Капитальный ремонт с заменой котла для продления срока служ-бы и переоборудования вагонов-цистерн для перевозки химических грузов

Капитальный ремонт с заменой котла для продления срока служ-бы и переоборудования вагонов-цистерн для перевозки химических грузов

В последние годы четко обозначилась тенденция к постоянному наращиванию объемов перевозок химических грузов железнодорожным транспортом как внутри страны, так и на экспорт. На фоне неуклонного роста цен на новые специализированные вагоны-цистерны, увеличивающегося спроса на продукцию химической промышленности, а также в связи со сравнительно быстро по отношению к сроку службы вагона меняющейся номенклатурой грузов все более актуальной становится задача по переоборудованию существующего парка вагонов-цистерн.

Наряду с тем что подвижной состав собственников зачастую предельно изношен и вагоны эксплуатируются с истекшим или истекающим сроком службы, столь же актуальной является и задача по продлению срока службы путем проведения углубленного ремонта вагонов с восстановлением их назначенного ресурса, заменой или восстановлением составных частей, включая базовые, и назначением нового срока службы. Такой ремонт называется капитальным ремонтом с продлением срока полезного использования (далее – КРП).

Как показывает диагностика технического состояния парка цистерн собственников, проводимая специалистами Экспертного центра, к окончанию срока службы котел вагона-цистерны для химических грузов, изготовленный из низколегированной стали, по износу и повреждениям, в первую очередь коррозионным, как правило, полностью вырабатывает свой ресурс, в то время как рама, а также основные элементы ходовой части за срок службы вагона расходуют около половины своего ресурса (рис. 1).Рис. 1. Техническое состояние котла и рамы вагона-цистерны для перевозки олеума на момент истечения срока службы: а) общий вид вагона-цистерны с истекшим сроком службы; б) коррозия средней части котла и рамы; в) коррозия паровой рубашки; г) шкворневой узел и лежневая опора; д) верхний лист шкворневой балки в зоне шкворневого узла; е) средняя часть хребтовой балки (вид снизу)

В результате исследования технического состояния были получены статистические данные по дефектам рам и котлов вагонов-цистерн для перевозки олеума (рис. 2).Рис. 2. Статистические данные по дефектам рам и котлов вагонов-цистерн для перевозки олеума с истекшим сроком службы:

 а) статистические данные по дефектам рам:
1. Деформация, изгиб, излом, трещины сварных швов лобовой балки.
2. Ослабление крепления, излом, деформации поручней, подножек составителя.
3. Износ, деформация или трещина ударной розетки.
4. Ослабление, излом крепления тормозного оборудования.
5. Трещина швов стыковки шкворневой и хребтовой балки.
6. Деформация верхней полки (верхнего листа) хребтовой балки в районе хвостовика автосцепки.
7. Ослабление крепления пятника.
8. Ослабление или отсутствие заклепок крепления упоров или предохранительных планок.
9. Коррозионный износ хребтовой балки в средней части более 15% номинальной толщины элемента.
10. Коррозия вертикальных листов шкворневой балки более 15% номинальной толщины элемента.
11. Трещины верхнего листа шкворневой балки в узлах сочленения хребтовой и шкворневой балок.

б) статистические данные по дефектам котлов:
1. Сквозная коррозия паровой рубашки.
2. Деформация, излом, коррозия помостов, лестниц.
3. Коррозия обечайки или днищ котла свыше 30% номинальной толщины.
4. Язвенная коррозия продольных и кольцевых сварных швов котла глубиной 
свыше 3 мм.
5. Коррозия крышки люка-лаза или обечайки свыше 30% номинальной толщины.
6. Коррозия швов приварки обечайки люка-лаза или поддона.
7. Ослабление или обрыв стяжных хомутов.
8. Ослабление болтов фасонных лап.

Учитывая широко применяемое в настоящее время восстановление ресурса рамы путем усиления наиболее нагруженных и изношенных элементов, можно говорить о целесообразности монтажа на раму нового котла, иными словами – о проведении КРП с заменой котла, в том числе и с переоборудованием.

Инженерным центром накоплен значительный опыт в проведении различных видов КРП грузовых вагонов на вагоноремонтных предприятиях.

В основу внедрения КРП заложено три основных принципа. Первый – обеспечение стоимости одного года срока службы вагона после КРП не выше аналогичного параметра у нового вагона. Второй – замена одного или нескольких базовых узлов (основных элементов кузова) на новые и модернизация остальной части кузова. Третий – выполнение при проведении КРП ремонта ходовой части, автосцепного и тормозного оборудования в объеме планового капитального ремонта.

В период с 2004 года специалистами Инженерного центра и Департамента вагонного хозяйства совместно с ОАО «Рузхиммаш» были успешно реализованы проекты КРП вагона-цистерны модели 15-Ц862 для перевозки нефтепродуктов с заменой котла и переоборудованием под перевозку химических грузов – метанола, олеума, технической и улучшенной серной кислоты (по заказу ОАО «Щекиноазот») – и КРП с заменой котла вагонов-цистерн модели 15-1424 для перевозки олеума (по заказу ОАО «ЕвроХим – Белореченские минеральные удобрения»). Оба вида КРП поставлены на производство на ОАО «Рузхиммаш» (рис. 3).Рис. 3. Общий вид вагонов-цистерн, прошедших КРП с заменой котла на ОАО «Рузхиммаш»: а) вагон-цистерна модели 15-1424 для олеума; б) вагон-цистерна модели 15-1240-01 для метанола; в) вагон-цистерна модели 15-1226-01 для технической серной кислоты (или модели 15-1226-03 для улучшенной серной кислоты); г)  вагон-цистерна модели 15-1224-01 для олеума

Собственники этих вагонов своей главной целью ставили обеспечение необходимого объема перевозок наиболее востребованных на сегодняшний день химических грузов при наибольшей эффективности капиталовложений. Целью разработки проектов, помимо привлечения подвижного состава для перевозки, являлось также продление срока полезного использования вагонов-цистерн. 

Заменяемым базовым узлом при проведении указанных проектов КРП являлся котел, модернизируемой частью кузова – рама с элементами опоры котла.

Стоит отметить, что в большинстве случаев износ рам вагонов-цистерн для кислот и олеума, выявленный в результате технического диагностирования, а также расчет скорости коррозии позволяют говорить об использовании рамами за срок службы вагона, равный 18 годам, около половины своего ресурса.

Особенности условий эксплуатации и различие конструкции рам у одной и той же модели вагона-цистерны обуславливают различный износ металла конструкции. При производстве вагонов-цистерн для химических грузов использовались две конструкции рамы: с хребтовой балкой из двух швеллеров № 30В-2, соединенных верхним и нижним листом (швеллерная), и с хребтовой балкой из двух зетовых профилей № 31 (зетовая).

Вплоть до 1985 года изготавливали швеллерные рамы, в период с 1985 по 1988 год – оба типа рам, а с 1988 года – только зетовые.

Так, по результатам обследования технического состояния парка цистерн модели 15-1424 для перевозки олеума выявлено, что состояние рам отличается настолько, что целесообразна разработка нескольких, различных по объему работ, вариантов усиления рамы в зависимости от степени коррозионного износа металлоконструкции (которое является основным для рам вагонов данного типа), что и было успешно реализовано в данном проекте. Это позволило минимизировать трудоемкость и материалоемкость работ по модернизации рам и получить дополнительный экономический эффект от внедрения КРП с заменой котла.

Было разработано шесть вариантов усиления рамы:
– швеллерная рама с усилением лап, шкворневых узлов и заменой лобовых балок и ограждения консоли (рис. 4а);
– с усилением средней части;
– с усилением верхнего листа шкворневой балки;
– с усилением средней части и верхнего листа шкворневой балки (рис. 4б, 5);
– зетовая рама с усилением лап, шкворневых узлов и заменой лобовых балок и ограждения консоли (рис. 4в);
– рама (швеллерная или зетовая) с усилением боковыми и промежуточными балками (рис. 4г).

Рис. 4. Варианты усиления рам при КРП вагонов-цистерн для перевозки олеума: а) швеллерная рама с усилением лап, шкворневых узлов и заменой лобовых балок и ограждения консоли; б) швеллерная рама с усилением лап, шкворневых узлов, заменой лобовых балок и ограждения консоли, с усилением средней части и верхнего листа шкворневой балки; в) зетовая рама с усилением лап, шкворневых узлов и заменой лобовых балок и ограждения консоли; г) рама с усилением боковыми и промежуточными балками

Рис. 5. Общий вид усилений рамы опытного образца вагона-цистерны модели 15-1424 для перевозки олеума: а) консольной части рамы; б) средней части рамы; в, г) шкворневого узла

С целью проверки прочностных характеристик рам, усиленных по различным вариантам, был выполнен расчет прочности в соответствии с требованиями Норм для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) [1], который производился с использованием специализированного программного вычислительного комплекса, реализующего метод конечных элементов (МКЭ) (рис. 6). При расчете учитывалось утонение металла вследствие коррозионного износа.

Рис. 6. Напряженно-деформированное состояние швеллерной рамы с усилением лап, шкворневых узлов и заменой лобовых балок и ограждения консоли при действии ударной нагрузки 3,5 МН

Для проверки усталостной прочности был произведен расчет проверки сопротивления усталости рамы после КРП по всем вариантам усиления при многоцикловом нагружении, который показал, что коэффициент запаса сопротивления усталости во всех контрольных точках конструкции рамы превышает допускаемый и обеспечивает сопротивление усталости рамы на весь дополнительно назначенный срок службы.

При постановке на производство всех видов КРП для определения соответствия конструкции требованиям действующих нормативных документов проводился комплекс предварительных испытаний: ударные прочностные испытания и испытания на статическую прочность для подтверждения соответствия конструкции требованиям прочности; стационарные тормозные испытания – для подтверждения соответствия характеристик тормозной системы требованиям безопасности; расчетно-экспериментальная оценка усталостной прочности – для подтверждения требований к надежности (ресурсу) конструкции.

В случае КРП с заменой котла срок продления может значительно превышать установленный при КРП без его замены. Так, максимальный срок продления при традиционном КРП (без замены котла) регламентируется Положением о продлении сроков службы грузовых и рефрижераторных вагонов государств – участников Соглашений о совместном использовании грузовых рефрижераторных вагонов в международном сообщении [2] и не может превышать половины срока службы базового вагона, поскольку в этом случае срок продления определяется остаточным ресурсом котла, тогда как при КРП с заменой котла он определяется остаточным ресурсом рамы, и поэтому может быть равен сроку службы базового вагона.

Таким образом, при КРП цистерн модели 15-1424 для перевозки олеума срок службы вагона увеличивался до максимального расчетного срока службы рамы цистерны с новым котлом, который составил 32 года для рамы со швеллерной хребтовой балкой и 34 года – с зетовой. То есть при сроке службы базового вагона 18 лет продление срока службы вагона после проведения работ по КРП с заменой котла составило для рам со швеллерной и зетовой хребтовыми балками соответственно 14 и 16 лет, что подтверждается необходимыми расчетами и испытаниями.

При КРП цистерн модели 15-Ц862 с заменой котла и переоборудованием под перевозку метанола, олеума, серной технической и улучшенной кислоты собственник имел дело с вагонами постройки 50-х годов ХХ века, но с рамами, изготовленными в 1997–2003 годах. В этом случае дополнительный выигрыш в общей стоимости КРП был получен за счет того, что модернизацию рам производить не требовалось, так как все они уже были усилены заводом-изготовителем. А поскольку на практически новые рамы были установлены новые котлы, было принято решение о перерегистрации вагонов с присвоением модели ОАО «Рузхиммаш» и года постройки вагона по году постройки рамы. При этом на вагоны с наименьшим сроком службы – 18 лет (для кислоты и олеума) были установлены наиболее новые рамы и назначенный срок службы вагонов составил 15–16 лет, а для вагонов со сроком службы 24 года (для метанола) – 16–20 лет.

На вагоноремонтных заводах России и стран СНГ подобные виды ремонта в настоящее время получили широкое распространение, поскольку капиталовложения на их внедрение значительно уступают затратам по приобретению нового подвижного состава. Вместе с тем только за последние полтора года отпускные цены на вагоны увеличились почти в два раза (табл. 1).

Наряду с таким видом ремонта, как КРП с заменой котла, в зависимости от технического состояния парка вагонов-цистерн все больше внедряются и другие, еще более выгодные варианты минимизации расходов собственника на подвижной состав, среди которых можно отметить ставший уже традиционным КРП без замены котла и переоборудование вагона-цистерны одновременно с проведением планового вида ремонта – капитального или даже деповского. Однако максимальное продление срока службы вагона при КРП без замены котла в зависимости от технического состояния составляет лишь половину срока службы вагона данной модели, а при переоборудовании без КРП срок службы и вовсе не продлевается, что впоследствии все равно заставляет собственника проводить комплекс мероприятий по продлению.

Среди собственников вагонов-цистерн, внедривших у себя подобные виды ремонта по проектам Инженерного центра вагоностроения, можно назвать следующие организации:

• ОАО «СГ-Транс» (КРП вагонов-цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов);

• ОАО «НАК «Азот» (КРП вагона-цистерны модели 15-1408 для пе-ревозки аммиака);

• Министерство обороны РФ (КРП вагона-цистерны модели 15-1406 (ЖКЦ-39));

• ОАО «Щекиноазот» (КРП вагона-цистерны модели 15-1487 с пере-оборудованием под перевозку карбамидоформальдегидных смол, переобо-рудование вагонов-цистерн модели 15-1443, 15-1443-06 и 15-1454 под пере-возку метанола);

• ООО «Трансойл» (переоборудование вагона-цистерны модели 15-1572 для перевозки метанола под перевозку нефтепродуктов);

• ЗАО «Транснефтехим» (переоборудование вагона-цистерны модели 15-1556 для перевозки хлора под перевозку едкого натра);

• ОАО «Саяногорский алюминиевый завод» (КРП вагона-цистерны модели 15-1532 для перевозки жидкого пека);

• ООО «Промхимсервис» (переоборудование вагона-цистерны моде-ли 15-1408 для перевозки аммиака под перевозку соляной кислоты);

• ООО «Сибтрансремонт» (переоборудование вагона-цистерны моде-ли 15-1597 для перевозки аммиака под перевозку ацетона, эфира метил-трет-бутилового и акрилонитрила).

Однако необходимо отметить, что максимальные сроки продления при капитальном ремонте и при КРП указаны в соответствии с документами, регламентирующими продление срока службы, тогда как в действительности в большинстве случаев котлы вагонов-цистерн по техническому состоянию продлению не подлежат. Отсюда напрашивается вывод о том, что для цистерн под такие химические грузы, как кислоты и олеум, единственной альтернативой покупке нового подвижного состава является КРП с заменой котла, тогда как для цистерн под менее агрессивные грузы вариантов продления срока службы, а также переоборудования значительно больше.

В заключение можно констатировать, что фактически по истечении назначенного срока службы имеет место неполная выработка вагоном своего ресурса, что делает возможным продление срока службы и переоборудование вагона. Правда, в случае КРП с заменой котла речь идет лишь о продлении срока службы рамы, в то время как котел полностью исчерпал свой ресурс и продлению не подлежит. Тем не менее все это позволяет говорить о значительной актуальности приведенных выше видов ремонта в условиях сложившихся на сегодняшний день ценах на новый подвижной состав.

Внедрение собственниками цистерн подобных видов ремонта позволит не только значительно уменьшить издержки на обновление собственного парка подвижного состава, но и перепрофилировать цистерны под наиболее востребованный на рынке продукт, что в ближайшем будущем будет играть все более важную роль в развитии перевозок химических грузов железнодорожным транспортом.

Список литературы

1.      Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). – М. : ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. – 317 с. 

2.      Положение о продлении сроков службы грузовых и рефрижераторных вагонов государств – участников Соглашений о совместном использовании грузовых рефрижераторных вагонов в международном сообщении : утв. на заседании Комиссии Совета по железнодорожному транспорту полномочных специалистов вагонного хозяйства железнодорожных администраций стран СНГ, Латвии, Литвы и Эстонии 18 мая 2006 года. – Мариуполь, 2006.