Совершенствование методики формирования номенклатуры грузов специализированных вагонов-цистерн
Совершенствование методики формирования номенклатуры грузов специализированных вагонов-цистерн
В настоящее время в вагонах-цистернах перевозится широкая номенклатура химических грузов (свыше 800 наименований). Их физико-химические, пожароопасные, коррозионные и токсикологические свойства существенно влияют на конструктивные особенности котла вагона-цистерны. Однако, как показывает практика, зачастую при эксплуатации подвижного состава характеристики перевозимого груза не учитываются в полной мере. В конечном итоге это приводит к ухудшению качества груза и повреждению вагона-цистерны, повышению вероятности возникновения аварийных ситуаций, загрязнению окружающей среды и увеличению общих затрат на перевозки. В эксплуатации нередко возникают аварийные ситуации из-за течи груза через нижний сливной прибор, что вызвано как его конструктивными недостатками, так и ограниченным сроком службы резиновых уплотнений в среде некоторых химических веществ. Если не принимать во внимание повышенную коррозионную активность отдельных грузов, это приводит к значительным повреждениям котла вагона-цистерны. Так, например, при перевозке гидросульфида натрия уже через год с начала эксплуатации были выявлены сквозные свищи котлов вагонов-цистерн модели 15-1406 [1, 2].
Следовательно, при формировании номенклатуры грузов, планируемых к перевозке в вагоне-цистерне, необходимо подробно проанализировать их свойства и выявить влияние этих грузов на условия перевозки. Такой комплекс работ позволяет повысить эффективность эксплуатации специализированных вагонов-цистерн за счет расширения перечня перевозимых грузов.
Обязательные требования к условиям перевозки грузов в вагонах-цистернах указаны в первую очередь в соответствующих отечественных и действующих на сети железных дорог стран СНГ нормативных документах. Однако выполненный анализ [3] правил перевозки наливом [4, 5], технических условий на груз и других документов показывает, что в них наблюдается явное расхождение в требованиях к выбору типа вагона-цистерны для перевозки конкретных наименований грузов, их неполнота, а в некоторых случаях и неточность. Международные правила перевозок [6, 7] предусматривают более четкие требования и указания по выбору вагонов-цистерн для перевозки груза, в то же время они недостаточно учитывают условия эксплуатации на российских железных дорогах.
В течение ряда лет в Экспертном центре подвижного состава (г. Санкт-Петербург) совершенствуется и апробируется методика оценки возможности расширения номенклатуры химических грузов, перевозимых в специализированном вагоне-цистерне. В рамках данной методики выделены основные этапы проведения экспертной оценки, среди которых одним из важнейших является этап установления требований к элементам конструкции котла вагона-цистерны. Следует отметить, что определение таких требований невозможно без учета соответствующих характеристик планируемого к перевозке груза, которые обуславливают конструктивные особенности котлов вагонов-цистерн.
На этом этапе, согласно принятой методике, должны быть решены следующие задачи: определены нормативные требования к конструкции котлов вагонов-цистерн, на которые влияют свойства грузов; выполнен обзор и классификация отечественных котлов вагонов-цистерн для перевозки химических грузов; сформированы обобщенные перечни характеристик грузов и возможных конструктивных реализаций котлов вагонов-цистерн; осуществлен анализ обобщенных перечней.
В связи с ограниченным размером статьи и достаточно объемными характеристиками грузов в данной работе рассмотрены лишь химические грузы классов 3, 6.1, 8 по классификации согласно ГОСТ 19433 [8].
В ходе работ первоначально на основе действующих правил перевозки наливом [3, 4] были сформированы нормативные требования к конструкции котла вагона-цистерны, которые зависят от свойств груза (табл. 1).
Как показал анализ правил, требования к конструкции котла в основном установлены для конкретного наименования груза и содержат такие указания, как: цистерна, рассчитанная на давление; верхний слив, нижний слив или универсальный сливной прибор; наличие устройства для обогрева; наличие гуммировки котла; наличие теневой защиты; требования к материалу котла. Однако, они недостаточно учитывают возможное расширение перечня перевозимых грузов.
Далее, на втором этапе, на основе опыта специалистов Экспертного центра и используя стандартные характеристики химических грузов, указанные в нормативных документах, был сформирован обобщенный перечень характеристик грузов.
На следующем этапе для определения возможных конструктивных реализаций котлов вагонов-цистерн выполнены обзор и классификация отечественных котлов вагонов-цистерн для перевозки химических грузов. Классификация охватывает основные части котлов, сливо-наливные устройства, предохранительную арматуру, тепловую изоляцию и устройства разогрева (табл. 2).
Для определения конструктивных особенностей котлов вагонов-цистерн, которые зависят от характеристик груза, был проведен анализ перечней, разработанных на втором и третьем этапе работ. Результаты исследования систематизированы в таблицу 3.
Анализ результатов показал, что на расположение отверстий в котле и конструкцию предохранительных и сливо-наливных устройств влияют класс (подкласс), степень опасности груза, а также наличие опасных свойств при взаимодействии с воздухом. Необходимость оборудования котла устройствами разогрева и тепловой изоляцией обуславливается величинами условной вязкости груза, температуры застывания, полимеризации и нарушения эффективности стабилизатора. По таблице 3 можно предварительно оценить коррозионную стойкость стенок котла цистерны, влияние груза на материал уплотнений и необходимость установки внутреннего защитного покрытия. Для определения степени и характера коррозионного износа котла вагона-цистерны необходимо учитывать воздействие различных факторов на стойкость материала (механизма коррозии, условий эксплуатации и т. д.). Это может потребовать проведения дополнительных работ, поэтому такое исследование лучше проводить на последнем этапе экспертной оценки.
Наиболее существенное влияние с точки зрения безопасности на конструктивные особенности котла оказывают опасные свойства груза. Так, например, ядовитые вещества (подкласс 6.1) способны наносить серьезный вред здоровью человека и даже вызывать смерть, а также значительно загрязнять окружающую среду. Поэтому при перевозке ядовитых веществ необходимо использовать вагоны-цистерны с отверстиями для наполнения или слива, расположенными сверху котла. Это необходимо для того, чтобы в случае возникновения течи через сливо-наливное устройство был пролив не всего груза, а лишь той его части, что будет выплескиваться вследствие колебаний жидкости в процессе движения. Кроме того, для уменьшения воздействия ядовитых веществ данные грузы рекомендуется перевозить в герметично закрытых вагонах-цистернах (например, использовать предохранительный клапан с разрывной мембраной), а также применять герметичный слив и налив.
Для примера с помощью разработанной таблицы 3 была оценена возможность использования нефтебензиновых вагонов-цистерн модели 15-1443 для перевозки акрилонитрила. В качестве исходных данных были определены конструктивные особенности котла данного вагона-цистерны (табл. 4) и характеристики акрилонитрила (табл. 5).
При наличии вышеуказанных характеристик груза таблица 3 предписывает обязательное применение отверстий для слива и налива наверху котла, а также предохранительного клапана с разрывной мембраной. Запрещается использовать сливной прибор и нижнее устройство с фланцевой заглушкой. Рекомендуется применять герметичный слив и налив. По вязкости и температуре застывания акрилонитрил не относится к вязким и застывающим грузам, поэтому наличие устройства разогрева не требуется. Материал корпуса котла вагона-цистерны модели 15-1443 является коррозионно-стойким по отношению к акрилонитрилу, материал уплотнений также устойчив к воздействию данного груза. Акрилонитрил склонен к самопроизвольной полимеризации, поэтому перевозится с добавками стабилизаторов. Условия, при которых происходит нарушение эффективности действия стабилизатора, не выявлены.
Таким образом, в ходе исследования было определено, что конструктивное исполнение котла вагона-цистерны модели 15-1443 не отвечает требованиям к перевозке акрилонитрила в части места расположения сливо-наливных отверстий и конструктивного исполнения сливо-наливных устройств и предохранительного клапана, поэтому перевозка данного груза в указанных цистернах без проведения модернизации невозможна.
В результате проведенных работ Экспертным центром подвижного состава в рамках существующей методики разработана схема, позволяющая установить по характеристикам груза конструктивные особенности котла вагона-цистерны и проводить на ее основе экспертизу по определению возможности расширения номенклатуры химических грузов классов 3, 6.1, 8, перевозимых в специализированном вагоне-цистерне, а также при необходимости определять мероприятия по модернизации данного вида подвижного состава. Следует отметить, что разработанная схема позволяет в значительной степени сократить объем работ по экспертизе.
По итогам апробации предложенной методики было показано, что ее применение позволяет повысить эффективность эксплуатации специализированных вагонов-цистерн за счет расширения номенклатуры перевозимых грузов. Дальнейшие шаги по развитию данной методики могут быть направлены на дополнение таблицы 3 в части учета других типов грузов и вагонов-цистерн, а также на исследования зависимости технико-экономических показателей вагона-цистерны от характеристик груза.
Список литературы
1. Битюцкий Н. А. Анализ причин эксплуатационных повреждений специализированных вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов : сб. науч. тр. / Н. А. Битюцкий / под. ред. А. А. Битюцкого ; Инженерный центр вагоностроения. – СПб., 2008. – Вып. 4. – С. 81–90.
2. Горелик А. А. Причины разрушения котлов цистерн модели 15-1406 для перевозки гидросульфида натрия / А. А. Горелик, М. Л. Медведева, Л. Н. Крамина, А. Н. Серегин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – М., 2007. – Вып. 4. – С. 23.
3. Сувернев М. Н. Обоснование предложений по совершенствованию нормативных требований к перевозке опасных грузов железнодорожным транспортом : сб. науч. тр. / под. ред. А. А. Битюцкого ; Инженерный центр вагоностроения. – СПб., 2007. – Вып. 3. – С. 91–98.
4. Правила перевозок железнодорожным транспортом грузов наливом в вагонах-цистернах и вагонах бункерного типа для перевозки нефтебитума / утв. Приказом МПС России № 25 от 18.06.2003. – М., 2003. – 68 с.
5. Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах // Правила перевозок грузов. Раздел 41 / утв. Приказом МПС СССР от 25.06.1966. – М., 2003.
6. Соглашение о международном железнодорожном грузовом сообщении (СМГС). Приложение 2. Правила перевозок опасных грузов / ОСЖД. – 2007.
7. Convention concerning International Carriage by Rail. Appendix C. Regulation concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Rail (RID) / Intergovernmental organization for international carriage by rail. – 2007.
8. ГОСТ 19433-88. Грузы опасные. Классификация и маркировка. – Взамен ГОСТ 19433-81 ; введ. 1988.19.08. – М. : Изд-во стандартов, 1988. – 53 с.
