Создание специализированных грузовых вагонов для перевозки технической серы
Создание специализированных грузовых вагонов для перевозки технической серы
Российская Федерация является крупным мировым производителем серы. Сегодня данная продукция выпускается газоперерабатывающими заводами (90%), металлургическими (3,5%) и нефтеперерабатывающими предприятиями (6,5%). Основными производителями газовой серы в России являются Астраханский и Оренбургский газоперерабатывающие заводы. К примеру, в 2003 году суммарный объем выпуска данной продукции на этих предприятиях составил около 6,9 млн т. Нефтеперерабатывающие заводы в настоящее время производят от 0,3 до 0,4 млн т газовой серы в год [5].
Однако внутренний рынок серы в 1990-е годы определялся значительным спадом в промышленном производстве, что привело к падению выпуска данной продукции. Перспективы восстановления и роста потребления серы внутри страны связываются, главным образом, с реализацией федеральной программы развития агропромышленного комплекса и оживлением промышленного производства. С развитием средств транспортировки серы и строительством установок грануляции Россия распространила экспорт почти в 20 стран, вышла в число лидеров и стала вторым в мире экспортером данного сырья.
Проблемы, связанные с возгоранием комовой серы при ее перевозке, и жесткая конкуренция на рынке заставили предприятия, производящие этот продукт, переходить на выпуск серы в гранулированном виде, доля которой в производстве постоянно возрастает. Проектные мощности выпуска гранулированной серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе составляют около 2 млн т, а на Оренбургском - около 1 млн т в год [6].
Вывоз серы с предприятий - производителей серы в России в период навигации производится железнодорожным и речным транспортом в равных долях. Однако зимой перевозка серы осуществляется лишь по железной дороге.
Сера транспортируется в различных состояниях, причем комовая составляет - 74% от всего объема перевозок; гранулированная - 18%; жидкая - 8%. Следует отметить, что перевозка жидкой серы производится только железно-дорожным транспортом в специализированных железнодорожных цистернах.
Техническая сера отсутствует в списке грузов, транспортировка которых согласно Правилам перевозок опасных грузов по железным дорогам допускается в открытом подвижном составе. Однако на практике для доставки комовой и гранулированной серы используются полувагоны. Транспортировка серы в данном подвижном составе осуществляется только по специальному согласованию с РЖД при проведении необходимых подготовительных мероприятий [4].
Из-за проблемы с возможным возгоранием комовой серы были предприняты попытки транспортировать ее в контейнерах из плотного полиэтилена и в вагонах-хопперах, предназначенных для перевозки минеральных удобрений. Опыт оказался положительным, однако возникли проблемы с перевалкой большого объема груза на конечных операциях.
Погрузка 90% всей технической серы, выработанной на российских предприятиях, выполняется грейферными экскаваторами. Всего только 3% данной продукции отгружается посредством дозирующих бункеров. Загрузка серы при помощи грейферов происходит из-за отсутствия передового опыта работы с сыпучими грузами и объясняется нежеланием инвестировать денежные средства в новые перегрузочные терминалы, которые позволили бы значительно повысить производительность, поднять культуру и улучшить экологию производства.
Наиболее совершенные методы погрузки вагонов применяются на Оренбургском газоперерабатывающем заводе. Здесь сера гранулируется по технологии «Сандвик плюс», а загрузка осуществляется на специализированном терминале по технологии, аналогичной применяемым при работе с зерном или минеральными удобрениями.
Оренбургский газоперерабатывающий завод поставляет гранулированную серу в основном на химические предприятия России по замкнутым маршрутам в полувагонах, оборудованных крышами с загрузочными люками [3].
Учитывая перспективность новой технологии грануляции технической серы, можно сформировать исходное условие к загрузочному устройству и крыше кузова специализированного вагона: загрузка должна производиться через ряд продольных люков с централизованной их блокировкой (для хопперов - с переходной площадки).
Выгрузка серы из железнодорожного подвижного состава в основном производится на комбинатах химической промышленности и портах России и Украины. В частности, на ОАО «Усть-Донецкий порт» завоз комовой и гранулированной серы осуществляется с Астраханского ГПЗ. Объем перегрузки серы составляет около 140 тыс. т в месяц, из которых комовой - около 100 тыс. т, а гранулированной - 40 тыс. т в месяц в период навигации с апреля по ноябрь. Перегрузка серы производится преимущественно прямым способом с минимальным накоплением на открытом складе (рис. 1) при помощи портовых кранов с грейферами (рис. 2). Весь объем серы подается в полувагонах с глухим кузовом, а также с нижними разгрузочными люками. Перегрузка серы производится в суда типа «река - море» грузоподъемностью 5 тыс. т. Далее сухогрузы следуют по реке Дон в Азовское море.
Терминалы для перегрузки серы (рис. 3) включают в себя две железнодорожные ветки для обработки одновременно двенадцати вагонов на каждом пути, пять портовых кранов с грейферами и причал для грузового судна.
Рис. 1. Общий вид открытого склада серы в ОАО «Усть-Донецкий порт»
Рис. 2. Общий вид портового грейфера для перегрузки серы
Рис. 3. Общий вид перегрузочного терминала порта
Разгрузочный процесс в целом состоит из следующих операций: подача вагонов на пути перегрузочного терминала; перегрузка серы при помощи кранов с грейферами из вагонов в суда; очистка внутренней поверхности кузова вагона (вручную с использованием лопат); очистка наружной поверхности кузова, ходовых частей, автосцепных и тормозных устройств метлами и (при сильном загрязнении) скребками; уборка вагонов с путей терминалов.
Специалистами Усть-Донецкого порта отмечены следующие основные трудности, связанные с выгрузкой полувагонов: наличие гофрированного пола (глуходонный полувагон), выступающие части крепления крышек люков (люковый полувагон) и кронштейнов для дополнительных стоек, наличие выступающих элементов в конструкции пола, а также большое количество щелей в кузове вагона, приводящих к загрязнению вагона и путей, уплотнение щелей тряпками и войлоком, загрязняющих продукт. Следует отметить что, аварийные ситуации, связанные с возгоранием, возникают только при перегрузке комовой серы.
В Мариупольском порту перегружается около 170 тыс. т технической серы в месяц, из которых доля комовой составляет около 120 тыс. т, а гранулированной - 50 тыс. т. Терминал для серы и технология ее перегрузки аналогичны имеющимся в порту Усть-Донецка. Однако следует отметить следующие отличия:
- порт не имеет склада временного хранения для серы и соответственно не накапливает продукт в порту;
- порт не производит зачистку вагонов, следовательно, уменьшается время выгрузки вагонов;
- перегрузка серы осуществляется в морские суда тоннажем от 10 до 60 тыс. т.
На ОАО «Аммофос» техническая сера завозится только железнодорожным транспортом в гранулированном виде в объемах примерно 3 тыс. т в месяц (с мая по октябрь). Поставка серы производится только арендованными у РЖД полувагонами. В холодное время года завоз не осуществляется из-за частого смерзания груза в вагонах и, как следствие, затрудненной разгрузки и очистки вагонов. Смерзание в основном связано с большим влагосодержанием гранулированной серы, поставляемой с Астраханского ГПЗ, что определяется технологией грануляции продукта, к примеру, гранулированная сера производства Оренбургского газоперерабатывающего завода имеет в шесть раз меньше долю содержания воды по сравнению с продуктом Астраханского завода.
Сера складируется на открытых складах. Доставка ее на склад от разгрузочных терминалов осуществляется при помощи большегрузных грузовиков, представленных на рис. 4.
Рис. 4. Загрузка серой большегрузного грузовика при помощи погрузчика
На ОАО «Аммофос» имеется одна эстакада длиной 90 м для одновременной разгрузки шести вагонов. Максимальная ее производительность составляет 102 вагона в месяц. Конструкция эстакады представляет собой возвышенное бетонное основание, на котором размещен железнодорожный путь. Также здесь располагаются помосты и ограждения для обслуживающего персонала.
Разгрузочный процесс в целом состоит из следующих операций: подача вагонов на путь, подъем помостов в вертикальное положение, открытие разгрузочных крышек полувагонов при помощи кувалд и ломов, доразгрузка груза из вагона при помощи лопат (рис. 5), очистка вагона посредством сжатого воздуха (обдув), закрытие разгрузочных люков полувагонов, уборка вагонов с эстакады, периодический вывоз серы с эстакады автопогрузчиком (рис. 6).
Рис. 5. Процесс выгрузки полувагонов
Рис. 6. Очистка эстакады автопогрузчиком
Специалисты отмечают ряд недостатков данной технологии, а именно: отсутствие защиты груза от атмосферных осадков, шероховатость внутренних стенок в вагоне, затрудняющих выгрузку груза и очистку вагона, и, как следствие, наличие остатков груза в вагонах, заклинивание разгрузочных крышек при открытии, неудобное и трудоемкое выбивание клиньев в механизме разгрузки, искрение и опасность возгорания пыли груза (если пыль в пределах 35-1400 г/м3) при открытии разгрузочных крышек из-за использования кувалд. При горении образуется ядовитый газ, который опасен для здоровья работников терминалов.
По результатам обследования технического состояния терминалов разгрузки можно отметить, что выгрузка серы при помощи грейферов является следствием универсализации перегрузочных процессов в портах. Тогда как на химических предприятиях Российской Федерации сложилась специализированная технология выгрузки серы гравитационным способом на сторону пути с применением специально оборудованных эстакад.
Существующая в России система перевозки серы не удовлетворяет требованиям экологии и безопасности. Это не раз отмечалось на совместных совещаниях в РЖД с участием государственных надзорных органов, представителей газоперерабатывающего комплекса, нефтеперерабатывающих заводов, предприятий химической промышленности, потребляющих техническую серу, а также портов Украины и России.
Срок службы универсальных полувагонов из-за использования тяжелой механизированной техники при погрузочно-разгрузочных операциях сокращается практически в 2 раза. Это свидетельствует о необходимости постепенного комплексного изменения существующей технологии перевозки гранулированной серы в России. Требуется переработка нормативной базы, регламентирующей правила транспортировки технической серы по железным дорогам.
Работы по решению ряда задач, касающихся системы транспортировки и перегрузки технической серы в России, были начаты в 2002 году в рамках Объединения вагоностроителей с участием таких ведущих компаний, как УВЗ, «Рузхиммаш» (ВКМ) и Инженерного центра ОВС. Первым шагом в повышении культуры транспортировки технической серы стал проект оборудования стандартного люкового полувагона съемной крышей. При его эксплуатации погрузка комовой серы осуществляется экскаваторами при снятой крыше вагона (рис. 7). Гранулированная сера, напротив, загружается через систему круглых люков в крыше вагона (терминал представлен на рис. 8). Внедрение проекта позволило исключить пыление комовой серы при погрузке и транспортировке груза. Общий вид переоборудованного полувагона представлен на рис. 9, однако значительным недостатком данной конструкции является относительно высокая тара вагона, которая составляет 28 тонн, что на 20% выше стандартного полувагона.
Рис. 7. Погрузка комовой серы экскаватором
Рис. 8. Бункер-накопитель для гранулированной серы
Рис.9. Крытый полувагон, переоборудованный под перевозку гранулированной серы
Более перспективным направлением является создание специализированного вагона-хоппера для перевозки гранулированной серы, который позволяет значительно сократить простои подвижного состава на конечных операциях и решить проблемы возгорания и пыления груза. Работы по проектированию такого специализированного вагона ведутся с 2003 года на основе кооперации подразделений «Газпрома», производственных вагоностроительных площадок компании ВКМ и разработчика конструкции Инженерного центра ОВС. Серийное производство вагона (рис. 10) начнется в первом квартале 2007 года. В качестве опытного полигона для эксплуатации установочной партии вагонов выбраны маршруты Оренбургского филиала ООО «Газпромгранс» как наиболее приспособленные к эксплуатации вагонов бункерного типа.
Новый вагон-хоппер имеет показатели назначения, оптимально соответствующие характеристикам гранулированной серы, что позволило снизить тару вагона, несмотря на то, что вагон спроектирован на основе требований для вагонов нового поколения (расчетные нагрузки учитывают переход на 25,0 т/ось).
Рис. 10. Вагон-хоппер для перевозки гранулированной серы
Системы погрузки и разгрузки вагона проектировались на основе технических требований, сформированных по результатам обследования терминалов, а их конструктивные признаки согласованы с заказчиками подвижного состава и прошли функциональные испытания. Открытие разгрузочных люков осуществляется под действием силы тяжести груза, что позволяет существенно уменьшить потребность во внешних источниках энергии, в частности мускульной силы работников терминалов. Закрытие люков выполняется с использованием собственного веса элементов привода и люков разгрузочного устройства. На открытие и закрытие разгрузочных люков уходит не более 30 секунд соответственно. Кузов вагона обеспечивает требуемые показатели пожарозащищенности и герметичности, в первую очередь речь идет об отсутствии в конструкции вагона клапанов для предотвращения образования вакуума, куда могут попасть искры от работающих тепловозов. Большое внимание разработчиками было уделено системе антикоррозионной защиты кузова, так как при попадании влаги в нем образовывается кислота. Проблема была решена посредством применения современных высокотехнологичных покрытий на основе полиуретановых соединений.
В приведенной таблице представлено сравнение нового специализированного вагона-хоппера и переоборудованного полувагона. Анализ параметров двух вагонов показывает, что специализированный бункерный вагон по основным технико-экономическим параметрам (разница в массе тары вагонов 25%) значительно превосходит переоборудованный полувагон, что позволяет повысить эффективность транспортировки серы и ускорить возврат инвестиций на приобретение нового подвижного состава. Другими важнейшими конкурентными преимуществами специализированного бункерного вагона является высокая степень сохранности груза и сокращение времени обработки вагонов на конечных операциях, а как следствие — повышение оборачиваемости парка вагонов [7].
Применение специализированных вагонов-хопперов для перевозки гранулированной серы - это значительный шаг вперед в создании современной комплексной системы транспортировки технической серы в России. Однако внедрение только нового подвижного состава не решает проблемы в целом. Необходима межотраслевая программа технического переоснащения терминалов речных и морских портов России и Украины, а также ряда предприятий химического комплекса этих стран.
Литература
1. ТУ 51-31323949-57-2000. Сера техническая газовая гранулированная Оренбургского ГПЗ. Технические условия. - Оренбург: ГПЗ, 2000. - 31 с.
2. ТУ 51-31323949-67-02. Сера техническая газовая гранулированная Астраханского ГПЗ. Технические условия. - Астрахань: ГПЗ, 2002. - 27 с.
3. Выбор параметров вагона-хоппера для перевозки гранулированной серы: отчет о НИР (заключ.). - СПб.: ИЦ ОВС, 2003. - 221 с.
4. Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам. - М.: Транспорт, 1997. - 126 с.
5. Производство и потребление серы в России. Будущее новой серосодержащей продукции. - Вена, 2002. - 15 с.
6. Тарахтунов, А.О. Грануляция как оптимальный способ перевода нефтехимических продуктов в кристаллическое состояние. Новейшие тенденции. - М., 2003,- 10 с.
7. Вагоны пассажирские и грузовые колеи 1520 мм.: отраслевой каталог. - М.: Желдориздат, 2004. - 192 с.
