Транспортая характеристика наливных грузов. Транспортная характеристика наливных грузов
 Скачать 44.56 Kb.
|
|
Транспортная характеристика наливных грузов Наливными являются грузы, которые разрешается перевозить по железным дорогам в вагонах-цистернах и вагонах бункерного типа для перевозки нефтебитума. В зависимости от воздействия на окружающую среду и жизнедеятельность человека все наливные грузы делятся на опасные и неопасные. Неопасные грузы перевозят на общих основаниях, а при перевозке опасных, кроме общих правил и норм, необходимо выполнять специальные требования по обеспечению безопасных перевозок, указанные в Правилах перевозок опасных грузов по железным дорогам. Наливные грузы в зависимости от свойств и назначения объединены в три основные группы: нефть и нефтепродукты; химические грузы (кислоты, щелочи, сжиженные газы); пищевые продукты (растительные масла, спирты, патока). Нефтепродукты. Виды и назначение Нефть и нефтепродукты составляют основную долю объема грузов (более 90 %), перевозимых по железной дороге наливом в цистернах и бункерных полувагонах. На основе специфических свойств и характеристик эти грузы делятся на три подгруппы: нефть сырая, светлые нефтепродукты и темные нефтепродукты. Нефть сырая – горючая масленичная жидкость с характерным запахом и цветом, содержащая парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, различные органические вещества, сернистые и кислотосодержащие соединения. Нефть сырая перевозится с мест добычи на нефтеперерабатывающие заводы, где после специальных производственных процессов, происходящих при высокой температуре, получают нефтепродукты светлые (выкипающие при температуре до 3500С) и темные (с температурой кипения выше 3500С). К светлым нефтепродуктам относятся: бензин, керосин, лигроин, а к темным – газойль, мазут и продукты переработки мазута. Нефтепродукты (светлые и темные) делятся на следующие подгруппы: топлива, масла, прочие продукты. К топливу относятся: автомобильные бензины, авиационные керосины, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей и другие виды топлива. Характеристиками моторных бензинов и авиакеросинов являются детонационная стойкость, определяемая октановым числом; фракционный состав; малое содержание смолистых веществ и сернистых соединений; высокая теплота сгорания. Важнейшим показателем дизельного топлива является способность к самовоспламенению при впрыскивании его в камеру сгорания, что характеризуется цетановым числом. Для топлива быстроходных дизелей существенное значение имеют такие свойства, вязкость, температура вспышки и зольность. В группу масел входят: моторные масла, индустриальные смазочные масла, консистентные смазки, специальные масла и др. Основным свойством смазочных масел является способность образовывать на поверхности трущихся деталей масляную пленку, прочность которой зависит от вязкости масла, а вязкость, в свою очередь, от температуры; кроме того, масла должны быть стойкими против окисления, обладать антикоррозионными и другими специфическими свойствами. К группе прочих нефтепродуктов относится большой ассортимент продуктов: растворители, осветительные керосины, нефтяные битумы, гудроны, нефтяной пек и др. К этой же группе относятся нефтепродукты, служащие сырьем для нефтехимической и химической промышленности. Наливные химические грузы Химические грузы, перевозимые наливом в цистернах (универсальные и специальные), включают следующие группы грузов: кислоты, щелочи, спирты, газы (сжатые и сжиженные), а также красители, лаки и другие вещества. Кислоты различных видов составляют основную долю в объеме перевозок жидких химических продуктов. Они относятся к опасным грузам, а поэтому при организации перевозок таких грузов необходимо выполнять требования, указанные в Правилах перевозок опасных грузов по железным дорогам. Кислоты могут вызывать тяжелые химические ожоги, взрывы и другие аварийные ситуации. Кроме того, кислоты, обладая окисляющими и разъедающими свойствами, могут вызывать коррозию внутренних металлических поверхностей котла цистерны. Условия перевозки конкретных видов кислот зависят от их химико-физических характеристик. Серная кислота – бесцветная прозрачная маслянистая жидкость, способная растворять металлы. Она гигроскопична, может соединяться с водой в любых пропорциях с выделением большого количества тепла. Перевозится серная кислота только в специальных цистернах. Олеум (серная дымящаяся кислота) перевозится в специальных олеумных утепленных цистернах-термосах, принадлежащих грузоотправителю. Соляная кислота относится к опасным едким веществам, способна растворять металлы; ее температура замерзания ниже - 40оС; перевозится в специальных гуммированных цистернах. Ингибированная соляная кислота перевозится в сернокислотных цистернах. Азотная кислота является продуктом окисления аммиака, кипит при температуре +86оС, действует на все металлы, кроме золота, платины, титана, и более слабое действие оказывает на алюминий. Техническая азотная кислота дымит на воздухе при обычной температуре, является сильным окислителем. Азотная кислота перевозится в цистернах с алюминиевым внутренним покрытием котла цистерны, которая имеет с обеих сторон щиты, предохраняющие от случайного истечения продукта. Смесь азотной кислоты с серной – меланж, представляет собой едкую жидкость, перевозится в специальных сернокислотных цистернах. Температура ее налива должна быть не выше + 300С, а в летних условиях не выше + 400С, обладает ядовитыми свойствами. Концентрация и состав наливаемой в цистерну кислоты должны отвечать требованиям действующих стандартов. Приготовление к наливу меланжа, а также ингибирование соляной кислоты (добавление веществ, замедляющих течение химических реакций коррозии металла) должно производится грузоотправителем в специальных емкостях, но категорически запрещается производить эти операции в процессе налива в цистерну. Цистерны для перевозки кислот, относящихся к опасным грузам, должны иметь соответствующую окраску и предупреждающие трафареты. Спирты как грузы имеют многие свойства, присущие светлым нефтепродуктам: огнеопасность, взрывоопасность, способность к накоплению заряда статического электричества, интенсивное испарение, токсичность, наркотические свойства, способность к температурному расширению. Спирты слабо растворяют масла, битумы и воски, но отлично воздействуют на многие смолы и красящие вещества. Метанол (метиловый спирт) – легковоспламеняющаяся, очень ядовитая бесцветная прозрачная легкоподвижная жидкость; кипит при температуре +66оС, температура вспышки + 6оС; с воздухом пары метанола образуют взрывчатую смесь. По цвету, запаху и вкусу метанол напоминает винный спирт, но прием его внутрь вызывает отравление, нередко с потерей зрения и часто с летальным исходом; перевозится в сопровождении военизированной охраны. Метиловый спирт применяют в качестве растворителя антифриза, для синтеза химических веществ, производства формалина и других продуктов. Для таких же целей используются пропиловый и бутиловый спирты. Технический этиловый спирт получают сбраживанием гидролизаторов древесины или сульфатных щелоков (отходы производства целлюлозы). Этиловый спирт применяется в производстве синтетического каучука, уксусной кислоты, хлороформа, пороха, синтетических красителей, лаков и т.д. Газы природные и попутные являются важным источником энергетического и химического сырья. Природный газ добывается при разработке газовых месторождений, содержит до 99 % метана и незначительную долю примесей (азот, сероводород, бутан и др.). Попутные газы получают при добыче и переработке нефти. В зависимости от структуры нефти попутные газы содержат метан, пропан, этан в разных количественных соотношениях. Природные и попутные газы используются как топливо и химическое сырье. По физическим свойствам и агрегатному состоянию газы делятся на следующие группы: сжатые, сжиженные и растворенные под давлением, сжиженные охлажденные. Все цистерны для перевозки газов, относящихся к опасному грузу, должны иметь соответствующую окраску и трафареты, подробные условия перевозок таких грузов указаны в Правилах перевозок опасных грузов . Наливные пищевые продукты Пищевые, жидкие продукты делятся на следующие группы: растительные масла и жиры, спирты и виноматериалы, плодоовощные соки, патока, молоко. Растительные масла представляют собой продукты, полученные путем экстракции либо прессования семян масличных культур или зернобобовых растений и подразделяются в зависимости от способа обработки на нерафинированные, гидратированные, рафинированные без дезодорации и рафинированные с дезодорацией, а в зависимости от качественных показателей – на пищевые и технические. Масла используются в пищевой, консервной, парфюмерной, лакокрасочной промышленности, для медицинских и технических целей. Растительные масла являются горючими веществами, выделяют и поглощают запахи, при изменении кондиционных показателей температуры и влажности прогорают, окисляются и теряют товарные свойства. Растительные масла имеют следующие специфические свойства: кислотность, йодное число, температура застывания от – 27оС (льняное масло) до + 3оС (арахисовое масло); температура вспышки (230…240оС), объемная масса (0.9…0.93 т/м3), восприимчивость к запахам. Кислотность растительного масла характеризуется кислотным числом, а его повышение против нормы свидетельствует о том, что идет процесс гидролитического распада масла или жира и ухудшаются их пищевые качества. Йодное число характеризует чистоту масел и их способность к высыханию. Растительные масла (подсолнечное, соевое, горчичное, кукурузное и др.) являются вязкими, с условной вязкостью от 16 до 25 градусов Энглера и с температурой застывания от +1 до +15оС, перед сливом разогреваются, к опасным грузам не относятся ,так как температура вспышки у них высока. Жиры различных животных (китовый, тюлений, рыбий) характеризуются большой вязкостью; наибольшую вязкость имеет технический жир, вязкость которого более 40 градусов Энглера, а температура застывания более 30оС. Данная группа грузов относится к застывающим и требует значительных затрат времени на разогрев перед сливом из цистерны. К застывающим вязким грузам относятся патока и меласса. Патока - это продукт, получаемый осахариванием (гидролиз) крахмала, главным образом картофельного и маисового, разбавлением его кислотами с последующей фильтрацией и увариванием. Условная вязкость патоки - 26 - 40 градусов Энглера, а температура застывания находится в пределах от +16 до + 30оС. Патока кондитерская перевозится в специальных цистернах с внутренними стационарными змеевиками, площадь поверхности которых 34 м2. Меласса - это отходы свекольных производств, служит как корм в животноводстве, ее свойства с точки зрения влияния на транспортный процесс аналогичны свойствам патоки. Этиловый спирт (этанол, винный спирт) – бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Этиловый спирт получают сбраживанием растительных материалов, содержащих крахмал и сахар (рожь, пшеница, картофель, свекла, кукуруза) или отходов производства сахарных заводов и кормовой патоки (меласса). Этиловый спирт с большим содержанием примесей называется сырцом, очищенный – ректификатом. При перевозке винного спирта и других виноматериалов важно обеспечить сохранность и качество (крепость) продукта, т. е. необходимо учитывать такие свойства, как температурное расширение и испарение винного спирта. Рекомендуемая температура налива винного спирта зимой + 8оС, а летом не более + 16оС. Конструкционные особенности цистерн В зависимости от свойств перевозимых грузов цистерны делятся на универсальные (общего назначения) и специальные для отдельных видов грузов. Универсальные цистерны предназначены в основном для перевозки нефтепродуктов (нефть, мазут, бензин), могут быть четырехосные и восьмиосные, грузоподъемностью от 60 до 120 тс. Конструкция котла восьмиосной цистерны имеет уклон к сливному прибору, два верхних люка и универсальный нижний сливной прибор, обеспечивающий герметичность затворов. Однако для предупреждения смешения различных нефтепродуктов и снижения их качества, особенно при наливе светлых нефтепродуктов в цистерны, где ранее перевозились темные (мазут-бензин), необходимо производить промывку и пропарку цистерн. Особо тщательно в подобных случаях готовятся цистерны под налив авиакеросинов. Специальные цистерны предназначены для перевозки сжиженных газов, высоковязких и застывающих, скоропортящихся, порошковых и химических грузов. В зависимости от агрессивных свойств указанных грузов и для обеспечения сохранности цистерн в течение установленного срока службы котлы специальных цистерн изготавливаются из следующих материалов: углеродистой стали, низколегированной стали, двухслойной стали, коррозионностойкой стали, алюминиевых сплавов. Для некоторых грузов внутренняя поверхность котла цистерны покрывается специальным защитным слоем: для перевозки соляной и суперфосфорной кислоты необходимо внутреннюю поверхность котла гуммировать; для фенола – защитный слой котла выполняется из цинка толщиной 0.1…0.15 мм. Специальные виды цистерн имеют различные конструкционные особенности и дополнительные устройства для защиты как перевозимых грузов от воздействия окружающей среды, так и окружающей среды от опасных грузов. Для перевозки хлора, аммиака, этиловой жидкости, ацетальдегида необходимы цистерны с теневой защитой. Теневая защита – это металлический выгнутый лист толщиной 1.5 мм, прикрепленный на каркасе над верхней частью котла и защищающий груз от солнечной радиации (перегрева) и связанных с этим явлением потерь груза через предохранительные клапаны, предупреждает создание аварийных ситуаций. Скоропортящиеся грузы (винный спирт, плодоовощные соки, молоко) перевозятся в цистернах с термоизоляцией, что позволяет обеспечить качество груза в процессе перевозки. Высоковязкие и застывающие наливные грузы перевозятся в цистернах, котлы которых имеют не только термоизоляцию, но и паровую рубашку (кожух), что позволяет сохранить температуру груза и при необходимости производить подогрев его перед сливом. В таких цистернах перевозятся следующие виды грузов: кондитерская патока, олеум, желтый фосфор и другие. Термоизоляция с электроподогревом устанавливается на цистернах для перевозки серы и нефтяного пека, являющихся застывающими грузами с высокой температурой вспышки. Электронагреватель устанавливается под котлом цистерны, но изолирован от непосредственного контакта с днищем котла для предупреждения местного перегрева. Налив груза в цистерны производится открытым или закрытым способом, а слив может производиться под давлением (передавливанием или сифонированием) и без давления – самотеком, в зависимости от рода и свойств груза. Основные показатели процессов налива и слива, т.е. температура и продолжительность, для некоторых грузов приводятся в табл. 1. Таблица 1 Основные показатели процессов налива и слива некоторых видов груза (по конструкторской документации)
Транспортная характеристика нефтепродуктов Нефтепродукты обладают большим количеством специфических свойств, существенно влияющих на все этапы перевозочного процесса и конструкцию подвижного состава. К таким свойствам относятся плотность, вязкость, температурные характеристики, испаряемость, упругость насыщенных паров, электризация, коррозионность, токсичность и другие. Плотность нефтепродуктов зависит от содержания легких (светлых) фракций, изменяется в пределах от 0.65 до 1.06 т/мз и является качественной и количественной характеристикой продуктов переработки нефти. Плотность влияет на использование цистерн по грузоподъемности, на скорость истечения нефти при выполнении операций по наливу и сливу, возможность разогрева вязких нефтепродуктов открытым паром, на продолжительность обезвоживания (отстоя) нефтепродуктов после разогрева и другие процессы, связанные с перевозкой и подготовкой подвижного состава к перевозке. Плотность нефтепродуктов в значительной степени меняется при изменении температуры окружающей среды, поэтому в перевозочных документах указывается плотность, определенная при температуре 20оС (паспортная характеристика). Зависимость плотности от температуры (температурное расширение) приводит к изменению объема груза в цистерне. Поэтому для исключения потерь (от выплесков) в пути следования и оптимального использования грузоподъемности цистерн установлены следующие нормы заполнения объема: в теплый период – 98 % от полезного объема цистерны, в холодный период – 99 %. Массу нефтепродуктов в цистерне определяет грузовладелец взвешиванием на вагонных весах, а при их отсутствии расчетным путем на основе замера высоты груза в цистерне по формуле  , (5.1)где mгр- масса груза в цистерне в кг;  - объем груза в цистерне, дмз, который определяется по Таблицам калибровки железнодорожных цистерн в зависимости от высоты налива, измеренной метрштоком, и калибровочного типа цистерны, согласно ее трафарету: - плотность нефтепродукта при температуре 20 0С в г/дм3;tф - фактическая температура груза, определенная одновременно с замером высоты налива в оС: - температурная поправка плотности на 1оС, г/дмз, зависящая от стандартной плотности при температуре 20оС. Вязкость определяет текучесть нефтепродуктов и оказывает существенное влияние на условия выполнения операций по их сливу и наливу из железнодорожных цистерн. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость (см. п.2.4, С.65), каждая из которых имеет свои сферы применения. При определении времени на слив и налив нефтепродуктов пользуются понятием условной вязкости, которая определяется в условных единицах – градусах Энглера (условная вязкость оВУ). Эта величина показывает отношение времени истечения нефтепродукта в объеме 200 см3 при температуре 50оС ко времени истечения дистиллированной воды того же объема при температуре 20оС. По условной вязкости нефтепродукты делятся на 4 группы; в холодное время года продолжительность слива каждой из последующих групп по сравнению с предыдущей увеличивается на два часа, при норме для первой группы – слабовязких – четыре часа. Температурные характеристики включают следующие показатели: - температура плавления (застывания) для нефтепродуктов изменяется от – 80оС (для некоторых бензинов) до +150оС (для битумов и пека); характеризует температурные пределы применения топлива без предварительного подогрева, которые должны быть выше температуры плавления на 10оС; - температура вспышки зависит от химического состава нефтепродуктов и характеризует его пожарную опасность. По температуре вспышки нефтепродукты делятся на две группы: легковоспламеняющиеся (до 45оС) и горючие (более 45оС); температура вспышки определяет предельно допустимую температуру разогрева нефтепродуктов перед производством операций по их сливу и наливу, которая должна быть не менее чем на 10оС ниже температуры вспышки; - пределы взрываемости определяют минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) содержание паров нефтепродуктов в воздухе, способных взорваться при воздействии открытого огня; зона взрываемости лежит в пределах от 1…10 %. Пределы взрываемости могут определяться также температурой, при которой произойдет взрыв, при этом нижний предел взрываемости соответствует температуре вспышки. Испаряемость – способность жидкости переходить в газообразное состояние; наибольшая испаряемость характерна для бензинов. Это свойство определяет размеры потерь при хранении, транспортировке, при наливе и сливе. При этом теряется количество и качество нефтепродуктов. Упругость насыщенных паров – особо важное свойство, которое необходимо учитывать при перекачке нефтепродуктов насосами и при самотечном сливе (на сифонных участках). При высокой упругости паров происходит вскипание жидкости. Образующиеся при этом газовые пробки нарушают непрерывность потока (разрыв струи) и препятствует сливу. Электризация – способность нефти и нефтепродуктов, являющихся диэлектриками, накапливать электрические заряды. Наиболее часто такое явление наблюдается при движении нефтепродуктов по трубопроводам, резиновым наливным шлангам, а также при трении капель или струи нефтепродуктов о воздух. Заряды статического электричества выносятся вместе с нефтепродуктами в цистерну и там накапливаются; появляется возможность искрового разряда. Для предупреждения возможных взрывов и пожаров необходимо обязательное заземление наливной эстакады. Коррозионность – способность оказывать разрушающее действие на металлы, обуславливается наличием в нефти и нефтепродуктах сернистых соединений, водорастворимых минеральных кислот, щелочей, воды и других агрессивных веществ. Токсичность характеризуется вредным воздействием нефтепродуктов на организм человека, приводит к необходимости ограничения допустимого содержания паров в воздухе рабочей зоны. Превышение нормативной концентрации может привести к острым и хроническим отравлениям. Способы и средства подогрева и слива вязких нефтепродуктов Наиболее часто для подогрева вязких нефтепродуктов перед сливом из железнодорожных цистерн используются следующие способы: подогрев переносными паровыми трубчатыми подогревателями, подогрев открытым острым паром и циркуляционный подогрев горячими одноименными нефтепродуктами [24]. Другие существующие способы и средства подогрева (вибрационный, электроиндуктивный, с помощью тепловых излучателей) имеют сложную конструкцию, большой расход энергии и высокую стоимость, что делает их неконкурентоспособными. Переносные трубчатые паровые подогреватели могут быть змеевиковые и гидромеханические, они предназначены для подогрева всей массы нефтепродуктов в цистерне перед сливом. Змеевиковый трубчатый паровой подогреватель состоит из трех секций, соединенных между собой отрезками гибкого прорезиненного шланга. Центральная секция – прямой вертикальный змеевик, две боковые секции - спиральные змеевики с изгибом оси спирали под углом 40о к горизонту. Эти подогреватели имеют большой вес (≈0.150 тс), что обуславливает необходимость установки на сливо-наливной эстакаде специальных средств механизации (кран-укосина с лебедкой) для опускания подогревателя в цистерну и его извлечения после разогрева и слива продукта. Поверхность змеевиков (≈11,8 м2) и низкий коэффициент теплопередачи требуют значительного времени на разогрев, большого расхода тепловой энергии, но не обеспечивают требуемой полноты слива. После слива необходима промывка цистерны, особенно в случае использования этой цистерны под налив другого вида груза (если после мазута наливают бензин). Более совершенным типом трубчатого парового подогревателя является паровой гидромеханический подогреватель с четырьмя шнековыми насосами (П ГМП-4), предназначенный для подогрева вязких нефтепродуктов при сливе из железнодорожных цистерн на пунктах, имеющих расход пара 0.5 тс/ч и более. Такой подогреватель работает по принципу принудительной конвекции подогреваемых нефтепродуктов и позволяет производить слив основной массы жидкости одновременно с подогревом, что сокращает затраты энергии и время простоя цистерны под сливом по сравнению со змеевиковыми в 2…3 раза. Однако погружение установки П ГМП-4 в цистерну является трудоемкой операцией. Существуют и другие модели гидромеханических подогревателей. Подогрев острым паром с последующей пропаркой цистерны после слива состоит в следующем: пар в цистерну подается через гибкие шланги, перфорированные трубы (прогревы), инжекторы и другие устройства, которые вводятся в цистерну через верхнюю горловину и располагают их преимущественно в центральной части котла, вблизи от сливного отверстия. Подогретый продукт, перемешанный с паром, сливается, часть пара выходит на поверхность жидкости, обогревает верхнюю часть котла и уходит в атмосферу. Одновременно происходит пропарка освободившейся части котла. В процессе подогрева нефтепродукта происходит его частичное обводнение (1.5…2.0 %), которое требует отстаивания подогретой смеси и слива подтоварной воды. Сущность циркулярного подогрева вязких нефтепродуктов заключается в том, что часть продукта из цистерны попадает (сливается) в теплообменник, подогревается и через специальные сопловые устройства закачивается снова в цистерну, интенсивно перемешивается с жидкостью, отдавая ей тепло. Существуют различные модификации и устройства для циркулярного подогрева. | ||||||||||||||||||||||