«ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЗМ(ИТЫ ТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ И ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ГРУЗОВ ...»

ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Наперов, Владимир Владимирович

Обеспечение безопасности и защиты

транспортных комплексов и транспортных

средств при перевозке легковоспламеняющихся

грузов

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2006

Наперов, Владимир Владимирович.

   Обеспечение безопасности и защиты транспортных комплексов и транспортных средств при перевозке легковоспламеняющихся грузов  [Электронный ресурс] :

Дис. ... канд. техн. наук

 : 05.22.01. ­ Новосибирск: РГБ, 2006. ­ (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

Транспортные и транспортно­технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/06/0583/060583013.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Наперов, Владимир Владимирович Обеспечение безопасности и защиты транспортных комплексов и транспортных средств при перевозке легковоспламеняющихся грузов Новосибирск  Российская государственная библиотека, 2006 (электронный текст) 61:06-5/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

НАПЕРОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЗМ(ИТЫ ТРАНСПОРТНЫХ

КОМПЛЕКСОВ И ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ

ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ГРУЗОВ

Специальность 05.22.01 - Транспортные и транспортнотехнологические системы страны, её регионов и городов, организация производства на транспорте.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования.. 1.2 Анализ состояния безопасности перевозок... Глава 2 Теоретические исследования взрывопожароопасных, физико-химических и реологических свойств исследуемых грузов и анализ 2.1 Исследования взрывопожароопасных, физикохимических и реологических свойств серы 2.2 Характеристика физико-химических свойств 2.3 Анализ условий перевозок рассматриваемых Глава 3 Экспериментальные и теоретические исследования процессов возгорания, горения и 3.1 Исследование изменения гранулометрического 4.1 Использование специализированных лотков.. 4.3 Разработка технических условий перевозки с 4.4 Разработка мероприятий по совершенствованию условий перевозок бурого угля 4.5 Технология работы комплекса по подготовке

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей федерального железнодорожного транспорта является своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы, обеспечение сохранности перевозимых грузов, безопасности движения, снижение отрицательного воздействия транспорта на окружающую среду.

Федеральный закон "О железнодорожном транспорте в Росссийской Федерации" /1/ ставит вопрос обеспечения безопасности движения в ранг государственной политики, так как железнодорожный транспорт, являясь основой экономических связей, влияет на функционирование всех основных отраслей народного хозяйства, включая промышленность, энергетику, сельское хозяйство, а также оборонный комплекс страны.

Одним из ключевых факторов, оказывающих существенное влияние на безопасность движения, устойчивую работу транспорта и, как следствие, страны в целом - является усовершенствование условий перевозок легковоспламеняющихся опасных грузов.

Железнодорожный транспорт является основным видом транспорта, перевозящим опасные грузы, доля перевозок которых в общем грузообороте страны составляет около 85%. В общем грузообороте железнодорожного транспорта нашей страны опасные грузы составляют порядка 25%.

Среднегодовой объем перевозимых опасных грузов на федеральном железнодорожном транспорте составляет более млн.т., грузооборот - 420 млрд. тарифных ткм. Более тоГО, В СВЯЗИ с постоянным развитием промышленности, внедрением новых и увеличением количества используемых взрыво-, пожаро-, биологически-, инфекционно-, радиациОННО-, и химически опасных технологий происходит постоянное увеличение номенклатуры опасных грузов, предъявляемых к перевозке железнодорожным транспортом. Одновременно с этим происходит модификация физикохимических характеристик, выявляются новые свойства известных опасных грузов.

Научно-исследовательскими институтами и организациями накоплен большой опыт по совершенствованию технологии перевозок грузов, модернизации существующих и созданию новых транспортных средств, внедрению передовых технологий в производство.

Значительный вклад в развитие транспортной науки внесли доктора технических наук В.М. Акулиничев, В.К.

Бешкето, A.M. Островский, Г.П. Гриневич, С.А. Другаль, А.В. Комаров, В.И. Медведев; доктора экономических наук А.П. Абрамов, В.И. Дмитриев; кандидаты технических наук Э.С. Фрейман, В.М. Рудановский, Г.В. Крыжановский, А.Т.

Дерибас, Б.Л. Недорчук, Ю.М. Иванов, А.В. Христолюбов, СВ. Черняков, И.О. Тесленко и многие другие. Однако проблема перевозок легковоспламеняющихся опасных грузов остается актуальной и в настоящее время.

В условиях увеличения напряженности перевозочного процесса в некоторой степени ослабло внимание к соблюдению условий перевозок опасных грузов, длительное время не совершенствовались основополагающие нормативные документы, регламентирующие перевозку опасных грузов в Российской Федерации. Все это как в совокупности, так и в раздельности приводит к возникновению аварийных ситуаций, которые в свою очередь оказывают негативное воздействие на окружающую среду, приводят к значительному материальному ущербу, а в некоторых случаях и к человеческим жертвам.

Значительная номенклатура опасных грузов допускается к перевозке по железным дорогам на основе приравнивания к грузам, поименованных в Правилах перевозок /2/, без достаточного для этого научного обоснования. При этом складывается такое положение, при котором лица, участвующие в перевозочном процессе, не знают опасных свойств перевозимого груза и не могут выполнять безопасные условия его перевозки, а также принимать эффективные меры в случае аварийной ситуации.

Недостаточно изучено влияние транспортных факторов, на опасные легковоспламеняющиеся грузы в процессе перевозки и, как следствие, отсутствуют научно обоснованные требования к размещению их в вагонах, а также требования к самим транспортным средствам при таких перевозках.

Несмотря на проводящиеся исследования по изучению свойств легковоспламеняющихся грузов специализированными исследовательскими институтами и организациями, вопросам исследования транспортной опасности с учетом тех условий, в которых находится груз в процессе перевозки, уделяется недостаточно внимания.

В настоящей диссертации исследованы основные причины, вызывающие возгорание легковоспламеняющихся грузов в пути следования. С их учетом разработан комплекс мероприятий, направленных на безопасную перевозку таких грузов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертационной работе, разработаны с участием автора и переданы в заинтересованные министерства, ведомства и организации условия перевозок новых опасных грузов для дальнейшего утверждения и ввода их в действие.

Таким образом, в диссертационной работе разработаны усовершенствованные условия перевозок легковоспламеняющихся грузов, которые внедрены в производство и позволили решить важную проблему создания безопасных условий перевозки опасных грузов.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В процессе перевозки значительная часть грузов обладает потенциальной опасностью для людей, транспортной инфраструктуры и окружающей природной среды. В силу физико-химических свойств и особенностей, при определенных условиях, такие грузы могут нанести вред окружающей природной среде, послужить причиной взрыва, пожара, или повреждения транспортных средств, устройств, зданий и сооружений, а также гибели, травмирования, ожогов, отравления, облучения или заболевания людей и животных.

Такие вещества, материалы и изделия разнородные, как по своим свойствам и составу, так и по характеру воздействия на окружающий мир, объединены общим понятием «опасные грузы». Сами по себе опасные грузы не являются причиной, а представляют собой фактор, увеличивающий риск возникновения аварийной ситуации при возникновении сбоев в эксплуатации транспорта. В дальнейшем под термином аварийной ситуации следует подразумевать условия, отличные от условий нормальной перевозки грузов, связанные с загоранием, утечкой, просыпанием опасного груза, а также повреждением тары или подвижного состава с опасным грузом.

Перевозка опасных грузов тесно связана с их производством. Там, где имеют место производство, хранение или перевозка опасных грузов, существует определенный риск, который представляет угрозу населению соответствующих районов, требующему обеспечения должного уровня безопасности перевозок.

Анализ развития промыщленности в России позволяет сделать вывод о планомерном увеличении использования в производственных процессах технологий, основанных на применении взрывоопасных, пожароопасных, ядовитых и едких веществ, что характерно тенденциям мирового развития.

Типичным примером данного развития в России является развитие газодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей. Однако, наряду с увеличением добычи и переработкой основных продуктов производства, таких как газовый конденсат и нефть, соответственно увеличиваются и побочные. Основным таким побочным продуктом для данных отраслей, но в больщей степени для газодобывающей, является производство регенерированной элементарной серы (технической серы). Сера, независимо от способа производства, относится к опасным грузам 4 класса, согласно ГОСТ 19433-88 /3/, подкласса 4.1 - легковоспламеняющиеся твердые вещества.

Наряду с углем, нефтью, известняком и поваренной солью, сера относится к пяти видам сырья химической промыщленности. Потребителями серы и ее соединений являются: бумажная промыщленность (для производства 1 т.

целлюлозы необходимо затратить более 100 кг. серы); резиновая промышленность (вулканизация каучуков); сельское хозяйство - для потребления в составе удобрений (как через серную кислоту, так и напрямую в элементарном виде). Значительное количество серы (и серной кислоты) расходуется при производстве взрывчатых веществ и спичек. В 90-е годы в условиях понижения общего уровня цен на серу и появление более современных технологий производства открылась реальная возможность для широкомасштабного использования серы в промышленном и дорожном строительстве (для производства серобетонов и сероасфальтов). Однако основным потребителем серы является химическая промышленность. Примерно половина производимой серы идет на производство серной кислоты (для получения 1 т. серной кислоты необходимо 300 кг. серы).

Таким образом промышленный потенциал страны довольно точно определяется потреблением серы. Так на протяжении последних пяти лет потребление элементарной серы предприятиями Российской Федерации остается достаточно высоким и составляет порядка 4 млн. т. в год. Одновременно с этим производство регенерированной элементарной серы продолжает быстро расти. По данным Госкомстата Российской Федерации производство серы увеличивается в среднем на 750 тыс. т. ежегодно, это же подтверждается и другими источниками /4, 5, б/.

Увеличением производства серы обуславливается тот факт, что место России как в мировом производстве и потреблении серы, так и в международной торговле ею в 90е годы коренным образом изменилось. Являясь крупным мировым производителем серы, страна вышла в число лидеров в выпуске элементарной серы и стала вторым в мире, после Канады, экспортером продукта. Немаловажную роль в этом занимает крупнейший на юге России газоперерабатывающий завод 000 «АстраханьГазпром». Являясь основным производителем серы в России, его доля от общего объема производимой серы составляет более 70%. Вторым крупным производителем серы является газоперерабатывающий завод 000 «Оренбурггазпром».

По территории Российской Федерации перевозка серы осуществляется различными видами транспорта - железнодорожным, автомобильным, водным. Тем не менее, железнодорожный транспорт является основным. Перевозка серы в межгосударственном сообщении, на экспорт, осуществляется исключительно железнодорожным транспортом.

С учетом выщеизложенного и принимая во внимание, что в связи со снижением мировой цены на серу, больщого разнообразия размеров комов серы по величине и неготовности потребителей к разгрузке комовой серы, поступающей в любом виде подвижного состава, кроме полувагонов, а также понимая значимость перевозки как с точки зрения поддержки отечественного производителя, так и существенных, особенно для Астраханского отделения Приволжской железной дороги, объемов перевозки серы. Министерство путей сообщения Российской Федерации, на основании статьи 13 /7/ (ст. 8 /8/), совместно с Госгортехнадзором России разрещило, для данных предприятий перевозку серы на особых условиях в полувагонах. В последствии, на данных особых условиях была разрещена перевозка серы и для других предприятий (Московский нефтеперерабатывающий завод. Омский нефтеперерабатывающий завод, и ДР.).

Практика перевозки серы на особых условиях привела к возникновению предпосылок способствующих возникновению аварийных ситуаций (загораний) в пути следования.

Загорания серы, как правило, обнаруживаются на железнодорожных станциях, где на сравнительно небольщой территории обычно сосредотачивается большое количество вагонов с различными грузами, в том числе с опасными. При горении сера расплавляется и в горящем состоянии вытекает из вагона через имеющиеся мелкие щели на хребтовую балку, тележки, автосцепку и верхнее строение пути (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. - Последствия возгорания серы в подвижном На смежных путях могут оказаться вагоны, как с легковоспламеняющимися, так и с взрывоопасными грузами.

Здесь же могут оказаться и пассажирские поезда. Так как вагоны в поездах и на соседних путях находятся в непосредственной близости друг от друга, то создается опасность быстрого распространения опасных поражающих факторов, и как следствие - возникновение пожара в соседних поездах и увеличения объектов горения. Кроме этого, при горении существует опасность отравления образующимися ядовитыми газами. Наиболее опасным продуктом горения серы является диоксид серы (SO2), который действует раздражающе на дыхательные пути (вызывая спазм бронхов и увеличение сопротивления дыхательных путей), раздражает кроветворные органы, вызывает изменения в эндокринных органах и костной ткани. При неблагоприятных метеорологических условиях может вызвать массовое отравление населения близлежащих территорий. В некоторых случаях возможна смерть человека, которая наступает как вскоре после отравления (через несколько часов) от отека легких, так и значительно позже (от 20 дней до месяцев) от заболевания органов дыхания /9, 10, 11/.

В результате возгорания грузов железнодорожный транспорт несет значительные материальные убытки, вызванные порчей транспортных средств, загрязнением окружающей среды, значительными расходами на ликвидацию аварийных ситуаций, сбоем движения поездов и ухудщением технико-экономических показателей работы транспорта.

Кроме этого происходит засорение балластной призмы, снижается устойчивость пути, увеличивается объем и частота ремонтных работ, связанных с очисткой щебня, ухудшается экологическая обстановка, нарушается работа СЦБ и связи.

Таким образом, исследования направленные на усовершенствование условий перевозок легковоспламеняющихся грузов являются необходимьми и приоритетными в решении вопросов обеспечения безопасности движения поездов, защиты окружающей среды, сохранения транспортных средств, здоровья и жизни людей, находящихся в зоне аварий.

1.2 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОК.

Обеспечение безопасности движения поездов является главной задачей работников железнодорожного транспорта, а состояние безопасности движения поездов - важнейшим качественным показателем работы железнодорожного транспорта. На основании Федерального закона «О защите природного и техногенного характера» /12/ рещение вопросов предупреждения аварийности остается в числе главных приоритетных задач транспортных организаций и лиц, участвующих в перевозочном процессе.

Ежегодно публикующиеся официальные данные в «Государственном докладе МЧС России о состоянии защиты населения и территорий РФ от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» /13/ и «Анализ состояния безопасности движения на железных дорогах России» /14 а так же статистические данные о нарушениях безопасности движения на железных дорогах позволяют сделать вывод, что в последние годы железнодорожный транспорт добился значительных положительных результатов в области обеспечения безопасности движения поездов. Рост грузооборота в 2005 году по сравнению с 2004 годом составил более 11%. При указанном увеличении объема работы уровень аварийности, прежде всего крушений и аварий, а работе сократить их число на 10%.

Изменение аварийности представлены в виде графиков (рисунок 1.2, 1.3) Рисунок 1.3. - Количество случаев брака «аварийная ситуация» /14 - 17/.

разделить на две крупные группы:

- аварийное происшествие (крушение, авария, столкновение, сход подвижного состава);

Динамика изменения аварийности при транспортировке опасных грузов, приведенная в работах /13 - 17/ позволяет сделать вывод, что за период с 1992 по 2005 гг.

произошло уменьшение числа аварийных ситуаций как в их абсолютных величинах: количество аварийных происшествий грузообороту (рисунок 1.4, 1.5).

Рисунок 1.4. - Изменение количества аварийных ситуаций.

График изменения функций Ap/Ap+Ai позволяет сделать тенденция быстрого уменьшения аварийных происшествий по сравнению с инцидентами.

1, 1, 0, 0, 0, •AP/W - отношение количества аварийных происшествий к обшему грузопотоку в грузовом движении •AI/W - отношение количества инцидентов к общему грузопотоку •AP+AI/W - отношение количества аварийных ситаций к общему грузопотоку в грузовом движении Рисунок 1.5. - Изменение показателей аварийности из расчета на 1 млрд. тонно-км брутто в грузовом движении, Суммарный относительный показатель аварийности сократился за рассматриваемый период с 0,72 до 0,539 случаев на 1 млрд. тонно-км брутто обш;его грузооборота.

Особое место занимает проблема обеспечения пожарной безопасности на подвижном составе, которая остается актуальной. Анализ статистических данных /18, 19/ показывает, что 45,2% всех пожаров отрасли приходится на подвижной состав и составляет 87,1% всех материальных потерь. Так, в 2003 году на объектах и подвижном составе железнодорожного транспорта общего пользования произошло 282 пожара, в результате чего нанесен ущерб в сумме 29,9 млн. рублей. На пожарах погибло 37 и травмировано 12 человек. По сравнению с 2002 годом общее количество пожаров увеличилось на 3,7%, материальный ущерб вырос на 17,6 млн. рублей, количество людей, погибших на пожарах, увеличилось на 11 человек. Многие пожары сопровождались не только уничтожением объектов, подвижного состава и перевозимых грузов, но и сбоями в движении поездов. Так задержки из-за пожаров для 248 грузовых поездов составили 511,3 часа /18 - 21/.

На грузовом подвижном составе количество пожаров, по сравнению с 2002 годом, увеличилось на 34,6%. Попрежнему, больше половины пожаров на грузовом подвижном составе произошло из-за самовозгорания перевозимой серы, Так, в 2003 году имели место 46 случаев (71,9% от обшего количества пожаров на грузовом подвижном составе), из них на: Приволжской - 32 случая, Северо-Кавказской Южно-Уральской - 3 и Юго-Восточной железных дорогах - 1 случай. При этом ущерб от возгораний серы, связанный с вызовом пожарных команд, тушением загораний и задержками поездов, составляет в среднем около 600 рублей на загоревшийся вагон без учета проведения природоохранных мероприятий. Возгорания обнаруживаются, как правило, на станциях, пожар ликвидируют с применением подручных огнетушащих средств. Убыль груза и уменьшение его коммерческой стоимости не фиксируется. Оценочная величина ущерба складывается главным образом из затрат грузовладельца по оплате услуг специализированных противопожарных подразделений.

Однако в некоторых случаях ущерб от пожаров бывает достаточно значительный. Так, в результате загорания маршрута с серой в составе 44 полувагонов 10 июля года на ст. 15-й км М. Горького Приволжской железной дороги было повреждено 15 полувагонов, в результате чего была произведена замена 24 колесных пар, 11 автосцепок, 14 боковин тележки, 9 надрессорных балок, 7 наружных пружин и один надрессорный брус. Стоимость ремонта подвижного состава (по расчету вагонного депо им. М.

Горького, ст. Серепа) составила 157652,17 рублей. При этом, в соответствии со справкой отправителя, повреждения и утраты груза нет 1221. Причина пожара, указанная в акте - самовозгорание серы. По заключению комиссии ответственность за возникновение пожара должен нести грузоотправитель.

В таблице 2.1 представлены основные причины пожаров на железнодорожном подвижном составе.

Динамика пожаров на железнодорожном подвижном составе, а так же причиненный материальный ущерб, за последние 9 лет приведен на рисунке 1.6.

Учитывая, что в структуре перевозок опасных грузов наиболее массовую группу составляют легковоспламеняющиеся жидкости (опасные грузы класса 3) - 60% и сжатые, сжиженные и растворенные под давлением газы (опасные грузы класса 2) - 20% /23/, а основными аварийными ситуациями являются утечки вследствие неисправности сливного прибора, аппаратуры котла, а так же дефектов котла цистерн, может создаться ситуация, при которой на смежных путях окажутся и вагоны с горящей серой и с легкоТаблица 2. 1 - Основные причины возникновения пожаров Причины возникновения пожаров Неосторожное обращение с огнем Самовозгорание веществ и материалов Неисправность электрооборудования Технические неисправности электровозов Технические неисправности тепловозов Установленные поджоги Искры тепловозов Искры контактных проводов Детская щалость с огнем Прочие Рисунок 1,6. - Количество пожаров и вызванный ими воспламеняющимися жидкостями или газами, что может привести к крупной чрезвычайной ситуации с тяжелыми последствиями.

Основными причинами возникновения аварийных ситуаций являются увеличение интенсивности работы федерального железнодорожного транспорта при сокращении внутриотраслевых расходов и персонала, а также высокая степень износа основных производственных фондов. Наряду с этим не эффективность принимаемых мер по безопасной перевозке опасных грузов, низкое качество технического обслуживания подвижного состава, отсутствие должного контроля за их подготовкой к перевозке опасных грузов и нарушения технологической дисциплины могут и в дальнейшем приводить к возникновению аварийных ситуаций при перевозках опасных грузов.

1.3 ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ

ПЕРЕВОЗОК ОПАСНЫХ ГРУЗОВ

Проблеме безопасности перевозок опасных грузов, как элементу безопасности, на железнодорожном транспорте всего, проблемой возникновения определенного риска для населения и территорий, по которым перевозятся опасные грузы.

Условия безопасной перевозки опасных грузов устанавливаются соответствующими правилами перевозок, которые часто являясь национальными, учитывали специфику работы отдельных видов транспорта, определенного региона и имели существенное различие, как по форме, так и по содержанию. В целях разработки единых критериев отнесения грузов к опасным, единого перечня опасных грузов, единой системы классификации по классам, видам и степеням опасности, единой системы маркировки опасных грузов, единым требованиям к таре и упаковке, а также транспортным средствам в 1953 году на 15 сессии Экономического и Социального Совета Организации Объединенных Наций (ЭКОСОЦ ООН) было принято решение о создании в рамках комиссии по транспорту и связи Комитета экспертов по перевозке опасных грузов. Данным Комитетом разработаны рекомендации по перевозке опасных грузов, представленные в форме «Типовых правил перевозки опасных грузов» /25, 26/, которые позволяют на их основе разрабатывать национальные и международные правила, регулирующие перевозки опасных грузов, осуществляемые различными видами транспорта. Несмотря на рекомендательный характер Типовых правил, многие страны приняли их в качестве основы для разработки правил перевозки опасных грузов. Это обусловлено тем, что всеобщее применение разработанных в Типовых правилах системы классификации, перечней грузов, требований в отношении упаковки, маркировки, знаков опасности, информационных табло и документации облегчает задачи перевозчиков, грузоотправителей и инспектирующих органов благодаря идентификации транспортных операций, погрузочноразгрузочных работ и контроля, а также благодаря сокращению затрат времени, связанных с соблюдением формальностей. Так, 1 июля 2001 г. в Европейских странах, в качестве приложения 1 к «Единым правовым предписаниям для договора международной железнодорожной перевозки грузов» (CIM) изданы переработанные и заново структурированные «Правила перевозок опасных грузов в международном железнодорожном сообщении» (RID) /21/. Одновременно издано переработанное «Европейское соглашение о дорожной перевозке опасных грузов в международном сообщении» (ADR). Данные регламенты переработаны и изложены в соответствии с одиннадцатым пересмотренным изданием Рекомендаций ООН. Учитывая, что тексты новых RID и ADR существенно гармонизированы, в Германии вместо двух постановлений, относящихся к автомобильному и железнодорожному транспорту, издано единое для обоих видов транспорта «Постановление о внутригосударственной и трансграничной перевозке опасных грузов по автомобильным и железным дорогам» (GGVSE). В связи с вводом в действие данного постановления был переработан ряд правовых актов, к которым в частности относились: «Постановление о перевозке опасных грузов по железным дорогам» (GGVE), «Постановление о дорожной перевозке опасных грузов» (GGVS), «Постановление о контроле за перевозками опасных грузов» и др. Аналогичные мероприятия были осуществлены и в большинстве других Европейских стран. В Соединенных штатах Америки, издаваемые Управлением исследований и специальных программ (RSPA) инструкции по классификации, упаковке и маркировки перевозимых опасных грузов, а также по контейнерам, в общем, и целом соответствуют Типовым правилам ООН. Что касается железнодорожных вагонов, то эти инструкции им не подходят, поскольку в Америке конструктивное исполнение вагонов другое, чем в Европе.

Для регулирования вопросов безопасной перевозки опасных грузов во всех странах созданы специализированные организации. В Соединенных штатах Америки после переработки закона о перевозках опасных грузов в Министерстве транспорта, которое регулирует данные перевозки, было создано два органа: Управление исследований и специальных программ (RSPA) и Федеральная железнодорожная администрация (ФЖА), наделенные большими полномочиями.

RSPA несет ответственность за безопасность перевозки опасных грузов железнодорожным, автомобильным, воздушным, трубопроводным и морским транспортом. Оно издает инструкции по классификации, упаковке и маркировке перевозимых опасных грузов.

ФЖА несет ответственность за выполнение инструкций RSPA. Инспектора ФЖА инспектируют железнодорожную технику, технику применяемую грузоотправителями и грузополучателями, а таьсже заводы, строящие и ремонтируюшие вагоны. Они проверяют железнодорожные вагоны с точки зрения правильности их маркировки и применяемые погрузочно-разгрузочные технологии. Инспектора обследуют дефекты и повреждения на вагонах и руководят исследованиями, направленньми на улучшение условий безопасности.

В случае несоблюдения инструкций ФЖА имеет право подать на нарушителей в суд. Так, в период с 1989 по 1994 гг.

она наложила на железные дороги, грузоотправителей, изготовителей контейнеров и ремонтные заводы более 3 тыс.

взысканий.

Исследованием транспортных происшествий и установлением вероятных причин несчастных случаев занимается Национальный совет по безопасности на транспорте (NTSB), являющийся независимым федеральным органом. Он тщательНО все проверяет и вносит на рассмотрение правительства и промышленности предложения по улучшению технологии погрузки и выгрузки грузов, а также по оказанию помощи при устранении последствий происшествий с опасными грузами. Члены совета назначаются президентом Соединенных Штатов. NTSB не выполняет роли стража законности, и не является органом выпускающим инструкции. Он дает рекомендации и отслеживает их исполнение. С момента своего основания в 1968 г. NTSB разработал более 75 рекомендаций по безопасности перевозки опасных грузов.

Определенную роль в вопросах безопасности перевозки опасных грузов играет также Агентство по защите окружающей среды (ЕРА). Оно согласует с Министерством транспорта меры по устранению последствий аварии с опасными грузами, которые могут привести к загрязнению окружающей среды. ЕРА определяет степень опасности для окружающей среды при вытекании или высыпании опасных веществ и дает рекомендации по обращению с этими веществами. Кроме этого, каждая крупная железная дорога в США имеет группу специалистов по опасным грузам, которые ведут постоянную работу по улучщению условий безопасной перевозки опасных грузов.

Одной из возможностей повыщения безопасности перевозки опасных грузов является сотрудничество с другими причастными к ним организациями. Так, Ассоциация американских железных дорог (ААЖД), Ассоциация производителей химических продуктов и Институт перспективных исследований на железнодорожном транспорте в начале 70-х годов организовали рабочую группу на добровольных началах, которая занимается проблемами аварий с вагонами перевозящими опасные грузы. Рабочая группа помогает также в разработке модели анализа риска, с помощью которой можно определить эффективность альтернативных мер по снижению риска. Многочисленные объединения отправителей опасных грузов так же прилагают максимум усилий для обеспечения безопасности их перевозки. Ведущей среди них является Ассоциация производителей химических продуктов (СМА), которая уже в течении многих лет финансирует аварийную связь между местами возникновения происществий с опасными грузами и отправителями химических продуктов. Служба экстренной помощи работает круглосуточно, и ее работники сразу же информируют грузоотправителей о происществий и сами могут получить указания в отношении проведения экстренных мероприятий. Через ААЖТ СМА тесно взаимодействует с железными дорогами, в частности, по вопросам безопасности. Многие другие нефтехимические компании активно участвуют в мероприятиях по обеспечению безопасности перевозок опасных грузов по железной дороге. Несколько лет тому назад СМА разработала программу общественного оповещения и немедленного реагирования (CAER),предусматривающую подготовку населения прилегающей к химическому предприятию местности к возможным происществиям. Впоследствии эта программа была распространена на транспортные средства и получила название TRANSCAER. Кроме того в каждом крупном городе и в каждом районе Соединенных Штатов созданы местные аварийные комиссии (LEPC), которые разрабатывают планы по принятию необходимых мер в случае серьезных происшествий всякого рода, включая аварии с железнодорожными вагонами, перевозящими опасные грузы.

В различных отраслях промышленности и на правительственном уровне всячески стимулируются научные исследования, проводимые с целью повышения стандартов безопасности. В основном эти работы выполняются Центром транспортных технологий (TTCI), дочерней компанией Ассоциации американских железных дорог (AAR). TTCI предоставляет экспедиторам, грузоотправителям и изготовителям контейнеров для перевозки опасных грузов большой объем услуг по обеспечению безопасности перевозок и проводит обучение специалистов в этой области.

Безопасность перевозки опасных грузов определяется несколькими факторами. ААЖТ ежегодно составляет статистические отчеты о перевозке опасных грузов в Соединенных Штатах и Канаде. В них приводятся точные данные об объемах перевозок и частоте аварий с опасными грузами в текущем году и за несколько предыдущих лет. В 1997 г., последнем году, за который имеются данные, на американских и канадских железных дорогах было осуществлено порядка 2 млн. отправок опасных грузов. Распределение отправок, по наиболее часто перевозившимся в США и Канаде видам опасных грузов, приведено в таблице 1.1.

ЫШЛ и ФЖА контролируют несчастные случаи с опасными грузами, к которым относятся столкновения, сходы с рельсов и другие происшествия, как-то взрывы, возгорания, происходящие во время движения средств транспорта и обуславливающие повреждения пути и оборудования, ущерб от которых превьшает установленную на данный момент предельную сумму (сейчас эта сумма составляет ббОО долл. США) и в которых участвовал как минимум один вагон из состава поезда с опасными грузами.

Таблица 1.1. Наиболее часто перевозившиеся в США и Канаде опасные грузы.

Жидкости, перевозимые в нагретом состоянии Твердые вещества, наносящие вред окружающей среде Спирт денатурированный Стирол, ингибированный Аммония нитрат Кислота угольная Кислота соляная Мазут (класс 9) Жидкие вещества, наносящие вред окружающей среде Натрия хлорат Бутадиен стабилизированный Фенол, расплавленный Топливо дизельное За рассматриваемый период общее число аварий с поездами США, перевозящими опасные грузы, снизилось на 16 % с 3035 до 2560 случаев. За этот же период число аварий с поездами, во время которых из вагонов вытекали опасные вещества, осталось примерно на том же уровне.

За семь лет имело место только два смертельных случая в результате утечки опасных грузов /27, 29/.

В Европе одним из первых, изменивших свой подход к перевозке опасных грузов, явилось Национальное общество французских железных дорог (НОФЖД). Создание высокого уровня безопасности является для НОФЖД первостепенной задачей. За последние десятилетия НОФЖД затратило значительные средства на ее выполнение, часть которых была направлена непосредственно на повышение безопасности перевозок опасных грузов. Кроме этого было создано специальное представительство, функционирующее круглосуточно и призванное осуществлять надзор за следованием вагонов с опасными грузами, а также предоставлять заинтересованным лицам полезную информацию в случае аварий и других происшествий, связанных с перевозкой опасных грузов.

НОФЖД детально анализирует каждую аварию или происшествие и разрабатывает меры, направленные на предотвращение их повторения. Кроме того. Генеральной Дирекцией НОФЖД создана Комиссия по обеспечению безопасности перевозок опасных грузов. Этот орган многофункционального управления подчиняется непосредственно Генеральной Дирекции /28/.

Помимо разработок инструкций, рекомендаций, предоставлению услуг по осуществлению безопасных перевозок опасных грузов, а также осуществлению контроля за выполнением требований таких документов проводятся разработки и в части подвижного состава.

Анализ вагонного парка зарубежных стран позволяет заметить, что в последнее время наметилась тенденция к увеличению числа специализированных крытых вагонов, крытых хопперов и цистерн /30/. Это объясняется тем, что оптимальное транспортирование, погрузка и разгрузка определенных видов грузов предполагает использование специализированных вагонов. Требования к таким вагонам определяются степенью соответствия их конструкции погрузки-выгрузки, а таьсже их способностью обеспечить сохранность груза. В связи с этим дороги и частные транспортные компании стремятся приобретать в первую очередь специализированные грузовые вагоны.

компании США оценили преимущество полувагонов с алюминиевыми сплавами и, несмотря на более высокую покупную стоимость по сравнению со стандартным вагоном, имеющим стальной кузов, резко увеличили заказы на алюминиевые полувагоны, гондолы, хопперы. Новые вагоны для перевозки сыпучих грузов имеют увеличенный объем кузова и изготавливаются из алюминия. Например, типовой вагон имеет кузов объемом до 150м^, а вагон с алюминиевым кузовом - до 170м"' (США) /Ъ1/. Имеются вагоны для перевозки химически активных сыпучих грузов с кузовом из пластмассы грузоподъемностью 114 т объемом l&Qy^ оборудованные устройствами пневматической разгрузки.

в Югославии на вагоностроительном заводе MIN (г.

Ниш) ведутся работы над проектом вагона вместимостью 70м для перевозки сыпучих опасных грузов с нагрузкой на ось 22,5 т, а также рассматривается вопрос о разработке вагона вместимостью 105м"^ т.

В Германии создан новый вагон-хоппер модели TALNS 969 на базе хоппера фирмы Adtranz (г. Зиген, земля Северной Рейн-Вестфалии) /31/. При проектировании конструкции нового хоппера исходили из того, что он должен обеспечить высокий уровень обслуживания, большой объем загрузки при уменьшении массы тары вагона.

Новый вагон хоппер имеет традиционную для таких вагонов форму кузова с наклонными стенками. Предназначен для перевозки сыпучих опасных грузов, для разгрузки которых имеются люки-бункеры. Tains 969 имеет покрытие из высокопрочной пластмассы, обеспечивающее хорошее скольжение разгружаемого материала по стенкам. Такой вариант хоппера особенно удобен и для перевозки других сыпучих грузов, требующих быстрой разгрузки самотеком. Открывание и закрывание крышек люков производится с помощью гидропривода, а для облегчения открывания и закрывания в конструкции хоппера сохранена гидравлическая система.

В вагоне имеется система страховки, которая предупреждает возможность управления процессом разгрузки лицами, которые не имеют отношения к эксплуатации хоппера.

На железных дорогах Германии эксплуатируется 2осный крытый грузовой вагон типа Н с боковыми раздвижными стенками из алюминиевого сплава /32/. Боковая раздвижная стенка крытого вагона имеет длинну И м и состоит из алюминиевых прессованных профилей и листов.

Профили соединены между собой сваркой плавлением, а листы приварены к профилям точечной сваркой. Применение таких боковых стенок позволяет повысить грузоподъемность вагона на 2 т, избежать коррозии и сократить объем ремонтных работ. Опытный б-осный вагон типа FAALS 150 для перевозки сыпучих опасных грузов имеет боковую стенку и две крышки разгрузочных люков, сделанные из алюминиевого сплава, а другую боковую стенку с крышками люков - из стали.

Анализ зарубежного опыта перевозки опасных грузов показал, что многие страны уделяют должное внимание не только вопросам совершенствования технологии перевозок, но и подготовки опасного груза к перевозке, созданию новых типов вагонов, внедрению специализированного парка вагонов для определенных грузов, созданию более жестких регламентов и их унификации в соответствии с требованиями международных регламентов Анализ условий перевозок легковоспламеняющихся грузов, представленных в главе 2 настоящей диссертационной работы, позволяет сделать вывод, что действующие условия перевозок не в полной мере отвечают необходимым требованиям, а оптимальные технические условия отсутствуют. В силу этого возникает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование организации производства при перевозках легковоспламеняющихся грузов путем разработки комплекса эффективных мер и технологии, направленных на усоверщенствование условий перевозок легковоспламеняющихся грузов, основывающихся как на фактических пожароопасных свойствах груза, так и на факторах, влияющих на вероятность возникновения их возгорания в процессе перевозки.

Актуальность работы обусловлена так же тем, что в силу объективных обстоятельств не представляется возможным непосредственно заимствовать зарубежные технологии. В качестве основных задач исследования выбраны:

- исследование физико-химических и пожароопасных свойств грузов;

- исследование изменения гранулометрического состава груза в моделируемых условиях вибрационного воздействия;

возгорание легковоспламеняющихся грузов в пути следования;

- исследование процесса возгорания и горения от воздействия низкоэнергетических источников;

- разработка рекомендаций, направленных на осуществление безопасной перевозки ряда легковоспламеняющихся грузов.

Для рещения поставленных задач были применены методы анализа, обработки и обобщения статистических данных по вопросам безопасной перевозки опасных грузов, теоретический аппарат физико-химической кинетики, метод экспертных оценок, метод сравнительной типологии, теория катастроф. При обработке результатов использовались методы математической статистики и теории вероятности.

При изучении современного состояния теории и практики перевозок легковоспламеняющихся опасных грузов на железнодорожном транспорте автор руководствовался опубликованными данными международных организаций, связанных с вопросами обеспечения безопасности, а также результатами отечественных научно-исследовательских институтов Российской Академии Наук, железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, ВНИИЖГ), Сибирского государственного университета путей сообщения (НИИЖТ).

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ,

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХ

ГРУЗОВ И АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПЕРЕВОЗОК

2.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕРЫ КОМОВОЙ.

Анализ состояния безопасности позволяет утверждать, что наряду с сокращением общего числа аварийных ситуаций, возгорания легковоспламеняющихся грузов увеличиваются. Наибольшее количество возгораний происходит при перевозках серы комовой, погруженной на станции Аксарайская-2 Приволжской железной дороге, и бурого угля, погруженного на станции Щахтерская Забайкальской железной дорги.

диамагнитное твердое вещество желтого цвета с температурой плавления 119,3°С, кипения - 444,б°С /ЪЪ/. При понижении температуры сера светлеет и при температуре жидкого воздуха становится почти белой. Сера обладает больщим количеством аллотропных форм /34/. Особенно хорошо известен энантиотропный переход, наблюдаемый при 95,б°С. Диаграмма состояния серы, где указан этот переход, представлена на рисунке 2.1.

Аллотропная форма, устойчивая при температурах ниже температуры перехода и, следовательно, при комнатной температуре, известна как ромбическая (она имеет орторомбическую ячейку) или а-сера (кристаллы лимонножелтого цвета). Это - термодинамически устойчивая (до 95,б°С) при нормальных условиях форма, и все другие аллотропные формы превращаются в нее. Ромбическая сера Рисунок 2.1. - Диаграмма состояния для серы легко растворяется в неполярных органических растворителях, а хорошая растворимость в таких растворителях и низкая температура плавления характерны для молекулы с ковалентным типом связи и средним молекулярным весом.

Плотность этой формы равна 2,07 г/см^.

Вторая аллотропная форма, образующаяся из твердой а-серы при 95,б°С и выше, или из жидкой сх-серы в результате кристаллизации в интервале температур 119,3-95,б°С (температура плавления и температура превращения соответственно), известна как моноклинная, призматическая или (3-сера (кристаллы бледно-желтого цвета). Плотность этой формы 1,96 v/cu^, поэтому а-»(3-переход сопровождается значительным увеличением объема. Переход из одной формы в другую происходит не слишком быстро, и (3-форма может сохраняться в метастабильном состоянии при обычной температуре в течении некоторого времени при уелоВИИ, ЧТО центры зарождения а-формы отсутствуют или не добавлено какое-либо вещество, ускоряющее превращение.

Известно также несколько других форм серы в твердом состоянии. Все они монотропны и метастабильны при нормальных условиях. Одна из них, перламутровая или у~сера, впервые получена и описана Гернезом; ее иногда называют серой Гернеза. По физическим свойствам у-сера незначительно отличается от а-формы; температура плавления ее 107°С, а плотность 2,05 г/см"^. Подобно (3-форме она может сохраняться в течении некоторого времени при нормальных условиях; но так как она метастабильна и монотропна, то ее превращение не может быть обратимым, за исключением случаев создания особых условий.

Другую модификацию, ромбоэдрическую, или р-серу можно получить только при строго определенных условиях (в результате добавления насьщенного водного раствора тиосульфата натрия к концентрированному раствору соляной кислоты при 10°С, с последующим выделением осадка хлороформом). Полученные кристаллы имеют плотность 2, v/cu^f температура их плавления ниже 100°С.

Особо надо отметить так называемые пластичную (резиноподобную) и аморфную (пурпурную) формы серы; первую получают при резком охлаждении жидкой серы, а вторую в результате охлаждения паров серы, нагретых до высокой температуры.

В настоящее время считается, что в структуре ромбической а-серы содержатся складчатые восьмичленные кольца, имеющие вид корон. В паровой фазе, находящейся в равновесии с твердой, также содержатся такие восьмичленные кольца. Структура (3-формы не установлена. Но поскольку р-сера может сосуществовать в равновесии с паром, содержащим кольца Ss, и поскольку изменение энергии при сх-+р-переходах невелико, считается, что она отличается от а-формы только расположением молекул в кристалле. Решетка усеры построена из складчатых восьмичленных колец, но упакованы они иначе, чем в а-форме.

Кристаллическая рещетка р-серы состоит из складчатых шестичленных колец, имеющих вид кресел. По внутренней энергии кольца и цепочки серы отличаются друг от друга несущественно.

Одним из резко аномальных свойств серы является ее вязкость. Расплавленная (А-форма) сера при температурах выше температуры плавления (119,3°С) представляет собой исключительно подвижную жидкость. Однако график зависимости вязкости серы от температуры показывает очень резкое изменение вязкости при 155°С. При этой температуре вязкость внезапно становится настолько больщой, что серу не удается даже вьшить из контейнера. Вязкость продолжает расти и достигает максимума при 187°С; при дальнейшем повышении температуры она постепенно падает (рисунок 2.2).

Эти переходы вязкости серы обусловлены изменением строения ее молекул. Изменение атомной структуры приводит и к изменению внешнего вида расплавленной серы: при плавлении сера сначала превращается в подвижную желтую жидкость, которая выше 155°С буреет, к 187°С превращается в вязкую темно-коричневую массу, а при 300°С вновь становится жидкой.

Рисунок 2.2. - Изменение вязкости жидкой серы Наряду с этим и другие физические свойства серы претерпевают заметные изменения. В качестве примеров можно привести изменение теплоемкости, при той же температуре, показанное на рисунке 2.3, а так же изменение термического коэффициента линейного расширения, представленного в таблице 2.1.

Такой характер изменения физических свойств с температурой объясняется происходящим превращением мономера в полимер. Следует отметить, что данные изменения не зависят от времени, следовательно, равновесие в жидкости быстро устанавливается при изменении внешних условий /34/.

Рисунок 2.3. - Изменение теплоемкости жидкой серы линейного расширения в зависимости от температур.

Диапазон температур, термический коэффициент Предъявляемая к перевозке сера представляет собой твердое низкоплавкое вещество. В зависимости от товарного вида - порошок, кристаллы или гранулы желтого цвета /35/. Нерастворима и тяжелее воды. Загрязняет водоемы. Горит с образованием большого количества дыма и

РОССИЙСКАЯ

ядовитых газов. Пыль может образовывать с воздухом взрывоопасные смеси /36, 37/.

При дисперсности образца менее 74 мкм:

- температура самовоспламенения; аэрогеля 220°С, аэровзвеси 190°С;

- нижний концентрационный предел воспламенения 2, - нижний концентрационный предел распространения пламени 35 г/м^;

- максимальное давление взрыва 560 кПа;

- максимальная скорость нарастания давления 32,4 МПа/с;

- минимальная энергия зажигания 15 мДж;

- минимальное взрывоопасное содержание кислорода 12% (об.) при разбавлении пылевоздушной смеси диоксидом углерода;

- кислородный индекс 13,6% (об.).

Тонкоизмельченная сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углем, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью /ЪЬ/. В соответствии с классификационными критериями /3/ сера относится к опасным грузам 4 класса опасности, подкласс 4.1, обладает дополнительной опасностью - слабоядовита и имеет низкую степень опасности /2, 3, 38/.

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

БУРОГО УГЛЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОЖАРООПАСНОСТИ

Бурый уголь - горючее твердое вещество коричневого цвета. Имеет высшую удельную теплоту сгорания беззольной массы менее 238 65 кДж/кг. В его состав входит значительное количество минеральных примесей, влаги и серы.

Температура воспламенения бурого угля составляет 410°С, температура самонагревания - 50н-б5°С, температура тления - 150-г250°С. Он склонен к самовозгоранию, горит длинным коптящим пламенем /38/.

На пожароопасность угля существенное влияние оказывают физические свойства и петрографический состав. Высокая влажность и пористость угля, преобладание в нем фюзенита способствуют быстрому разрушению угля с образованием большого количества тонкодисперсной сажистой пыли, способной легко возгораться от воздействия внешних тепловых источников 1ЪЪ1. Существует зависимость количества возникающих пожаров от метеорологических факторов (влажности воздуха, осадков, давления). Особое место в пожароопасности занимает скорость движения поездов. При высокой скорости достаточно одного из перечисленных внешних тепловых источников, чтобы поджечь и распространить открытый огонь.

Химические процессы, происходящие в углях, также оказывают влияние на пожароопасность. Превалирующим фактором является тепловое возгорание за счет окисления угля. При контакте угля с воздухом под действием атмосферной влаги и кислорода уголь претерпевает ряд необратимых изменений, теряет блеск, раскалывается на куски.

затем становится рыхлым и приобретает бурый цвет за счет образования гуминовых кислот. В результате снижается теплота сгорания, растет влажность, ухудшается спекаемость. Такой уголь называется окисленным. В элементном составе окисленного угля падает содержание углерода и водорода с одновременным возрастанием доли кислорода. Высокая экзотермичность реакций может вызвать разогрев окисляющейся массы угля до температур, при которых последний загорается. Такое явление называется самовозгоранием.

Интенсивный, самоускоряющийся и протекающий в течение сравнительно короткого времени процесс возгорания подготавливается более длительным процессом самонагревания, поэтому влияние физических условий сказывается прежде всего на процессе самонагревания. Физические условия самонагревания включают в себя доступ кислорода к углю и распространение теплоты, образующейся в результате его окисления. Интенсивность проникновения в уголь кислорода определяется степенью пористости структуры углей. Реакция окисления кислородом воздуха является гетерогенной химической реакцией на границе раздела между твердой поверхностью и газом, которая проходит через ряд последующих стадий:

- диффузию кислорода к поверхности раздела фаз, где протекает реакция;

- адсорбцию кислорода на этой поверхности;

- химическую реакцию, начинающуюся с поверхности слоя;

- десорбцию частиц продуктов реакции, образовавщихся в пограничном слое;

- диффузию частиц из реакционной зоны в глубь массива угля.

В период самонагревания происходит процесс выпаривания влаги, который можно разделить на две стадии.

Первая стадия связана с потерей внешней влаги углем за счет разности между упругостью паров воды над поверхностью угля и давлением окружающего воздуха. Вторая стадия сушки связана с удалением гигроскопической влаги, которая происходит при температурах выше 100°С. В связи с тем, что процесс связан с фазовым переходом воды, рост температуры очага самонагревания на этой стадии может резко замедлиться, а при определенных условиях температура его может даже падать.

После достижения критической температуры в очаге нагретого угля при достаточном доступе воздуха скорость окисления начинает увеличиваться. Тепло, выделяемое при окислении угля, при благоприятных внешних условиях приводит к его возгоранию. Интенсивность тепловыделения определяется химической активностью угля, а накопление тепла и разогрев угля зависят от характера теплообмена с окружающей средой. Кроме того, следует учитывать, что процесс самонагревания происходит при очень незначительных расходах кислорода.

На интенсивность самовозгорания бурого угля оказывают также влияние размеры кусков (в состоянии мелкого измельчения опасность наибольшая), внутренняя влажность, "свежесть" добытого, климатические условия, технология добычи, время года, внешние источники тепла, размер штабеля, состояние вентиляции штабеля, тип и химический состав угля.

Бурый уголь марки 2Б рядовой Харанорского разреза имеет самую высокую степень пожароопасности по сравнению с бурыми углями, добываемыми на других разрезах страны. Если уголь Харанорского разреза имеет степень пожароопасности По=185, то у углей других месторождений она находится в пределах от 73 до 108.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что бурые угли из-за физико-химических свойств склонны к самовозгоранию и являются легковоспламеняющимся грузом. Особенно это касается бурых углей Харанорского месторождения, имеющих очень высокую степень пожароопасности.

2.3 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПЕРЕВОЗОК РАССМАТРИВАЕМЫХ

ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ГРУЗОВ.

В Российской Федерации законодательно установлено, что:

- в соответствии с п. 3 статьи 21 Федерального закона "О железнодорожном транспорте в Росссийской Федерации" /1/, грузоотправители и грузополучатели при перевозках, погрузке и выгрузке опасных и специальных грузов должны обеспечивать безопасность таких перевозок, погрузки и выгрузки, а также иметь соответствующие средства и мобильные подразделения, необходимые для ликвидации аварийных ситуаций и их последствий;

- в соответствии со статьей 18 Федерального закона "Устав железнодорожного транспорта Российской Федерации" /8/ грузоотправители обязаны подготавливать грузы для перевозок в соответствии с установленными стандартами, техническими условиями на продукцию и иными актами таким образом, чтобы обеспечивать безопасность движения и эксплуатации железнодорожного транспорта, качество перевозимой продукции, сохранность грузов, вагонов, контейнеров, пожарную безопасность и экологическую безопасность.

Согласно статьи 19 /8/ грузоотправители, грузополучатели, перевозчики, владельцы инфраструктур несут ответственность за убытки, возникшие в процессе перевозки в связи с происшедшими по их вине аварийными ситуациями, включая перевозку грузов, загрязнение окружающей среды, перерывы в движении поездов, в том числе и возмещают в соответствии с законодательством Российской Федерации расходы на ликвидацию таких ситуаций.

Исходя из основополагающих законодательных актов железнодорожного транспорта. Правилами перевозок опасных грузов /2/ предписано, что "сера" перевозится в универсальных контейнерах и крытых вагонах (п. 2.2.23) в транспортной таре согласно требованиям приложения 7, т.е. с соответствующей противопожарной подготовкой вагона для перевозки груза.

При международных перевозках в соответствии с правилами перевозок опасных грузов /40 - 42/ сера перевозится в крытых вагонах или вагонах открытого типа с брезентовым покрытием. Однако, при перевозке назначением в Республику Молдова, Латвийскую Республику, Литовскую Республику, Российскую Федерацию, Украину или транзитом через территории вышеназванных стран должны использоваться только крытые вагоны.

В соответствии с требованиями, представленными в таблице классов /AQ/, сера должна перевозится в крытых вагонах и контейнерах. Для упаковки серы применяется /40 - 44/ следующая транспортная тара:

Барабаны: стальные, алюминиевые, из полимерных материалов, фанерные, картонные (если необходимо с одним или несколькими пыленепроницаемыми внутренними мешками);

Канистры стальные или из полимерных материалов;

Составная тара, как с внутренними сосудами из полимерного материала, так и с внутренними сосудами из стекла, фарфора, керамики;

Комбинированная упаковка (стекло, полимерный материал или металл);

Легкая металлическая тара;

Ящики: стальные, деревянные, алюминиевые, фанерные, древесноволокнистые, картонные, из полимерных материалов (если необходимо с одним или несколькими пыленепроницаемыми внутренними мешками);

Мешки: из текстильной ткани, из полимерной ткани, из полимерной пленки, бумажные.

В соответствии с Межгосударственным стандартом /45/ комовую серу транспортируют насыпью в полувагонах с нижними люками. По согласованию с потребителем допускается транспортировать серу в крытых вагонах, при этом двери вагонов должны быть закрыты предохранительными щитами.

В соответствии с международными правилами сера перевозится: в крытых вагонах, упакованная в тару группа упаковки III /24 - 26/.

Однако, на основании статьи 13 /7/ (ст. 8 /8/) телеграммой от 29.01.99г. № И-935 МПС России и Госгортехнадзор России разрешил ОАО "Астраханьгазпром" и ОАО "Оренбурггазпром" осуществлять перевозку серы комовой на особых условиях в полувагонах с нанесением на поверхность груза в качестве защитного укрытия слоя расплавленной серы, которая затвердевая образует корку.

При формировании поездов вагоны с серой должны прикрываться от локомотива не менее чем тремя вагонами с неопасными грузами или порожними. Ответственность за возможные последствия при таких перевозках несет грузоотправитель.

Бурый уголь, относящийся к массовым навалочным грузам, перевозится в открытом подвижном составе - полувагонах. В связи с тем, что бурые угли Харанорского месторождения обладают высокой степенью пожароопасности, а загружаемый в подвижной состав уголь содержит большое количество мелких фракций, грузоотправитель обязан принять меры по обеспечению пожарной безопасности и сохранности груза в пути следования.

В соответствии с требованиями раздела II /46/, грузоотправитель перед погрузкой груза, содержащего мелкие фракции, должен уплотнить зазоры кузова вагона, после погрузки разровнять и уплотнить поверхность груза, а затем нанести на нее пленкообразующий раствор, который этих мер дает возможность обеспечить сохранность груза в процессе перевозки, защитить груз от внешних источников возгорания, снизить интенсивность окисления угля, загруженного в вагоны, снизить потери, возникающие от • выдувания в процессе перевозки и, как следствие, уменьшить негативное воздействие на окружающую природную среду и на верхнее строение пути.

По заданию Департамента коммерческой работы в сфере грузовых перевозок ОАО «РЖД» были проведены неоднократные проверки соблюдения условий перевозок серы комовой и бурого угля, которые показали, что данные условия грузоотправителями не выполняются. Обследованиями установлено, что, как на Астраханском, так и Оренбургском газоперерабатывающих заводах, перевозка серы комовой осуществляется на особых условиях в соответствии с телеграммой МПС России и Горгостехнадзора России от 21.01.99г. № И-935 применяемая технология погрузки и перевозки не обеспечивает необходимых условий. Обследованием обнаружено, что имеют место: неровности поверхности груза (перепады до 25-30 см), загруженного в полувагоны; отдельные трещины на поверхности защитного покрытия (шириной до 5 мм), образующиеся уже перед отправлением; неудовлетворительная заделка щелей в полувагонах и, как следствие, просыпание груза на верхнее строение железнодорожного пути при формировании состава перед отправлением. Установлено, что возгорания серы комовой при перевозках продолжаются, и мер по предотвращению возгораний грузоотправителем не принимаются.

Обследования мест погрузки бурого угля свидетельствуют, о том, что грузоотправитель угля - Харанорский разрез практически не принимает никаких мер для обеспечения пожарной безопасности отгружаемого угля.

Таким образом, необходимо провести научные исследования по изучению причин возгорания данной номенклатуры грузов в процессе их перевозки, определить возможность их транспортировки в существующих транспортных средствах, установить факторы возгорания при перевозке и наметить пути, обеспечивающие безопасные условия перевозок.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ ВОЗГОРАНИЯ И ГОРЕНИЯ И СПОСОБСТВУЮЩИХ

ФАКТОРОВ ПРИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗКАХ.

Анализ случаев возгорания легковоспламеняющихся грузов в пути следования позволяет сделать вывод, что фиксируются и причины не выявляются. Выявление причин возгорания затруднено еще тем, что они включают в себя условиях не представляется возможным как по понятиям отсутствия необходимых приборов у персонала аварийно восстановительных подразделений.

Исследованные факторы, способствующие возникновению возгораний легковоспламеняющихся грузов в процессе перевозки, приведены ниже.

3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

КОМОВОЙ СЕРЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ.

Известно, что вибродинамические нагрузки, возникающие в процессе перевозки, оказывают существенное влияние на гранулометрический состав серы, в результате чего он претерпевает изменения. С целью определения изменения гранулометрического состава комовой серы, а также выявления закономерностей такого процесса в зависимости от продолжительности вибрационного воздействия (что коррелирует с продолжительностью перевозки) были проанализированы результаты испытаний, моделирующие процесс транспортировки.

Для испытаний по разработанной методике подготавливался образец (проба-порция) и определялся его гранулометрический состав. Образец помещался в емкость с последующим закреплением на платформе вибрационной установки, после чего подвергался вибрационному воздействию, имитируя нагрузки, возникающие при перевозке. По истечении заданного времени вибрационное воздействие прекращалось для определения гранулометрического состава пробы-порции, после чего образец перемешивался и испытание продолжалось. Гранулометрический состав образца серы определенный по методике ситового анализа представлен ниже.

таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты экспериментальных испытаний Длительность Проба- Процентное ( ) содержание фракций di^, мм, воздействия водорода 9) Диффузия, адсорбция, растворение кислорода воздуха и окисление водорода ^>^^2(,Г,П0В,ОБЪЕМ ) + ^2(Г,П0В,ОБЪЕМ ) ~^ ^2^ + ^-^1,2,3 г (3.23) где AH]2j~ энтальпии соответствующих процессов.

10) Окисление с воспламенением серы на поверхности пользу предложенного механизма:

1) Частота возгораний не зависит от температуры окружающей среды (времени года) и освещенности (времени суток) - как и практически безактивационные радикальные и ион-радикальные процессы, служащие предпосылкой начала процесса окисления.

2) "Бездефектная" и однородная в энергетическом отношении сера имеет практически нулевую ЧВ (монокристаллы, гранулы, таблетки, чещуйки, отнесенные к неопасным грузам, а также самородная) - необходимым условием является поверхность и дефектность, т.е., прежде всего, мелкая фракция (пыль).

3) В замкнутом, закрытом объеме, а также под покрытием сера при перевозке не возгорается - необходимым условием является приток (диффузия) кислорода (окислителя), т.е. аэродинамические условия, в которых находится вещество. Частота возгораний груза при движении вагона (в определенном диапазоне скоростей) выше, чем в неподвижном положении (в стоящем вагоне или при хранении в буртах).

воздуха и осадков - влияние воды на кинетику процессов сложное, т.к. она может как ускорять, так и замедлять тепловые, электрические). Вода выступает катализатором полярной средой для образования двойного электрического слоя и т.д., а также может ингибировать и прекращать горение. Условия возгорания возникают при попадании в поверхность) груза - примеси - температура - влажность - диффузия кислорода - характеристика обема».

5) Динамика вагона существенно влияет на частоту возгораний, но сама по себе не вызывает возгораний, не являясь ни необходимым, ни достаточным условием.

термодинамически однородных условиях. Следовательно, частота возгораний определяется механизмом и кинетикой влияющих на частоту возгораний, некоторыми из них можно управлять с целью снижения или исключения возгораний.

По результатам анализа механизма самовозгорания сделан ВЫВОД о необходимости минимизации воздействия атмосферы на груз, т.е. его изоляции при транспортировании.

3.4.2 Модель возможности возгорания серы при транспортировке.

Технология производства комовой серы предусматривает ее получение из жидкой серы путем заливки в специально оборудованные «серные карты» с последующим дроблением. В процессе застывания жидкой серы присутствующий в ней сероводород адсорбируется на внутренних порах комовой серы. При разработке серных карт, перед погрузкой, часть сероводорода высвобождается в атмосферу, а оставшаяся часть при диспергировании в результате динамических воздействий в процессе перевозки концентрируется на открытых порах. В результате воздействия низкоэнергетического источника зажигания происходит его воспламенение и гомогенное горение с последующей теплопередачей к поверхности груза переходящее в гетерогенное горение. Модель возгорания представлена на рисунке 3.10, Оценка возможности возгорания примесного сероводорода и инициирование возгорания серы.

Исходные данные:

4,0 % - НКПВ = а - нижний концентрационный предел воспламенения H2S, 0,068 мДж = Ejnin ~ минимальная энергия зажигания сероводорода.

Примем следующую модель и обозначения:

В объеме поры и на её поверхности, соответственно.

Оценим, при каком размере пор Np = И^ас при содержании молекул H2S в газовой фазе а=0,04 и монослойной сплошной адсорбции на поверхности поры.

где Л^^, V^ - число и объем Авогадро, соответственно.

где Sfj^s - площадь, занимаемая 1 молекулой НгЭ.

где ккаж - кажущаяся константа скорости; ДН* - эффективная теплота процесса.

Тогда кинетическое уравнение скорости реакции определится из выражения:

После интегрирования оно примет вид: 1п f (Р02) = ккаж = И В зависимости от режима протекания процесk+D са равна, соответственно:

Франк-Каменецкого неприменим, по-видимому, к такой системе как бурый уголь в условиях железнодорожной перевозки, хотя и содержит как термодинамические, так и кинетические характеристики процесса:

характерный размер емкости, содержащей бурый уголь (м).

Критерий не учитывает диффузию и адсорбцию газов (азота, кислорода, пара), а также миграцию и десорбцию примесей.

В СВЯЗИ С ЭТИМ необходимо оценить параметры пожароопасной системы и провести эксперименты по измерению величин "критических параметров": R и d.

Оценки на основе предложенной модели дают величины:

где Гс - элементарный размер кристаллической решетки (0,15 нм); р - плотность бурого угля (900-1200 кг/м^) ;

ДТ ~ Тсв - Тос ~ 683-273 ~ 410 К (разность температур самовоспламенения и окружающей среды); Ср - теплоемкость (6,1 Дж/моль'К).

d ~ (D-I)'' ~ (10"^^ MVC-(l^lO"* с))"" ~ 10-^1000 нм, где D - коэффициент диффузии кислорода в буром угле;

т - характерное время жизни адсорбированных молекул (активизированных комплексов).

Исходя из полученных оценок, для понижения способности бурого угля к самовозгоранию необходимо разрушать высокодисперсную высокопористую структуру на поверхности материала, изолировать или дезактивировать ее каким-либо методом, например, пропиткой тонкого слоя инертными жидкими веществами или адсорбцией газов, уплотнение поверхности погруженного в полувагон груза с последующим нанесением на поверхность защитного покрытия.

4 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ УСЛОВИЙ

ПЕРЕВОЗОК ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ГРУЗОВ.

Безопасность перевозок рассматриваемых легковоспламеняющихся грузов может быть достигнута при учете и исключении влияния факторов, способствующих возгоранию груза, изложенных в третьей главе данной работы. Исключение причин возгорания может достигаться как путем подготовки груза к перевозке, так и путем использования специализированного подвижного состава.

Проведенные проверки соблюдения особых условий перевозок серы комовой, в соответствии с телеграммой МПС РФ и Горгостехнадзора № И-935 от 21.01.99г., показали на недостаточную эффективность применяемых грузоотправителями мероприятий. Недостатки, ведущие к нарущению безопасности движения, отражены в главе 2 данной работы.

Учитывая сложивщуюся ситуацию и принимая во внимание реализацию программы РАО «Газпром» о скорейщем переходе на выпуск гранулированной серы (как менее пожароопасную), рекомендации первого этапа по совершенствованию условий перевозки технической серы были направлены на уменьшение воздействия ветрового потока и предотвращение образования мелкой фракции на поверхности груза. Данные рекомендации предлагались как временная мера и предусматривали предварительное разравнивание поверхности груза специальными устройствами, исключающими наличие на поверхности кусков и неровностей с перепадом уровней более 30 мм и двухэтапную заливку поверхности расплавленной серой с общей толщиной покрытия не менее 50 MM. При этом рекомендации включали в себя обязательное требование о тщательной заделке щелей кузова полувагона в торцевых дверях и местах прилегания нижних разгрузочных люков перед погрузкой и обязательного прикрытия при постановке в поезда из 3 вагонов от ведущего локомотива.

Разравнивание поверхности груза после погрузки в вагон предлагалось осуществлять с помощью виброплиты установленной на портале. Предложенная двухэтапная заливка поверхности расплавленной серой, прежде всего, необходима для заполнения свободного объема и «связывания» частиц серы, находящихся на поверхности и формирование сплощного, идеально ровного, защитного слоя исключающего возникновение завихрений потока воздуха при транспортировке и создающего пылевоздущную смесь серы.

4.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЛОТКОВ

Наряду с рекомендациями, изложенными выще, разработана концепция принципиально новой технологии перевозки серы /67/, заключающаяся в следующем. Расплавленной серой заполняют емкость, представляющую собой транспортабельный лоток, разделенный на ячейки, а затем производят вакуумную сущку с последующим покрытием поверхности пленкообразующим раствором.

Разработанный способ представлен на рисунке 4.1.

Порожний лоток 1 с помощью крана 2 устанавливают на ленточный транспортер 3, затем, перемещая его с помощью транспортера, помещают под разливочное устройство 4, представляющее собой несколько гусаков 5, соединенных с серопроводом 6, и производят заполнение лотка горячей расплавленной серой. После дозировки лоток перемещают и устанавливают в герметичную камеру 1, из которой с поА-А Б-Б Рисунок 4.1 - Способ подготовки технической серы мощью вакуумного насоса 8 типа ДВНП-б откачивают воздух до давления 0,01-0,09 МПа. В камере лоток выдерживают до тех пор, пока температура серы не снизится до температуры окружающей среды, при этом из закристаллизовавшейся серы будет удалена возможная влага. Вакуумный насос 8 отключают и с помощью встроенных внутрь камеры форсунок 9 пленкообразующиися раствор на основе лигносульфонатов, полиэтиленоксидов и других компонентов наносят на поверхность серы до образования пленки толщиной 0,05-0,1 мм. После этого вакуумный насос 8 включается вновь на 0,1-0,5 часа до полного высыхания пленки.

Лотки 10, загруженные серой с помощью ленточного транспортера 3, перемещают из камеры 7 к месту погрузки их на специальные вагоны-платформы 11, где с помощью крана 2 производят погрузку. Загруженные вагоны следуют до места назначения.

Технико-экономическая оценка эффективности разработанного способа показала, что он обладает более высокими показателями по сравнению с традиционными способами.

Проведенный патентный поиск подтвердил оригинальность и плодотворность найденного технического решения, что позволило получить положительное решение государственной патентной экспертизы и выдачу патента Российской Федерации № 2169689.

4.2 ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ПОЛУВАГОНА

Для предотвращения влияния факторов, способствующих возгоранию груза, а так же для обеспечения безопасности и защиты здоровья работников железнодорожного транспорта, населения прилегающих территорий и охрану окружающей среды предложено техническое решение раздвижной крыши модифицированного полувагона, предусматривающее использование полувагона модели 12-119 для перевозки сыпучих (комовых) грузов.

Для обеспечения безопасной перевозки комовой серы к подвижному составу предъявляются следующие требования:

сохранность груза при перевозке (предотвращение просыпания и выветривания); разгрузка груза при минимальном использовании средств механизации; простота при подготовке вагона к перевозке.

В качестве базового вагона взят полувагон модели 12-119 без торцевых дверей /68/, как наиболее отвечающий требованиям, предъявляемым при перевозке комовой серы.

Требования, предъявляемые к крыще модифицированного полувагона:

- защита перевозимого груза от атмосферных воздействий;

- возможность вертикальной загрузки вагона (съемная или раздвижная крыща);

- снижение использования механизации для погрузки и разгрузки вагона при открытии и закрытии крыщи;

- незначительное увеличение массы брутто вагона;

- минимальные затраты на эксплуатацию и ремонтную базу;

На основании выще указанных требований предлагается техническое рещение /70/ суть, которого заключается в следующем.

Крыша разделена на щесть секций, две из них закреплены стационарно по торцам кузова вагона, промежуточные установлены на ролики, причем секции крыщи, расположенные в середине вагона, имеют возможность надвигаться на секции по торцам вагона. При внутренней длине кузова в свету 12700 мм длина секций крыщи составит 2117 мм.

Сущность технического решения показана на рисунке 4.2.

1 - стационарная секция крыши; 2 - промежуточная секция крыши; - средняя секция крыши.

Последовательность раскрытия крыши: а) крыша полностью закрыта;

б) сдвинута средняя секция крыши; в) сдвинута промежуточная секция крыши.

Рисунок 4.2 - Принципиальный вид полувагона, оборудованного сдвижной крышей.

Перемещение подвижных секций оборудованных роликами производится по специальным желобам, установленным на верхнем обвязочном поясе вдоль боковых бортов кузова (рисунок 4.3).

Перемещение подвижных секций крыши производится при помощи цепной передачи, закрепленной на боковой поверхности верхнего обвязочного пояса кузова.

Приводное колесо установлено на угловой стойке кузова вагона. Принципиальная схема механизма перемещения секций крыщи показана на рисунке 4.3. Кинематическая схема механизма перемещения секций крыщи показана на рисунке 4.4.

1 - приводное колесо; 2 - ведущая звездочка; 3 - вертикальная цепь; 4 - ведомая звездочка; 5 - вал; б - передаточная звездочка; 7 - кронштейн; 8 - кожух; 9 - ролики; 10 - тяговый кронштейн; 11 - средняя секция крыши; 12 - промежуточная секция крыши; 13 - неподвижная секция крыши.

Рисунок 4.3 - Принципиальная схема механизма Поворотное колесо 1 жестко крепится к ведущей звездочке 2, в свою очередь соединенной вертикальной цепью 3 с ведомой звездочкой 4. На концах вала 5 жестко насажены попарно звездочки: ведомая 4 и передаточная б.

Вал 4 закреплен с помощью кронштейнов 7 у верхнего обвязочного пояса со стороны торцовых бортов снаружи кузова.

Для предохранения цепной передачи от попадания посторонних предметов, она закрыта кожухом 8.

При повороте приводного колеса 1 (рисунок 4.4) ведущая звездочка 2 с помощью вертикальной цепи 3 передает вращающий момент на ведомую звездочку 4. Вращение ведомой звездочки 4 вызывает вращение вала 5 и передаточной звездочки б. Вращение передаточной звездочки б с помощью горизонтальной цепи 7 передает вращающий момент на приводную звездочку 8, вызывая перемещение тягового кронщтейна 9, соединенного с горизонтальной цепью 7.

1 - приводное колесо; 2 - ведущая звездочка; 3 - вертикальная цепь; 4 - ведомая звездочка; 5 - вал; б - передаточная звездочка; 7 - горизонтальная цепь; 8 - приводная звездочка; 9 - тяговый кронштейн; 10 - средняя секция крыши; 11 - кронштейн.

Рисунок 4.4 - Кинематическая схема механизма бортов кузова. Перемещения секций крыши посредством вала 5, ведомой звездочки 4 и передаточной звездочки предотвращает перекос секций.

арочную конструкцию из продольных балок 1, дуг 2 и обшивки 3. В задней части средней секции крепится тяговый кронщтейн 4, кроме того, одна из средних секций оснащена козырьком 5 в передней части, закрывающим стыковочную щель.

1 - балка; 2 - дуга; 3 - обшивка; 4 - тяговый кронштейн; 5 козырек; 6 - ролик.

Секции крыщи (рисунок 4.6) для упорядоченного перемещения оборудованы ограничителями хода. Причем средние секции 1 имеют ограничители 4, 7 в передней и в задней части направленные вниз.

Промежуточные секции 2 имеют ограничители в передней части ограничители 5 и 6, направленные соответственно вверх и вниз, а в задней части ограничитель 9, направленный вниз.

Неподвижная секция 3 имеет ограничитель хода 8 в передней части направленный вверх.

Секции крыши при ее раскрытии телескопически надвигаются друг на друга, и имеющимися ограничителями хода осуществляется последовательность раскрытия крыши.

1 - средняя секция; 2 - промежуточная секция; 3 - неподвижная секция; 4, 5, б, 1, 8, 9 - ограничители хода секций; 10 - кузов вагона.

Рисунок ^ Л - Схема расположения ограничителей хода Сначала сдвигается средняя секция 1, ее ограничитель упирается в ограничитель 5 промежуточной секции 2 и они совместно надвигаются на неподвижную секцию 3 до соприкосновения ограничителя б с ограничителем 8.

При закрытии крыши перемещение средней секции происходит до соприкосновения ее ограничителя 7 с ограничителем 5 промежуточной секции 2, затем происходит их совместное движение до соприкосновения ее ограничителя 9 с ограничителем 8 неподвижной секции 3. При соприкосновении соответствующих ограничителей секций крыши в закрытом состоянии, устраняются возможные зазоры.

вдоль боковых бортов кузова вагона.

Каждая из подвижных секций оборудуется комплектом, состоящим из четырех роликов 3, расположенных по два на боковых балках 4 секций.

Ролики фиксируются на боковых балках подвижных с е к ций при помощи элементов крепления ролика 5.

1 - направляющий желоб; 2 - верхний обвязочный пояс кузова вагона; 3 - ролик; 4 - балка секции; 5 - элемент крепления ролика; б - средняя секция крыши;7 - промежуточная секция крыши; - неподвижная секция крыши.

Для предотвращения самопроизвольного открытия крыши несанкционированного проникновения, предусмотрен замковый механизм. Замковый механизм предусматривает два варианта:

1)блокировка средних секций крыши замком, расположенным в средней части кузова на уровне верхнего обвязочного пояса;

2)блокировка подвижных секций крыши посредством поворотных упоров.

В первом варианте (рисунок 4.8) замковый механизм установлен в средней части кузова на уровне верхнего обвязочного пояса по оба борта вагона. Средние секции крыши оборудованы ушками в виде трапеции 2, и для блокировки крыши в закрытом положении на них накидывается петля 3. При нажатии замочного рычага 4 происходит взаимное прижатие средних секций крыши. При применении таких замковых устройств необходимо наличие эстакад или лестниц.

1 - средняя секция крыши; 2 - ушко; 3 - петля; 4 - замочный рычаг; 5 - замочная петля.

Во втором варианте (рисунок 4.9) механизм блокировки секций крыши вагона состоит из двух валов 1, установленных вдоль боковых бортов кузова на кронштейнах 2.

На валу 1 жестко закреплены упоры 3, расположенные напротив задних частей средней и промежуточной секций крыши. Вал 1 со стороны торца кузова соединен с рычагом 4, Рычаги 4 шарнирно соединены тягами 5 с общим толкателем б, имеющим поворотный рычаг 7 и фиксирующие скобы 8. При перемещении толкателя 7 вверх посредством тяги б и рычагов 5 происходит поворот вала 1, и упоры 3, закрепленные на нем, освобождают секции крыши, не препятствуя их перемещению, и наоборот. Фиксирующие скобы позволяют крепить поворотный рычаг в верхнем положении - секции крыши разблокированы, или в нижнем - заблокированы. Управление механизмом блокировки секций крыши позволяет обслуживающему персоналу производить блокировку непосредственно с земляного полотна.

Конструкции замковых механизмов дает возможность применения пломбировочных устройств.

1 - вал; 2 - кронштейн; 3 - упор; 4 - рычаг; 5 - тяга; б - толкатель; 7 - поворотный рычаг; 8 - замочная петля.

Рисунок 4.9 - Механизм блокировки секций крыши.

Модификация полувагона вызвала изменение его базовых технических характеристик. Изменившиеся характеристики приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Изменившиеся технические характеристики модифицированного полувагона на базе модели 12-119.

Длина по концевым балкам рамы, мм.

Ширина кузова, мм.

Габарит по ГОСТ 9238-83 0-ВМ (01-Т) 1-ВМ (1-Т) Технология поррузочно-разгрузочных операций.

После установки модифицированного полувагона на позицию погрузки, приводное колесо 1 (рисунок 4.4) поворачивают в сторону торцевой части вагона. Звездочка жестко закрепленная на одном валу с приводным колесом натягивает цепь 3, заставляя вращаться звездочки 5 и б с валом 4, на котором они жестко закреплены. При этом цепь 8 соединяющая звездочку 6 и 7 натягивается и с посредством кронштейна 9 крепящего среднюю секцию крьш1И 10 прикрепленного к ней, сдвигает ее на промежуточную секцию крыши 11. В тот момент, когда отбортовка передней части средней секции крыши 10 соприкоснется с отбортовкой передней части промежуточной секции крыши 11, они движутся совместно. Движение секций продолжается до тех пор, пока отбортовка передней части промежуточной секции крыши 11 не соприкоснется с отбортовкой передней части крайней секции крыши 12. Перемещения секций крыши посредством вала 4 по обе стороны вагона происходит одновременно, что предотвращает перекос секций. После открытия одной половины крьш1и модифицированного полувагона подобную операцию производят с другой половиной крыши.

При этом с обоих торцов кузова полувагона образуются "мертвые зоны" длиной по 2117 мм не доступные для вертикальной загрузки.

Предотвращая возможные повреждения секций крыши, загрузка, производимая грейфером или другими механизмами, осуществляется равномерно в пространство между сдвинутыми секциями крыши с отступом в 500 мм от секций крыши. Для облегчения этой операции на наружней части борта кузова вагона в указанных местах наносятся метки в виде цветовых полос и надписи «зона погрузки».

После загрузки полувагона секции крыши с помощью приводного колеса 1 возвращаются в исходное положение и замковым механизмом блокируются, для предотвращения самопроизвольного открытия крыши из-за продольных колебаний вагона при маневрах и в пути следования, а также несанкционированного проникновения.

4.3. РАЗРАБ0Т1СА ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЕРЕВОЗКИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ

Ввиду большого разнообразия размеров комов серы по величине, большой массовости отгружаемых объемов и неготовности потребителей к разгрузке комовой серы, поступающей в любом виде подвижного состава, кроме полувагонов, а так же неготовности производителей привлече-" ния большого объема инвестиций, применение вышеперечисленных мероприятий практически неосуществимо. Проведенные исследования позволили выявить следующий путь, легко осуществимый и экономически недорогой - покрытие поверхности перевозимого груза, погруженного в полувагон, защитной пленкой /11/.

была выбрана специальная пленка-ткань, выпускаемая ТУ 2282-030-05766623-00 /72/. Указанная пленка-ткань представляет собой полотно плетеное из полипропиленовых пленочных нитей, ламинированных с одной стороны расплавом полипропилена и характеризуется как высокопрочный, весьма технологичный водонепроницаемый материал, стойкий к термохимическим и агрессивным воздействиям.

4.3.1 Определение потребной ширины защитной пленки.

При определении потребной щирины защитной пленки в полувагоне принималось во внимание, что: перепад уровней поверхности груза, по продольной оси кузова полувагона и возле бортов, может составлять порядка 150-^ мм.; в поперечном направлении очертания верхней части разровненной поверхности груза могут описываться косинусоидой, синусоидой, параболой и дугой окружности.

Учитывая это, потребная ширина защитной пленки должна быть не менее максимальной ширины определенной по всем вариантам.

I вариант:

I I вариант:

III вариант:

IV вариант:

Результаты расчетов по вариантам I-IV показали, что потребная ширина защитной пленки в полувагоне должна составлять не менее 2982 мм.

4.3.2 Исследование воздействия воздушного потока на защитную пленку при движении поезда.

При движении поезда окружающий воздух приводится в беспорядочное движение, образуя при этом различные местные течения относительно движущихся полувагонов. Совокупность этих течений можно назвать относительным воздушным потоком. В дальнейшем под термином воздушный поток следует подразумевать течение воздущной среды относительно наблюдателя, находящегося на движущемся вагоне. Относительный воздущный поток по своей природе является турбулентным и представляет собой движение вихрей различных размеров. Естественно, что воздущный поток будет оказывать воздействие на защитное покрытие на поверхности груза. Так как турбулентный поток состоит из различных вихрей, в центре которых давление меньше, чем в остальных точках, то все пространство над поверхностью груза представляет поле переменных давлений.

Если вихрь оказывается вблизи защитного покрытия, то на него будет действовать подъемная сила, стремящаяся его оторвать от поверхности груза. Величина подъемной силы зависит от количества и интенсивности вихрей, скорости движения поезда, а также скорости напольного ветра.

Задачей исследования является: определение зоны вероятного отрыва защитного покрытия, величины максимальных отсасывающих сил, а также выяснение условий отрыва защитной пленки от поверхности груза.

способ закрепления защитного покрытия, который обеспечил бы сохранную транспортировку груза и не угрожал бы безопасности движения поездов.

Для определения величины истинных давлений по всей поверхности защитной пленки были проведены испытания моделей груженых полувагонов в аэродинамической трубе.

Модели полувагона были изготовлены в масштабе 1:15. для имитации поверхности погрузки груза была воспроизведена поверхность прямоугольной формы. Дренажные отверстия, в которых монтировались приемники давления, располагались на вставках в различных точках (рисунок 4.10), чем была достигнута картина распределения давлений по поверхности груза при различных условиях погрузки.

Рисунок 4.10 - Распределение давлений по Испытания моделей подвижного состава производились при скоростях, соответствующих режиму автомодельности.

В связи с этим полученные результаты можно с достаточной степенью точности перенести на натуру. Обработанные результаты испытаний представлены в таблице 4.2.

Анализ табличных данных показывает, что максимальные отрицательные давления возникают в передней части кузова полувагона по ходу движения поезда, а в задней части они имеют положительные значения. В данном случае нас интересуют отрицательные давления, т.к. они могут вызвать отрыв защитного покрытия от поверхности груза, и таким образом привести к дополнительному риску возникновения аварийной ситуации.

ветровым потоком на поверхности сыпучего груза (Лр Па) определить разницу давления над защитным покрытием:

где 7 - скорость движения вагона, км/ч; Z - расстояние от верхней обвязки кузова полувагона до поверхности груза, м; X - расстояние от торцевой стенки головной части кузова вагона до приемника давления по продольной оси вагона, м.

(4.16) по X от О до 6,4м, находим максимальную величину подъемной силы образующейся в результате действия ветрового потока.

где Ьвн - внутренняя ширина кузова полувагона, м.

С помощью данной формулы определяем, что при внутренней ширине кузова полувагона - 2,9м; скорости движения - 100 км/ч и расстоянии от верхней обвязки кузова полувагона до поверхности груза - 0,9 м, подъемная сила составляет порядка 981 Н.

4.3.3 Разработка технических условий перевозки с использованием специальных покрытий С учетом вышеизложенного и руководствуясь требованиями Технических условий погрузки и крепления грузов МПС, были разработаны технически условия, которые включают в себя:

- схему размещения и крепления защитного покрытия на поверхности груза;

- текстовую часть технических условий;

- документацию на количество крепежных элементов Сущность технических условий заключается в покрытии поверхности груза пленкой-тканью и закреплении ее краев по внутреннему периметру кузова, вплотную к стенкам брусками. Края пленки загибают вокруг брусков и закрепляют их деревянными накладками с помощью гвоздей, либо.

В зависимости от используемой схемы, инвентарными креплениями.

Для проверки условий обеспечения сохранности груза, предотвращения возгорании и выветривания мелкой фракции, данные условия были согласованы и утверждены Московской и Западно-Сибирской железными дорогами - филиалами ОАО «РЖД» для опытных перевозок.

С целью практического подтверждения возможности повьшения безопасности и уменьшения неблагоприятной экологической обстановки при перевозках комовой серы за счет применения специального покрытия были проведены экспериментальные опытные перевозки по маршрутам: ст, Яничкино Московская железная дорога - ст. Волховстрой- Октябрьская железная дорога, ст. Комбинатская ЗападноСибирская железная дорога - ст. Бийск Западно-Сибирская железная дорога, ст. Комбинатская Западно-Сибирская железная дорога - ст. Предкомбинат Западно-Сибирская железная дорога.

В ходе проведения опытных перевозок установлен эффект уплотнения груза, наиболее интенсивно (30^70 мм) происходящий при перестановке вагонов с путей предприятия на пути станции. В пути следования темп уплотнения груза снижается и на станции назначения составляет 80-^110 мм от первоначального положения. На станциях назначения также установлено и документально подтверждено, что дефекты в креплении отсутствуют. Пленка-ткань остается целой, надежно закрепленной, горизонтальных перемещений ее не происходит. На основании проведенных опытных перевозок и, опираясь на акты опытных перевозок, разработанные технические условия внедрены на сети железных дорог (телеграмма Департамента коммерческой работы в сфере грузовых перевозок ОАО «РЖД» № ФС- от 21.04.04г., № СБ-2047 от 02.03.05г).

4.4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ

УСЛОВИЙ ПЕРЕВОЗОК БУРОГО УГЛЯ.

Результаты проведенных исследований показывают, что для снижения способности бурого угля к самовозгоранию необходимо изолировать или дезактивировать высокодисперсную высокопористую структуру на поверхности груза каким-либо методом, например, пропиткой тонкого слоя инертными жидкими веществами или адсорбцией газов, уплотнение поверхности погруженного в полувагон груза с последующим нанесением на поверхность защитного покрытия.

4.4.1 Вибростатический способ уплотнения бурого угля Вибромашины нашли практическое применение во многих отраслях народного хозяйства, в частности, при строительстве автодорог, производстве строительных материалов и особенно при производстве погрузочно- разгрузочных работ на железнодорожном транспорте.

Анализ ранее выполненных работ по смежным направлениям позволяет утверждать, что наиболее приемлемым способом является уплотнение при комбинированном воздействии - статического уплотнения с вибрацией, что дает существенный эффект по глубине и степени уплотнения /73/.