Совершенствование методики диагностирования вагонов-цистерн для перевозки коррозионно-активных грузов

Совершенствование методики диагностирования вагонов-цистерн для перевозки коррозионно-активных грузов

В настоящее время на сети российских железных дорог эксплуатируется около 20 тысяч вагонов-цистерн для перевозки агрессивных химических коррозионно-активных грузов, в частности кислот. При этом в последние годы на фоне общего роста производства продукции ощущается дефицит данного вида подвижного состава. Разработка новых специализированных вагонов-цистерн сопровождается значительными финансовыми затратами и требует большого количества времени для запуска вагона в серийное производство. В связи с этим одним из действенных способов решения актуальной проблемы дефицита вагонов-цистерн является проведение работ по экспертизе промышленной безопасности с целью оценки возможности дальнейшей безопасной эксплуатации вагонов.

По поручению Ростехнадзора и Росжелдора в 2005 году Инженерным центром совместно с Нижегородским центром технической диагностики, экспертизы и сертификации была разработана Программа и методика работ по определению возможности продления срока безопасной эксплуатации железнодорожного подвижного состава, применяемого на опасных производственных объектах [1]. Этот документ был создан на основе практических наработок последних лет по техническому диагностированию, модернизации и ремонту с целью возобновления ресурса железнодорожного подвижного состава. При его разработке большое внимание уделено конкретизации и унификации терминов, используемых при проведении экспертизы железнодорожного подвижного состава и оформлении документации. Указанная Программа и методика [1] в соответствии с РД 03-421-01 [2] предусматривает разработку программ и методик диагностирования конкретных моделей вагонов.

Специфика перевозок агрессивных химических грузов железнодорожным транспортом, в том числе и кислот, предъявляет особые требования к конструкции специализированных вагонов-цистерн, которые занимают значительный и ответственный сегмент в общей структуре парка вагонов для перевозки опасных грузов (рис. 1). Повышение безопасности эксплуатации вагонов-цистерн при перевозке кислот требует соблюдения таких условий, как обеспечение сохранности груза, выполнение экологических требований, а также создание безопасных условий труда для обслуживающего персонала при эксплуатации и ремонте и др.

Анализ результатов обследования технического состояния вагонов-цистерн показал, что большинство вагонов по истечении срока службы в целом находится в удовлетворительном состоянии, но при этом имеются элементы конструкции, требующие особого внимания при экспертном обследовании вагона. Вопрос оценки состояния рам на основании предварительных исследований в целом был сведен к выявлению очагов коррозии кронштейнов и более тщательной оценке остаточной толщины металла в центральной части рамы. Поэтому дальнейшие исследования по оценке технического состояния проводились по котлам вагонов-цистерн.

Для более глубокого изучения вопроса специалистами Инженерного центра был выполнен комплекс исследований по оценке технического состояния вагонов-цистерн для перевозки агрессивных химических грузов, при этом решались следующие задачи: обзор опыта вагоноремонтных заводов (далее – ВРЗ) по исследованию состояния котла и его ремонту, а также разработка уточненной программы проведения работ по диагностике котла и обоснование и разработка технологии укрупненного вида восстановительного ремонта котла.

Используемые в настоящее время для транспортировки агрессивных химических грузов цистерны являются специализированными и, как показал анализ опыта диагностики, большинство организаций, проводивших обследование вагонов-цистерн для перевозки агрессивных химических грузов, не учитывало специфику конструкции и условий эксплуатации данного вида вагонов и применяло общий для наливных вагонов-цистерн подход к диагностированию. Поэтому для выявления отличительных особенностей в подходах к диагностике и ремонту указанных вагонов был проведен обзор опыта вагоноремонтных заводов в производстве ремонта котла вагонов-цистерн для перевозки агрессивных химических грузов.

В ходе исследования были достигнуты значительные результаты в сборе исходных данных по оценке технического состояния вагонов-цистерн. В частности, на Рославльском вагоноремонтном заводе, где на протяжении многих лет проводился ремонт таких котлов, исходными данными для проведения ремонта были карты толщинометрии, которые учитывали специфику поврежденных котлов исходя из накопленного опыта. К сожалению, обширная заводская статистика повреждений и данных по толщинометрии была почти полностью утрачена, но работа по их уточнению и восстановлению, проведенная совместно силами специалистов Инженерного центра Объединения вагоностроителей и Рославльского вагоноремонтного завода, дала результаты, которые легли в основу уточненной программы и методики диагностирования котлов вагонов-цистерн из нержавеющей стали и двухслойной стали для перевозки агрессивных химических грузов.

Для разработки программы и методики технического диагностирования был выполнен ставший традиционным в Инженерном центре вагоностроения объем экспертных и опытно-конструкторских работ. На первом этапе осуществлен анализ конструктивных особенностей и дана оценка интенсивности эксплуатации вагонов-цистерн для перевозки кислот. Работа проводилась на территории предприятий – собственников вагонов. В  результате обследования полученных данных оказалось недостаточно для полной картины состояния котла вагонов-цистерн из-за недоступности некоторых участков, но при этом проведенное диагностирование позволило в достаточной мере оценить состояние остальных несущих элементов, в частности рамы вагонов-цистерн.

Для более детального изучения состояния котла вагонов-цистерн потребовалось дополнительное исследование после снятия помостов и лестниц и установки котла на кантователь при проведении ремонта на ВРЗ.

Рис. 1. Положение вагонов-цистерн из легированной стали и двухслойной стали для перевозки агрессивных химических грузов в общей структуре вагонного парка

После тщательного изучения характера коррозионного разрушения котла были определены зоны максимальной коррозии (рис. 2), в частности

снаружи котла:

– вокруг защитной юбки люка-лаза в месте пролива груза;

– под отводящим патрубком;

– в зоне сливного патрубка и предохранительного клапана в месте пролива груза;

– под лежневой опорой;

и внутри котла:

– на поверхности котла по границе раздела сред вверху котла и на броневом листе (остаток груза);

– в местах остатков груза за сварными швами днищ и обечаек;

– в местах разрушения плакирующего слоя на днищах.

Рис. 2. Типовые неисправности снаружи и внутри котла

Для получения наиболее полной картины коррозионного износа оболочки котла было произведено уточнение схем ультразвукового контроля основного металла котла с выявлением зон особого внимания по сравнению с вагонами-цистернами для неагрессивных наливных грузов (рис. 3).

Рис. 3. Расположение точек толщинометрии котла вагонов-цистерн для неагрессивных грузов (а) и для коррозионно-активных грузов (б)

На основании проведенных исследований были разработаны карты контроля котлов, учитывающие эти особенности и позволяющие дать максимальную оценку коррозионного повреждения.

Дополнительно были определены возможные способы ремонта вагонов и технологии восстановления котла. В результате изучения опыта вагоноремонтных заводов были выбраны следующие наиболее эффективные способы укрупненного восстановительного ремонта дефектных участков котла: зачистка либо разделка с последующей заваркой для ножевой коррозии различной глубины, замена участка обечайки или днища вставкой из нержавеющей стали [3].

Однако эти работы производились на ВРЗ зачастую лишь для определенного участка котла, а технологии комплексных работ для нескольких участков на одном котле не разрабатывались. Для решения этой задачи специалистами Инженерного центра вагоностроения были разработаны эскизы ремонтных вставок на участках, подлежащих ремонту, применительно к каждому котлу вагона-цистерны с учетом требований [4] и рекомендаций [5] (рис. 4).

Рис. 4. Эскиз ремонтных вставок на котле

Разработанные в ходе исследований мероприятия по диагностике котла вагонов-цистерн, а также конструкторские и технологические решения по ремонту были направлены на обеспечение отбора вагонов в ремонт и выполнение ремонта котлов в объеме, не превышающем действующие ремонтные нормативы согласно [4] и [5].

Предложенная технология восстановления (рис. 5) отвечает требованиям Руководства по капитальному ремонту [4] и нормативно-технических документов Ростехнадзора и уточнена применительно к каждой конкретной модели вагона. 

1 – первый валик;  2 и 3 – последующие валики; 4 – заключительный валик

Рис. 5. Технология подготовки и вварки нержавеющей вставки в двухслойный котел: а) подготовка кромок; б) порядок наложения свар-ных швов при вварке вставок в котел

На фоне возрастающей потребности в вагонах-цистернах для перевозки коррозионно-активных грузов выполненные специалистами Инженерного центра исследования позволили обосновать возможность проведения работ по укрупненному восстановительному ремонту котла в рамках капитального ремонта вагона на вагоноремонтных заводах.

По результатам анализа материалов экспертного обследования котлов проведено уточнение методики технического диагностирования в части расчетного обоснования остаточного ресурса вагонов-цистерн с учетом назначаемого по результатам экспертизы комплекса ремонтных работ, а также качества сварочных работ в условиях ВРЗ.

Таким образом, получено техническое решение задачи по дальнейшей безопасной эксплуатации подвижного состава для коррозионно-активных грузов, что позволит на ближайшие 3­–5 лет обеспечить нормальное функционирование химической отрасли. Тем самым у собственников вагонов появляется возможность для реализации планов стратегического развития и реновации парка вагонов-цистерн для агрессивных химических грузов.

Список литературы 

1. Программа и методика работ по определению возможности продления срока безопасной эксплуатации железнодорожного подвижного состава, применяемого на опасных производственных объектах : 71451427-01ПМ – СПб., 2006. – 70 с.

2. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов : РД  03-421-01: постановление Госгортехнадзора России  от 06.09.01 № 39. – СПб., 2001. – 129 с.  

3. Сыровец М. Г. Продлять срок службы кислотных цистерн / М. Г. Сыровец, Н. С. Трофимова, Г. И. Герасименко // Железнодорожный транспорт. – 1998. – № 7. – С. 31–33.

4. Грузовые вагоны железных дорог колеи 1520 мм : ЦВ-627 : рук-во по капитальному ремонту. – М., 2004. – 60 с.

5. Котлы кислотных цистерн : РК 32–ВНИИЖТ–22 : руководство по капитальному ремонту сваркой. – М., 1994. – 13 с.