Создание инфраструктуры для эксплуатации газотурбовозов на Свердловской железной дороге

Создание инфраструктуры для эксплуатации газотурбовозов на Свердловской железной дороге

Д.Д. Гайдт,

генеральный директор ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», И.О.Набойченко,

главный инженер Свердловской железной дороги, к.т.н., Л.А. Ежевская,

ведущий научный сотрудник Уральского отделения ОАО «ВНИИЖТ», член-корреспондент Российской Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, к.т.н.

Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» до 2030 г. предусматривает постепенное замещение дизельного моторного топлива на тепловозной тяге сжиженным и компримированным природным газом (СПГ и КПГ).

Создание в 2008 г. магистрального газотурбовоза ГТ-1 мощностью 8,3 МВт (рис. 1) и результаты проведенных в 2009 г. его эксплуатационных испытаний позволяют в значительной степени приблизиться к решению поставленной задачи. С помощью этого нового вида тягового подвижного состава можно осуществлять на равнинных профилях вождение

тяжеловесных составов массой до 15 тыс. т. Наиболее перспективным для эксплуатации газотурбовозов является неэлектрифицированный северный полигон Свердловской железной дороги, совмещенный с полигонами Ямальской железнодорожной компании, Северной железной дороги проектом «Урал-Промышленный, Урал-Полярный». Для этого в этом регионе

Рис. 1. Грузовой газотурбовоз ГТ-1 на СПГ разработки ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт»

имеются все необходимые условия: равнинный профиль, большие объемы перевозимых грузов, наличие в регионе дешевого природного газа, а также производственные мощности, на базе которых имеется возможность развернуть производство СПГ (Сосногорский ГПЗ, Ново-Уренгойский ГХК, Тобольский ГЗХ, проектируемый завод по производству СПГ для Бованенковского и Харасавэйского месторождений).

В газотурбовозе ГТ-1, работающем на СПГ, соединены самые прогрессивные решения разных отраслей промышленности РФ: локомотиво-строения, авиастроения, криогенной техники, микроэлектроники. С созданием такого локомотива был решен ряд вопросов отечественного перспективного локомотивостроения:

в одном кузове в пределах габаритов подвижного состава реализована мощность более 8 МВт;

снижена трудоемкость ремонта и обслуживания силовой установки (по сравнению с поршневыми, газотурбинный двигатель на СПГ имеет меньшее количество деталей, более ремонтопригоден и долговечен в эксплуатации, не требует большого количества масла, не содержит поступательно движущихся частей);

используется альтернативное моторное топливо СПГ, цена которого в два раза ниже цены дизельного топлива, что позволило добиться экономической эффективности от применения газотурбовоза.

Опыт прежнего столетия по строительству газотурбинных локомотивов показывает, что при явных преимуществах по конструкции газотурбинные локомотивные установки имели удельный расход дизельного моторного топлива на единицу мощности в 1,8-2 раза выше, чем поршневые. При использовании более дешевого газо-

Рис. 2. Предполагаемый полигон опытной эксплуатации газотурбовоза ГТ-1 на СПГ на участке Свердловск-Сортировочный - Полевской

моторного топлива газотурбовоз может успешно конкурировать в сфере эксплуатационных расходов с современными поршневыми локомотивами на дизельном моторном топливе.

специалисты ОАО «Уралкриомаш», Уральского научно-технологического центра «Электронная техника», Уральского отделения «ВНИИЖТ» поделились своими знаниями и опытом со специалистам, эксплуатирующими железнодорожную технику.

Были подробно изучены вопросы конструкции, особенности эксплуатации, ремонта и обслуживания криогенной топливной системы, а также газотурбинного двигателя НК-361. Кроме технических сведений, слушатели курса получили знания, накопленные десятилетиями, в области

организации системы защиты от воздействия вредных факторов нового вида моторного топлива, порядка действий в чрезвычайных ситуациях, а также работы автоматики систем защиты газотурбовоза ГТ-1.

Неотъемлемой частью системы эксплуатации любого инновационного транспортного средства является создание инфраструктуры производства и заправки. Свердловская железная дорога, ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», ОАО «Уралкриомаш» решают эту важную задачу комплексно. Для обеспечения опытного газотурбовозов и маневровых тепловозов качественным газомоторным топливом в районе ГРС-4 (г. Екатеринбург) был построен комплекс для сжижения природного газа (рис. 3).

В состав данного комплекса входят оборудование для сжижения, очистки, осушки СПГ и площадка для заправки газотурбовоза.

Вопросам очистки природного газа было уделено особое внимание, так как первые отказы в работе топливной системы газотурбовоза были связаны с засорением фильтров применявшимся при проведении испытаний сжиженным природным газом, который не соответствовал требованиям ГОСТ.

Заправка только на одном действующем комплексе по производству СПГ в ряде случаев затрудняет экс-

Опытная эксплуатация первого газотурбовоза на СПГ планируется на участке Свердловск-Сортировочный - Полевской, который обслуживает локомотивное эксплуатационное депо Свердловск-Сортировочный (рис. 2).

Комплекс вопросов, связанных с обеспечением «жизнедеятельности» газотурбовоза, созданного на стыке ведущих отраслей промышленности, очень широк. Он включает вопросы подготовки и аттестации локомотивных и ремонтных бригад, а также административно-управленческого персонала по работе с СПГ. Такое обучение было проведено на базе учебного центра ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», где квалифицированные преподаватели центра,

Рис. 5. Предполагаемое расширение полигона работы газотурбовозов ГТ-1 в 2012-2013 гг.

плуатационную работу, поэтому была предусмотрена оперативная заправка СПГ на территории локомотивного депо с помощью передвижных контейнер-цистерн КЦМ-35/06 (рис. 4).

Контейнер-цистерны КЦМ-35/06 производства ОАО «Уралкриомаш» сертифицированы для транспортировки СПГ железнодорожным, морским и автомобильным транспортом. Сжиженный природный газ может храниться в них в течение 30 сут.

Для заправки СПГ была выбрана площадка и подобрано оснащение для безопасного ведения работ. В настоящее время ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и Уральское отделение «ВНИИЖТ» разработали технологию оперативной заправки СПГ и необходимые меры безопасности при выполнении экипировочных работ.

Такая площадка является базовой для экипировочных площадок в оборотных локомотивных депо.

Перевозка контейнер-цистернами СПГ является составной частью обеспечения природным газом и при расширении парка эксплуатируемых газотурбовозов Урало-Сибирского региона. Так, например, в

2012-2013 гг. планируется увеличить количество газотурбовозов до трех единиц и освоить полигон эксплуатации Тюмень - Сургут - Коротчаево - Нижневартовск. Для заправки газотурбовозов инфраструктура разрастется по схеме, приведенной на рис. 5.

Дополнительно к комплексу по производству СПГ на ГРС-4 потребуется ввести комплекс по производству СПГ производительностью 30 т/ч, размещенный в районе ст. Сургут с площадкой для экипировки.

Проведенные расчеты показывают, что для обслуживания существующего объема железнодорожных перевозок экипировочные площадки должны быть созданы на станциях Коротчаево и Тюмень, куда СПГ будет доставляться железнодорожными контейнер-цистернами.

На этапе массового освоения газотурбиной тяги на СПГ (период 2014-2020 гг.) в регионе Тюмень - Сургут - Коротчаево - Нижневартовск необходимый парк газотурбовозов достигнет 50 ед. Возможности использования газотурбовозов типа ГТ-1 таковы, что масса поезда может достигать 15 тыс. т, что подтверждено опытными поездками на эксперимен-

тальном кольце «ВНИИЖТ» и Московской железной дороги. При этом возрастающий объем железнодорожных перевозок может быть освоен без увеличения числа пар поездов, как показано на рис. 6.

Сеть комплексов по производству СПГ должна будет пополниться еще одним комплексом производительностью 20 т/ч на ст. Тюмень, а сеть экипировочных площадок - площадкой на ст. Нижневартовск.

Таким образом, локомотивы тех регионов, где добываются нефть и газ, могут быть мощным потребителем природного газа. Это полностью соответствует концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г., утвержденной В.В. Путиным в ноябре 2008 г. распоряжением № 1662-р (разд. 6. «Развитие энергетической инфраструктуры и повышение энергоэффективности экономики», гл. V. «Повышение национальной конкурентоспособности»), где в частности записано, что одним из приоритетных направлений развития нефтегазового комплекса станет стимулирование использования природного газа в качестве моторного топлива.

Значительную перспективу получают при этом промышленные предприятия Урала, выпускающие подвижной состав для транспортировки СПГ, так как даже при развитии комплексов по производству СПГ существенная часть газомоторного топлива будет доставляться железнодорожными цистернами. При этом экономически выгодным и технологически целесообразным является модульно-картриджный способ заправки, предложенный специалистами Свердловской железной дороги и ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», описанный в журнале «Транспорт на альтернативном топливе» № 4 2008 г.

Кроме развития заправочных комплексов СПГ и экипировочных площадок, важной частью инфраструктуры является также создание и оснащение ремонтной базы локомотивов, в которой соединены достижения раз-

Рис. 6. Перспективное развитие полигона работы газотурбовозов ГТ-1 на участке Тюмень - Сургут - Коротчаево - Нижневартовск при массовом внедрении газотурбинной тяги

личных отраслей отечественной промышленности.

Как же решают эту проблему специалисты Свердловской железной дороги, ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и предприятий промышленности?

Основным принципом в этой области является специализация по отдельным отраслям техники, увязанная в систему планово-предупредительного ремонта, основные характеристики которой заложены в эксплуатационной документации газотурбовоза, разработанной ОАО «Научно-исследовательский и конс-трукторско-технологический институт» (ОАО «ВНИКТИ»).

Газотурбинный двигатель НК-361 имеет определенный ресурс эксплуатации до выполнения планового заводского ремонта. В этом его значительное преимущество перед поршневыми двигателями. Если возникает необходимость в ремонте двигателя, то его снимают с газотурбовоза, укладывают в специальный ложемент и транспортируют на завод-изготовитель СНТК им. Н.Д. Кузнецова.

Криогенная емкость для хранения СПГ рассчитана на период эксплуа-

тации в течение 20 лет и не требует каких-либо ремонтных работ, кроме проверки внешнего оборудования. Другое криогенное оборудование (криогенный насос и защитно-регулирующая аппаратура) предполагается ремонтировать на специализированных заводах ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург».

Ремонт и обслуживание электронной аппаратуры находятся под контролем ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-техно-логический институт» (г. Коломна). Ремонт и обслуживание тяговых двигателей, генераторов, экипажной части, кузовного оборудования, созданного на базе электровоза ВЛ15, являются специализацией локомотивного депо Свердловск-Сортировочный.

Отремонтированные и собранные воедино узлы газотурбовоза в базовом депо Свердловск-Сортировочный планируется настраивать на реостате. Для этого в настоящее время реконструируется реостатная станция, мощность которой будет доведена до 8,5 МВт. При этом используется техническое решение, описанное в литературе еще в середине прошлого века: плюсовые и минусовые электроды устанавливаются неподвижно на изолирующих элементах верхнего яруса реостатного бака. Изменение токовой нагрузки осуществляется за счет изменения уровня воды в нагрузочном баке. Вода с помощью насосных агрегатов перекачивается из нагрузочного бака во вспомогательный или обратно в зависимости от требуемой нагрузки.

(Щ

Транспорт на СПГ

Неподвижно расположенные пластины позволяют реализовать, как показали испытания Уральского отделения «ВНИИЖТ», при равной площади токи в 1,4 раза большие, чем на реостатах с подвижными пластинами, за счет уменьшения расстояния между электродами, которое ранее было заложено с учетом допуска на раскачивание подвижных пластин. Реостат становится более энергоемким, технологичным, компактным. Путем несложной модернизации можно реконструировать имеющиеся реостаты для повышения их мощности.

Реостатные установки, реализованные по такому принципу, успешно работают в локомотивном депо Сургут Свердловской железной дороги и на ремонтной базе Управления внешнего железнодорожного транспорта ОАО «Ураласбест», где реостат выполнен передвижным (рис. 7).

Путем регулирования количест-

ва перемычек, соединяющих электроды нагрузочного бака, можно устанавливать требуемую мощность реостатной установки, а также выполнять нагрузку секций газотурбовоза по отдельности или совместно в соответствии с программой реостатной настройки, разработанной ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт».

Управление насосами и задвижками реостатной установки выполняется дистанционно с помощью пульта управления. Защита от повышенных токов и токов короткого замыкания осуществляется с помощью подачи питания от датчика тока в силовой цепи в схему реле заземления газотурбовоза.

Реостатные площадки, оборудованные средствами пожаротушения и дегазации систем газотурбовоза, являются составной частью оснащения базовых ремонтных предприятий.

Оборудование после дегазации можно направлять в обычные ремонтные цеха.

При необходимости слива остатков СПГ из криогенной емкости газотурбовоза, например, при аварийном повреждении, криогенная секция газотурбовоза отцепляется и направляется на одно из специализированных предприятий - комплекс по производству СПГ или ОАО «Уралкриомаш», где предусмотрены технологические циклы приема СПГ от объекта эксплуатации.

Такая инфраструктура для обеспечения работы газотурбовозов во многом была обусловлена наличием на Урале специализированных предприятий криогенной техники, мощной промышленной базы ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и оснащенной ремонтной базы ведущего депо Свердловской железной дороги - локомотивного депо Свердловск-Сортировочный.

Требования по подготовке статей к опубликованию в журнале

Редакция доводит до сведения авторов требования, которые необходимо соблюдать при предоставлении статей для публикации.

Все статьи должны обязательно сопровождаться краткими аннотациями и ключевыми словами на русском, а также (по возможности) на английском языках. Материалы статей должны быть представлены на любом электронном носителе в программе WinWord с указанием имени файла и с приложением данного текста в распечатанном виде. Объем статьи - не более 8 стр. формата A4 по 1800 знаков с пробелами на каждой. Всего 14 400 знаков с пробелами.

Представленный текстовый материал с иллюстрациями и таблицами должен иметь сквозную нумерацию. В текстовом материале не должно быть рукописных вставок и вклеек. Статьи, напечатанные на пишущей машинке, не принимаются. Электронный вид статьи должен точно соответствовать материалам на бумажном носителе.

Графический материал должен быть выполнен в формате, обеспечивающем ясность всех деталей рисунков. Формулы и символы должны быть четкими и понятными. Все обозначения в формулах необходимо расшифровать. Нумеруются только те формулы, на которые сделаны ссылки в тексте. Обозначения физических величин и единиц измерений необходимо давать в Международной системе единиц (СИ). Обязательно соблюдение действующих ГОСТов. На электронном носителе текст и рисунки должны быть выполнены в программе Microsoft Word с обозна-

чением файлов шрифтов в формате tif, rtf, doc. Иллюстрации - в формате tif (300 dpi, CMYK), eps, jpg, jpeg, cdr. Отдельно необходимо представить список подрисуночных подписей. Не следует форматировать текст самостоятельно.

При пересылке материалов по е-mail следует сопровождать их пояснительной запиской (от кого, перечень файлов и т.д.). Объемные файлы должны быть заархивированы. При подготовке статей к печати необходимо руководствоваться документами, определяющими правила передачи информации через СМИ.

Статья должна содержать следующие сведения об авторе (авторах): ФИО полностью, должность, ученая степень (если есть), почтовый и электронный адреса, контактные телефоны (служебный, домашний). Авторский коллектив должен указать ответственное лицо, с которым редакция будет вести переговоры в процессе подготовки статьи к изданию. В список литературы включаются источники, на которые есть ссылки в статье. Ссылаться можно только на опубликованные работы. Список литературы составляется в порядке употребления. В нем приводятся следующие сведения: фамилия и инициалы авторов, название работы; для журнала - название, год издания, номер, страницы, на которых размещена статья; для книг - место и год издания, издательство, общее число страниц. Редакция оставляет за собой право редакторской правки и не несет ответственности за достоверность публикации. Все внесенные изменения и дополнения в представленную к изданию статью согласовываются с автором или представителем авторского коллектива.

Принятые для печати в журнале «Транспорт на альтернативном топливе» материалы публикуются на безгонорарной основе.