Журнал «Агротехника и технологии»
На Владимирской МИС выяснили, сможет ли метан использоваться в качестве альтернативного вида топлива в агрохозяйствах
В настоящее время аграриями предпринимаются активные меры по сокращению затрат на выращивание сельхозпродукции. Одна из них — снижение количества используемого «горючего»: бензина и дизельного топлива, цена на которое постоянно растет. По этой причине во всем мире (и наша страна не исключение) ведутся работы по поиску способов применения альтернативных видов топлива для техники. Сотрудники Владимирской МИС выяснили, сможет ли метан использоваться в качестве альтернативного вида топлива в агрохозяйствах.
В качестве альтернативных топливу из нефти рассматриваются: природный газ метан (СН4), сжиженные углеводородные газы пропан (С3Н8) и бутан (С4Н10), спирты метанол (СН3ОН) и этанол (С2Н5ОН) и продукты на их основе, биотопливо (рапсовое и подсолнечное масло и др.), водород (Н2) и др.
Целесообразность применения какого-либо вида альтернативного топлива определяется соотношением цен между традиционным и альтернативным топливом, затратами на переоборудование техники, которая будет работать на альтернативном топливе, и наличием инфраструктуры для доставки, хранения и заправки.
Однако на сегодняшний день научно обоснованных практических рекомендаций по использованию того или иного вида альтернативного топлива не разработано. Поэтому хозяйства Нечерноземной зоны вынуждены пользоваться предложениями частных фирм и следовать их советам (естественно, при условии доступности альтернативного топлива).
Максимальное практическое применение среди альтернативного топлива во Владимирской области нашел компримированный природный газ (КПГ) метан. КПГ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) «Метан» путем подготовки и компримирования (сжатия) до давления 20 МПа (200 кг/ см²) природного газа, поступающего по магистральному газопроводу к станции.
КПГ может применяться как газомоторное топливо в двух вариантах. Первый вариант — это использование метана как самостоятельного топлива, второй — использование газа в смеси с дизельным топливом (при этом двигатель работает в газодизельном режиме). Но если в первом случае потребуется специальный трактор с двигателем заводского исполнения, то во втором случае топливо можно получить в хозяйственных условиях, дополнив существующую конструкцию трактора предлагаемым оборудованием для дозированной подачи газа.
Остановимся на втором, наиболее интересующем сельхозтоваропроизводителя варианте, и покажем его плюсы и минусы, полученные Владимирской МИС во время проведения мониторинга и испытаний тракторов такого исполнения.
Метановый эксперимент
В 2004 году ГНУ ВИМ и корпорация «Газпром» создали на базе АПК «Воронежский» (округ Кольчугино Владимирской области) экспериментальную базу по использованию компримированного природного метана в качестве газомоторного топлива в сельском хозяйстве. Здесь была запущена в эксплуатацию первая в Российской Федерации сельская автомобильная газонаполнительная компрессорная станция АГНКС «Метан». В хозяйстве были переведены на газомоторное топливо 3 трактора: К-701, Т-150К, МТЗ-82.1. Двигатели тракторов работали в газодизельном режиме.С целью определения эффективности использования КПГ метана в качестве газомоторного топлива Владимирская МИС в 2005—2006 годах провела испытания газобаллонных тракторов на энергоемких видах работ по обработке почвы (дискование, пахота, щелевание) с полной загрузкой двигателя. В результате испытаний было установлено, что при работе в газодизельном режиме:
- оптимальное фактическое соотношение дизельного топлива и газа в процентах составляет 30:70 соответственно;
- длительность работы в течение смены на энергоемких операциях ограничена объемом заправки газом, требуется двухразовая заправка агрегата;
- приемистость двигателя снижается;
- определена экономическая эффективность по сравнению с серийным трактором, работающим на дизельном топливе.
В 2013—2014 гг. во Владимирской области были запущены в эксплуатацию еще две новые сельские АГНКС «Метан». На этот раз в ПЗ «Илькино» Меленковского района и СПК ПЗ «Шихобалово» Юрьев-Польского района. До пуска станции «Метан» в ПЗ «Илькино» использовался передвижной газовый заправщик (рис.7) вместимостью до 28 000 м³ газа под давлением до 25 МПА (250 кг/см²).
В ПЗ «Илькино» для работы в газодизельном режиме были переоборудованы 5 тракторов марки Беларусь 82.1 (три из них в 2012 году и два — в 2013-м), а в СПК ПЗ «Шихобалово» — 4 трактора: три Беларусь 82.1 и один Беларусь 892.2 (вся техника была переоборудована в 2014 году).
Установку газобаллонного оборудования на энергосредства в ПЗ «Илькино» осуществляла компания «Касимовавтогаз» (г. Касимов Рязанской области), стоимость переоборудования серийного трактора составляла 135 тыс. руб. В СПК ПЗ «Шихобалово» установкой газобаллонного оборудования занималась фирма «Доминант» (г. Москва), стоимость переоборудования составила 160 тыс. руб. за трактор.
В обоих случаях на тракторы устанавливалось однотипное газобаллонное оборудование, состоящее в основном из узлов импортного производства (за исключением газовых баллонов и трубопроводов). Срок эксплуатации тракторов до переоборудования составлял в ПЗ «Илькино» 2-4 года, а в СПК ПЗ «Шихобалово» варьировался от одного года до 14 лет.
Тут необходимо добавить, что для получения максимального эффекта перед установкой газобаллонного оборудования необходимо было провести контроль технического состояния тракторов, основной целью которого является проверка работоспособности топливной системы ДВС. Однако следует отметить, что подготовить должным образом соответствие мощностных и топливно-экономических показателей двигателя трактора нормативной документации в условиях хозяйства из-за отсутствия специального аттестованного оборудования и тормозных стендов не представляется возможным. Для решения таких вопросов необходимо обращаться в специализированные организации.
ГБО (рис. 4), устанавливаемое на трактор, включает в себя: газовые баллоны по 50 л каждый (рис. 1, 2, 3), заправочное устройство с фильтром — 5 (рис. 4), переключатель подачи топлива (в кабине), интегральный многоступенчатый понижающий редуктор с электромагнитным клапаном — 3, рампу инжекторов (дозатор газа) — 2, шаговый двигатель (регулятор подачи дизельного топлива) — 6, форсунки (во впускном коллекторе), датчик положения педали газа — 7, датчик положения распределительного вала двигателя — 1, датчик температуры выхлопных газов (в выхлопном коллекторе), комплект электропроводки с электронным блоком управления (рис. 5).
Место установки газовых баллонов на тракторе фирмами предлагалось разное: на кабине (рис.3), сбоку или сзади трактора.
Определяющими являлись условия будущей эксплуатации и особенности монтажа ГБО. Так, учитывая высоту внутрифермских проходов, монтаж баллонов в ПЗ «Илькино» был произведен в нижней передней части трактора на полураме (рис. 2), а в СПК ПЗ «Шихобалово» — в задней, средней по высоте, части за кабиной на подкрылках колес (рис.1).
Процесс работы двигателя в газодизельном режиме осуществляется по программе, заложенной в электронный блок управления, который отслеживает (контролирует) как задаваемые, так и полученные параметры (положение педали газа, обороты двигателя, температуру выхлопных газов) и в соответствии с полученной информацией задает (регулирует) подачу газа к цилиндрам двигателя по впускному коллектору. Ход рейки топливного насоса для получения запальной дозы регулируется (ограничивается) шаговым двигателем.
Результаты испытаний
С целью влияния на работу ДВС установленного ГБО определены мощностные и топливно-экономические, а также экологические показатели двигателя Д-243 в сравнении с тем же двигателем, работающим в штатном режиме на дизельном топливе.В результате сравнительных стендовых испытаний установлено:
— эксплуатационная мощность двигателя при работе на дизельном топливе получена 57,43 кВт при номинальной частоте вращения 2199 об/мин и удельном расходе топлива 230 г/ кВт/час, что соответствует нормативным данным технических условий на трактор;
— эксплуатационная мощность двигателя при работе на газодизельном топливе составила 60,6 кВт при номинальной частоте вращения 2306 об/мин, расходе дизельного топлива 3,37 кг/час и газа 9,68 кг/час (в процентном отношении 26:74 соответственно).
Исходя из этого, напрашивается простой вывод: переход на газодизельный режим незначительно увеличивает эксплуатационную мощность двигателя, номинальную частоту вращения, а также максимальную частоту вращения на холостом ходу. Однако экологические показатели двигателя с ГБО по дымности в газодизельном режиме в 3,5 раза меньше, чем в дизельном.
Учитывая ограниченность длительности работы на энергоемких операциях из-за объема одной заправки, а также снижение дымности в выхлопных газах, тракторы с ГБО в хозяйствах целенаправленно используются в основном на обслуживании ферм. Например, по одному трактору на погрузке кормов с навешенным погрузчиком, остальные же — в агрегате с кормораздающей техникой. Поэтому с целью определения эффективности использования ГБО в реальных условиях существующих хозяйств были также проведены эксплуатационно-технологические испытания газобаллонного трактора Беларус 892.2 в агрегате со смесителем-кормораздатчиком Delaval MV12.
Эксплуатационные показатели агрегата определялись в режимах, указанных эксплуатационной документацией Delaval MV12. Скоростные режимы выбирались исходя из дорожных условий по маршруту движения. Масса перевозимого корма контролировалась и не превышала допустимых значений. Однако настройка ГБО выполнялась дилером без соответствующего оборудования, «на глазок». В результате испытания показали, что процентное соотношение дизельного топлива и газа получено 36,4:63,6, что указывает на неточную установку дилерами соотношения подачи газа и дизтоплива, что привело к снижению эффекта использования альтернативного топлива. При проверке других агрегатов соотношение газ — дизтопливо достигало 50 на 50.
На основании результатов эксплуатационно-технологической оценки и данных, полученных от специалистов хозяйства, проведены расчеты экономической эффективности эксплуатации трактора Беларус 892.2 с ГБО, работающего постоянно в газодизельном режиме, со смесителем-кормораздатчиком Delaval MV12. Расчет выполнен только с учетом стоимости ГБО и его установки, а также затрат на обучение механизатора (25 тыс. руб.) и его периодической аттестации (раз в три года), а также стоимости проверки одного баллона (4 тыс. руб.). Стоимость АГНКС «Метан» и газопровода не учитывались, потому что станция была установлена бесплатно, а газопровод используется в хозяйстве не только для заправки энергосредств. Из результатов экономического расчета следует:
— за счет более низкой цены на природный газ и значительного снижения расхода дизельного топлива (при фактической пропорции 36,4:63,6) получена годовая экономия себестоимости механизированных работ (на объем работ в хозяйстве) в сумме 287 тыс. руб.;
— годовой приведенный экономический эффект составляет 249 тыс. руб.;
— коэффициент эффективности снижения себестоимости механизированных работ за счет экономии дизельного топлива составил 13%;
— срок окупаемости абсолютных капитальных вложений — менее года.
Таким образом, применение компримированного (сжатого) природного газа метана на тракторах Беларус с ГБО, работающим в газодизельном режиме, экономически целесообразно.
Однако следует принять во внимание недостатки, приобретаемые с установкой ГБО на тракторы Беларус. Важно знать, что трактор с ГБО является объектом повышенной опасности (наличие сжатого газа в баллонах давлением до 20 МПа), а также то, что при работе в газодизельном режиме приемистость двигателя снижается и что установка газовых баллонов в различных вариантах изменяет конструкционные параметры трактора. В числе прочего последнее приводит к увеличению массы трактора, высоты расположения центра тяжести при установке оборудования на крыше кабины и крыльях колес трактора, что, соответственно, уменьшает угол поперечной статической устойчивости.
Например, угол поперечной статической устойчивости при установке газовых баллонов на крышу кабины может соответствовать нормативу (35˚) только при увеличении колеи трактора задних колес до 1870 мм. Баллоны же, установленные на крыше, создают дополнительную нагрузку на защитные конструкции кабины, затрудняют техническое обслуживание фильтра системы вентиляции и отопления. Кроме того, в этом случае затруднен и небезопасен доступ к баллонам, установленным на крыше кабины трактора. А газовые баллоны, установленные сзади кабины и в передней нижней части трактора, снижают параметры обзорности и затрудняют проведение технического обслуживания двигателя (проверка масла в картере двигателя и др.).
Более того, в этом случае установка и, при необходимости, обслуживание и устранение сложных технических отказов осуществляется компаниями с малочисленным персоналом, что приводит к вынужденным длительным простоям (отключению тумблером) газового оборудования (что неоднократно отмечалось в хозяйствах). К тому же более 50% комплектующих ГБО являются импортными (Италия, Украина, Латвия, Китай).
По нашему мнению, если аграрий хочет получать наибольший эффект от использования ГБО на тракторах, ему следует обратиться в специализированные организации, например МИС. Ведь отсутствие диагностического оборудования (стендов для диагностики ТНВД, форсунок и торможения двигателя
