Наливными считаются грузы, которые согласно Правил перевозок грузов часть 2 [13] разрешается перевозить по железным дорогам в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах. В зависимости от воздействия на окружающую среду и жизнедеятельность человека все наливные грузы делятся на опасные и неопасные. Неопасные грузы перевозятся 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 [14].
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).
4.1.1. 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 масляничная 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 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 группе топлива относятся: автомобильные бензины, авиационные керосины, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей и другие виды топлива. Характеристиками моторных бензинов и авиокеросинов 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 как: 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.
4.1.2.Наливные химические грузы, характеристика и свойства. Химические грузы, перевозимые наливом в цистернах (универсальных и специальных), 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 [14].
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 слабо 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 +300 С, а в летних условиях не выше +400 С, 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 [14].
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 (отходов 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 (азота, сероводорода, бутана 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 как 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 опасным, должны иметь соответствующую окраску и трафареты, подробные условия перевозок таких грузов указаны в Правилах перевозок опасных грузов [14].
4.1.3. Наливные пищевые продукты, основные свойства. 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 прогоркают, 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. Эта 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, продукт получаемый осахариванием (гидролизом) 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 – отходы свекольных производств, служит как корм в животноводстве, ее свойства с точки зрения влияния на транспортный процесс аналогичны свойствам груза – патока.
Этиловый спирт (этанол, винный спирт) – бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Этиловый спирт получают сбраживанием растительных материалов, содержащих крахмал и сахар (ржи, пшеницы, картофеля, свеклы, кукурузы) или отходов производства сахарных заводов и кормовой патоки (мелассы). 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. Рекомендуемая температура налива зимой +8оС, а летом не более +16оС.
4.1.4. 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 т. 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 авиокеросинов.
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: углеродистая сталь, низколегированная сталь, двухслойная сталь, коррозионностойкая сталь, алюминиевые сплавы. 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 окружающую среду 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 электорподогревом устанавливаются 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 производится под давлением (передавливанием или сифонированием) и без давления – самотеком, в зависимости от рода и свойств груза.
