Перевозка СПГ сухопутным транспортом

Первые автомобильные перевозки сжиженного природного газа в США относятся к середине 60-х годов. В это время еще не было создано специальных конструкций автомобильных цистерн, предназначенных для транспортировки жидких газов. Перевозки носили в основном экспериментальный характер и производились в модернизированных емкостях, сооруженных для перевозок жидкого водорода и азота. Ограничен был также круг потребителей сжиженного газа, которые находились в различных концах страны.

Бурный рост числа потребителей и объема поставок сжиженного газа поставил вопрос о создании специально оборудованных автомобильных цистерн для перевозок большого количества жидкого газа. При разработке конструкции емкостей необходимо было учесть ряд условий, например уложиться в рамки установленных габаритов для прицепа с тягачом. В связи с этим максимальная длина автомобиля с прицепом должна была составлять не более 12,2 м, ширина – 2,44 м.

Принимали во внимание также тип перевозки. В этом случае учитывали маршрут трассы, а также, являются ли поставки транзитными или предназначены для одного потребителя. Кроме всего этого, конструкция автомобиля для перевозок сжиженного газа должна утверждаться Министерством транспорта. Первые автоцистерны для перевозок сжиженного газа были ограничены как в габаритах, так и в весе.

С того времени, как были установлены ограничения в весе и габаритах автоцистерн для перевозки жидких газов, предпочтение стали получать цистерны с повышенным рабочим давлением, более 2,8 кг/см². Применение их дало возможность производить слив жидкого газа без использования специальных откачивающих насосов. Однако автомобильные перевозки сжиженнсго газа оставались малоэкономичными, так как легко воспламеняющиеся и взрывоопасные криогены требовали установки дорогостоящего оборудования, а также наличия средств борьбы с пожарами.

Один из главных факторов, которые необходимо разрешить, — определение оптимальности рабочего давления в цистерне. С учетом накопленного опыта эксплуатации наиболее приемлемым оказалось давление примерно 4,9 кг/см².

Сжиженный газ используется как для покрытия пиков неравномерности газопотребления, так и в качестве буферного топлива и сырья в случае временного отключения газопровода.

При автомобильных перевозках сжиженного газа большое внимание уделяется обеспечению их взрывобезопасности и системам контроля при сливе, наливе и транспортировки газа. На цистерне устанавливают два манометра, по которым водитель контролирует давление в емкости во время перевозок. Датчик уровня жидкости, типа дифференциального манометра, откалиброван в дюймах вод. ст. На блоке трубопроводов цистерны имеется таблица перевода показаний дифманометра в галлоны и тыс.куб.футов. Предусмотрена система дистанционного контроля за заполнением и опорожнением емкости.

При сливе жидкого газа часть его пропускается через регазификатор, после чего возвращается в цистерну. При этом оператор ведет постоянный контроль за давлением в цистерне, доводит его до заданной величины, после чего открывает краны и сливает жидкий газ.

Ряд компаний широко внедряет вычислительную технику в практику организации поставок. В частности, разработана программа расчета графика проведения планово-профилактического ремонта автомобилей дня транспортировки сжиженного газа.

При конструировании автоцистерн для СПГ целесообразно учесть опыт, накопленный при конструировании цистерн для перевозок других жидких газов – водорода, азота, кислорода, аргона.

Исследования показали, что перевозка СПГ в железнодорожных цистернах весьма выгодна.

Железнодорожные перевозки жидкого кислорода, азота, аргона ведутся уже давно. По конструкции железнодорожные цистерны для жидких газов почти такие же, как и автомобильные.

Довольно широко применяется в США перевозка в железнодорожных цистернах жидкого этилена.

Надежная тепловая изоляция транспортных средств для СПГ от окружающей среды обусловлена тем, что температура окружающего воздуха на 200°С выше температуры перевозимой жидкости. Тепловая изоляция уменьшает потери от испарения. Кроме того, недопустимо по правилам техники безопасности бесконтрольное испарение газа во время перевозки. Хорошая изоляция является залогом экономически оптимальных условий транспортировки криогенных жидкостей.

Изоляция первых транспортных цистерн производилась путем заполнения порошком, например диатомитом или карбонатом магния, изоляционного пространства. Существует способ изолирования емкости порошком под вакуумом. Эффективность изоляции за счет создания вакуума в изоляционной полости между наружной оболочкой и внутренней стенной цистерны увеличилась в 10 раз. Теплопроводность этой изоляции составляет около 10^-3 ккал/м·ч·°С. Кроме того, вакуумная изоляция обладает следующими преимуществами: уменьшается толщина тепловой изоляции; при заданном максимальном диаметре цистерны увеличивается емкость последней за счет роста диаметра ее внутреннего бака, толщина стенки внутреннего бака цистерны может быть небольшой из-за малого повышения давления во время транспортировки в газовом пространстве над перевозимой жидкостью.

Наружная оболочка.цистерны рассчитывается на атмосферное давление. Размеры этой оболочки, представляющей из себя цилиндрический бак с большим моментом сопротивления, позволяют использовать ее как шасси самонесущего седельного полуприцепа.

Опыт показывает, что цена цистерны с вакуумной порошковой изоляцией лишь немного выше, а иногда даже ниже, чем цистерна, изолированной только порошком.

С целью обеспечения долговечности вакуумной порошковой изоляции необходимо проведение контрольных испытаний при изготовлении оболочки цистерны. Контрольные испытания включают испытание ультразвуком цилиндра и днищ, исследование под рентгеном сварных швов и обнаружение утечки с помощью гелия посредством масс-спектрометра как внутренних, так и наружных стенок цистерны, а также трубопроводов, смонтированных между обеими цистернами.

В ФРГ сконструировано два различных типа автомобилей-цистерн для дорожного транспорта сжиженных газов. Один из них состоит из тягача и седельного прицепа-цистерны и рассчитан на перевозку 18 тонн жидкого азота. Эти седельные автопоезда-цистерны используются на маршрутах между производственным центром и переливными станциями или же крупными потребителями.

Транспортировку жидкого газа с переливной станции к различным потребителям производят в так называемых разводных автоцистернах с полезным грузом 6,6 тонн.

Показатель надежности теплоизоляции характеризуется теплотой парообразования, измеренной у выходящих газов без давления с наполнением жидким азотом. Для производственного использования существенным является тот факт, что прирост давления во время езды за счет испарения жидкости в паровом пространстве внутренней цистерны при закрытых клапанах значительно ниже 0,05 кг/см²/ч.

Нагрузки, возникающие во время движения, в особенности у шарнирных соединений рамной неcущей системы,подвергались испытаниям на статическое и динамическое напряжение – удлинение.

Железнодорожные вагон-цистерны для транспортировки криогенных жидкостей эксплуатируются с давних пор. В таблице представлены характеристики железнодорожного вагона (исполнение 1) и вагона-цистерны (исполнение 2) для транспортировки жидкого метана. Обе вагон-цистерны изолированы вакуумной порошковой изоляцией.

Арматура на вагон-цистерне для перевозки жидкого метана такая же, что и на автоцистернах дорожного транспорта. На железнодорожных цистернах не предусмотрен центробежный насос. Опорожнение происходит за счет статического избыточного давления или стационарным насосом, который откачивает из цистерны жидкий метан.

Транспортировка жидкого газа в вагон-цистернах по железной дороге имеет преимущества в отношении транспортных расходов при доставке достаточно больших количеств жидкого газа на расстояние свыше 400 км в течение длительного времени.

Иногда криогенная жидкость газифицируется прямо из автоцистерны. Жидкий азот откачивается специальным агрегатом, состоящим из поршневого насоса и испарителя, и питает газопровод. Такого рода устройства хорошо оправдали себя при ремонтах трубопроводов.

Седельный тягач-автоцистерна для перевозки жидкого природного газа с 1965 г. эксплуатируется в ФРГ. Он транспортирует природный газ с атлантического побережья Франции в северную Швейцарию на расстоянии 1000 км. В зависимости от исходного состояния транспортируемого жидкого газа и температуры воздуха во время перевозки давление в цистерне составляло от 0,4 до 0,5 кг/см² в течение 100 ч, что доказывает возможность перевозки без потерь даже на дальние расстояния.

Максимально возможное количество СПГ, транспортируемое седельным тягачом с прицепом, 12,5 тонн. Этот вес ограничивается максимально допустимыми габаритами единиц подвижного состава дорожного транспорта ФРГ.

В таблице приведены данные, характеризующие тягачи-автоцистерны для перевозки сжиженного природного газа, находящиеся в эксплуатации в ФРГ с 1965 года.