Решетов А.В., Стрелкин А.В., Филин В.Е. “Перевозка хлора железнодорожными цистернами”

Решетов А.В., Стрелкин А.В., Филин В.Е. “Перевозка хлора железнодорожными цистернами”

Решетов Александр Витальевич, исполнительный директор НК ООО «НТЦ «НефтеМетСервис»

Стрелкин Алексей Викторович, начальник отдела экспертов НК ООО «НТЦ «НефтеМетСервис»

Филин Владимир Евгеньевич, зам.генерального директора ООО «Техэкспертиза»

Перевозка хлора железнодорожными цистернами

В работе описывается конструкция используемых вагонов-цистерн для перевозки хлора, даны основные требования к арматуре, обеспечивающие безопасность транспортировки.

Хлорная химия – одна из базовых отраслей химической промышленности в России. Целевым продуктом является каустическая сода (каустик), в ходе производства которой образуется еще более опасный хлор. Он негорюч, но пожароопасен, а в смеси с водородом взрывоопасен. При нагревании емкости в процессе перевозки хлор взрывается, оказывая удушающее действие на организм человека. В больших объемах его нельзя экспортировать и импортировать на дальние расстояния, поэтому целесообразнее размещать предприятия рядом с местами потребления. Не смотря на агрессивную среду хлора и каустика,  значение  их постоянно растет для обеспечения  производственнохозяйственной деятельности человека, так как замена другими компонентами практически невозможна.

Тысячи предприятий являются потребителями хлора, среди которых представители химической промышленности, металлургия, целлюлозно-бумажные комбинаты. Значительным потребителем хлора являются объекты водоподготовки жилищно-коммунального хозяйства, которые используют хлор для обеззараживания питьевой воды.

Перевозка хлора и каустической соды осуществляется единственным видом транспорта – железнодорожные цистерны. Рост железнодорожных тарифов, в том числе  на перевозку опасных грузов напрямую увеличивает стоимость готовой продукции примерно на 10%.

Маршруты перевозки хлора, по возможности, прокладывают вдали от крупных городов, с минимальным числом остановок и задержек в пути. Железнодорожные цистерны с хлором сопровождает специальная бригада в вагоне, оснащенном средствами защиты и ликвидации аварий. При возникновении аварии они способны оперативно выполнить первоначальные действия для предотвращения ее развития по негативному сценарию.

В России при перевозке жидкого хлора по железной дороге используются четырехосные цистерны двух основных моделей (15-1409 и 15-1556), грузоподъемностью порядка 50 тонн. Конструкция этих цистерн была разработана в середине прошлого века и морально устарела.

Хлор раздражает интерорецепторы слизистых дыхательных путей, что приводит к спазму мускулатуры бронхов, изменению  деятельности сердца, раздражению дыхательного и сосудистого центров.

Таким образом, хлор является раздражающим газом удушающего действия, т. е. вызывает комбинированное токсикологическое воздействие на организм и относится к удушающим газам остронаправленного действия.

Концентрация хлора в воздухе, равная 1200 мг/м3 вызывает гибель 50 % подопытных животных при получасовом ингаляционном воздействии. Такую концентрацию называют  средней смертельной (CL50). Смертельное отравление возможно при вдыхании в течение часа воздуха, содержащего хлор в количестве 100–150 мг/м3, или  в течение 5 мин при концентрации хлора 250 мг/м3. Увеличение концентрации хлора в помещении до 2500 мг/м3 вызывает немедленную смерть.  Вот почему важно соблюдать технические условия при перевозке этого опасного вещества. Равновесное давление насыщенных паров хлора в закрытом сосуде изображено на следующем рисунке.

Хлор во время перевозки имеет идентификационный номер Оон 1017. Его помещают в класс 2.3 с классификацией дополнительной опасности класс 8. Балланы и цистерны обязательно маркируются.

По железным дорогам сегодня перемещаются цистерны числом более 350 000 штук, и к ним ежедневно добавляются новые. И каждый такой вагон оснащен арматурой и фитингами; выполняемые ими функции критически важны и обеспечивают безопасность погрузки, транспортировки и разгрузки перевозимых продуктов.

Хотя индустрия вагонов-цистерн в последние пару лет имеет плохую прессу из-за нескольких катастроф, в целом, согласно статистике, железнодорожные цистерны безопасны и надежны: 99,998% всех цистерн проходят путь от загрузки до разгрузки без аварий. Существуют три вида вагонов-цистерн: низкого давления, высокого давления и криогенные. Кроме того, они подразделяются на изотермические и неизотермические.

Каждая цистерна оснащена, по меньшей мере, двумя клапанами – на входе/выходе и предохранительным. Арматура устанавливается либо наверху цистерны в центре, либо, что гораздо реже, в центре внизу. Необходимость в основном клапане на входе/выходе очевидна: после заполнения цистерны среда должна в ней удерживаться. Наличие предохранительного клапана необходимо в силу того, что, как и в любом сосуде, заполненном какой-либо средой под давлением, в цистерне в результате изменения температуры и расширения среды может возникнуть избыточное давление. В некоторых случаях необходим вакуумный предохранительный клапан, предотвращающий от разрыва пустую цистерну. В основном, используются именно предохранительные клапаны, но в отдельных случаях находят применение и устройства с разрывной мембраной или с разрывным стержнем.

Большая часть цистерн оснащена паровыми змеевиками, что позволяет перед разгрузкой поднять температуру цистерны и облегчить выгрузку вязких и полутвердых веществ.

Как правило, змеевики прогреваются паром на разгрузочной площадке, для таких вагонов-цистерн необходимо предусмотреть дополнительные клапаны на входе и выходе для управления расходом пара. Кроме предохранительных устройств, сегодня на вагонах-цистернах устанавливают либо шаровые краны, либо угловые запорные клапаны. В некоторых случаях могут применяться также конусные или цилиндрические краны, хотя за последние десятилетия их использование существенно сократилось. Распространенности своего применения шаровые краны обязаны компактной конструкции, но к этой конструкции предъявляется и ряд особых требований. Корпус из двух частей, муфтовые присоединительные концы с удлиненным патрубком, присоединяемым к корпусу. Кроме того, строительные длины шаровых кранов для железнодорожных цистерн, как правило, несколько меньше, чем у общепромышленных.

Для некоторых специальных условий эксплуатации применяется арматура с угловым корпусом, например, для транспортировки хлорщелочных средства.

Для обеспечения высокой надежности конструкции арматура, используемая для цистерн, должна отвечать требованиям стандартов, учитывающих соответствующие риски. Наиболее популярны стандарты, разработанные Американской ассоциацией железных дорог. Основные технические условия на вагоны-цистерны отражены в руководстве M-1102 «Стандарты и рекомендованные практики и спецификации вагонов-цистерн»2, подготовленном AAR. Кроме того, необходимый уровень промышленной безопасности будет соблюден если принимать во внимание ФЗ № 116, и ПБ 09-594-03. [1], [2], [3]

Разрешения на применение арматуры той или иной конструкции для железнодорожных цистерн выдает комитет AAR по вагонам-цистернам. Утвержденные конструкции арматуры пересматриваются каждые 10 лет. Это предохранительные устройства, вакуумные предохранительные клапаны и запорная арматура для жидких сред и пара, применяемая при загрузке и разгрузке.

Разрешение на применение арматуры для одной категории грузов вовсе не означает, что ее можно применять и для других категорий. Категории грузов могут быть следующими:

„ – сжатые газы;

„ – редкие и коррозийные среды;

„ – вещества, твердеющие при нагреве;

„ – среды, требующие поддержания особой температуры.

Требования AAR к арматуре для вагонов-цистерн приведены в приложении А руководства AAR M-1102. Одно из требований, отличающее арматуру, путешествующую на цистернах, от ее неподвижных сестер – это выносливость. Например, предохранительный клапан для цистерн должен не только удовлетворять требованиям по трещиностойкости и расходным характеристикам, но и «конструкция должна выдерживать горизонтальные перегрузки (ускорение) в 20 раз выше ускорения силы тяжести, оставаясь при этом безотказной и отвечая заданным требованиям герметичности при определенном давлении, при этом напряжения и нагрузки на сборочные единицы не должны превышать пределы текучести примененных материалов». Специальные материалы, применяемые в конструкциях, должны быть коррозионностойкими и инертными по отношению к рабочим средам при расчетной рабочей температуре.

Остаточный ресурс стенки резервуара определяют как сумму циклов по двум стадиям циклического разрушения:

Nc = N0+ NP

N0- число циклов до образования макротрещин;

NP – число циклов до образования лавинообразной трещины.

Остаточный ресурс стенки резервуара с учетом коррозии должен вычисляться по формуле:

Nokc = N0*(1-ẞkc)

N0 – ресурс стенки резервуара без учета коррозионного воздействия;

kc – коэффициент влияния среды, для частот до 1,0 Гц.

kc = λInN

λ - коэффициент коррозии.

Зная остаточный ресурс резервуара, остаточный срок службы можно определить по формуле:

n0 – годовая оборачиваемость или число полных циклов заполнения резервуара, 1/год.

Определяют критическую длину трещин Lкр по формуле:

Материалы штоков предохранительных клапанов на давление 75 psig и выше не могут быть легкообрабатываемыми, холоднокатанными (если это не отпущенная сталь) или литыми.

Арматура, устанавливаемая  на вагоны-цистерны для хлор-щелочных сред, и требования к ней приведены в подробных спецификациях, разработанных Институтом хлора. К хлорщелочным средам относятся: хлор, каустическая сода, едкий калий, гипохлорид натрия и хлороводород.

Для таких высококоррозионных химикатов необходима специально разработанная арматура с учетом жестких требований к материалам и конструкциям, которые они диктуют.

Наиболее применяемые стандарты CI по арматуре:

  • „ Инструкция 6 Системы трубопроводов для сухого хлора;
  • „ Инструкция 98 Рекомендованные практики погрузки (разгрузки) соляной кислоты в вагоны-цистерны;
  • „ Инструкция 166 Руководство  по угловым клапанам для транспортировки хлора наливом;
  • „ Инструкция 168 Руководство  по применению сдвоенных (спаренных) клапанных систем для транспортировки хлора наливом.

В CI составлен перечень утвержденных производителей арматуры для хлора. Разрешенные к применению конструкции описаны в инструкциях 166 и 168, где приведены чертежи каждой такой конструкции.

Угловые клапаны по-прежнему остаются оптимальным вариантом при выборе арматуры для погрузки и разгрузки хлор-щелочных сред. Базовые конструкции угловых клапанов успешно применяются в устройствах смотровых люков наверху цистерны.

Поскольку среды, на которых работает арматура, высоко коррозионные, для изготовления узлов затворов используются такие материалы как хастеллой и монель, в качестве набивки сальника – тефлон. Для достижения более высоких показателей герметичности по отношению к внешней среде и сокращения выбросов в атмосферу Институтом хлора одобрена также конструкция сильфонных клапанов.

Признанная CI арматура – это высокотехнологичный продукт, и ее конструкциями предусмотрена легкость ремонта (как на месте эксплуатации, так и в мастерской), что весьма ценно, потому как зачастую такие работы выполняют механики компаний, эксплуатирующих вагонный парк, а не сервисные службы арматурных компаний.

Ремонт арматуры вагонов-цистерн должен проводиться на производственных мощностях, аттестованных AAR. У AAR есть несколько уровней аттестации предприятий, обслуживающих вагоны-цистерны: от А до L. Компании, занимающиеся только ремонтом арматуры вагоновцистерн но не самих цистерн, должны быть аттестованы по классу F.

Основные предложения по модернизации парка цистерн касаются их корпуса и сцепки, но не забыта и арматура. Предложения по ее усовершенствованию, в основном, касаются предохранительных устройств.

Одно из таких предложений – это отказ от применения разрывных мембран и разрывных стержней или других предохранительных устройств разового срабатывания, их следует заменить обычными предохранительными клапанами. Другим улучшением могло бы стать требование использовать предохранительные клапаны с высокими расходными характеристиками.

Предлагаемые улучшения дают ощущение безопасности, но их ведь еще надо внедрить, а это большая проблема.

Список литературы:

  1. M-1102 «Стандарты и рекомендованные практики и спецификации вагонов-цистерн»
  2. ФЗ № 116.
  3. ПБ 09-594-03 «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировке и применее хлора»
  • обучение
  • вступление
    в cpo
  • подготовка
  • сертификация
обучение
вступление в cpo
аттестация
сертификация
img img img
Напишите
нам в WhatsApp