. При применении
этой схемы должна быть исключена возможность замораживания
метана из-за большой разности температур кипения хладагента и ме-
тана. Эта схема может найти применение в крупных изотермичес-
ких резервуарах с большими потерями продукта, чем в резервуарах
с вакуумной изоляцией.
На рис. 7.11 представлен способ сохранения кондиции СПГ с по-
мощью испарителя-конденсатора, расположенного в паровом про-
странстве резервуара. Этот способ также был реализован для дли-
тельного хранения без потери кондиции жидкого кислорода особой
чистоты на комплексе «Энергия — Буран».
168
Испаритель-конденсатор пред-
ставляет собой змеевик с расчетной
поверхностью теплообмена с установ-
ленным на входе в него вентилем 3 и
обратным клапаном 4. Входной тру-
бопровод змеевика опущен в нижнюю
часть резервуара, выходной выведен
в дренажный стояк. СПГ хранится при
закрытом газосбросе под небольшим
избыточным давлением, достаточным
для подачи холодного СПГ из нижней
части резервуара в змеевик, где за счет
теплообмена с окружающим «теплым»
паром метана низкокипящие компо-
ненты СПГ (метан и азот) испаряют-
ся и сбрасываются в дренаж. Высоко-
Рис. 7.11. Схема конденсации
паров СПГ с помощью испари-
теля-конденсатора, расположен-
ного в резервуаре:
1 — резервуар с СПГ; 2 — испари-
тель-конденсатор; 3 — вентиль; 4 —
обратный клапан
кипящие углеводороды и примеси в твердом виде осаждаются на
внутренней поверхности змеевика. Одновременно на внешней по-
верхности змеевика конденсируются пары метана, в результате чего
компенсируется внешний теплоприток и давление в резервуаре под-
держивается на одном уровне
С учетом ухудшения теплообмена за счет слоя осажденных при-
месей поверхность змеевика должна быть выполнена с большим за-
пасом или периодически отогреваться горячим воздухом или азотом;
накопленные примеси возгоняются и выбрасываются в атмосферу.
Бывают случаи, когда требуется термостатирование баков потре-
бителя для поддержания в них необходимой температуры (напри-
мер, баков ракет). Термостатирование СПГ, заправленного в баки,
осуществляют заменой прогретого в баках продукта, насыщенного
газом наддува (N2, Не), на охлажденный. Одна из схем сохранения
кондиции СПГ в резервуаре при термостатировании баков потреби-
теля показана на рис. 7.12.
Чтобы сохранить кондицию СПГ в резервуаре хранилища, не
допуская попадания в него при термостатировании азотированного
(гелированного) СПГ, вертикальный стояк трубопровода подачи
жидкости из резервуара в насос выполняют в виде буферной емко-
сти 3, объем которой должен быть больше суммарного объема коле-
баний уровней жидкости в баке при термостатировании, тогда насы-
щенный азотом (гелием) СПГ из бака поступает в насос и далее в бак
потребителя, минуя резервуар хранилища.
Часто в криогенной технике вытеснение компонентов из резер-
вуаров осуществляют наддувом стороннего криогенного продукта,
169
Рис. 7.12. Схема сохранения кондиции СПГ в резервуаре
при термостатировании баков потребителя.
/ — резервуар с СПГ; 2 — пневмоклапан; 3 — буферная емкость; 4 — насос;
5 — охладитель
имеющего температуру кипения ниже температуры выдаваемой
жидкости. В качестве таких продуктов часто используются нейт-
ральные продукты — азот и гелий. В этом случае необходимо учи-
тывать пределы растворимости компонента наддува в вытесняемой
жидкости. Следует иметь в виду, что азот отличается значительной
величиной растворимости в жидком метане, а также тенденцией ее
роста при снижении температуры. Данных о величинах раствори-
мости азота в метане чрезвычайно мало. Известно, что при
Т— 98 ...100 К эта величина составляет 10... 15 % вес., а при кипящем
метане — 4,5 % вес. при наддуве азота в течение 2 ч. Естественно, что
величина растворимости зависит от времени контакта [48].
Вопрос применения гелия для наддува резервуаров с целью
выдачи СПГ может решаться после изучения данных о растворимо-
сти его в жидком метане.
8.	Средства хранения и транспортировки
Для решения задач хранения и транспортировки СПГ в России
имеется достаточная научно-производственная и техническая база.
Это связано с развитием криогенной заправочной техники приме-
нительно к стартовым ракетно-космическим комплексам [2]. Про-
изводством освоен широкий ассортимент резервуаров с экранно-
вакуумной и порошково-вакуумной изоляциями в передвижном
и стационарном исполнении, решены вопросы транспортировки
криогенных продуктов практически на любые расстояния железно-
дорожным и автомобильным транспортом.
В настоящее время специально для СПГ созданы современные
железнодорожные и автомобильные перевозчики, которые имеют
порошково- или экранно-вакуумную изоляцию для максимально-
го сохранения кондиции продукта. Специальных средств хранения
СПГ пока не создано, но для этой цели могут быть использованы
резервуары с вакуумной изоляцией для хранения жидких кислоро-
да, азота и других криогенных продуктов, которые без существен-
ных доработок обеспечат хранение СПГ. Следует отметить, что
температура и теплоемкость жидкого природного газа выше темпе-
ратуры и теплоемкости жидких кислорода и азота, и в связи с этим
целесообразно создание средств хранения и перевозки СПГ с ис-
пользованием обычной (безвакуумной) изоляции, например стек-
лоткани или пенополиуретана, что экономически существенно вы-
годнее.
8.1.	Резервуары для хранения СПГ
Вопросы, связанные со средствами хранения СПГ, имеют важ-
ное значение для его внедрения в народное хозяйство, поэтому
часть затрат на создание комплексов СПГ приходится на создание
резервуаров. Хранение СПГ возможно в двух типах резервуаров —
криогенных и изотермических.
171
Криогенные резервуары
Криогенные резервуары были разработаны для хранения жид-
ких кислорода, водорода, азота главным образом для ракетно-кос-
мических систем. Это цилиндрические резервуары (вертикальные
или горизонтальные) объемом до 250 м3 и сферические — объемом
1440 м3; разработан проект сферического резервуара объемом 4200 м3.
Конструкции выполнены двухстенными (резервуар в резервуаре)
с экранно-вакуумной или порошково-вакуумной изоляцией и рас-
считаны на различное рабочее давление. Эти резервуары изготавли-
ваются из качественных сталей (внутренний сосуд выполняется из
нержавеющей стали) или алюминия.
Цилиндрические резервуары, которые могут быть использованы
для хранения и выдачи СПГ, отличает высокая заводская готов-
ность.
Сферические резервуары с экранно-вакуумной изоляцией так-
же могут быть использованы для хранения СПГ, однако стоимость
их очень высока, а сборка (сварка), осуществляемая на месте эксп-
луатации, является довольно трудоемкой.
Учитывая термодинамические свойства СПГ (его испаряемость
в 2,5—2,8 раза меньше, чем у жидкого азота), даже для относительно
небольших резервуаров (например, автомобильных) возможно от-
казаться от вакуумной изоляции, перейдя к пенополиуретановой
или другой обычной изоляции. При незначительном увеличении
потерь продукта на испарение такие резервуары могут оказаться
дешевле не менее чем на 30...40 %.
Резервуары с входящими в них трубопроводами и арматурой
(обычно называемые обвязкой) объединяются в хранилище за-
правочной системы. Форма резервуаров для той или иной системы
выбирается с учетом требуемого объема, удобства изготовления, пе-
ревозки и монтажа, эксплуатационных особенностей, а также
с учетом требований к теплозащите от внешних температурных воз-
действий.
Хранилище в целом и его составные части должны быть увязаны
с пневмогидравлической схемой заправки и строительной частью
(сооружения, фундаменты, навесы), обеспечивать выполнение тех-
нологических операций, быть удобными в эксплуатации.
Пример узла обвязки криогенного резервуара для СПГ показан
на рис. 8.1.
Один из типовых вариантов резервуара-хранилища для СПГ
и схема его обвязки показаны на рис. 8.2.
172
Рис. 8 1. Узел обвязки криогенного резервуара:
1 — металлорукав; 2 — колено; 3 — мембранный узел; 4 — опора трубопровода; 5 —
компенсатор; 6 — муфта стыка; 7 — опора трубопровода; 8 — тройник; 9 — трубопро-
вод криогенный; 10, 12 — муфты стыка; // — адсорбционная секция
Рис. 8.2. Резервуар-хранилище для СПГ (а) и схема его обвязки (б):
/ — сосуд; 2 — кожух; 3 — вентиль вакуумный; 4 — предохранитель мембранный; 5 —
наполнение, слив; 6 — газосброс; 7 — клапан предохранительный; 8— щит приборов;
9 — испаритель наддува; 10 — наддув сторонним источником
173
Технические характеристики резервуаров-хранилищ
Геометрический объем, м3................................. 119	44
Масса резервуара, т...................................... 48,2	20,9
Рабочая среда ........................газ	горючий природный сжиженный
Рабочее давление в сосуде, МПа (кгс/см2) ...............0,6 (6) 0,5 (5)
Тип изоляции .....................................порошково-вакуумная
Масса заливаемого жидкого продукта, кг	.	.......... 44000	16632
Потери жидкости от испарения,% в сут, не более..........0,2	0,26
Габаритные размеры резервуара, мм:
диаметр.................................................. 3174	2824
длина................................................ 24600	13340
высота............................................... 3680	3640
Темп опорожнения (с помощью испарителя), л/мин.......... 500—800
Температура окружающей среды, °C........................—50 ... +50
Такие резервуары предназначены для хранения СПГ в стацио-
нарных условиях и могут быть использованы в качестве раздаточ-
ной емкости. Они выполнены на базе железнодорожных резервуа-
ров для перевозки жидких кислорода и азота и представляют собой
аппараты с двойными стенками. Внутренний сосуд выполнен из алю-
Рис. 8.3. Вертикальный
криогенный резервуар
миниевого сплава марки AM Г, наруж-
ный — из углеродистой стали 09Г2.
Пространство между ними заполнено
тонкодисперсным порошком и отва-
куумировано. Запорная арматура руч-
ная с сильфонным уплотнением по
штоку и размещается в арматурном
шкафу с приборами замеров уровня
жидкости и давления в сосуде. Зап-
равка и выдача продукта производит-
ся с помощью испарителя, где обра-
зуется газ наддува.
Транспортирование резервуара
к месту монтажа производится желез-
нодорожным транспортом. По согла-
сованию с разработчиком допускает-
ся транспортировка водным или
автотранспортом.
На рис. 8.3 представлен вертикаль-
ный криогенный резервуар с вакуум-
ной изоляцией, а на рис. 8.4 — сфери-
ческий резервуар объемом 1400 м3.
174
Вертикальный резервуар (см. рис. 8.3) состоит из внутреннего
сосуда, изготовленного из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, разме-
щенного в кожухе из углеродистой стали 09Г2С. Пространство
между внутренним сосудом и кожухом отвакуумировано до доста-
точного давления 10 3 Па. В межстенном пространстве расположе-
ны встроенные адсорбционные насосы, в которых в качестве ад-
сорбента используют цеолит. Для регенерации адсорбента в насос
встроены специальные змеевики. Регенерацию производят горя-
чим газом, при этом внутренний сосуд отогревают, а теплоизоля-
ционную полость вакуумируют. Резервуар снабжен предохрани-
тельной мембраной, которая защищает его от разрушения. Для
подсоединения к трубопроводам системы хранения он снабжен пат-
рубками для заправки и выдачи криогенных продуктов, а также
для подачи криопродуктов в испаритель.
Сборка сферического резервуара, созданного для жидких кис-
лорода и азота (см. рис. 8.4), в котором может храниться и СПГ,
осуществляется на месте монтажа из лепестков, изготовленных
в заводских условиях.
Рис. 8.4. Криогенный резервуар РС-1400/5
175
Ниже приводятся данные по горизонтальным цилиндрическим
(табл. 8.1) и вертикальным цилиндрическим (табл. 8.2) резервуарам
с экранно-вакуумной изоляцией для различных криогенных про-
дуктов, пригодных для хранения СПГ, выпускаемых промышлен-
ностью.
Таблица 8.1. Горизонтальные цилиндрические резервуары
(ОАО «Криогенмаш»)
Показатель	РЦГ 50/0,5-1	РЦГ 100/0,5-1	РЦГ 150/0,5-1	РЦГ 250/0,5-1
Вместимость, м3	55	112	155	245
Рабочее давление, МПа (кгс/см2) Масса хранимого продукта, кг:	0,5 (5)	0,5 (5)	0,5 (5)	0,6 (6)
азот	42 200	85 900	129 000	187 800
кислород	59 300	120 800	181 200	264 300
аргон	72 800	148 200	122 300	—
СПГ*	20 500	41 800	57 800	91 400
Тип изоляции	Экранно-вакуумная			
Потери продукта от испарения, % в сут				
азот	0,21	0,15	0,14	0,12
кислород	0,13	0,10	0,09	0,08
аргон	0,12	0,11	0,10	—
СПГ*	0,142	0,109	0,106	0,087
Габаритные размеры, м:				
длина	9,4	17,6	26,4	36,3
диаметр	3,6	3,6	3,6	37
Масса порожнего резервуара, т	21	38	57	70
* Данные по СПГ получены пересчетом
176
Таблица 8.2. Вертикальные цилиндрические резервуары (ОАО «Криогенмаш»)
Показатель	РЦВ-10/1,6	РЦВ-25/1,6-2	РЦВ-63/0,5-2
Вместимость, м3	10,1	25,4	66,3
Рабочее давление, МПа (кгс/см2)	1,6 (16)	1,6 (16)	0,5 (5)
Масса хранимого продукта, кг: азот	7750	19500	50800
кислород	11900	27400	71500
аргон	12700	3200	83500
СПГ*	4030	9800	2456
Тип изоляции	Экранно-вакуумная		
Потери продукта от испарения, % в сут: азот	0,21	0,15	0,14
кислород	0,13	0,10	0,09
аргон	0,12	0,11	0,10
СПГ*	0,142	0,109	0,106
Габаритные размеры, м: диаметр	3,15	3,15	3,68
высота	3,04	7,6	12,2
Масса порожнего резервуара, т	4,7	11,8	22
* Данные по СПГ получены пересчетом.
Изотермические резервуары
Хранение СПГ в изотермических резервуарах получило широкое
распространение за рубежом как наиболее экономичное в сравнении
с резервуарами вакуумного исполнения. Первоначально они были
созданы для крупномасштабных хранилищ сжиженных углеводо-
родных газов (аммиака, пропилена, этилена, пропана) с давлением,
несколько превышающим атмосферное.
В зарубежных странах для хранения больших объемов СПГ по-
строены крупные изотермические резервуары разных типов и объе-
мов, созданные на базе резервуаров для хранения нефтепродуктов.
Изоляция резервуаров здесь невакуумная, порошковая, с поддувом
азота для исключения попадания влаги. Такое решение позволяет
создавать резервуары объемом до сотен тысяч кубических метров
более дешевыми, чем резервуары с экранно-вакуумной изоляцией.
Увеличение объема резервуара влечет за собой увеличение затрат,
однако удельная относительная стоимость резервуара с увеличением
объема уменьшается.
177
По зарубежным данным, все современные изотермические хра-
нилища СПГ можно разделить на три основных типа. Наиболее рас-
пространенным является свободно стоящий цилиндрический метал-
лический двухстенный резервуар, вокруг которого возведена
невысокая земляная или железобетонная дамба. Наружная оболочка
резервуара выполняется из углеродистой стали, внутренняя — из
хладостойкой (никелевой) стали или алюминия.
В качестве примера можно привести хранилище СПГ в г. Харт-
форд (США), введенное в эксплуатацию в 1972 г. Хранилище вхо-
дит в состав комплекса СПГ и представляет собой резервуар емко-
стью 55 600 м3, выполненный в виде цилиндрической двухстенной
конструкции высотой 37,5 м и диаметром 52 м. Наружная стенка
изготовлена из углеродистой стали, внутренняя — из 9 %-ной нике-
левой стали. Кольцевое пространство между двумя стенками шири-
ной 1,5 м заполнено перлитом. Суточная норма испарения СПГ равна
0,05 % полной емкости резервуара.
Ко второму типу изотермических хранилищ относятся резервуа-
ры, представляющие собой наземные двухстенные резервуары
с внутренней металлической и наружной бетонной оболочкой.
В г. Штутгарте (Германия) был построен такой резервуар объемом
30 000 м3.
Для изотермического хранения СПГ применяются также резер-
вуары с железобетонными внутренней и наружной стенками. Пер-
вый крупный железобетонный резервуар для хранения СПГ емко-
стью 95,4 тыс. м3 был введен в эксплуатацию корпорацией Texas
Eastern Transmission (США).
Слив СПГ из изотермических резервуаров осуществляется толь-
ко насосным способом. Реализация насосной подачи криопродуктов
целесообразна с использованием центробежных погружных криона-
сосов, обладающих целым рядом преимуществ по сравнению с цен-
тробежными выносными насосами: герметичность корпуса (отсут-
ствие уплотнения вала), компактная конструкция (исключается
сложная обвязка стационарного насоса), отсутствие проблем соеди-
нений или центровки осей и др.
На рис. 8.5—8.7 показаны конструкции различных типов изо-
термических резервуаров для хранения СПГ, созданные во Фран-
ции, Чехии и Японии, дающие общее представление о конструкции
таких резервуаров.
Отечественной промышленностью накоплен определенный опыт
проектирования и строительства низкотемпературных резервуаров
для изотермического хранения сжиженных газов. На ряде нефтехи-
мических и газоперерабатывающих комбинатов успешно эксплуа-
178
Рис. 8.5. Мембранный резервуар с наружной несущей оболочкой из напряжен-
ного железобетона (фирма «Газ Транспорт», Франция) вместимостью 2000 м3
СПГ:
1 — несущая оболочка (ж.б. 200 мм); 2 —теплоизоляция (перлит); 3 — мембрана (инвар
0,5 мм); 4 — основание (ж.б. 200 мм); 5 — гидроизоляция; 6 — свая; 7 — слив СПГ; 8 —
подвесное перекрытие; 9 — сброс паров; 10 — люк для монтажа конструкций; 11 — люк-
лаз; 12— фанера (8 мм); 13 — стеклоткань; 14 — перлит
/
тируются достаточно крупные резервуары. К ним относятся резер-
вуары для жидкого аммиака (—33 °C) вместимостью до 30 тыс. т,
пропилена — до 5 тыс. м3. Введены в эксплуатацию резервуары объе-
мом 10 тыс. м3 для хранения сжиженного пропана при температуре
—43 °C. В 1986 г. на Калужском ПО «Хлорвинил» построены два
изотермических резервуара объемом 10 тыс. м3 для хранения жидко-
го этилена при температуре —104 °C. Все перечисленные резервуары
179
Рис. 8.6. Резервуар СПГ вместимостью 5000 м3 (Чехия):
1 — опорная плита; 2 — пеностекло; 3 — наружная оболочка; 4 — внутренняя оболочка;
5 — перлит; 6 — подвесное перекрытие; 7 — стекловата; 8 — технологические трубо-
проводы; 9 — предохранительные клапаны; 10 — люк для засыпки перлита
представляют собой двухстенные металлические конструкции с теп-
лоизоляцией из пеностеклоблоков и вспученного перлита с подду-
вом азота.
Рядом предприятий в РФ была разработана документация на
изотермические хранилища для СПГ различного объема [49].
В 1986 г. было начато строительство комплекса СПГ в г. Абовя-
не (Армения), однако комплекс не был достроен. На комплексе были
180
Рис. 8.7. Стальной резервуар СПГ с внутренней несущей оболочкой (фирма
«Ниппон Кокан», Япония) вместимостью 50 000 м3:
] — наружная оболочка (углеродистая сталь); 2 — внутренняя оболочка (нержавею-
щая сталь с 9 % никеля); 3— железобетонное основание на сваях; 4 — пеностекло; 5 —
перлит; б — люки для загрузки перлита; 7 — ввод трубопроводов; 8 — люк-лаз, 9 —
толщина листов наружной оболочки; 10 — толщина листов внутренней оболочки
сооружены три заглубленных изотермических хранилища СПГ ем-
костью по 60 тыс. м3 каждое. Внутренний самонесущий резервуар
выполнен из 9 %-ной никелевой стали, а наружный корпус — из
армированного бетона.
конструкторским бюро общего машиностроения (КБОМ) в
1993 г. было разработано «Техническое предложение по созданию
наземного комплекса получения, хранения и заправки самолетов
СПГ». В его состав был включен разработанный ОАО «Проект-
стальконструкция» металлический цилиндрический резервуар для
хранения СПГ с полезным объемом до 5000 м3 с перлитной изоля-
цией, наддуваемой азотом, и погружными центробежными насоса-
ми производительностью по 40 т/ч. Принципиальная схема резер-
вуара системы хранения и заправки самолетов СПГ приведена на
рис. 8.8.
181
Колонки заправки потребителя
Рис. 8.8. Принципиальная схема хранения и заправки СПГ с изотермическим резервуаром
8.2.	Средства перевозки СПГ
Перевозка СПГ может осуществляться автомобильными транс-
портировщиками, железнодорожными цистернами и речным транс-
портом, а в будущем — авиацией и новыми видами транспорта.
Автомобильные перевозки
Рост потребителей СПГ потребовал создания автомобильных ци-
стерн для перевозок продукта. При проектировании емкостей для
автомобильных перевозчиков должен быть учтен ряд условий, в том
числе предельных габаритов для тягача с прицепом и ограничений
автопоезда по весу (ограничение нагрузок на оси).
При автомобильных перевозках сжиженного газа большое вни-
мание необходимо уделять обеспечению взрывобезопасности перево-
зок и системам контроля при сливе, наливе и транспортировке газа.
За рубежом (в США) созданы цистерны для автомобилей емко-
стью до 66 м3. Из условий безопасности они выполнены с двойными
стенками, причем внутренняя — из нержавеющей стали, а наруж-
ная — из углеродистой стали или алюминия
Автоцистерны для перевозки 5..10 м3 СПГ монтируются на авто-
мобильном шасси, а для перевозки 18...66 м3 — на автомобильных
полуприцепах или прицепах. Широкое распространение в развитых
зарубежных странах получила транспортировка СПГ в автоцистер-
нах-полуприцепах несущего типа
Немецкая фирма Ангера освоила производство автоцистерн номи-
нальной вместимостью 25...45 м3, снабженных заправочно-дренажной
сливной и контрольно-предохранительной арматурой. Автоцистерны
емкостью до 20 м3 снабжены экранно-вакуумной и порошково-ваку-
умной теплоизоляцией, более крупные транспортировщики имеют
пенополиуретановую теплоизоляцию толщиной 150...220 мм, защи-
щенную снаружи алюминиевой или стальной обшивкой.
Для выгрузки СПГ автоцистерны, как правило, оборудованы
центробежными одноступенчатыми высокоскоростными насосами.
В настоящее время в Российской Федерации имеются автомо-
бильные перевозчики для транспортировки различных криогенных
жидкостей — кислорода, азота, водорода. Они созданы в основном
для удовлетворения потребностей ракетно-космической техники.
Серийно автоперевозчики СПГ не выпускаются, однако опреде-
ленный опыт создания подобных агрегатов, выполненных на базе
имеющихся автоперевозчиков криогенных продуктов, имеется. Так,
для заправки СПГ экспериментального самолета Ту-155 была до-
оборудована автотранспортная цистерна, смонтированная на шасси
183
автомобиля КамАЗ 53202, — заправщик ЦТП-8/0,25 объемом 8 м3.
Разработана автомобильная цистерна для хранения и транспортиро-
вания СПГ объемом 30 м3 и рабочим давлением 0,7 МПа, которая
представлена на рис. 8.9.
Рис. 8.9. Автомобильная цистерна для хранения и транспортирования СПГ (а)
и схема ее обвязки (б):
1 — сосуд; 2 — кожух; 3 — щит приборов; 4 — предохранительное устройство сосуда;
5— мембранный предохранитель кожуха; 6 — вентиль «Наддув — газосброс»; 7 —
фильтр; 8— вентиль «Байпас»; 9 — вентиль «Наполнение — слив»; 10 — вентиль «Вы-
дача в сторонний насос»; 11 — вентиль «Наддув азотом»; 12 — продувка азотом; 13 —
вентили «Продувка — сброс»; 14 — вентиль «Вакуумирование»; 15 — вентиль «СПГ
в испаритель»; 16— электроклапан «СПГ в испаритель»; 77— вентиль «Газосброс в ис-
паритель»; 18— испаритель; 19 — подогреватель; 20— электроклапан «Газ в двигатель»;
21 — вентиль «Газосброс через БДУ»; 22 — безопасное дренажное устройство (БДУ)
184
Технические характеристики автомобильной цистерны
Вместимость сосуда, м3........................30
Масса цистерны с продуктом, кг................28 000
Масса заливаемого продукта, кг................ 11 340
Рабочее давление в сосуде, МПа................0,7
Минимальная и максимальная температура
стенок сосуда, °C.............................—196, +120
Температура окружающей среды, °C..............—50...+50
Коэффициент заполнения сосуда, не более.......0,9
Тип изоляции сосуда..........................слоисто-вакуумная
Давление в теплоизоляционной полости
в теплом состоянии, Па...................... 13,3
Нагрузка на седельно-сцепное устройство
тягача, кН (кгс).............................. 115 (11 720)
Время бездренажного хранения и транспортирования
при давлении 0,1...0,65 МПа, сут,	не более...7
Масса полуприцепа, кг......................... 4440
Габаритные размеры, мм:
длина..................................... 12 460
ширина..................................... 2500
высота................................... 3965
Скорость передвижения, км/ч...................40
Цистерна состоит из криогенной емкости из стали 12Х18Н10Т
со слоисто-вакуумной изоляцией обеспечивающей минимальные
потери сжиженного газа при его перевозке и хранении, и полупри-
цепа-контейнеровоза ЧМЗАП 99859. Сосуд снабжен люком, систе-
мой коммуникаций, трубопроводами слива-налива, арматурным
шкафом с запорно-предохранительной арматурой и контрольно-из-
мерительными приборами.
В табл. 8.3 приведены характеристики транспортировщиков СПГ
с резервуаром объемом 8, 16 и 25 м3.
Таблица 8.3. Характеристики транспортировщиков СПГ объемом 8,16 и 25 м3
Марка изделия	Рраб’ МПа	Масса СПГ, кг	Расход слива, т/ч	Время без- дренажного хранения, сут	Тягач	Тепло- изоляция
ЦТК-08/0,25	0,25	2640	60	9,2	КрАЗ-250	Порошково- вакуумная
ЦТП-16/1,6	1,6	7250	65	12	Седельный тягач КамАЗ-54112	Экранно- вакуумная
ЦТП-25/0,6	0,6	9000	40	15	Седельный тягач КамАЗ-54112	Экранно- вакуумная
185
Габариты агрегатов (без тягача) соответственно: 964x2650x35;
3500x2500x3750 и 14540x2500x3536.
Криогенные резервуары указанных автоперевозчиков состоят из
внутреннего сосуда и кожуха с экран но-вакуумной изоляцией.
Однако экранно-вакуумная и порошково-вакуумная изоляции
ввиду их сложности и дороговизны для специализированной пере-
возки СПГ не являются оптимальными. Учитывая большую тепло-
емкость СПГ, целесообразно предусмотреть создание как передвиж-
ных, так и стационарных резервуаров с пенополиуретановой
изоляцией или другой невакуумной изоляцией. Выбор изоляции
должен диктоваться технико-экономическим анализом (существен-
но меньшая стоимость резервуаров при больших потерях продукта
на испарение, ухудшение кондиции продукта при испарении и др ).
Железнодорожные перевозки
Исследования и имеющийся опыт показали, что перевозка СПГ
в железнодорожных цистернах весьма выгодна. За рубежом, особен-
но в США, железнодорожные перевозки СПГ используются до-
вольно широко, освоено производство железнодорожных цистерн
для перевозки СПГ объемом 129 м3. Вакуумная теплоизоляция ци-
стерн удовлетворяет требованиям железных дорог, срок бездренаж-
ного хранения доведен до 40 сут.
Имеющийся в нашей стране опыт транспортировки криогенных
компонентов по железным дорогам позволил в середине 1990-х гг.
создать железнодорожную цистерну для перевозки СПГ Опытная же-
лезнодорожная цистерна (модель 15-147У), предназначенная для транс-
портировки и хранения сжиженного газа, представлена на рис. 8.10.
Ее также можно использовать для перевозки жидкого этилена.
Технические характеристики цистерны
Геометрический объем, м’......................65
Масса заправляемого метана, т................26,6
Рабочее давление в сосуде, МПа...............0,5
Потери жидкости от испарения, % в сут........0,27
Масса порожней цистерны, т...................41,5
Габаритные размеры по ГОСТ 9238—83 ..........О-ВМ
Длина по осям сцепления автосцепок, мм....... 14 730
Нагрузка от оси на рельсы, т................. 17,8
Выдача жидкости..............................самонаддувом
Цистерна состоит из криогенного резервуара с двойными стен-
ками, установленного на железнодорожной платформе с серийными
двухосными тележками грузовых вагонов.
186
Рис. 8.10 Железнодорожная цистерна 15-147У (а) и схема ее обвязки (б):
1 — сосуд; 2 — кожух; 3 — вентиль вакуумный; 4 — предохранитель мембранный; 5 —
наполнение — слив: 6— наддув со стороны; 7— газосброс; 8— клапан предохранитель-
ный: 9 — шит приборов, 10 — испаритель; II — продувка азотом концевых элемен-
тов; 12 — баллоны для азота
Внутренний сосуд выполнен из алюминиевого сплава AMГ-5,
наружный кожух — из углеродистой стали 09Г2. Пространство между
кожухом и сосудом заполнено тонкодисперсным порошком и отва-
куумировано. Эксплуатационные показатели вакуума сохраняются
в течение 2—5 лет без дополнительного вакуумирования. Цистерна
имеет приборы замера уровня жидкости и давления в сосуде, пре-
дохранительные устройства (клапаны и мембраны) от превышения
187
давления, а также дренажное устройство для безопасного сброса паров
в атмосферу и систему пожаротушения. Запорная арматура ручная,
с сильфонным уплотнением по штоку. Заправка и выдача продукта
производится по обе стороны цистерны.
Цистерна эксплуатируется в железнодорожных составах общесе-
тевого назначения, в том числе электротягой, и может находиться
в пути следования без сброса паров в атмосферу до 15 сут.
Эта цистерна при необходимости может быть запущена в серий-
ное производство; она удовлетворяет всем требованиям перевозки
по железным дорогам страны, в том числе экологическим и требо-
ваниям техники безопасности.
В последнее время для перевозки СПГ промышленностью раз-
работаны унифицированные криогенные контейнеры. В качестве
примера можно привести контейнер-цистерну для перевозки сжи-
женных азота, кислорода, аргона и СПГ фирмы Liquid Gas Services
(Англия). Особенность этого контейнера в его вертикальном испол-
нении, благодаря чему на автомобильный прицеп длиной 8,23 м
умещается три контейнера.
Модель контейнера КЦМ-25/1,6 разработки ОАО «Уралкрио-
маш», погруженная на автомобиль и железнодорожную платформу,
представлена на рис. 8.11.
Технические характеристики контейнера КЦМ-25/1,6
Тип.................................крупнотоннажный, ICC
Габаритные размеры, мм:
длина..........................  5853
ширина.......................... 2259
высота........................... 2390
Максимальная масса брутто, т........24
Масса транспортируемого продукта, т.10,5
Максимально допустимое рабочее давление,
МПа..............................1,6
Суточные потери от испарения при
стационарном хранении, % в сут,
не более..........................0,54
Температурный диапазон эксплуатации, °C.—40...+50
Слив продукта...............верхний, методом вытеснения
Назначенный срок службы, лет.......20
Перевозка СПГ в контейнерах имеет преимущества по сравне-
нию с другими способами транспортировки, главными из которых
являются: возможность перевозки различными видами транспорта
(автомобильный, железнодорожный, водный, авиационный), сокра-
188
II
щение времени перевозки и транспортных затрат, простота погруз-
ки и уменьшение затрат на погрузочно-разгрузочные работы, воз-
можность складирования контейнеров в несколько ярусов
Рис 811 Контейнер-цистерна КЦМ-25/1,6 на автомобиле (о) и железнодо-
рожной платформе (б)
189
Морские и речные перевозки
Имеющийся за рубежом опыт перевозки СПГ морским и реч-
ным транспортом показал, что перевозка относительно больших
количеств сжиженного газа (от сотен до тысяч м3) в изотермических
емкостях самоходных и буксирующих судов с точки зрения удель-
ной себестоимости перевозок является оптимальной.
По состоянию на конец 1990-х гг. для перевозки СПГ исполь-
зовалось более 100 танкеров-метановозов, для которых в различных
странах были созданы соответствующие терминалы. Для перевозки
СПГ созданы специальные речные суда-перевозчики СПГ, двигате-
ли которых могут работать и на этом топливе Ни речных, ни мор-
ских судов, приспособленных для перевозки СПГ, в России в насто-
ящее время не имеется.
Российская Федерация обладает крупнейшей в мире речной
и озерной сетью, большая часть которой (в том числе крупнейшие
реки и озера) расположена в азиатской части страны, где мало раз-
вита инфраструктура шоссейных и железных дорог. В связи с этим
речные перевозки СПГ при развитой инфраструктуре потребления
для нашей страны имеют особое значение Учитывая географичес-
кую особенность страны, речные транспортировщики имеют в Рос-
сии хорошие перспективы, особенно при использовании универ-
сальных контейнерных перевозок с возможными перегрузками. Эти
вопросы в первую очередь должны решаться при внедрении СПГ
как альтернативного топлива в восточных регионах страны.
Авиационные перевозки и перевозки новыми видами транспорта
При крупномасштабном использовании СПГ стоит задача его
транспортировки на большие расстояния в недоступные места без
использования наземных видов транспорта.
В настоящее время на уровне технических предложений АНТК
им А Н. Туполева разработан грузовой самолет Ту-330 с двигате-
лем ПС-92, предназначенный специально для перевозки СПГ.
Самолет двухтопливный (керосин и СПГ), способен перевозить до
30 т СПГ на расстояние до 2500 км, неприхотлив к посадочным
площадкам.
Российскими специалистами (НПО «Росагросистемы») раз-
работаны дирижабли, способные нести полезную нагрузку массой
20...500 т на сверхдальние расстояния. Современные транспортные
дирижабли рентабельны и экономичны, имеют большой полетный
вес, просты в управлении, не требуют специальной наземной инф-
раструктуры, безопасны и экологичны.
190
В конструкции дирижаблей [50] использованы современные ма-
териалы, новейшие технологии, специальные системы навигации
и контроля полета, позволяющие дирижаблю зависать и уверенно
маневрировать даже при сильном ветре, а также современные кон-
струкции поворотов вектора тяги, что облегчает взлет и посадку.
Для загрузки и разгрузки или текущего обслуживания предус-
мотрены причальные мачты, которые легко монтируются на неболь-
ших площадках. При относительно небольшой доработке дирижаб-
лей на них можно организовать перевозку СПГ. Для примера
приведем проектные характеристики дирижабля ДЦ-41:
Грузоподъемность, т.........................180
Допустимое перетяжеление, т.................70
Масса пустого дирижабля, т..................260
Длина дирижабля, м .........................268
Высота оболочки, м..........................54
Объем для заполнения газом, м3..............400 000
Скорость, км/ч:
максимальная.............................170
минимальная..............................120
Дальность полета, км........................15 000
Другим видом транспорта для перевозки СПГ может быть экра-
ноплан — наземно-воздушная амфибия. Данный вид транспорта
обладает уникальными эксплуатационными характеристиками: вбли-
зи опорной поверхности (суши, воды, снега, льда) он способен раз-
вивать самолетные скорости при меньшей энерговооруженности,
проходить над мелями, перекатами и участками суши, совершать
облет препятствий, маневрировать, зависать над любой поверхнос-
тью. Экранопланы не требуют аэродромов [50]. Ведется постройка
опытного образца экраноплана НВА-200-300 ГП со следующими
проектными характеристиками:
Грузоподъемность, т..................... 100
Скорость полета на высотах
до 3000 м, км/ч..........................250- 500
Живучесть за счет вспомога-
тельной силовой установки................4 сут
в любой
точке трассы
движения
Эксплуатация............................ круглогодично
в сложных
метеоусловиях
191
Плавучесть и устойчивость
с сохранением работоспособности
стартовой и маршевой
силовых установок..............
6-балльное волнение
Проведенный анализ средств хранения и перевозки СПГ позво-
ляет констатировать следующее: в настоящее время отечественная
промышленность технически в состоянии изготовить и смонтиро-
вать стационарные резервуары для хранения СПГ практически
любого объема и создать необходимые средства для транспортиров-
ки СПГ как по железным, так и по автомобильным дорогам, а также
по воздуху.
9.	Заправка баков потребителя
Как отмечалось ранее, хранение СПГ осуществляется в стацио-
нарных или транспортабельных резервуарах: небольших количеств
газа — с вакуумной (экранной или порошковой) изоляцией, боль-
ших количеств — в двухстенных крупных резервуарах с насыпной
изоляцией.
Рассмотрим процессы, возникающие при заполнении «теплых»
резервуаров хранилища СПГ из транспортных средств или при по-
даче его по трубопроводам с завода-производителя в хранилище.
В криогенных хранилищах из-за разности температур между
компонентом и теплой стенкой резервуара происходят процессы теп-
лообмена с фазовыми превращениями жидкости в пар. Эти фазовые
переходы связаны с изменением молекулярной структуры вещества
и сопровождаются выделением (поглощением) энергии. Теплооб-
мен при кипении зависит от физических параметров компонента,
состояния и формы поверхности соприкосновения, характера обра-
зования центров новой фазы, давления, температуры, теплоты фа-
зового перехода, условий распространения теплоты в каждой из фаз.
Процесс кипения при фазовых превращениях (переход жидко-
сти в пар) происходит тогда, когда температура поверхности Т пре-
вышает равновесную температуру насыщения Г при данном давле-
нии и определяется разностью температур:
ДТ = Т - Т.
С	н
Различают три основных типа кипения: пузырьковый, переход-
ный и пленочный Процесс кипения происходит следующим обра-
зом: с возрастанием разности температур ДГ начинается кипение,
плотность теплового потока увеличивается до критического значе-
ния <?кр1 (в режиме пузырькового кипения выделяются пузырьки),
затем в узком интервале разности температур Д7’ тепловой поток
уменьшается (переходный режим) до минимального значения <7кр2.
Между жидкостью и поверхностью нагрева возникает сплошная
тепловая пленка со значительным сопротивлением, что приводит
7 — 11
193
к устойчивому пленочному кипению, при котором большие разно-
сти температур соответствуют сравнительно малым значениям плот-
ности теплового потока.
Границы областей пузырькового и пленочного кипения опреде-
ляют критические удельные тепловые потоки ^кр| и <др2, между ко-
торыми находится переходная зона неустойчивого режима кипения.
В пузырьковом режиме процесс кипения происходит при q < qKpi,
в пленочном — при q > qKp2 [2].
Заправка хранилища
Прежде чем начать подачу СПГ в хранилище, внутреннюю по-
верхность резервуаров, трубопроводов обвязки, арматуры и других
поверхностей, соприкасающихся с СПГ, необходимо соответствую-
щим образом подготовить. Это вызвано тем, что СПГ является по-
жароопасным компонентом с пределом взрываемости в воздухе
4,5. .16%, а горения — 5...15 %.
Подготовку оборудования к приему СПГ можно осуществлять
путем частичной замены воздушной среды на нейтральную, напри-
мер азотную, до концентраций кислорода в азоте не более 3 % об.*
Подготовка может осуществляться продувкой, при которой произ-
водится замена основной массы воздуха на азот, и полосканием,
позволяющим очистить от воздуха тупиковые отводы, трубопрово-
ды и застойные зоны.
Наиболее оптимальным является комбинированный способ под-
готовки оборудования — полоскание с продувкой. Не вызывает слож-
ностей и способ подготовки полосканием с выдержкой, обеспечива-
ющий подготовку застойных зон и позволяющий относительно
просто осуществлять контроль при проведении операций.
При применении способа подготовки продувкой лучше достига-
ется подготовка трубопроводов, но при его использовании требуют-
ся большие затраты газа и не всегда обеспечивается подготовка за-
стойных зон. Расчет времени продувки резервуара и числа
полосканий при подготовке резервуара комбинированным спосо-
бом можно выполнять в соответствии с изложенным в [14, 51].
После необходимой подготовки резервуара к заполнению можно
начинать процесс его захолаживания и заполнение СПГ.
При проведении захолаживания необходимо осуществить ряд
технологических операций и мероприятий, способствующих смяг-
чению негативного воздействия протекающих процессов на систе-
* По результатам экспериментальных работ допустимая концентрация может
быть существенно увеличена.
194
му, в частности гидроударов. В связи с этим начало операции захо-
лаживания осуществляется подачей жидкости, по возможности само-
теком, с открытыми дренажными устройствами или принудительным
малым расходом. Для каждого конкретного случая разрабатывается
технология, обеспечивающая оптимальные условия захолаживания
системы.
Расчет режима охлаждения проводится для определения време-
ни охлаждения, количества продукта, необходимого для охлажде-
ния, а также амплитуды колебания давлений в системе.
Количество тепла, которое необходимо отвести от внутренней
поверхности оборудования системы, чтобы охладить его до задан-
ной температуры, должно соответствовать количеству тепла, требу-
ющегося для превращения жидкости СПГ в пар и нагрева до темпе-
ратуры сброса пара в дренаж. Время охлаждения определяется
с помощью решения балансовых уравнений сохранения энергии
и массы, а также уравнений движения на теплом и охлажденном
участках трубопроводов [2].
Этап охлаждения стенок магистралей и баков отмечается интен-
сивной регенерацией пара. Это вызвано тем, что из-за высокой
начальной температуры стенок криогенные жидкости физически не
могут существовать в пристенной области и мгновенно превраща-
ются в пар. Стенки устойчиво блокируются паровой пленкой, т. е.
реализуется пленочное кипение. При последующем значительном
понижении температур стенки или сосуда возможен их контакт
с жидким криогенным продуктом и смена пленочного кипения пу-
зырьковым, которое при дальнейшем охлаждении заменяется режи-
мом конвективного теплообмена.
Наиболее опасным является повышение давления (гидроудар)
при подаче криогенной жидкости в отепленный резервуар. Резко
увеличивается скорость потока, превышающая обычную скорость
движения в 2 и более раза, а давление в трубопроводе может в 1,5—
2 раза превысить давление на входе [2]. В связи с этим дренажи
должны быть достаточного для истечения газа сечения.
Следует иметь в виду, что СПГ имеет малый удельный вес по
сравнению с жидким кислородом и азотом, поэтому величины гид-
роударов при заполнении резервуаров будут меньше, чем при работе
с этими газами. Экспериментальные данные по этому вопросу для
СПГ неизвестны. До их исследования можно использовать резуль-
таты, полученные при работах с жидким кислородом и азотом (2],
хотя и завышенные для СПГ.
В процессе захолаживания происходит удаление оставшегося
в оборудовании системы заправки газа подготовки (азота), так как
7'
195
при испарении первых порций СПГ, поступающих в резервуары
и трубопроводы, образуется большое количество газа (из 1 м3 СПГ —
600 м3 газа). Вместе с газом в дренаж сбрасывается и азот.
Некоторые авторы предлагают после азотной подготовки осуще-
ствлять подготовку системы полосканием природным газом, что
представляется излишним. Окончательное решение следует принять
после соответствующих экспериментальных работ.
Подача потребителю
Для подачи СПГ из резервуаров хранилища потребителю (воз-
можно, стороннему источнику) используют заправочные систе-
мы, мало отличающиеся от криогенных заправочных систем, раз-
работанных для других компонентов ракетно-космических
комплексов.
Облик заправочной системы отображается в ее принципиальной
пневмогидравлической схеме: резервуары, где хранится продукт с об-
вязкой, трубопроводы, по которым движутся потоки криогенной
жидкости для заправки баков потребителя (выдачи продукта), обо-
рудование для подачи продукта потребителю, средства охлаждения
СПГ (при необходимости), арматура, дренажные и предохранитель-
ные устройства, приборное обеспечение, пневмо- и электроуправле-
ние, т. е. все то, что требуется системе для выполнения поставленной
задачи. Более подробно материал о пневмогидравлических схемах
криогенных систем изложен в работе [2].
После подготовки системы к заправке нейтральным газом, ана-
логично описанному выше для подготовки резервуаров, и захола-
живания системы переходят к выдаче СПГ с заданным (или приня-
тым) расходом.
Существует два способа подачи СПГ из емкостей хранилища
в баки потребителя: вытеснительный и насосный.
При вытеснительном способе подачи СПГ в баки потребителя
паровое пространство резервуара хранилища наддувается газифици-
рованным из СПГ природным газом до давления, необходимого для
обеспечения подачи СПГ по магистральному трубопроводу с задан-
ным давлением на входе в бак потребителя Если необходимо осу-
ществлять термостатирование баков потребителя, т. е. поддерживать
в них заданную температуру, например в баках ракеты, в составе
системы заправки необходимо иметь не менее двух резервуаров,
предназначенных для выдачи СПГ под давлением и для приема
прогретого СПГ низкого давления из бака потребителя.
Применение вытеснительного способа несколько увеличивает
стоимость создания системы заправки и эксплуатационные затраты
196
за счет значительных потерь СПГ на наддув резервуара и необходи-
мости в испарителях с развитой поверхностью теплообмена
При насосном способе подачи СПГ в баки потребителя в резер-
вуаре поддерживается только небольшое избыточное давление, до-
статочное для безкавитационной работы насосного агрегата. В связи
с этим при термостатировании СПГ может выдаваться в баки потре-
бителя и сливаться из них в один и тот же резервуар.
При использовании выносных насосных агрегатов неизбежны
потери СПГ на охлаждение насосов перед их запуском и прогрев
СПГ в насосах в процессе подачи его потребителю. Чтобы сократить
потери СПГ и исключить его прогрев, целесообразно использовать
погружные центробежные высокооборотные (малогабаритные) элек-
тронасосные агрегаты.
В настоящее время отечественная промышленность не выпуска-
ет серийных насосных агрегатов для перекачки СПГ. Вопросы их
создания рассмотрены в гл. 10.
Наддув резервуаров системы заправки при выдаче СПГ произ-
водится газообразным природным газом, полученным испарением
части хранимого СПГ в испарителях наддува. Вносимое в резервуар
с газом наддува тепло способствует прогреву верхнего слоя СПГ
и появлению теплового расслоения в резервуаре Теплопередача от
верхнего прогретого слоя жидкости к нижним слоям СПГ приводит
к прогреву продукта.
С точки зрения исключения прогрева СПГ при наддуве, насос-
ный способ подачи предпочтительнее, так как в этом случае требу-
ется наддув до меньшего давления и, следовательно, меньше газа
наддува попадает в резервуар.
Для каждой конкретной системы выбор способов хранения, под-
готовки, подачи, охлаждения продукта, основных видов оборудова-
ния и технологии работы определяется прежде всего требованиями
разработчика-потребителя СПГ по количеству заправляемого про-
дукта и расходам его подачи, по параметрам СПГ на входе в баки
потребителя (температура, давление), а также размещением храни-
лища системы относительно заправляемого объекта.
10.	Комплектующее оборудование и материалы
В настоящее время в Российской Федерации специальное ком-
плектующее оборудование для средств производства СПГ и его
эксплуатации в различных отраслях хозяйства не выпускается. Од-
нако оборудование, разработанное для криогенной техники ракет-
но-космических комплексов и других отраслей, может быть с ус-
пехом (особенно на первой стадии освоения) использовано при
создании промышленности СПГ. Далее приводится описание не-
которых видов оборудования.
10.1.	Средства получения газообразного азота
В системах получения СПГ, его хранения и выдачи различным
потребителям необходим газообразный азот. Он требуется прежде
всего для обеспечения безопасности работ; при подготовке оборудо-
вания, соприкасающегося с СПГ; для средств пожаровзрывопредуп-
реждения и др.
До недавнего времени единственным способом получения газо-
образного азота был способ газификации жидкого азота, получен-
ного с помощью низкотемпературной ректификации (криогенный
способ). Основным оборудованием системы являются: установка
получения жидкого азота методом низкотемпературной ректифика-
ции (азотодобывающая станция); хранилище жидкого азота с одним
или несколькими криогенными резервуарами, предназначенными
для хранения и выдачи жидкого азота; блок газификации, включа-
ющий испарители-газификаторы, которые осуществляют газифи-
кацию жидкого азота за счет тепла окружающего воздуха или сто-
роннего теплоносителя.
Технология получения газообразного азота из жидкого в этом
варианте заключается в следующем: жидкий азот под давлением из
резервуара поступает в испарители газификатора, где газифициру-
ется за счет тепла окружающего воздуха или стороннего теплоноси-
теля, и поступает потребителям. При работе одного из резервуаров
198
на выдачу другой резервуар заполняется жидким азотом от станции
или, как вариант, от транспортного заправщика. Этот метод требует
сложного машинного оборудования, серьезных энергетических за-
трат, сложной технологии получения и газификации азота и явля-
ется довольно дорогостоящим.
В настоящее время разработаны и внедрены два способа полу-
чения газообразного азота непосредственно из воздуха — коротко-
цикловой безнагревной адсорбцией (КЦА) и прокачкой воздухом
через специальные мембраны в газоразделительных установках.
Метод КЦА основан на избирательной адсорбции основных ком-
понентов воздуха — азота и кислорода — различными сорбентами,
в результате чего при получении азота сорбент обогащается легко
сорбируемым компонентом (кислородом), а газовая среда — плохо
сорбируемым (азотом). Основным параметром выбора оборудова-
ния для получения азота методом КЦА является производитель-
ность, т. е. расход выдаваемого установкой газообразного азота.
Оборудование, необходимое для реализации метода, состоит из
компрессора и блока разделения воздуха, включающего группу ад-
сорберов, заполненных сорбентами с селективными свойствами
к компонентам воздуха, а также ресивера — сборника азота, сглажи-
вающего пульсацию давлений выдаваемого азота.
Технология работы такой системы заключается в следующем,
воздух, сжатый в компрессоре до рабочего давления, поступает в один
из адсорберов. Находящийся в нем сорбент, количество которого
зависит от его свойств и заданной концентрации выходящего азота,
адсорбирует из воздуха кислород, в результате чего на выходе из
адсорбера отбирается азот под рабочим давлением и с заданной кон-
центрацией. Через 1—2 мин ноток воздуха автоматически направля-
ется во второй адсорбер, а в первом производится десорбция (удале-
ние с сорбента адсорбированного ранее газа), которая происходит
только за счет снижения давления без повышения температуры
Вариант получения газообразного азота по методу КЦА обладает
рядом преимуществ по сравнению с классическим вариантом (крио-
генный способ), дает возможность получить более технологичную
и удобную в эксплуатации систему и снизить ее стоимость в 3—4 раза.
Кроме того, эта система позволяет за небольшой промежуток
времени (15...20 мин) от начала пуска системы получить газообраз-
ный азот с требуемыми параметрами, в то время как для выхода на
режим криогенной системы требуется значительное время (сутки
и более).
Краткая техническая характеристика одной из систем КЦА пред-
ставлена ниже.
199
Техническая характеристика одной из систем КЦА
Исходный продукт............................воздух
Максимальная производительность по азоту,
м3/ч......................................800
Давление выходящего азота, МПа (кгс/см2),
не менее....................................0,6 (6,0)
Концентрация получаемого азота, % об........98
Требуемый расход воздуха, нм3/ч............ 3600
Количество компрессорных установок, шт...... 1
Тип компрессора.............................поршневой
Марка компрессора...........................2ВМ10-63/9
Производительность компрессора, нм3/мин ....до 63
Давление на выходе из компрессора,
МПа (кгс/см2)...............................0,9 (9)
Потребляемая мощность компрессорной
установки, кВт.............................. 337,05
Количество адсорберов, шт...................2
Габариты адсорбера, мм:
диаметр................................. 1600
высота................................... 5000
Тип сорбента................................уголь	типа	МС
Коэффициент извлечения, %...................28
Продуктивность сорбента, л/(ч-л)............54
Масса сорбента, т...........................5,2
В последние годы нашей промышленностью начат выпуск уста-
новок получения газообразного азота нового поколения на основе
высокоэффективных волоконных модулей с техническими пара-
метрами на уровне лучших мировых образцов. Принцип действия
этих установок основан на избирательной проницаемости газов при
прохождении через специальную полимерную мембрану под дей-
ствием перепада парциального давления. Производительность таких
установок производства ОАО «Криогенмаш» составляет 1...200м3/ч
при чистоте азота 90...99,9 % об. На рис. 10 1 представлена одна из
таких установок.
Азотные установки фирмы «Грасис» методом мембранных тех-
нологий позволяют производить 5...5000 нм3/ч азота при чистоте
90...99,9 % об.; их разработка и изготовление базируется на после-
дних научных достижениях мембранных технологий Такие азото-
добывающие комплексы являются эффективной альтернативой
криогенным и адсорбционным системам генерации азота. Они от-
личаются высокой надежностью, компактностью, гибкостью режи-
мов работы и низкой стоимостью получаемого азота.
200
Рис. 10. J. Установка получения азота методом мембранных технологий
10.2.	Насосные агрегаты
Как уже отмечалось, подачу СПГ потребителю можно осуществ-
лять с помощью центробежных электронасосов. При их конструи-
ровании необходимо выполнить ряд условий, учитывающих специ-
фику этого продукта.
Наличие изоляции насосов и трубопроводов является обязатель-
ным условием работы системы заправки СПГ, так как в противном
случае выполнение необходимых температурных режимов заправ-
ки, термостатирования и подпитки окажется невозможными ввиду
значительных теплопритоков к СПГ из окружающей среды. В этом
случае прогрев будет препятствовать созданию требуемого подпора
на всасывании электронасосов, а при недостаточном подпоре на вса-
сывании в проточной части центробежного насоса возникнут кави-
тационные явления, следствием чего является срыв его работы.
При вакуумной изоляции вакуумнаялюлость электронасоса долж-
на быть замкнутой, т. е. герметичной, и иметь собственный вакуум-
ный вентиль для обеспечения откачки вакуумной полости, а также
предохранительное устройство для защиты полости, например мемб-
рану. Для упрощения и удешевления конструкции насоса вакуумную
полость насоса можно объединить с вакуумными полостями трубо-
проводов системы заправки в единое замкнутое пространство. В этом
201
Рис. 10.2. Электронасос
НкпГЗ-100/80а
случае на трубопроводе системы устанавливаются единые средства
вакуумирования, контроля остаточного давления в вакуумной поло-
сти и предохранительные устройства на трубопроводе системы.
В центробежных выносных насосах для СПГ применение кон-
тактного торцевого уплотнения вала неприемлемо ввиду его негер-
метичности, а применение лабиринтного уплотнения требует ис-
пользования нейтрального газа (азота) для поддува уплотнения,
а также высокой точности изготовления, что априори ведет к удоро-
жанию и усложнению уплотнения.
Электронасос, как и любое оборудование, работающее на СПГ,
для обеспечения безопасности при эксплуатации требует проведе-
ния газовой подготовки нейтральным газом перед подачей СПГ,
которую целесообразно выполнять газообразным азотом.
В рамках работы [14] были рассмотрены существующие конструк-
ции электронасосов для перекачки жидкого кислорода с различными
параметрами (НкпГЗ-25/50, НкпГЗ-50/80, НкпГЗ-100/100) с целью
возможности их использования для перекачки СПГ. Аббревиатура
НкпГ означает тип насоса (насос криогенного продукта герметичный),
3 — исполнение корпуса (под вакуумную изоляцию), цифры 25, 50,
100— номинальную подачу, м3/ч; 50, 80
и 100— номинальный напор, м. Общий вид
одного из них показан на рис. 10.2.
Регулирование режима работы этих на-
сосов осуществляют с помощью арматуры,
установленной на напорном трубопроводе
насоса при неизменной частоте тока элект-
ропитания. В последнее время разработано
устройство, позволяющее регулировать ре-
жим работы насоса с помощью преобразо-
вателя частоты, т. е. изменять частоту тока,
подаваемого на электродвигатель при не-
изменном положении арматуры на напор-
ном трубопроводе насоса.
Проведенный анализ показал, что ни
один из рассмотренных электронасосов пол-
ностью не может быть использован для ра-
боты на СПГ, в то же время каждый из них
имеет отдельные конструктивные особенно-
сти, которые могут быть использованы при
создании такого насоса.
При создании выносного насоса для пе-
рекачки СПГ нужно учитывать, что:
202
•	его конструкция должна быть герметичной, аналогично конст-
рукции электронасоса НкпП-12,5/260;
•	конструкция корпуса насоса должна обеспечивать использова-
ние изоляции, например вакуумной, аналогично конструкции
электронасоса НкпГЗ-100/80а;
•	насос должен иметь вертикальное расположение вала и быть
одно- или многоступенчатым.
При создании насосов для СПГ также должен быть учтен тот
факт, что мощность, потребляемая электронасосами, зависит от его
КПД и определяется по формуле
QpHg
П
где N — мощность, Вт, Q — подача насоса, м3/с; р — плотность
рабочей среды, кг/м3; Н — напор насоса, м; g — ускорение свобод-
ного падения, равное 9,81 м/с2.
Кроме того, следует принимать во внимание коэффициент бы-
строходности насосов ns, определяемый по формуле
3,65л Jq
jy0,75
где п — частота вращения вала, об/мин; Q— подача насоса (расход),
м3/с; Н — напор насоса (одной ступени), м.
Реально коэффициенты быстроходности при числе оборотов вала
3000 об/мин находятся в следующих диапазонах значений: для од-
ноступенчатых насосов — 45...50, двухступенчатых — 75. .100, а КПД
соответственно составляет 45.. 55 %.
Примеры увязки характеристик центробежных насосов Н— Q
(напор — расход) с характеристиками напорной сети имеются в раз-
личной литературе, в частности в [2].
Как следует из изложенного выше, при работе с СПГ необходима
герметичная конструкция насоса — единое целое насоса и двигателя.
Внутренняя полость насосной части должна быть соединена с внут-
ренней полостью двигателя и образовывать единый замкнутый объем,
герметичный по отношению к окружающей среде. Такую конструк-
цию можно создать, используя идею погружного электронасоса.
Вертикальное расположение вала электронасоса препятствует про-
никновению жидкой рабочей среды во внутреннюю полость двига-
теля, которая при работе электронасоса заполнена газовой фазой
рабочей среды
203
Герметичность конструкции электронасоса обеспечивается пу-
тем реализации ряда сложных технических решений, а именно:
• разработкой для привода насоса специального двигателя, имею-
щего герметичную конструкцию корпуса и устройства выводов.
Герметичный асинхронный двигатель требует специальной раз-
работки, выполнения необходимого цикла испытаний, что при-
водит к его удорожанию;
•	использованием дополнительного двигателя с вентилятором для
охлаждения основного двигателя насоса при его работе;
•	изготовлением специальной конструкции удлиненного вала (вза-
мен вала двигателя и отдельного вала насоса).
Рис. 10.3. Погружной насос для СПГ
204
В качестве альтернативы охлаждению основного двигателя с по-
мощью отдельного вентилятора может использоваться охлаждение
его парами рабочей среды, для чего часть жидкости из напорного
трубопровода подается в специальную рубашку на корпусе двигате-
ля, где она испаряется, далее поступает в линию всасывания и кон-
денсируется в основном потоке рабочей среды.
Применение центробежного насоса погружного типа позволит
осуществлять и слив СПГ из крупных изотермических резервуаров.
Пример конструкции такого насоса представлен на рис. 10.3.
Этот насос обладает рядом преимуществ по сравнению с вынос-
ными: полной герметичностью, отсутствием проблем соединений,
относительной простотой. На крупных хранилищах СПГ за рубе-
жом применяются центробежные насосы именно погружного типа.
10.3.	Холодильно-газовые машины
Для сжижения паров СПГ, образующихся при хранении про-
дукта, и возвращения жидкости в хранилище могут применяться
холодильные машины ХГМ-11М и ХГМ-15, освоенные у нас в стра-
не и работающие по обратному циклу Стирлинга (впервые выпол-
ненные фирмой Philips).
На рис. 10.4 и 10.5 показаны общие виды этих машин, а в табл. 10.2
даны их технические характеристики.
Рис. 10.4. Холодильно-газовая машина ХГМ-11М:
1 — холодильно-газовая машина; 2 — муфта; 3 — электродвигатель
205
Рис. 10.5. Холодильно-газовая машина ХГМ-15:
/ — холодильно-газовая машина; 2 — муфта; 3 — электродвигатель
Таблица 10.2. Технические характеристики холодильно-газовых машин
ХГМ-ПМ и ХГМ-15
Характеристика	ХГМ-ПМ	ХГМ-15
Холодопроизводительность на темпера-	1100	5800
турном уровне 77 К, Вт/ч		
Хладагент	Гелий	Гелий
Давление наполнения, кгс/см2	16	21
Среднее давления сжатия, кгс/см2	23	45
Число оборотов, об/мин	980	980
Мощность, кВт	17	70
Масса агрегата, кг	ПО	250
Пары продукта из резервуара поступают в головку машины, ох-
лаждаемую циркулирующим в машине гелием, там конденсируют-
ся, и жидкость сливается обратно в резервуар хранилища.
10.4.	Криогенные трубопроводы и арматура
Трубопроводы для транспортировки СПГ должны разрабаты-
ваться из условия сохранения их работоспособности в диапазоне от
+50 °C до минусовых температур подаваемого по ним продукта.
Трубопровод можно не изолировать при условии, что его длина
крайне мала, длительность работы невелика и скорость проходящей
по нему жидкости высокая. Во всех других случаях трубопроводы
206
для работы с криогенными продуктами должны быть изолированы
для обеспечения относительно малого теплопритока из окружаю-
щей среды. Наиболее простой способ — невакуумная изоляция ма-
тами из стекловолокна и пенопластиков с покрытием снаружи по-
лимерной пленкой, защищающей трубопровод от влаги воздуха. Для
СПГ такой способ изоляции следует признать наиболее целесооб-
разным.
Однако в случае необходимости уменьшения теплопритоков к си-
стеме и исключению двухфазного потока в трубопроводах могут
применяться освоенные промышленностью для других криогенных
продуктов трубопроводы с вакуумной (порошковой и экранно-ва-
куумной) изоляцией.
Наибольшее распространение в заправочных криогенных систе-
мах для кислорода, азота и водорода получили конструкции внут-
ренних трубопроводов из гладких цельнотянутых или сварных труб
из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или инвара 36НХ, имеющего
относительно малый коэффициент линейного расширения. Наруж-
ный кожух изготавливается из нержавеющей или углеродистой ста-
ли. Пространство между внутренней и внешней трубами (кожухом)
заполняется порошком (аэрогелем или перлитом) или обматывается
слоисто-вакуумной изоляцией и вакуумируется. Внутренняя труба
фиксируется относительно наружной с помощью опор различной
конструкции [2] из стеклопластиков.
На рис. 10.6 и 10.7 представлены типовые конструкции вакуум-
ных криогенных трубопроводов с автономной изоляционной поло-
стью и с сильфонным компенсатором.
Рис. 10.6. Типовая конструктивная схема секции криогенного трубопровода
с автономной изоляционной полостью:
1 — внутренняя труба; 2 — изоляция; 3 — адсорбционный насос; 4 — кожух; 5 — силь-
фонный компенсатор температурных напряжений внутренней трубы; 6 — тепловой
мост; 7 — дисковая опора; 8 — линзовый компенсатор температурных напряжений
кожуха, 9 — разрывная мембрана; 10 — вакуумный вентиль
207
Рис. 10.7. Секции криогенного трубопровода, собранного
из унифицированных секций, с сильфонным компенсатором
Секции трубопроводов на основных предприятиях, выпускаю-
щих криогенное оборудование, унифицированы, как и элементы,
с помощью которых создается трубопроводная сеть: колена, трой-
ники, гибкие металлорукава, сильфонные компенсаторы, опоры,
предохранительные мембраны.
Характеристики некоторых криогенных трубопроводов приве-
дены в (2]. Там же представлены конструктивные схемы унифици-
рованных колен, тройников, унифицированных секций трубопро-
водов, фланцевых соединений.
При создании криогенных систем особое внимание следует об-
ратить на компенсационные узлы и крепление трубопроводов к ос-
нованиям эстакад или проходных каналов, по которым они прокла-
дываются. Это вызвано большим перепадом температур и,
следовательно, температурными деформациями, возникающими при
захолаживании системы. Сжатие внутренней трубы при охлаждении
компенсируется с помощью установки сильфонов. Для защиты от
излишнего сжатия или растяжения сильфоны снабжают ограничи-
телями. При этом жидкостные трубы целесообразно изготавливать
из материала с малым коэффициентом теплового расширения. Ва-
риант конструкции шарнира компенсирующей секции показан на
рис. 10 8.
Одним из часто применяемых элементов, соединяющих комму-
никации заправочных систем и компенсирующих температурные
деформации, являются металлорукава, которые особенно часто ис-
пользуются при соединении заправочных систем с наполнительны-
ми соединениями потребителя, где требуется гибкая связь. Конст-
руктивная схема металлорукава с вакуумной изоляцией показана на
рис. 10.9.
208
Рис. 10.8. Конструкция шарнира компенсирующей секции
Криогенная арматура служит для перекрытия или регулирова-
ния потоков криогенных жидкостей путем непосредственного воз-
действия на них. Арматура, устанавливаемая в криогенных систе-
мах работает в более жестких условиях, чем общепромышленная
арматура Это и существенно более широкий диапазон изменения
температуры, затрудняющий герметизацию затворов, что требует
увеличения мощности приводов арматуры, возникает необходимость
в специальных материалах и появляются высокие требования к теп-
ловой изоляции. При всем этом должны обеспечиваться небольшое
гидравлическое сопротивление арматуры, отсутствие утечек, высо-
кая надежность и большой ресурс работы.
Рис. 10.9. Конструктивная схема металлорукава:
1 — наружная труба; 2 — экраны; 3 — наружный металлорукав с оплеткой; 4 — опора;
5 — внутренний металлорукав с оплеткой; 6 — переходник; 7 — гильза; 8 — внут-
ренняя труба
Арматуру выполняют различного назначения: запорная, регули-
рующая, предохранительная с разной степенью зашиты от перепада
температур. Ее выполняют с ручным и пневматическим управлени-
ем, что связано со степенью автоматизации заправочной системы
Изоляция арматуры может быть как обычной, не вакуумной, так
и усложненной — вакуумной.
209
Запорно-регулирующий вентиль с насыпной изоляцией, крио-
генный клапан с вакуумной изоляцией, предохранительный клапан
и конструкция сетчатого фильтра представлены на рис 10.10—10.13
При этом следует иметь в виду, что из-за высокой стоимости
вакуумной арматуры ее применение для СПГ не всегда оправдано.
Рис 10.10 Запорно-регулирующий вентиль с насыпной изоляцией:
1 — шпиндель; 2 — корпус; 3 — труба; 4 — сальник; 5 — корпус
210
Рис. 10.11. Криогенный клапан с вакуумной изоляцией:
I — холодный корпус; 2 — наружный кожух; 3 — тонкостенная соединительная труба;
4 — трубы штыкового разъема; 5 — сигнальное устройство; 6 — теплая прокладка;
7 — изоляция (стеклоткань); 8 — стеклотекстолитовая проставка; 9 — опоры (стекло-
текстолит); А — герметизируемая полость
211
Рис. 10.12 Предохранительный клапан:
1 — колпачок; 2 — пломба; 3 — верхняя тарель; 4 — пружина; 5 — клапан; 6 — корпус;
7— винт; 8 — штуцер; 9 — розетка; 10— корпус; // — шток; 12— нажимная втулка
Рис. 10 13. Конструкция сетчатого фильтра для криогенных жидкостей:
/ — кожух; 2— опорный элемент; 3— экранно-вакуумная изоляция; 4— фильтрующий
патрон; 5— корпус; 6— прижим; 7— упор; Д’— люк; 9 — крышка люка; 10— патрубки
трубопроводов
10.5.	Газификационные установки высокого давления
Дня закачки ресиверов (реципиентов) сжатым природным газом
высокого давления (до 40 МПа), получаемым из жидкого, служат
газификационные установки высокого давления. Для СПГ такие
установки разработаны швейцарской фирмой Сгуотес. Российские
предприятия также предлагали свои разработки таких насосов
(ООО «Контех-Крио»), тем более что производство подобных насо-
сов для кислорода и азота в России существует. Схема газификаци-
онной установки высокого давления представлена на рис. 10.14,
а общий вид передвижной газификационной установки на автомо-
биле — на рис. 10.15.
Рис 10.14. Схема газификационной установки:
1 — шит управления; 2 — испаритель; 3 — резервуар сжиженного газа; 4 — насос;
5 — коллектор
213
Рис. 10.15. Ратификационная установка на автомобиле
Для получения сжатого газа из жидкости с целью повышения
производительности испарительный аппарат целесообразно установ-
ливать за насосом, который закачивает жидкость в испаритель. Если
газифицировать жидкость и затем сжимать газ, то производитель-
ность компрессорной установки возрастет примерно во столько раз,
во сколько объем газа больше объема жидкости, что для получения
газа высокого давления из жидкости просто нецелесообразно.
Система работает следующим образом: из резервуара, входящего
в комплект установки (ориентировочно от 1500 кг до 6 ..8 т), жид-
кость под наддувом подается в поршневой одноступенчатый цилин-
дрический насос вертикального (погружного) исполнения. Сжатая
до давления нагнетания жидкость поступает в испаритель-змеевик,
расположенный в емкости, заполненной водой (антифризом). Вода
нагревается от электронагревательных элементов, сжиженный газ
испаряется, подогревается до температуры 10...30 °C и под давлени-
ем подается потребителю. Следует иметь в виду, что жидкость в на-
сос должна подаваться однофазной, т. е. ее необходимо подавать под
давлением или охлажденной на два-три градуса.
10.6.	Газификаторы низкого давления
и теплообменные аппараты
Процесс получения газов из криогенных жидкостей осуществ-
ляется в теплообменных аппаратах, где происходят процессы нагре-
ва криогенных компонентов до температуры выше температур их
кипения при атмосферном давлении за счет забора тепла извне. В них
протекают физические процессы обмена тепловой энергией между
потоками веществ с различной температурой, подчиняющиеся об-
щим закономерностям термодинамики и теории теплообмена. Од-
214
нако при криогенных температурах возникает ряд специфических
факторов, которые необходимо учитывать при создании высоко-
эффективных и компактных аппаратов-теплообменников.
Главная особенность теплообмена при низких температурах со-
стоит в значительном изменении теплофизических свойств крио-
агентов и конструкционных материалов. Такие важные в теории
теплообмена характеристики, как теплопроводность Л, теплоемкость с,
вязкость ц, плотность р, давление р, существенно зависят от тем-
пературы. Теплообмен при кипении зависит также от состояния
и форм поверхности, характера образования центров новой фазы,
теплоты фазового перехода, условий распространения теплоты
в каждой из фаз. Многие процессы в теплообменных аппаратах
происходят при фазовых превращениях (кипении, конденсации),
связаны с изменением молекулярной структуры вещества и сопро-
вождаются выделением (поглощением) энергии, называемой теп-
лотой фазового перехода.
В начале процесса подачи жидкости под воздействием темпера-
туры происходит постепенный переход от однофазового течения
к пузырьковому, затем к снарядному, пленочному (кольцевому),
дисперсному (эмульсионному). В конце течет уже однофазный по-
ток. Жидкость вначале кипит при недогреве, затем при насыщении.
Характер течения различен в вертикальных и горизонтальных кана-
лах, где происходит расслоение. Газ собирается в верхней части
канала, жидкость — в нижней. При пленочном и дисперсном тече-
нии теплообмен происходит с переносом теплоты через тонкую коль-
цевую пленку жидкости.
Движущей силой теплообмена является разность температур по-
токов Д Т, которая характеризует потери от необратимости процесса.
Для обеспечения эффективности теплообменников величина ДД на-
зываемая часто величиной недорекуперации, для криогенных теп-
лообменников принимается равной 3...5 К.
\ Распространенными типами теплообменников являются трубча-
тые теплообменники (труба в трубе) и кожухотрубные теплообмен-
ники различных конструкций. Теплообмен может быть улучшен
оребрением, изгибами, напылением поверхности труб. Последнее
является эффективным способом улучшения теплообмена и нахо-
дит все большее применение.
Весьма эффективными являются витые теплообменники, когда
на центральную трубу (сердечник) навивают несколько рядов труб
(оребренных или напыленных), которые по концам соединяют в кол-
лекторы. Через них идет прямой поток, а обратный омывает трубы
снаружи. Наиболее компактны пластинчато-ребристые теплообмен-
215
ники, имеющие минимальные величины недорекуперации и хоро-
шие коэффициенты теплопередачи.
На рис. 10.16 представлены принципиальные схемы теплооб-
менников. которые могут быть применены в системах СПГ
Рис. 10.16. Принципиальные схемы теплообменников, применяемых
в криогенных системах:
<з — труба в трубе; б — пучок труб в трубе; в — из спаянных трубок; г — прямотрубный
с сегментными перегородками; д — прямотрубный без перегородок; е — витой;
ж — пластинчато-ребристый; з — матричный
На стадии освоения находятся и чрезвычайно эффективные мат-
ричные теплообменники. Эти аппараты состоят из чередующихся
слоев теплопроводных элементов с отверстиями и теплоизолирую-
щих прокладок. Отдельные элементы склеивают в монолитный
блок. Для улучшения коэффициента теплоотдачи и уменьшения
величины А Г в теплообменных аппаратах, как правило, применяют
противоток.
216
Для получения газа низкого давления часто применяют испари-
тели, использующие для получения газа теплоту окружающей сре-
ды. Перепад температур между криогенной жидкостью и атмосфер-
ным воздухом настолько велик, что позволяет получать газ из
жидкости без затрат энергии только за счет теплоты окружающей
среды. Такие испарители выполняют из унифицированных алюми-
ниевых панелей прокатно-сварным методом из двухслойных листо-
вых заготовок с каналами для криогенного продукта. При этом крио-
генная жидкость поступает в нижний коллектор испарителя
и распределяется по панелям. Образовавшийся из-за внешнего теп-
лопритока газ направляется к потребителю и частично используется
для наддува емкости с жидкостью для ее подачи в испаритель.
Выпускаемые промышленностью газификаторы для кислорода
и азота на рабочее давление 1,0 и 1,6 МПа и производительностью
30...250 нм3/ч газа могут быть применены и для СПГ Общий вид
одного из них, ИА-345, разработанного ОАО «Криогенмаш», пред-
ставлен на рис. 10.17, а. Технические характеристики этого стацио-
нарного испарителя приведены ниже, а его принципиальная схема —
на рис. 10.17, б. Данные по другим газификаторам производства
ОАО «Криогенмаш» представлены в работе [2].
Технические характеристики стационарного испарителя ИА-345
Производительность, нм3/ч..................600
Рабочее давление, МПа......................1,35
Источник энергии для испарения СПГ ... теплота атмосферного воздуха
Температура СПГ на входе, К................106—120
Температура природного газа
на выходе, К......................на	20 К ниже окружающей
Площадь теплообмена, м2 ...................345,8
Количество панелей, шт.....................90
Габариты, мм:
диаметр.................................3140
высота..................................5400
Масса, кг............................... 4160
Природный газ в отличие от жидких азота, аргона или кислоро-
да — горючий газ, поэтому наличие в блочном испарителе наружно-
го кожуха, защищающего испарительные пластины от механичес-
ких повреждений (случайных или умышленных), обязательно.
Для исключения возможности повреждения панелей испарите-
ля. расположенных внутри цилиндрического корпуса, от попадания
различных предметов через открытую верхнюю часть испарителя
предусматривается установка сверху испарителя сетки.
217
Рис. 10.17. Холодная ратификационная установка ИА-345 (а) и ее принци-
пиальная схема (б)
1 — резервуар; 2 — вакуумный клапан; 3, 17 — мембраны; 4, 9, 12, 13, 19 — запорные
вентили; 5 — уровнемер; 6 — трехходовой кран; 7 — манометр; 8 — вентиль контроля
уровня продукта в резервуаре; 10 — дренажный вентиль; 11, 18, 20— предохранитель-
ные клапаны; 14 — автоматический дренажный клапан; 15 — вентиль сброса; 16 —
регулятор давления; 21 — арматурный шкаф; 22 — испаритель подъема давления, 23 —
продукционный испаритель; 24— обратный клапан; 25— газовый коллектор; I — ди-
станционный контроль уровня и давления; II — визуальный контроль уровня; III —
наполнение — опорожнение; IV — газосброс

218
ОАО «Сибкриотехника» предлагает криогенные газификаторы
для СПГ трех типов (см. табл. 10 3).
Таблица 10.3. Криогенные газификаторы для СПГ
Параметр	Тип		
	I	II	Ill
Вместимость резервуара, м’	3	5	8
Количество хранимого СПГ при Е, = 0,86, кг	1480	2400	3750
Пределы регулирования давления газа	0,1-1,6	0,1-1,6	0,1-1,6
на выходе из испарителя, МПа (кгс/см2)	(1-16)	(1-16)	(1-16)
Производительность, нм’/ч	25, 50, 75	200, 500	25, 50, 75, 100, 500
Масса газификатора, кг Габаритные размеры, мм:	3695	5100-5500	5400-9332
длина	2900	—	2380
ширина	2170	—	2170
высота	3000	—	5570
При необходимости выдачи газа с большими расходами и по-
вышенными давлениями используются газификаторы, где в каче-
стве теплоагента применяется вода. В этом случае теплообмен ин-
тенсифицируется, так как теплоотдача от жидкости значительно
превышает теплоотдачу от газа, и за счет подогрева воды можно
существенно увеличить разность температур. Необходимо также
обеспечить незамерзаемость воды при теплообмене с низкокипя-
щей жидкостью.
10.7.	Тепловая изоляция
Оборудование систем, соприкасающихся с СПГ, должно быть за-
щищено от притока тепла из окружающей среды, так как при пони-
жении температуры увеличиваются теплоприток через изоляцию и по-
тери продукта, сокращается время бездренажного хранения.
Основная характеристика теплоизоляции — ее теплопровод-
ность — должна быть сведена к минимуму. Современные типы теп-
лоизоляции созданы в результате длительных поисков и исследова-
ний. Условно изоляцию криогенных систем подразделяют на
изоляцию, находящуюся под атмосферным давлением, и вакуум-
ную теплоизоляцию. Первую применяют в основном до температур
выше 80 К, исключая тем самым конденсацию воздуха на поверх-
ности трубопровода (аппарата). Вторую — при температурах ниже
80 К вплоть до гелиевых, хотя такое разделение (по температуре) не
всегда является оптимальным.
219
Теплообмен при всех видах низкотемпературной изоляции осу-
ществляется излучением, теплопроводностью газа и твердого тела.
Лучистый тепловой поток в изоляции ослабляется в результате
рассеивания и поглощения теплоты изоляционным материалом,
а также задержанием его металлическими экранами (фольга, мел-
кие частицы).
Теплоперенос за счет теплопроводности определяется отноше-
нием длин свободного пробега молекул газа между соударениями
друг с другом и между соударениями их со стенками твердого тела.
Последнее определяется структурой дисперсного материала, при этом
коэффициент теплопроводности зависит от механического давле-
ния на дисперсный материал.
Для СПГ, как это неоднократно отмечалось, наиболее целесооб-
разно применять изоляцию, находящуюся под атмосферным давле-
нием. Это связано с высокой теплоемкостью продукта и уровнем
температуры конденсации, которая существенно выше, чем для дру-
гих криогенных продуктов.
Теплота в этом виде изоляции передается по теплоизоляционно-
му материалу и через газ, заполняющий пустоты в ней, в результате
его конвекции и теплопроводности. В качестве теплоизолирующей
среды применяют волокнистые (минеральная вата, стекловата), по-
рошкообразные (перлит, аэрогель), ячеистые (мипора, пенопласт)
материалы. Следует иметь в виду, что при появлении капельной
влаги и льда процесс теплопереноса резко интенсифицируется
вследствие их высокой теплопроводности, которая на порядок выше,
чем у воздуха. Поэтому попадание влаги в изоляцию необходимо
исключать.
При практическом проектировании необходимо учитывать
и стоимостные показатели. Толщину изоляции целесообразно вы-
бирать так, чтобы приток теплоты через нее составлял 20...70 %
общего теплового потока. Уменьшение толщины приводит к не-
оправданному возрастанию потерь холода, излишнее увеличение —
к удорожанию, увеличению габаритов без сколько-нибудь суще-
ственного снижения потерь теплоты. Обычно толщину изоляции
принимают не более 0,15 D (100... 1000 мм). Важно также создание
надежного парового барьера, защищающего оборудование от увлаж-
нения, например, покрытием изоляции снаружи полимерной плен-
кой. Стыки замазывают специальной мастикой.
В настоящее время фирмой «Фомглас» (США, Бельгия) разрабо-
тан новый материал для безвакуумной изоляции с повышенной ус-
тойчивостью к нагрузкам, имеющий перспективу использования
в криогенном машиностроении и в первую очередь применительно
220
к СПГ. Он представляет собой алюминиево-силикатное стекло осо-
бого состава, полностью свободное от органических вешеств, без
связующих, работающий в широком диапазоне минусовых и плю-
совых температур. Он сочетает в себе такие физические свойства,
как высокоэффективная теплозащита, отсутствие поглощающей
влаги и других жидкостей, стабильность размера при экстремаль-
ных температурах и, главное, невосгораемость и негорючесть, низ-
кий коэффициент температурного расширения. Производится этот
материал в виде легко склеивающихся пластин. Отсутствие отече-
ственного производства этого материала и его высокая стоимость (он
в 2 раза дороже, чем пенополиуретановая изоляция) сдерживает его
применение. Характеристики некоторых видов изоляции, находящей-
ся под атмосферным давлением, приведены в работе (52|.
Порошково-вакуумная изоляция нашла широкое применение
в транспортных сосудах для криогенных жидкостей и в некоторых
заправочных емкостях с температурой Т> 80 К. Она может приме-
няться и при работах с СПГ. При создании как криогенных емко-
стей, так и трубопроводов с такой изоляцией механизм передачи
тепла от криогенной жидкости к наружному воздуху осуществляет-
ся через изоляционное пространство, создаваемое двумя сосудами
(один в другом) и заполняемое порошковым материалом.
В качестве порошковых материалов можно использовать магне-
зию, минеральную вату, перлит, стекловату, кремнегель, аэрогель,
мипору. На практике используют аэрогель и перлит. При вакууме
1 х 10 2 мм рт. ст. перенос теплоты газом при расчетах можно ис-
ключить. Экспериментальные данные показывают, что, начиная
с давления р = 1 х 10-1 мм рт. ст., теплопроводность мало зависит от
давления. При температуре Т< 80 К решающую роль играет тепло-
проводность твердых частиц, а при Т= 80...300 К основной поток
теплоты осуществляется путем лучистого теплообмена через поро-
шок. Для существенного уменьшения теплопроводности (лучистого
теЪлопереноса) в изоляцию добавляется алюминиевая или медная
(что реже) пудра. Это снижает коэффициент теплопроводности ва-
куумно-порошковой изоляции в 3—4 раза. Перлит является более
крупнопористым материалом, чем аэрогель, он адсорбирует меньше
газов и паров, обладает меньшей гигроскопичностью, легко вакуу-
мируется, однако его теплопроводность быстро возрастает при раз-
герметизации. Разработчики криогенного оборудования при исполь-
зовании порошково-вакуумной изоляции отдают предпочтение
перлиту.
В криогенном оборудовании широко применяется вакуумно-мно-
гослойная изоляция, как наиболее эффективная. Многократное эк-
221
ранирование межстенного пространства емкостей (трубопроводов)
приводит к резкому снижению лучистого потока Вакуумно-много-
слойная изоляция состоит из большого числа слоев материала с низ-
кой излучательной способностью, которые служат экранами, разде-
ленными теплоизолирующими прокладками и отражающими
тепловое излучение. В качестве основного материала для такой изо-
ляции применяют алюминиевую фольгу и стеклоткань.
Для исключения переноса теплоты газом необходимо сни-
зить давление в теплоизолирующем пространстве до (1 х I0-3)...
...(1 х 10“) мм рт. ст., что существенно ниже, чем при вакуумно-по-
рошковой изоляции. При таком вакууме на теплопроводность мно-
гослойной изоляции влияет лишь излучение и контактная тепло-
проводность слоистого материала Для снижения теплопроводности
по твердому телу применяют прокладочные материалы с малой плот-
ностью и не допускают обжатия слоев изоляции.
Любой вид вакуумной изоляции дорогостоящий, требует герме-
тизации вакуумного пространства и соответствующего оборудования
для его вакуумирования, поэтому его применение может быть оправ-
дано для СПГ только в случае острой необходимости. Более подроб-
ные сведения о различных видах изоляции содержатся в работе [52].
В заключение несколько слов о тепловых мостах. Внутренние
корпусы криогенных емкостей, арматуры и других элементов крио-
генных систем имеют силовые элементы, с помощью которых они
соединены с наружными конструкциями оборудования, находящи-
мися при температуре окружающей среды: подвески, опоры, трубо-
проводы [2]. Эти элементы, пересекающие изоляционное простран-
ство, получили название тепловых мостов. По ним теплота передается
от наружной оболочки к холодным внутренним частям. При приме-
нении высокоэффективной теплоизоляции потери по тепловым
мостам достигают 50 % общего теплопритока; естественно, необхо-
димо стремиться к его минимизации.
Уменьшение теплопритоков можно обеспечить выбором мате-
риалов с минимальным отношением теплопереноса к допускаемому
напряжению и созданием конструкции, которая допускала бы ми-
нимальный тепловой поток при его достаточной прочности.
10.8.	Приборное обеспечение
В настоящее время созданы штатные контрольно-измеритель-
ные средства для криогенных сред, входящие в состав криогенного
заправочного оборудования. Они обеспечивают как местное (на месте
установки приборов), так и автоматическое измерение параметров
222
продукта в системах, большинство из которых дистанционно пере-
дается криогенными системами на пульт управления, расположен-
ный на командном пункте, или на местный пульт управления. Эти
приборы могут использоваться и для контроля параметров СП Г в раз-
личных системах, в том числе в установках для его получения и си-
стемах заправки.
Контроль давления
В последнее время для измерения абсолютного давления и пере-
пада давлений криогенных сред при температурах 4...300 К разрабо-
таны преобразователи давления и перепада давления типа «Криос».
Датчик этого прибора позволяет отказаться от импульсных трубок,
присоединительной арматуры, уменьшить теплоприток, повысить бы-
стродействие измерений, надежность и безотказность работы. Пер-
вичный преобразователь работает в непосредственном контакте с крио-
генной жидкостью и выдерживает многократное циклическое
изменение температур. Блок электронного преобразователя прибора,
устанавливаемый в отапливаемом помещении, преобразует измене-
ние сопротивления тензорезисторов в стандартный выходной сигнал.
Возможно применение и приборов типа ИПД-Эт и ИППД-Эт,
однако, как показал опыт эксплуатации, они имеют ряд недостат-
ков — зависимость показаний от температуры окружающей среды,
уход с «нуля» преобразователей, влияние на показания прибора
кабелей связи между первичными датчиками и передающими пре-
образователями; необходимость частой настройки преобразователей,
что усложняет эксплуатацию.
Измерение уровня
Известны ультразвуковой метод замера уровня, пневмогидрав-
лический способ, емкостный способ, измерение с помощью контакт-
ного (щупового) или поплавкового уровнемеров. Однако все пере-
численные уровнемеры дают погрешность 5...8 мм по высоте столба
жидкости. Наиболее перспективным для построения измерителей
уровня жидких криопродуктов является резонансный метод, ис-
пользованный для контроля жидких кислорода, азота, водорода (для
СПГ требуется экспериментальная проверка работы прибора). В ос-
нову этого метода положен принцип измерения резонансной часто-
ты колебательного контура с распределенными параметрами, прису-
щими длинным линиям и зависящими от уровня наполнения
чувствительного элемента. Эти уровнемеры характеризует высокая
точность и надежность измерения, отсутствие движущихся частей
223
у первоначального преобразователя. Для работы в условиях крио-
генных жидкостей на основе резонансного метода созданы уровне-
меры УРК-2 и сигнализаторы уровня СРК-2.
Применительно к криогенным жидкостям несовершенство уровне-
меров приводит к тому, что до 3 % жидких продуктов не учитывается.
Измерение температуры
Для измерения температуры криогенных жидкостей во всем диа-
пазоне температур 300.. 40 К созданы криогенные датчики и термо-
метры с различными методами измерения и конструкциями.
Чаще для этой цели используются либо термометры сопротивле-
ния, либо резисторы с дистанционной подачей сигнала на пульт
управления. Для получения высокой точности измерений применя-
ются платиновые термопреобразователи.
Измерение расхода
Особенно сложной проблемой при использовании криогенных
жидкостей, в том числе СПГ, является измерение расходов. Наибо-
лее распространен и хорошо освоен метод измерения объемного
расхода для однофазно текущей жидкости, основанный на опреде-
лении перепала давления на участке специального профиля, напри-
мер трубы Вентури, с последующим пересчетом. Однако для крио-
генных жидкостей применение этого метода приводит к серьезным
погрешностям, связанным с плотностью протекающего потока
В последние годы на кафедре Э-4 МГТУ им. Н.Э. Баумана на
базе СВЧ созданы приборы, позволяющие с высокой точностью
определять доли жидкой и паровой фаз в потоке криогенных жид-
костей, массовый расход, скорость и даже диагностировать состав
примесей. Эти приборы успешно прошли испытания, однако серий-
ное производство их еще не налажено.
Приборы контроля подготовки оборудования к подаче СПГ
Перед подачей СПГ в резервуары, трубопроводы, баки потреби-
телей воздушная среда в них должна быть заменена на азотную,
чтобы исключить пожарные и взрывоопасные ситуации. Концент-
рация кислорода в оборудовании должна быть снижена до 3 % об. со
взятием соответствующих проб.
Для измерения объемной доли кислорода в азоте в криогенных
заправочных системах используются приборы «Берилл-1» и «Бе-
рилл-2», а также газоанализаторы ПГК-03 и АНКЛТ-7641-10, пред-
ставляющие собой автоматические непрерывно действующие ана-
224
лотовые однофункциональные одноканальные приборы. Диапазон
измерений приборов «Берилл-1» 0...4 % об., «Берилл-2» —
0,3.. 25 % об. доли кислорода в азоте. Принцип их действия заклю-
чается в измерении возникающего различия объемной доли кисло-
рода в системе (емкости) и окружающей среде за счет применения
. электродвижущейся силы чувствительного элемента
Для измерения объемной доли азота в СПГ при штатной подго-
товке системы и ее элементов к приему продукта может быть реко-
мендован газоанализатор «Вант», принцип действия которого осно-
ван на измерении теплопроводности анализируемой газовой смеси
с помощью нагретого терморезистора с изменяющейся температу-
рой. Пределы измерений прибора 0...15%об.
Для обеспечения безопасности работ и мониторинга выбросов
в атмосферу газа помещения и сооружения, где могут быть азот или
метан, должны быть оборудованы системой газового контроля.
Системы выполняются информационно-измерительными и обеспе-
чивают автоматический контроль воздушной среды и передачи ин-
формации (звуковой и электрической) о появлении в воздухе конт-
ролируемых помещений пониженного (до 15 %) и повышенного (до
27 %) содержания кислорода, а также довзрывоопасных концентра-
ций метана. Для СПГ необходимо узаконить нормативно-техничес-
кую документацию, в которой должны быть определены допусти-
мые концентрации этого продукта в воздухе, требования к кратности
вентиляции сооружений, сигналы, выдаваемые в смежные системы,
и др. Такие работы в настоящее время проводятся.
10.9.	Материалы
Надежность и работоспособность криогенных систем, в том чис-
ле СПГ, существенным образом зависят от выбора конструкцион-
ных материалов. При низких температурах происходят изменения
механических свойств конструкционных материалов — повышается
предел текучести и предел прочности, но уменьшаются пластич-
ность и ударная вязкость.
Главным показателем пригодности материала для работы в усло-
виях низких температур является величина ударной вязкости, зави-
сящая от многих факторов, и в первую очередь от химического
состава и режима обработки стали. В связи с резким уменьшением
ударной вязкости (охрупчивание) при низких температурах приме-
нение обычных углеродистых сталей в элементах криогенных сис-
тем, соприкасающихся с продуктом или холодными частями конст-
рукций, является недопустимым.
8 — 11
225
При эксплуатации температурные нагрузки в криогенных сис-
темах часто меняются, возникают многократные циклы нагрева —
охлаждения.
В связи со статическими и циклическими нагрузками при опре-
делении прочности криогенного оборудования важным показателем
является ползучесть, механическая и термическая усталость мате-
риала, т. е. пластичность. Количественным показателем пластично-
сти является относительное удлинение образца.
Металлические материалы, применяемые в области криогенной
техники, должны иметь мелкодисперсную структуру; высокие зна-
чения прочности и пластичности; быть полностью немагнитными,
технологичными в условиях машиностроительного производства
и обеспечивать получение равнопрочного сварного соединения по
основному металлу.
Одним из основных легирующих элементов, эффективно влия-
ющих на характеристики сталей в области криогенных температур,
является никель. Повышение его содержания в сталях ведет к росту
предела текучести, временного сопротивления и ударной вязкости
Широко применяются стали с содержанием никеля до 9 %, а в пос-
леднее время даже с более низким содержанием — 5...6 %. Такие
стали имеют низкие коэффициенты линейного расширения, удов-
летворительные характеристики при обработке в горячем и холод-
ном состояниях; хорошо поддаются ковке, штамповке, сварке. Пе-
речень некоторых металлических материалов, пригодных для
использования в системах СПГ, приведен в работах (2, 5].
Алюминий и его сплавы также широко применяются в каче-
стве материалов для криогенной техники, так как отличаются со-
четанием удовлетворительных технологических и эксплуатацион-
ных качеств и не столь дефицитны, как высоколегированные стали.
Алюминиевые сплавы являются надежными заменителями медных
сплавов и в ряде случаев дорогих нержавеющих сталей Однако их
недостатком является более низкая прочность, кроме того, при
сварке сложно избежать разукрупненной зоны, на что следует об-
ращать особое внимание. В криогенной технике применяются алю-
миниевые сплавы, легированные марганцем и магнием: АД-1,
АМцС, Амг5, Амгб.
Сплав АД-1 хорошо поддается сварке и механической обработ-
ке, однако он малопрочен и поэтому применяется только для изго-
товления труб и теплообменной аппаратуры.
Сплав АМцС более прочен и имеет высокие технологические
свойства, поэтому он используется при изготовлении теплообмен-
ной аппаратуры и других аппаратов.
226
Сплавы Амг5 и Амгб обладают сочетанием удовлетворительной
прочности и пластичности, высокой коррозионной стойкостью, хо-
рошо поддаются сварке и механической обработке. Из этих сплавов
изготавливаются обечайки и днища криогенных резервуаров и транс-
портных емкостей, а также фланцы [2].
Полимерные материалы и композиты на их основе находят все
большее применение в криогенном оборудовании, что вызвано их
низкой теплопроводностью, высокой удельной прочностью, элас-
тичностью при низких температурах, а также большой адгезией
к металлам и хорошими антифрикционными свойствами при раз-
личных температурах.
С помощью этих материалов оказывается возможным снизить теп-
лопритоки по опорам криогенных емкостей, трубопроводов и армату-
ры, создать уплотнения затворов арматуры, обладающих высокой гер-
метичностью и надежностью в эксплуатации, повысить долговечность
и эксплуатационные характеристики узлов трения и многое другое.
Наиболее полно требованиям криогенной техники отвечают по-
лимерные композиционные материалы на основе высокопрочных
полимерных волокон, и прежде всего стеклопластики. Применяе-
мые в криогенике стеклопластики состоят из армированного стек-
ловолокнистого материала, скрепленного связующим полимерным
клеем в монолитную конструкцию. Коэффициент теплоизоляции
такого материала на два порядка выше, чем у стали 12Х18Н10Т.
Стеклопластики применяются для изготовления силовой теплоизо-
ляции опор, стержней фиксаторов в резервуарах, в узлах трения
арматуры и многого другого.
В криогенной технике широко используются дифлон, полиами-
ды, фторопласты, эпоксидные смолы, сухие смазки — графит и нит-
рит бора.
В качестве уплотнительного материала в различных изделиях
криогенной техники Широкое применение получили фторопласт-4
и поликарбонат. В уплотнительных затворах предохранительных
клапанов используют морозостойкие резины на основе полярных
каучуков, полихлоропренового каучука, бутилкаучука, которые
сохраняют эластичность до температур 150 .170 К.
Полимерные материалы и композиты, бесспорно, найдут приме-
нение и в оборудовании, разрабатываемом или используемом для
работ с СПГ. Более подробные данные по этому вопросу изложены
в работах [53, 54].
8*
11. Вопросы пожаробезопасности
и экологические аспекты использования
сжиженного природного газа
При проектировании объектов получения и использования СПГ
особое внимание следует уделять вопросам безопасности. В соответ-
ствии с требованиями промышленной безопасности объекты СПГ
являются опасными производственными объектами (ОПО).
В настоящее время в России нет большого опыта эксплуатации
СПГ, однако есть мировой опыт его получения, хранения, перевоз-
ки и регазификации, имеются зарубежные стандарты, регламенти-
рующие правила получения, хранения и обращения с СПГ (напри-
мер, стандарт США № FPA 59А, стандарт Великобритании ВЗЕ
№ 1474:1997, евростандарт Е № 1160 и др.). В России есть опыт
эксплуатации небольших установок получения СПГ на базе ГРС,
особенно на предприятиях Лентрансгаза, Уралтрансгаза, Самара-
трансгаза, эксплуатации котельных на СПГ. Интересные экспери-
менты проведены НИИЦ «Криотрансэнерго» (г. Ростов-на-Дону)
по выявлению вопросов безопасного использования СПГ в качестве
топлива для тепловозов.
В настоящее время единственным нормативным документом, рег-
ламентирующим эти нормы и правила безопасности, являются «Ве-
домственные нормы на проектирование установок по производству
и хранению сжиженного природного газа, изотермических храни-
лищ и газозаправочных станций (временные) ВНТП-51-1-88», рег-
ламентирующие работу с СПГ при объемах его хранения порядка
10000...60000 м3 газа. Применение этих правил к системам с малым
объемом хранения СПГ ведет к завышению требований к необходи-
мым пожаровзрывобезопасным разрывам до внешних объектов,
о чем свидетельствует зарубежный опыт его использования.
Рядом российских предприятий (РНЦ «Прикладная химия»,
ЗАО «Сигма Газ», ЗАО «Крионорд», АО «Криогаз», НИЦ «Сибкрио-
техника», Гостехнадзором РФ и др.) разработаны «Правила безопас-
ности при производстве, хранении и выдаче сжиженного газа на газо
228
распределительных станциях магистральных газопроводов (ГРС МГ)
и автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях
(АГНКС), наиболее пригодные для их использования при создании
средних и малых установок получения СПГ и его применения в раз-
личных отраслях хозяйства России При рассмотрении вопросов бе-
зопасности, речь о которых пойдет в настоящей главе, используются
и указанные выше материалы [55—57].
Естественно, что проектирование комплексов СПГ должно ве-
стись в полном соответствии с действующими нормативными до-
кументами по строительному проектированию (СНиСНиП), сани-
тарными правилами, отраслевыми нормативными документами,
государственными стандартами.
11.1. Пожаровзрывобезопасность
Вопросы пожаровзрывобезопасности являются основополагаю-
щим фактором при внедрении СПГ как топлива в различные отрас-
ли хозяйства страны.
Метан, при нормальных условиях химически стабильный ком-
понент, становится опасным в смеси с воздухом. Внесение в такую
смесь открытого огня или другого источника приведет к ее воспла-
менению, если содержание метана находится внутри концентраци-
онных пределов распространения пламени.
Опасность воспламенения метановоздушных смесей в закрытых
объемах хорошо известна по последствиям аварий на угольных
шахтах. Взрывы метановых смесей в замкнутых объемах приводят
к семикратному повышению давления. В свободном пространстве
случаев взрывов метана не отмечалось [58]. Экспериментально ус-
тановлено, что даже сильно разогретые тела не в состоянии поджечь
метйновоздушную смес|>.
Особенности обеспечения пожаровзрывобезопасной эксплуата-
ции объектов, работающих на природном газе, в том числе на заво-
дах, производящих СПГ, и объектах, его использующих, обусловле-
ны физическими свойствами как природного газа, так и СПГ. Ниже
для сравнения приводятся некоторые данные по опасности СПГ,
пропана и бензина (табл. 11.1).
Как следует из данных табл. 11.1, взрывоопасная смесь газовых
топлив с воздухом образуется при концентрациях в 4,5 раза (ниж-
ний предел) и в 1,9 раза (верхний предел) больших, чем с бензином,
что снижает опасность образования гремучей смеси. У природного
газа более высокая температура воспламенения, а минимальная энер-
гия воспламенения (наименьшая величина энергии искры электри-
229
ческого разряда, которой достаточно для воспламенения смеси) у ме-
тановоздушных смесей выше, чем у бензина и пропана, т. е. они
воспламеняются хуже. Максимальное давление взрыва (наибольшее
давление, возникающее при взрыве газовоздушной смеси в замкну-
том объеме при начальном давлении 0,1 МПа) ниже, чем у других
топлив, но достаточное, чтобы разрушить оборудование или соору-
жение, в котором произошел взрыв СПГ нетоксичен, что положи-
тельно сказывается на его безопасности.
Таблица 11.1. Показатели опасности СПГ, пропана и бензина
Параметр	Вид топлива			Относительная опасность		
	СПГ (метан)	пропан	бензин	СПГ (метан)	пропан	бензин
Концентрационные преде- лы воспламенения, % об.	5,5...15,0	2,2-9,5	0,8-8	76,0	94,5	101,9
Температура самовоспла- менения, °C	537	466	440	41,8	68,1	77,9
Минимальная энергия воспламенения, мДж	0,30	0,26	0,15	0	16	60
Нормальная скорость горения, м/с	0,37	0,42	—	21,2	36,4	—
Давление взрыва газовоз- душной смеси, кПа	706	757	—	61	90	—
Скорость выгорания, кг/(м2/мин)	3,06	4,80	4,20	50	86,2	Ti,l
Минимальная взрывоопас- ная концентрация кис- лорода, %	12,1	11,4	—	38,7	45,3	—
ПДК в рабочей зоне, мг/м3	Не токсичен	300	300	—	0	0
Низкие температуры (тем- пература кипения), °C	-161,5	-42,1	—	100,0	25,8	—
Пары СПГ легче воздуха (относительная плотность по воздуху
0,554), поэтому при его утечках газообразная фаза поднимается
вверх. При утечках жидкости пары должны нагреться до —108 “С,
прежде чем их плотность станет ниже плотности воздуха (соответ-
ственно 1,26 кг/м3 у метана при —108 °C и 1,293 кг/м3 у воздуха)
и они начнут подниматься.
Природный газ является хорошим диэлектриком: его объемное
сопротивление достигает значения 109 Ом. Смесь метана с воздухом
в открытом пространстве не детонирует.
Низкие температуры существования СПГ предъявляют повы-
шенные требования к технике безопасности при обращении с ним
230
[59]	. Необходимо помнить об этом, чтобы исключить обморожения
и другие негативные последствия.
Образовавшаяся в замкнутом пространстве горючая метановоз-
душная смесь может стать негорючей путем введения в нее допол-
нительно 25.. 30 % СО2 или 40. .50 % Nr Это важно для предотвра-
щения опасных ситуаций в начале их развития.
Следует иметь в виду, что углеводородные газы способны ра-
створять в себе влагу, вследствие чего образование льда и кристал-
логидратов на органах регуляторов давления, запорной арматуре,
трубопроводах может привести к уменьшению площади проходного
сечения, увеличению дроссель-эффекта и, в конечном счете, к пре-
кращению подачи продукта и даже нарушению целостности газо-
проводов
Интерес представляют материалы работы [60], где приведены
экспериментальные и аналитические данные по сравнению пожа-
ровзрывобезопасности тепловозов, работающих на КП Г и СПГ. Эти
материалы являются показательными и могут быть распространены
на другие отрасли техники, например автомобильную.
С точки зрения критериев обеспечения безопасности СПГ пре-
восходит КП Г уже по физическим первопричинам возникновения
аварийных ситуаций. Действительно, рабочее давление в резервуа-
рах СПГ может находиться на уровне, незначительно превышаю-
щем атмосферное, в то время как у КП Г оно определяет большой
запас дополнительной, легко высвобождаемой потенциальной энер-
гии. Криогенные температуры хранения СПГ препятствуют процес-
сам реакции горения. Конструктивное решение криогенной техни-
ки — изоляция резервуаров, трубопроводов, арматуры и др. —
является защитой в аварийных ситуациях, сопровождающихся воз-
горанием. Это является неоспоримым преимуществом СПГ перед
КПГ и нефтяными топливами.
В табл. 11.2 представлена вероятность аварийной утечки и выб-
роса природного газа для СПГ и КПГ на магистральных и маневро-
вых газотепловозах.
\
Таблица 11.2. Вероятность аварийной утечки и выброса природного газа
Вид выброса	Вероятность выброса			
	Магистральный газотепловоз		Маневровый газотепловоз	
	СПГ	КПГ	СПГ	КПГ
Утечка через отверстия диаметром 2,5 мм Мгновенный выброс всего содержимого	4,5х 10 5 4,95 х 10 6	4,95 х 10 6 4,5 х 10-5	6,75 х 10 4 7,5 х 10 5	7,5 х 10 5 6,75 х 10 4
231
В табл. 11.3 приводятся результаты расчетов размеров зон пора-
жения, создаваемых огненным шаром при разрушении резервуаров
с КПГ и СПГ [60].
Таблица 11.3. Размеры зон поражения при разрушении резервуаров
с КПГ и СПГ
Степень поражения	Зона поражения, м									
	КПГ, кг					СПГ, кг				
	1000	5000	10000	15000	20000	1000	5000	10000	15000	20000
Ожог: I степени	49,9	109,2	153,1	186,4	214,5	16,2	' 35,6	49,9	60,7	69,9
II степени	36,5	79,9	112,2	136,6	157,2	11,8	26,0	36,5	44,5	51,2
III степени	30,1	66,2	92,9	113,2	130,3	9,8	21,4	30,1	36,7	42,3
Проведенные эксперименты и расчеты показали, что:
1)	при взрыве емкости с КПГ по сравнению с емкостью с СПГ
при прочих равных условиях:
максимальное избыточное давление больше в 10 раз;
максимальный импульс больше в 50 раз;
размеры зон поражения больше в 4 раза;
2)	при детонации газопаровоздушной смеси:
максимальное избыточное давление одинаково;
максимальный импульс больше в 2 раза;
размеры зон поражения больше в 2 раза;
3)	при образовании огненного шара:
мощность теплового излучения одинакова;
энергия излучения больше в 2 раза;
размеры зон поражения больше в 2 раза.
В результате можно сделать вывод, что с точки зрения пожаро-
безопасности преимущества СПГ перед КПГ неоспоримы.
При организации морских перевозок сжиженных углеводоро-
дов произведена комплексная оценка степени опасности СПГ по
сравнению с другими сжиженными газами и нефтепродуктами
с учетом 11 параметров опасности. По величине этих параметров
по каждому из них была определена относительная опасность для
10 наименований сжиженных углеводородных газов, включая ме-
тан, а также для аммиака и бензина [61]. Проведенный анализ
показывает, что уровень комплексной безопасности метана нахо-
дится между пропаном и бензином, т. е. на уровне широко исполь-
зуемых моторных топлив.
232
Специфический источник опасности, характерный для различ-
ных потребителей СПГ, — выбросы паров СПГ в атмосферу во время
эксплуатации — в настоящее время ослабляется с помощью безопас-
ных дренажных устройств и дожигателей [2].
О безопасной работе с СПГ свидетельствует опыт многолетней
работы заводов, безаварийных перевозок его танкерным флотом,
эксплуатация на СПГ карьерных самосвалов и автомобильные пе-
ревозки в США, эксплуатация магистральных и маневровых тепло-
возов «Берлингтон Нозерн» и «Моррисон-Кнудсен», «Санта Фе»,
«Юнион Пасифик» (США), тепловоза KOF360 в Германии и др.
[60, 62]. Таким образом, бытующее мнение о повышенной (по срав-
нению с нефтяными топливами) пожаровзрывоопасности СПГ ли-
шено оснований.
Для решения вопросов по обеспечению пожаровзрывобезопас-
ности при проектировании оборудования для получения и исполь-
зования СПГ из всей совокупности аспектов следует выделить сле-
дующие:
•	комплекс средств, включающий конструктивные мероприятия
по предотвращению и локализации возможных аварийных си-
туаций;
•	системы обнаружения и ликвидации аварийных ситуаций;
’ • алгоритмы взаимодействия всех систем обеспечения пожаро-
взрывобезопасности.
Поскольку СПГ является для России новым видом топлива и его
физические, физико-химические и эксплуатационные свойства су-
щественно отличаются от свойств традиционных топлив, необходи-
мо обобщить имеющийся небольшой опыт работы с СПГ в России
и за рубежом.
Для дальнейшего повышения пожаровзрывобезопасности
объектов с СПГ проработан комплекс инженерно-технических ме-
роприятий с учетом опыта, полученного при внедрении жидкого
водорода в ракетно-космическую технику. Кратко они сводятся
к следующему.
Оборудование (резервуары, арматура, трубопроводы) для СПГ
должно изготавливаться из конструкционных материалов, работаю-
щих при криогенных температурах: нержавеющая сталь, в том числе
сталь с 9 %-ным содержанием никеля, алюминиевые сплавы, ком-
позитные материалы. Это оборудование должно иметь теплоизоля-
цию и узлы компенсаций температурных деформаций. Обеспечение
герметичности оборудования достигается за счет применения свар-
ных соединений. Количество разъемных соединений должно быть
сведено к минимуму.
233
В резервуарах, заполненных СПГ, поддерживается избыточное
давление до 1,0 МПа, что исключает проникновение в них воздуха
и образование пожароопасных смесей. Для предотвращения образо-
вания таких смесей при первоначальном заполнении оборудования
следует проводить его продувку газообразным азотом для снижения
концентрации кислорода до уровня 3 % об. Подобная операция так-
же проводится при освобождении оборудования от природного газа
Для снижения давлений в аварийных ситуациях на оборудовании
должны устанавливаться предохранительные клапаны и разрывные
мембраны
В технологических схемах объекта должна предусматриваться
возможность перекрытия подачи природного газа и СПГ в аварий-
ные участки оборудования. Для ограничения площади пролива СПГ
при авариях резервуаров следует устанавливать защитные огражде-
ния, вмещающие весь объем находящегося в нем продукта.
На комплексах СПГ должен быть предусмотрен организован-
ный сброс горючих газов от устройств аварийного сброса при сра-
батывании предохранительных клапанов, при предусмотренных тех-
нологическим регламентом сбросах паров, при ручном стравливании
и освобождении технологических блоков от газов и ларов в аварий-
ных ситуациях. При этом сброс паров должен осуществляться через
свечу (дожигание) с температурой газов и паров на выходе не выше
100 °C («теплые» газы) в атмосферу. Для предупреждения образова-
ния в свече условий распространения пламени внутри нее следует
установить огнепреградители и обратные клапаны, а также обеспе-
чить эффективное рассеивание сбрасываемых газовых паров
Управление крупными объектами, как правило, ведется дистан-
ционно; контроль технологических параметров проводится по дат-
чикам, расположенным на технологическом оборудовании и выпол-
ненным во взрывозащищенном исполнении. Могут использоваться
искробезопасные электрические цепи. Текущая информация, а так-
же информация об отклонениях параметров от нормы выводятся на
пульт оператора для принятия оперативных решений.
Основное оборудование объектов размещается, как правило, на
открытых площадках и эстакадах, что позволяет отказаться от обя-
зательных для закрытых сооружений систем специальной вентиля-
ции и газового контроля довзрывоопасных концентраций. Элект-
рооборудование, размещаемое в этих зонах, должно быть во
взрывозащищенном исполнении. Вокруг оборудования устанавли-
ваются пожаровзрывоопасные зоны.
Объекты, работающие на природном газе, должны обеспечи-
ваться освещением, связью, средствами молниезащиты и защиты
234
от статического электричества. Трубопроводы с природным газом
и СПГ и заправочные эстакады к взрывоопасным объектам не от-
носятся.
Должное внимание должно быть уделено созданию приборов,
которые защищают объекты от возникновения аварийных ситуа-
ций. Контроль качества подготовки систем к безопасному приему
СПГ должен осуществляться с помощью хорошо зарекомендовав-
ших себя в работе с жидким водородом автоматизированных газо-
анализаторов «Берилл-2» для замера объемной доли кислорода в азоте
(диапазон значений замеров объемной доли кислорода в азоте
0,3...25 %) и «Вант-1» для замера объемной доли природного газа
в азоте, а контроль качества СПГ должен осуществляться путем от-
бора проб жидкости из резервуаров систем и его контроля хромато-
графическим методом Конкретные требования пожаровзрывобезо-
пасности к технологическим процессам должны быть установлены
в нормативно-технической документации и указываться в техни-
ческом задании на объект.
Для контроля воздушной среды в сооружениях и помещениях,
чтобы обеспечить безопасность работ и мониторинг выбросов мета-
на, должна быть разработана система газового контроля (метан в воз-
духе), которая оснащается автоматической информационно-изме-
рительной системой и сигнализирует о появлении в контролируемых
помещениях довзрывоопасных концентраций метана.
Ниже в табл. 11.4 приводятся данные по безопасным расстояни-
ям от резервуаров с СПГ [63].
Таблица 11.4. Безопасные расстояния от резервуаров с СПГ
Объект	Расстояние от резервуара с СПГ при р = 0,6 МПа и различных объемах, м			
	8	16	50	100
Жиль1е и общественные здания	30	40	80	100
Теплоэнергетические объекты	20	25	55	70
Границы промышленных пред- приятий	20	20	40	55
Склады горючих продуктов	20	25	55	70
Железнодорожные пути общей сети	20	20	40	55
Места скопления людей	65	80	165	210
Площадки слива-налива СПГ, отстоя продукта	13	13	20	25
Открытые технологические блоки, здания управления, сигнализа- ции и др.	20	20	40	55
235
По данным работы [63], расстояние от обвалованного криоген-
ного резервуара до ограждения территории объекта должно быть не
менее 10 м, расстояние между открытыми технологическими блока-
ми — не менее 4 м. Расстояние от открытых технологических блоков
производственной зоны до площадок налива-слива должно быть не
менее 9 м, а от площадок отстоя продукта до площадки налива — не
менее 20 м. Разрыв между испарителями одного объекта должен
быть не менее 1 м.
Подъезд пожарных машин при ширине здания или сооружения
до 18 м должен быть обеспечен с одной стороны, и с двух сторон —
при ширине более 18 м. Ширина дорог должна быть не менее 3,5 м.
Площадка для слива СПГ из транспортного заправщика должна
быть оборудована отбортовкой высотой не менее 150 мм.
Для открытых и закрытых блоков объекта устанавливается взры-
воопасная зона, а для пространства каждого производственного по-
мещения — категория и класс по взрывопожарной опасности.
В целях безопасности резервуары с СПГ для уменьшения пло-
щади разлива должны устанавливаться в поддоне высотой на 0,3 м
выше уровня разлива СПГ, а фундаменты должны быть не менее
чем на 0,2 м выше уровня прилегающей площадки.
11.2.	Противопожарная защита
Особенности развития пожаров на объектах, где наличествует
СПГ, определяются его свойствами. При разгерметизации оборудо-
вания и выходе СПГ в атмосферу за счет больших скоростей испа-
рения могут образовываться паровоздушные облака больших разме-
ров. Причиной аварийного истечения продукта может являться
нарушение герметичности оборудования в результате несоблюдения
технологического процесса, неисправности противоаварийных сис-
тем и устройств. Воспламенение смеси происходит, как правило, от
постороннего источника.
СПГ может истекать в паровой, жидкой и парожидкостной фа-
зах, каждая из которых имеет свою температуру горения. Поэтому
характер истечения газа можно определить по цвету и виду пламени:
• в паровой фазе газ сгорает пламенем светло-желтого цвета с боль-
шой скоростью истечения и характерным свистящим шумом;
•	в жидкой фазе пламя ярко-оранжевого цвета и происходит вы-
деление сажи;
•	в парожидкостной фазе горение происходит с периодически ме-
няющейся высотой пламени.
236
Пожары в присутствии СПГ характеризуются возможностью по-
явления различных сочетаний следующих опасных сценариев:
• тепловое воздействие пожара-вспышки,
•	воздействие волны сжатия взрыва;
•	тепловое воздействие струйного факела горящего газа;
•	тепловое воздействие пламени при горении разлива;
•	тепловое воздействие огненного шара.
Как уже отмечалось, при нормальных условиях газообразный
СПГ легче воздуха в 2 раза, а насыщенные пары испарившегося
жидкого СПГ тяжелее воздуха (плотность паров СПГ при темпера-
туре кипения 2,38 кг/м3). При прогреве СПГ плотность паров ста-
новится равной плотности воздуха, а затем меньше нее. Это обсто-
ятельство обусловливает специфику формирования парогазовых
облаков при испарении СПГ
Образующееся при испарении жидкого СПГ облако может дли-
тельное время в виде полусферы зависать над местом разлива В даль-
нейшем облако медленно поднимается вверх и может достаточно
долго существовать в атмосфере.
Паровоздушные облака могут дрейфовать в приземном слое ат-
мосферы на значительные расстояния, сгорая при появлении источ-
ника воспламенения по указанным сценариям, в том числе когда
паровоздушным облаком охвачены загроможденные участки терри-
тории (полузамкнутые объемы, технологическое оборудование, раз-
мешенное с высокой плотностью, лесные массивы).
Из литературных источников, посвященных пожарной защите
объектов газопереработки, известно, что во избежание образования
загазованности территории тушение горящего природного газа нуж-
но проводить только в случаях крайней необходимости и после
прекращения выброса продукта.
Главной задачей при борьбе с пожарами, вызванными природ-
ным газом, является его локализация в момент возникновения,
которая может осуществляться следующими путями:
•	ограничением времени истечения и объема истекающего газа;
•	ингибированием инертными газами (N2) газовоздушных смесей
природного газа;
•	организацией тепловой защиты технологического оборудования,
создавая водяные завесы.
Для создания водяных завес и тушения пожаров оборудования
на объекте предусматривается противопожарный водопровод, резер-
вуары с достаточным запасом воды, штатные первичные средства
пожаротушения, а также пожарная сигнализация
237
Активная пожарная защита оборудования для производства и от-
пуска СПГ при возникновении пламени заключается в немедлен-
ном прекращении поступления газа к очагу пожара и его локализа-
ции при возникновении.
Наиболее целесообразно осуществлять защиту от пожара распо-
лагающегося рядом с ним оборудования, орошая последнее водой.
Установки орошения следует выполнять с автоматическим, дистан-
ционным и ручным управлением. Тип, конструкция и особенности
расстановки оросителей, а также режим их работы (давление, расход
воды) должны определяться из условия равномерного орошения всех
защищаемых поверхностей как в случае разлива и горения СПГ
в пределах собственной буферной зоны, так и при радиационном
тепловом воздействии его горящих утечек.
Интенсивность подачи воды на орошение:
•	поверхностей резервуаров вне пламени — не менее 0,05 л/с на
1 м2 поверхности,
•	мест расположения предохранительной и другой арматуры, шка-
фов и т. п. — не менее 0,5 л/с на 1 м2 поверхности;
•	опорных колонн и трубопроводов — не менее 0,4 л/с на 1 м2
поверхности;
•	поверхности резервуаров, находящихся в пламени, — не менее
0,2 л/с на 1 м2.
Подробнее вопросы орошения оборудования при пожаре изло-
жены в работе [63].
По данным ВНИПО, в настоящее время отсутствуют универсаль-
ные средства для тушения пожаров и предупреждения взрывов при
горении СПГ на открытых площадках и в замкнутых помещениях.
Для тушения пожаров на открытых площадках можно реко-
мендовать:
•	воздушно-механическую пену средней кратности;
•	порошковые составы типа «Пирант», ПСБ-3 и ПХК;
•	установки по распылению мелкодисперсной воды;
•	установки по распылению мелкодисперсной воды с инертными
газами.
Для тушения пожаров в помещениях, где возможно нахождение
людей, рекомендованы составы на основе инертных газов и безопас-
ные хладоны [63]
Для предупреждения взрывов могут быть рекомендованы инерт-
ные газы и составы на их основе, озононеразрушающие хладоны,
ультрадисперсные порошки, аэрозольные составы Нормативные рас-
ходы указанных выше огнетушащих средств должны быть опреде-
лены на моделях техники, производящей и использующей СПГ.
238
Для оценки степени техногенной угрозы наиболее приемлемы
методы, позволяющие оценить не только последствия возмож-
ных аварий, но и вероятность их возникновения. Сочетание этих
категорий (последствия и вероятности) образует понятие прием-
лемого риска — нового количественного критерия оценки безо-
пасности.
В последние годы ВНИИгаз совместно с МГУ им. М.В. Ломоно-
сова интенсивно работает нал разработкой научно-методических ос-
нов количественного анализа риска и внедрения его в отечествен-
ную практику проектирования и эксплуатации технических
объектов газовой промышленности. На базе этих работ появится
возможность более полно решать задачи обеспечения безопасности
и на вновь создаваемых объектах с СПГ [63]. Эти работы следует
проводить с учетом:
•	обобщения и систематизации статистики (с учетом мирового опы-
та) по частоте и причинно-следственным механизмам возникно-
вения и развития аварий;
•	изучения физических особенностей и закономерностей разви-
тия характерных аварий с учетом влияния технологических
и природных факторов;
•	выявления специфики негативного воздействия на элементы ок-
ружающей среды и человека поражающих факторов аварий и оп-
ределения зависимости между долей воздействия и вероятнос-
тью поражения;
•	разработки методических подходов к расчету территориального
распределения риска вокруг точечных, площадных и линейных
(протяженных) источников опасности;
•	обоснования общей последовательности расчета, анализа и уп-
равления риском.
На основании теоретических и экспериментальных исследова-
ний появится возможность разработать методики и комплекс про-
грамм для ЭВМ, позволяющие проводить расчеты и оптимизацию
различных технологических процессов производства СПГ, его хра-
нения и выдачи, моделировать режимы работ установок по его по-
лучению, а также прогнозировать воздействие объектов с СПГ на
окружающую среду в чрезвычайных ситуациях.
Далее приводятся некоторые данные, предложенные для оценки
отдельных параметров, связанных с обеспечением пожаровзрывобе-
зопасности [63].
В табл. 11.5 приведены данные по интенсивности £ теплового
излучения пламени СПГ и углеводородных топлив, а также удель-
ная массовая скорость т их выгорания.
239
Таблица 11.5. Интенсивность £ теплового излучения пламени СПГ
и углеводородных топлив, а также удельная массовая скорость
выгорания
Топливо	Е. кВтм2. при различном диаметре разлива d м					т, кгм2С“'
	10	20	30	40	50	
СПГ (метан)	220	180	150	130	120	0,08
СУТ (пропан-бутан)	80	63	50	43	40	0,10
Бензин	60	47	35	28	25	0,06
Дизельное топливо	40	32	25	21	18	0,04
Нефть	25	19	15	12	10	0,04
В табл 11.6 показаны ориентировочные высоты пламени над горя-
щей свободной поверхностью СПГ в зависимости от диаметра разлива.
Таблица 11 6. Высота пламени над горящей поверхностью СПГ в зависимости
от диаметра разлива
Поверхность	Диаметр разлива, м						
	I	5	Ю	20	30	50	100
Бетон	3,5	12,7	22	38	53	80	139
Неровный грунт	3,8	13,5	24	42	57	86	151
Гравий	5,3	19	28	58	80	120	208
Таблица 11.7. Время испарения пролитого СПГ в зависимости от объема, с
Поверхность	Объем пролитой жидкости, м3				
	3	10	30	60	100
Ровная горизонтальная	12	23	27	30	40
бетонная поверхность Неровный грунт	472	467	450	442	437
Гравий	118	115	113	112	ПО
Максимальное излучение пламени при горении разлива СПГ
наблюдается на высоте, равной 0,75 м от поверхности разлива, и со-
ставляет 100 кВт/м2.
В табл. 11.7 приведены ориентировочные данные по времени
испарения СПГ в зависимости от пролитого объема.
11.3. Экологические аспекты
Наиболее важными из внутренних хозяйственно-экономичес-
ких угроз для населения Российской Федерации являются высокий
уровень экологической опасности, связанный с работой транспорт-
но-промышленного комплекса, и постоянный рост ущерба от расту-
240
щего числа техногенных аварий и катастроф. В итоге это приводит
к ухудшению состояния здоровья людей, уменьшению численности
населения.
В связи с этим аспекты внедрения СПГ в хозяйство страны сле-
дует рассматривать комплексно, в том числе с позиций национальной
безопасности страны, и в первую очередь экологической безопасно-
сти. Угрозу экологической безопасности транспортно-энергетичес-
кого и промышленного комплекса Российской Федерации можно оха-
рактеризовать следующими данными: в 1992 г. в атмосферу было
выброшено 31,8 млн т загрязнений, из них 27 % — металлургически-
ми предприятиями, 26 % — предприятиями энергокомплекса, 15 % —
нефтегазовой и нефтехимической промышленностью, 32 % — транс-
портом, в том числе 25 % — авиацией |24]. В последние годы положе-
ние не улучшилось, но произошло некоторое перераспределение —
уменьшилась доля выбросов загрязнений металлургическими пред-
приятиями за счет улучшения технологических процессов, но по-
высилась доля транспорта за счет увеличения числа автомобилей.
Политика развития техносферы в нашей стране существенно от-
личается от политики развития техносферы промышленно развитых
зарубежных стран- годовой выброс от антропогенных источников у нас
растет, в то время как в промышленно развитых странах он постепен-
но снижается: индекс опасных отходов (отношение массы вредных
отходов к бытовым) в Германии равен 0,26 (5 млн т/г.), в Велико-
британии — 0,22 (3,9 млн т/г), в России — 4,53 (122,4 млн т/г.) [64].
Соотношение использования в хозяйстве нефти/газа в США со-
ставляет 1/1,45, в то время как в России 1/0,5. Российская промыш-
ленность работает не только существенно менее эффективно, но
и намного опаснее.
Известно, что зоны территорий вблизи крупных хранилищ неф-
тяных топлив с течением времени превращаются в экологически
неблагоприятные территории в связи с постоянной утечкой в почву
этих топлив при их эксплуатации. Это имеет место в районах аэро-
дромов, заправочных станций, заправочных эстакад и др. В ряде
мест образовываются огромные линзы, наполненные горючим.
Кроме того, нефтяное горючее, проникая в водоносные горизонты,
попадает в реки, озера, колодцы, нанося огромный экологический
и экономический ущерб.
Значительная доля загрязнений атмосферного воздуха прихо-
дится на автомобильный транспорт. Особенно страдают большие
города: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск и др. [64].
В целом по Российской Федерации, несмотря на постоянно про-
водимые в стране работы по улучшению экологической обстановки,
241
в 1994 г. ущерб оценен в 4,8 млрд долл., при этом 30 % всех забо-
леваний вызвано выхлопными газами двигателей [64].
Исследования, проведенные при работе на двигателях внутрен-
него сгорания, показали, что использование в качестве горючего
природного газа в выхлопных газах приводит к следующим резуль-
татам: в 2 раза снижается количество твердых частиц, в 3 раза —
концентрация углеводородов, в 1,5 раза — концентрация окислов
азота, в 5 раз — концентрация сернистых веществ. Не случайно на
заседании Комиссии по газомоторному топливу при Правительстве
Российской Федерации и Европейской газомоторной ассоциации
2—3 июля 1998 г. в Санкт-Петербурге в выступлениях ее участников
(особенно иностранных) указывалось, что перевод транспорта на
природный газ вызван прежде всего экологическими соображениями.
Природный газ имеет:
•	самый низкий индекс глобального потепления (Global Warming
Index),
•	самые низкие выбросы СО2 (для бензина АИ-95 — 100%; для
бензина АИ-76 и дизтоплива — 88 %; для природного газа —
72 %);
•	самое слабое влияние на разрушение озонового слоя (бензин —
950 мг озона/кг, природный газ — 30 мг озона/кг);
•	в нем отсутствуют токсичные и канцерогенные выбросы (у бен-
зина альдегиды и формальдегиды составляют 42 %, ароматичес-
кие бутадиены — около 1 %);
•	самую низкую эмиссию окиси углерода (СО) (дизельное топли-
во — 22 г/км, природный газ — 4,0 г/км).
При использовании криогенных топлив полностью исключает-
ся попадание жидкого топлива в атмосферу (как это имеет место
при использовании нефтяных топлив). При возможных аварийных
проливах криогенное горючее испаряется. Любое воспламенение ис-
паряющегося криогенного топлива приводит лишь к относительно
медленному сгоранию. Как указывалось ранее, возникновение
детонации горючей газовой смеси в свободном неограниченном объе-
ме исключено (данные ИХФ РАН, Всесоюзного научно-исследова-
тельского инситута противопожарного оборудования). Немаловаж-
ным фактором является то обстоятельство, что при проливе СПГ на
землю аварийная ситуация в этой зоне будет сохраняться значитель-
но меньшее время, чем при проливе нефтяных топлив.
При использовании того или иного вида топлива необходимо
учитывать, что вредное воздействие на окружающую среду возни-
кает на стадиях его производства, хранения, транспортирования,
распределения, использования. При создании установки получения
242
СПГ, хранилищ этого топлива, создания средств выдачи его потре-
бителям необходимо обеспечить безотходность производства и реа-
лизации продукта, высокую степень герметичности технологичес-
кого оборудования (резервуаров, трубопроводов, арматуры и др.).
Должна быть разработана эффективная система очистки и осушки
газа, экономичный холодильный цикл, система оборотного водо-
снабжения для сокращения потребления пресной воды, проведены
многие другие мероприятия.
В целях снижения загазованности территории комплекса СПГ,
приземного слоя атмосферы и охраны воздушного бассейна от за-
грязнения углеводородным топливом в технологической части долж-
на предусматриваться утилизация газов. Необходимо предусматри-
вать меньшее число переливов СПГ во всей цепочке от его получения
до выдачи потребителю.
При оценке эффективности топлива наиболее правильным явля-
ется анализ не только его народнохозяйственной эффективности, но
и экологической составляющей. Такая оценка чрезвычайно сложна,
но она позволяет получить достаточно объективную характеристику,
так как стоимость топлива включает в себя не только рыночную
составляющую, но и «внешнюю» стоимость, эквивалентную стоимо-
сти компенсации ущерба здоровью населения и окружающей среде.
"Эффективная (социальная) стоимость топлива — это те затраты,
которые фактически несет общество при использовании топлива, и они
существенно превышают его рыночную цену — остальное покрыва-
ется обществом за счет налогоплательщиков (общественные расходы
на медицину, реновацию объектов, потери рабочего времени и т. д.).
Статистических данных по России в этой части обнаружить не уда-
лось. В табл. 11.8 приведены относительные усредненные данные
о «внешней» стоимости ряда энергоносителей, учитывающие ущерб
здоровью населения, флоре и фауне, городскому хозяйству, полу-
ченные по результатам исследований, проведенных в США по про-
граммам, координируемым Департаментом энергетики [19].
Таблица 11.8. Ущерб, наносимый окружающей среде от использования
различных топлив в расчете на низшую теплоту сгорания
Энергоноситель	Долл ./ГДж	Долл ./кВт ч
Природный газ	7,83	0,028
Бензин, керосин	П.1	0,040
Уголь	13,5	0,049
Жидкие попутные газы	10,67	0,038
Метанол	10,92	0,039
Этанол	11,0	0,040
243
С учетом этой составляющей существенно изменяется соотноше-
ние народнохозяйственной и социальной стоимости при использова-
нии разных видов топлив в различных отраслях хозяйства страны.
В качестве примера в табл. 11.9 и 11.10 приводятся данные об
обычной и эффективной стоимости топлив для автотранспорта с дви-
гателями внутреннего сгорания при пробеге 300 миль и мощности
двигателя 75 кВт (100 л.с ), а также для автомобилей с топливными
элементами, полученные экспертами в США (19].
Таблица 11.9. Обычная и эффективная стоимость топлив для автотранспорта
с ДВС, долл./км пробега
Топливо	Обычная стоимость,	Эффективная стоимость,
Водород электролизный (ГЭС)	0,062	0,068
Водород из природного газа	0,042	0,067
(конверсия)		
Природный газ	0,017	0,039
Метанол	0,029	0,052
Этанол	0,047	0,069
Бензин	0,030	0,059
Сжиженные попутные газы	0,022	0,047
Таблица 11.10. Обычная и эффективная стоимость топлив для автомобилей
с топливными элементами, долл./км пробега
Топливо	Обычная стоимость.	Эффективная стоимость.
Водород электролизный (ГЭС)	0,029	0,029
Водород из природного газа	0,019	0,028
(конверсия)		
Природный газ	0,012	0,025
Метанол	0,024	0,043
Как следует из данных таблиц, при учете экологии приоритета
существенно меняются. Наиболее дешевым топливом оказывается
природный газ, и при замене керосина на него общество экономит
около 3 долл./ГДж, т. е. 120... 150 долл./т, что близко к прогнозиру-
емой стоимости СПГ. Таким образом, социальный народохозяй-
ственный и экологический эффект от замены нефтяных топлив на
газовые настолько велик, что при учете социальной стоимости топ-
лив срок окупаемости при их замене газовыми топливами суще-
ственно сокращается. Естественно, что обычная и эффективная сто-
имости со временем меняются и представлены для сравнения.
244
Учесть социальную стоимость топлив можно с помощью нало-
говой политики на федеральном и региональном уровнях, что начи-
нают осуществлять в США и некоторых других странах. Социальную
стоимость необходимо учитывать и в законодательстве об использо-
вании природных ресурсов и в налоговой политике России. Сегодня
эта составляющая не учитывается. Ясно, что в этом случае необхо-
димость использования газового топлива взамен нефтяного окажет-
ся более очевидной
Имеется еще один экологический аспект, связанный с примене-
нием СПГ как топлива — это сокращение выбросов парниковых
газов в период после 2000 г.
Протоколом Конференции сторон РКИК (Рамочной конвен-
ции ООН об изменении климата), принятым и подписанным
в г. Киото 10 декабря 1997 г., установлены обязательства сторон по
ограничению и сокращению выбросов парниковых газов (диокси-
да углерода, метана, закиси азота, гидрофторуглеродов, перфторуг-
леродов и гексафторида серы) на период после 2000 г. По Протоко-
лу в 2008-2012 гг. Россия обязана сохранить выбросы указанных
газов на уровне 1990 г. Современное и прогнозируемое на указан-
ный период состояние народного хозяйства России позволяет осу-
ществлять торговлю квотами на выбросы. В этой связи любые
мероприятия, не направленные на сокращение производства, но
приводящие к сокращению выбросов указанных газов, мо!ут рас-
сматриваться как дающие дополнительные экономические выго-
ды, связанные с возможностью увеличения объемов продаваемых
квот на выбросы, стоимость которых для выбросов СО2 оценива-
ется в 30.. 60 долл./т [19].
Таблица 11.11. Величины эмиссии СО2 и усредненная стоимость выбросов*
Топливо	Эмиссия СО2, кг/ГДж	Усредненная стоимость выбросов при средней стоимости квот, долл./ГДж
Уголь	85,5	3,85
Нефтяные топлива	69,4	3,12
Природный газ	52,0	2,34
* Данные приведены по материалам ИВТАН РАН.
Усредненные данные об эмиссии СО2 при сжигании топлив
и стоимости выбросов на рынке квот в расчете на низшую теплоту
сгорания представлены в табл. 11.11.
При замене керосина на СПГ выбросы СО2 могут сократиться на
25 % и стоимость сэкономленных квот составит заметную сумму
245
Приведенные оценки показывают необходимость и чрезвычай-
ную важность разработки соответствующих законодательных актов
и совершенствования налоговой политики в нашей стране как на
федеральном, так и на местном и региональном уровнях. Разработка
предложений к налоговому законодательству должна основываться
на детальных исследованиях различных путей преобразования пер-
вичных энергоресурсов при производстве и использовании крио-
топлив.
Послесловие
Информационный поиск по вопросу современного состояния
и тенденций развития мировой промышленности производства и ис-
пользования сжиженного природного газа показал все возрастаю-
щее его значение в мировой энергетике. Доля природного газа до-
стигла одной трети общего энергопотребления и доля СПГ в нем
неизменно растет. Рост мирового производства СПГ оценивается
как 7 % в год.
Если в 2007 г. международная торговля газом увеличилась на
2 %, то мировой объем торговли СПГ возрос почти на 8 %. Доля
СПГ в глобальных поставках увеличилась с 23,7 до 25 %. Президент
Российского газового общества, заместитель председателя Государ-
ственной Думы по вопросу крупнотоннажного производства и тор-
говли СПГ В. Язев заявил: «Рынок сжиженного природного газа все
больше будет влиять на конфигурацию газового рынка и на цены,
поскольку хорошо приспособлен для спотовой, форвардной и фью-
черсной торговли. Взаимодействуя с рынком трубопроводных по-
ставок газа, он создает благоприятные условия для развития своп-
торговли. Россия должна быть полностью готова к конкуренции
в этом сегменте рынка углеводородов с учетом развития как морс-
ких, так и сухопутных перевозок СПГ»*.
СПГ обладает лучшими энергетическими свойствами, чем неф-
тяные топлива, что дает потенциальную возможность добиваться
высоких технических характеристик транспортных средств, работа-
ющих на СПГ, и в первую очередь космических ракет и самолетов.
В выхлопных газах двигателей, использующих СПГ, практичес-
ки отсутствуют канцерогенные вещества, дым, вдвое меньше окси-
дов азота, на 25. .30 % меньше диоксида углерода, что может быть
решающим фактором в условиях ужесточения требований к охране
окружающей среды.
* Известия. 2008. 21 нояб.
247
СПГ обладает лучшими параметрами пожаровзрывобезопаснос-
ти по сравнению с керосином и бензином, а также сжатым природ-
ным газом Малейшие утечки СПГ в системе потребления регистри-
руются до образования в отсеках опасных смесей, что позволяет
предотвращать возникновение пожара и взрыва.
При проливе СПГ он испаряется, а не впитывается в землю, что
чрезвычайно важно для экологии.
СПГ имеет практически неограниченную сырьевую базу — раз-
веданные запасы природного газа в России превышают 54 трлн м3,
что составляет более 40 % мировых запасов. В нашей стране создана
система магистральных трубопроводов и многочисленные отводы от
них, что позволяет отбирать природный газ для сжижения практи-
чески в любом промышленно развитом районе, в том числе вблизи
крупных аэродромов и космодромов Созданы автомобильные и же-
лезнодорожные средства перевозки СПГ.
В связи с развитием ракетно-космической и другой передовой тех-
ники в России успешно решены сложные технические вопросы созда-
ния современных криогенных заправочных систем и космических
аппаратов, произведено и внедрено в эксплуатацию различное крио-
генное оборудование — резервуары, трубопроводы, арматура, испари-
тели, газификаторы и многое другое. Получен значительный неоцени-
мый опыт создания и эксплуатации криогенной техники. Все это может
быть с успехом использовано для внедрения СПГ в хозяйство страны.
Доказана экономическая целесообразность внедрения СПГ в раз-
личные отрасли хозяйства страны. Стоимость СПГ в 2—5 раз мень-
ше стоимости авиакеросина и других нефтяных топлив. В условиях
нарастающего дефицита и дороговизны нефтяных топлив, учитывая
другие преимущества его использования, СПГ следует признать аль-
тернативным топливом ближайшего будущего
Недостатки СПГ — низкая температура кипения (—162 °C)
и меньшая, чем у нефтяных видов топлива, плотность — не могут
являться серьезным препятствием для его применения.
В целом можно констатировать, что работами ведущих авиаци-
онно-космических предприятий, предприятий криогенной техни-
ки, научно-исследовательских и учебных институтов России подго-
товлены все условия для начала новой фазы развития различных
отраслей хозяйства страны на основе высокоэффективных эконо-
мически и экологически более чистых технологий, базирующихся
на применении криогенного топлива: на первом этапе путем ис-
пользования СПГ, а затем и жидкого водорода.
Сжиженный природный газ в Российской Федерации с успехом
может быть внедрен в ракетно-космическую и авиационную технику,
248
в железнодорожный транспорт (тепловозы), в автомобильный и вод-
ный транспорт, в сельскохозяйственное производство, может быть
использован для газификации удаленных населенных пунктов и регу-
лирования нагрузок газопроводов в «пиковый» период. Однако в на-
стоящее время практически отсутствуют промышленные образцы по-
требителей СПГ, промышленная инфраструктура получения, хранения
и использования СПГ Имеются только отдельные эксперименталь-
ные установки для его получения, построенные по достаточно неэф-
фективным термодинамическим схемам, и средства его потребления.
Создание образцов техники, потребляющих СПГ, и наземной инфра-
структуры его использования должно осуществляться одновременно
С учетом комплекса потребительских свойств, возможностей
производства, технико-экономических показателей и реальных воз-
можностей в условиях ограниченного финансирования внедрение
СПГ в хозяйство страны целесообразно осуществлять поэтапно,
начав с авиационной, ракетно-космической техники и железнодо-
рожного транспорта. На базе созданной инфраструктуры и отрабо-
танных образцов техники появится возможность внедрения СПГ
и в другие отрасли промышленности и сельского хозяйства.
Деятельность по внедрению СПГ в сельскохозяйственное про-
изводство должна начинаться с экспериментального района с комп-
лексным внедрением этого горючего для работы различных машин
и механизмов, а также для улучшения жизни людей.
В связи с приоритетным развитием Восточной Сибири и Даль-
него Востока при создании авиации на СПГ появится реальная воз-
можность снизить цены на перевозки людей и грузов в эти районы,
что не может не сказаться на развитии экономики страны в целом.
Прогноз развития различных отраслей хозяйства страны на базе
СПГ показал, что потребности в этом горючем могут быть удовлет-
ворены путем создания двух типоразмеров установок: производи-
тельностью 0,8...! т/ч и 10...12т/ч.
При этом установки производительностью 0,8...1т/ч целесооб-
разно создавать на базе ГРС и АГНКС с детандером, а производи-
тельностью 10... 12 т/ч — на базе холодильного цикла на смесях уг-
леводородов в блочно-модульном исполнении с возможностью
тиражирования. Не исключено также создание на базе АГНКС ус-
тановок получения СПГ производительностью 2,5.. Зт/ч.
Создание таких установок позволит разместить их в районах
потребления СПГ с забором природного газа от магистральных тру-
бопроводов или отводов от них, практически исключив перевозки
этого горючего по стране и разгрузив железные дороги, что чрезвы-
чайно важно.
249
Крупные установки получения СПГ (заводы) должны создаваться
в основном для экспорта продукции. Они должны выполняться по
современным термодинамическим схемам с минимальными затрата-
ми энергии на получение единицы продукции (модернизированный
цикл Клименко—Прико) и низкой стоимости. Первый такой завод
в России создается в настоящее время на Сахалине (проект «Саха-
лин-П»).
Создание производства и использование СПГ в хозяйстве стра-
ны являются технически и экономически целесообразными, они
позволят поднять авиационно-космическую технику, энергетику,
транспорт и сельскохозяйственное производство на новый, более
высокий уровень, удешевить работу транспорта. При этом на стадии
внедрения СПГ необходимо принять соответствующие законода-
тельные акты, пропагандировать этот вид топлива, создать благо-
приятное общественное мнение. Немаловажно, что создание средств
получения СПГ позволит исключить форс-мажорные обстоятель-
ства, связанные по тем или иным причинам с отключением газо-
снабжения по магистральным трубопроводам и их отводам.
Вопрос внедрения СПГ в промышленность России не является
новым. Еще в 1986 г. была создана и испытана опытно-промышлен-
ная партия автомобилей на СПГ (90 грузовых автомобилей и 3 ав-
тобуса). Впервые в мире в 1988—1989 гг. полетами самолета Ту-156
с двигателями НК-88 на СПГ была доказана реальность создания
криогенной авиации. Проверена эффективность работы тепловозов
на этом топливе. К сожалению, после этих успехов работы по внед-
рению СПГ как топлива велись лишь энтузиастами, и последние
10—15 лет являются, по существу, потерянными. Нельзя допустить,
чтобы и следующее десятилетие было потеряно.
Внедрение СПГ в хозяйство страны обеспечит существенное ос-
лабление дефицита топлива в рамках общей стратегии развития
топливно-энергетического комплекса страны, повысит рентабель-
ность при эксплуатации оборудования, снизит стоимость, снимет
многие экономические проблемы и будет социально значимым ме-
роприятием.
Возможно, решение этой проблемы в деле обеспечения нацио-
нальной безопасности, развития народного хозяйства, создания об-
разцов новой техники сыграет такую же роль, как переход от порш-
невой авиации к реактивной, а в психологическом плане для людей
будет аналогично переходу от примусов и керосинок к газовому
топливу.
Список литературы
1.	Пресс-релиз ОАО «Газпром» «АГЗК+АТ». 2004. № 6 (18).
2.	Архаров А.М., Кунис И.Д. Криогенные заправочные системы стартовых ра-
кетно-космических комплексов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.
3.	Технические условия ТУ 51-03-03-05 «Газ горючий природный сжижен-
ный. Топливо для двигателей внугреннего сгорания». СПб.: ГИПХ, 1980.
4.	Технические условия ТУ 021 00480689-96 «Газ горючий природный сжи-
женный. Топливо для ракетной техники». СПб.: ГИПХ, 1996.
5.	Правила безопасности при проектировании систем приема, хранения,
заправки и газификации сжиженного природного газа на объектах потре-
бителя (вторая редакция): Проект / ЗАО «Сигма-Газ», ЗАО «Крионорд»,
РНЦ «Прикладная химия» и др. СПб., 2002.
6.	Энциклопедия газовой промышленности. 4-е изд. М., 1994.
7.	Стандарт EN 1160 «Установки и оборудование для сжиженного природно-
го газа. Основные характеристики СПГ». Великобритания.
8.	Кириллов Н.Г. Сжиженный и компримированный природный газ // Нефть-
ГазПромышленность. 2006. № 2 (22).
9.	Применение СПГ и КПГ на автомобильном и речном транспорте: Ана-
литический обзор. СПб.: ЗАО «Крионорд», 2004.
10.	Акулов Л.А. Установки и системы низкотемпературной техники. Ожижение
природного газа и угилизация холода сжиженного природного газа при
его регазификации. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та низкотемпературных
и пищевых технологий, 2006.
11.	Коротаев А.С., СамойловЛ.П. Использование криотоплив в космической
технике // Применение криогенных топлив в перспективных летательных
аппаратах: Сб. докл. на VI Науч. техн. конф. М.: ВВИА им. Н Е. Жуков-
ского, 2000.
12.	Афанасьев И. Работы по метановым двигателям // Новости космонавтики.
2007. № 7.
13.	Морозов М.А. Применение охлажденного СПГ с целью повышения его
эффективности // Применение криогенных топлив в перспективных ле-
тательных аппаратах: Сб. докл. на VI Науч.-техн. конф. М.: Изд-во ВАТУ,
2002.	/
14.	Исследование проблемных вопросов создания наземной инфраструкту-
ры для обеспечения заправки PH сжиженным природным газом. Отчет
251
по НИР / ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина». Инв. КБОМ № 1-023/04.
М„ 2004.
15.	Расчет режимов работы установки СПГ, оптимизация состава смеси, расчет
свойств смеси, разработка программы экспериментальных исследований: Отчет
по НИР / ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина». Инв. № 1-023/00. М., 2000.
16.	Каримов А.Х. Криогенная авиация: реальность и перспективы: Материалы
III Научно-технической конференции ВВИА им. Н.Е. Жуковского. М.,
1996.
17.	Гущин С.А., Резников М.Е. Предварительная оценка потребностей заправки
и допустимой стоимости криотоплив для реальных самолетов различных
типов: Материалы Н1 Науч.-техн. конф. ВВИА им. Н.Е. Жуковского.
М., 1996.
18.	Пресс-релиз ОАО «Туполев» «Авиационная криогенная программа». 1994.
19.	Развитие авиационной, аэрокосмической и другой транспортной техники
(проект): Федеральная целевая программа. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковско-
го, 1999.
20.	Газификация с/х производства, в том числе с использованием СПГ:
Проект/ ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина». ИНУК 700200.001. Инв.
№7021-7029. М., 1992-1993.
21.	Перец В.В. Использование технологий криогенной авиации для других
видов транспорта: Материалы V Науч.-техн. конф, в ВВИА им. Жуков-
ского. М., 2000.
22.	Самойлов Л. Н., Нестеров В.М. Использование криогенных топлив в совре-
менной ракетно-космической технике (РКТ) России // Применение крио-
генных топлив в перспективных летательных аппаратах. Сб. докл. на
VI Науч.-техн. конф. М.: Изд-во ВАТУ, 2002.
23.	Технико-экономическое обоснование эффективности перевода тепловоз-
ной тяги на СПГ: Отчет по НИР. Ростов н/Д: Криотрансэнерго, 1998.
24.	Материалы симпозиума «Альтернативная энергетика для транспортных
средств». М., 1995.
25.	Предложения по развитию производства с использованием СПГ в Рос-
сийской Федерации с технико-экономическим анализом /ФГУП «КБОМ
им. В.П. Бармина»; ВНИИГАЗ; ГИАП. Инв. № 3-023/00. М., 2000.
26.	Ходорков И.В., Дементьев В.В., Флегонтов И. Освоение СПГ как универ-
сального горючего XXI века — национальная задача России // Криогенные
технологии и оборудование. Перспективы развития: Сб. докл. наМежду-
нар. науч.-практич. конф. М.: ООО «Выставочная компания “Мир-экс-
по”», 2004.
27.	Сердюков С.Г., Ходорков И.Л., Борискин В.В. К Российской программе
газификации на основе сжиженного природного газа (СПГ) «Сжиженный
природный газ — моторное топливо». Вып. 1. СПб.: Изд-во ОАО «Газ-
пром»; ДП «Лентрансгаз», 1998.
252
28.	Гречнева Е.А. Комплекс по производству СПГ на ГРС и его использование
для газификации отдаленных регионов и перевода автотракторной техни-
ки на газомоторное топливо // Криогенные технологии и оборудование
Перспективы развития: Сб. докл. на Междунар. науч.-практич конф. М.:
ООО «Выставочная компания “Мир-экспо”», 2004.
29.	Иванцов О.М., Двойрис АД. Низкотемпературные газопроводы. М.: Недра,
1980.
30.	Создание криогенных установок на основе дроссельных циклов на смесях:
Отчет по НИР / МЭИ, ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина». М.: Изд-во
МЭИ, 1994.
31.	Изучение фазовых равновесий в многокомпонентных смесях (углеводоро-
ды и примеси): Отчет по НИР / ФГУП «КБОМ им. В.П. Бармина», МЭИ.
М.: Изд-во МЭИ. 1993.
32.	Разработка технических предложений по созданию установки сжижения
природного газа производительностью 2—3 т/час. М.: Изд-во ТОО «Кри-
он», 1992
33	Исследование вопросов производства и использования СПГ в качестве
альтернативного топлива в различных отраслях народного хозяйства /
Инв. № 11—23/94. М.: Изд-во «Крион», 1993.
34.	Разработка технических предложений по созданию установки ожижения
природного газа производительностью 2—3 т/час: Отчет по НИР / ТОО
«Крион». Инв. № 11—28/92. М.: Изд-во «Крион», 1992.
35.	Исследование проблемных вопросов создания наземной инфраструктуры
СПГ / ФГУП «КБОМ им В.П. Бармина», ООО «Контех-Крио Гос. per.
№ У86506. М., 2005.
36.	Davis J.A., Rodewald N., Kurata F. Solid-liquid-vapor phase behaviour of the
methane-carbon dioxide system // AJChE j. 1962. Vol. 8
37.	Kohn J.A., Kurata F. Heterogenious phase eguilibria of metane-hydrogen sulfide
system // AlChE j. 1958. Vol. 4.
38	Jensen R.H., Kurata F. Heterogenious phase behaviour of carbon dioxide in light
hydrocarbones at cryogenic temperatures//AlChE j. 1972 Vol. 17.
39.	Горбачев С.П., Жердев A.A., Славин MB. Влияние недогрева сжиженного
природного газа на длительность заправки бортовой транспортной систе-
мы И Вестник МГТУ им. Н Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». Спец-
выпуск «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирова-
ния и жизнеобеспечения», 2005.
40.	Исследование особенностей работы вакуумных систем охлаждения крио-
генных жидкостей: Отчет по НИР / ОАО «Криогенмаш» // Балашиха,
1972.
41.	Пожарная безопасность, взрывоопасность: Справочник. М.: Химия, 1987.
42.	Боярский М.Ю. Основы расчета фазовых равновесий в многокомпонент-
ных смесях. М.: Изд-во МЭИ, 1984.
253
43.	Боярский М.Ю., Ходжаев Д.И. Расчет точек кипения многокомпонентных
смесей с ограниченной растворимостью в жидкой фазе. Вып. 622. М.:
Изд-во МЭИ. 1984.
44.	Rehiai R., Scurlock R.G., Rest A.J. // Adv. Criog. Eng. 1984. Vol. 29.
45.	Sweangen J.S. Turboexpander and Process that use item // Chem. Eng. 1972.
Vol. 68. N 7.
46.	Клименко А.П. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра, 1974.
47.	Результаты опытной транспортировки СПГ и рекомендации по осуществ-
лению международных перевозок СПГ в автозаправщиках»: Отчет / НТЦ
«Прикладная химия». Инв. № 78—88. СПб., 1988.
48.	V.L.McGrew, D.I.Buskizk, H.F. Brade and Leeds Evolution of Liquid Methane
storage and Transfer Problems in supersunic aircraft. NASA CR-72952, 1971.
49.	Технике-экономические предложения по разработке комплекса сооруже-
ний по производству и хранению СПГ для использования в авиации.
Отчет по НИР / ЦНИИпроектстальконструкция. П48-8550 ЦПСК. М.,
1992.
50.	Дементьев В.В. Сжиженный природный газ (СПГ) — универсальное топ-
ливо XXI века // Автогазозаправочный комплекс. 2002. № 4. С. 52—55.
51.	Оборудование для сжиженного природного газа (СПГ). Общие технологи-
ческие требования при эксплуатации систем хранения, транспортирования
и газификации». ВРД 39-1.10-064-2002. М.: ОАО «Газпром», 2002.
52.	Каганер М. Т. Тепловая изоляция в технике низких температур. М.: Маши-
ностроение, 1966.
53.	Филин Н.В., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. М.: Машино-
строение, 1978.
54.	Беляков В.П. Криогенная техника и технология. М.: Энергоиздат, 1982.
55.	Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ. М.:
Мир, 1998.
56.	Горение и взрыв природного газа: Отчет по НИР / ГИПХ. СПб., 1990.
57.	Рекомендации по безопасности обращения с СПГ. Материалы фирмы
CH-IV Corporation. Великобритания, 1997.
58.	Kuebler G.P., McKinley С. Solubility of solid и-butane and n-pentane in liquid
methane //Adv. in Gryod. Eng. 1976. Vol. 21.
59.	Общие правила взрывобезопасное™ для взрывоопасных химических, неф-
техимических и нефтеперерабатывающих производств. М.: Металлургия,
1988.
60.	Флегонтов Н.С. Достоинства и преимущества использования СПГ на
железнодорожном транспорте, задачи по их реализации в перспективных
проектах: В сб. «Сжиженный природный газ — моторное топливо». СПб.:
ДП «Лентрансгаз», 1998.
61.	Козырев В.К. Морская перевозка сжиженных природных газов. М.: Транс-
порт, 1986.
254
62.	Методика оценки риска, связанная с авариями при производстве, хране-
нии, использовании и транспортировке больших количеств взрывоопас-
ных и токсичных веществ: Материалы фирмы TNO. 1998.
63.	Правила безопасности при проектировании и эксплуатации систем при-
ема, хранения, заправки и газификации сжиженного природного газа на
объектах потребителя: Проект. СПб.: ЗАО «Сигма-Газ», 2002.
64.	Материалы международного симпозиума «Альтернативная энергетика для
транспортных средств». М., 2000.
65.	Фаджиамо А Извлечение и получение тяжелых углеводородов из посту-
пающего на завод СПГ природного газа Компания «Притгард», 1973.
Научное издание
Бармин Игорь Владимирович
Кунис Илья Давидович
Сжиженный природный газ
вчера, сегодня, завтра
Редактор МК Петросян
Технический редактор Э.А. Кулакова
Художник Н.Г. Столярова
Корректоры О. В. Калашникова, Г. С. Беляева
Компьютерная графика О.В. Левашовой
Компьютерная верстка И.Д. Звягинцевой
Оригинал-макет подготовлен
в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 77.99.60.953.Д.003961.04.08 от 22.04.2008 г.
Подписано в печать 25.12.08. Формат 60 х 90/16. Усл. печ. л. 16.
Тираж 750 экз. Заказ № 11
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
E-mail: press@bmstu.ru
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5
Отпечатано с диапозитивов в ГУП ППП «Типография «Наука»
121099, Москва, Шубинский пер., 6