О компании

Безопасная транспортировка серы

Сера относится к 5 основным видам сырья для химической промышленности. Серную кислоту, получаемую из серы, называют хлебом химической промышленности. Только в России ежегодно перевозится более 100 тысяч полувагонов серы.

В то же время сера является опасным грузом 4 класса, подкласса 4.1 -  легковоспламеняющимся твердым веществом, способным возгораться от пламени спички, искры, и активно гореть в полувагоне с выделением облака токсичных окислов.  А ведь рядом могут находиться цистерны с нефтью, бензином, углеводородными газами, другими опасными грузами, а также пассажирские и пригородные поезда.  Пожар серы нарушает движение поездов, аварийный вагон необходимо выделять из состава, принимать меры по тушению пожара.

Поэтому при перевозках серы предпринимаются особые меры предосторожности в соответствии с соглашением о международном железнодорожном грузовом сообщении СГМС и соглашением об особых условиях перевозки опасных грузов, заключаемых между ОАО «РЖД» и владельцем опасного груза.  

Разработанные и постоянно совершенствуемые ОАО «РЖД» особые условия перевозки серы предусматривают наличие укрытий в виде негорючих тентов и полное отсутствие оголенности груза на всем протяжении маршрута от грузоотправителя до грузополучателя.

  

Фото 1. Оголение поверхности груза серы после прохождения вагоном расстояния 1200 км.

Несмотря на многочисленные работы в России и за рубежом по предотвращению возгорания серы в вагонах, последнее случалось достаточно регулярно, что известно из сообщений средств массовой информации. Существовали мнения, что возгорания происходят или в результате самовоспламенения серы, а по мнению других сера загоралась от открытого источника огня при оголении поверхности в результате хищения или попыток хищения укрывающих груз тентов. Немногочисленные зарегистрированные случаи хищения укрытий не могли объяснить множества случаев задымления вагонов с серой.

Фото 2. Пожар серы в полувагоне под укрытием - эпицентр пожара находился в месте разрыва шва, соединяющего полотна укрытия. Вагон после тушения очага пожара.

Для предотвращения пожаров серы в вагонах проводились многочисленные эксперименты методом проб и ошибок – проводились эксперименты с укрытиями различной прочности, изменялся размер и конструкция укрытия, применялись многослойные укрытия, усиливалась прочность увязки укрытия. Количество задымлений и пожаров серы сократилось, однако на маршруте поверхность серы в некоторых вагонах продолжала оголятся, и в пути, на пунктах коммерческого осмотра такие вагоны изымались из состава для проведения переукрытия серы новыми тентами. 

Исследования показали, что указанную проблему можно решить при одном условии – необходим комплексный системный подход с одновременным учетом особенности следующих факторов: конструкции кузова полувагона, и в первую очередь расположения и количества средних увязочных устройств полувагона; прочности и воздухопроницаемости ткани; особенности конструкции самого укрытия; прочности и количества крепящих и увязочных лент укрытия; скорости движения поезда; скорости и направления движения ветра, максимальной скорости ветра при порывах и т.д.

Наблюдения за укрытиями полувагонов на Казахстанской, Приволжской, Северо-Кавказской, Донецкой и Одесской железных дорогах показали необходимость устранения парусности укрытия в полувагоне. Об этом указывалось также и в телеграммах, направляемых железными дорогами ОАО РЖД грузоотправителю при пожарах серы и оголении поверхности серы на маршруте. Были проведены натурные эксперименты по использованию в качестве увязочных устройств длинных кусков круглозвенной цепи, приваренных вертикально по всему периметру вагона. Это позволило продолжить работы в данном направлении.

С приоритетом от 09 августа 2011 г. компанией НЭК был получен Евразийский патент №018271 на изобретение «Способ, устройство и средство для укрытия сыпучих грузов при железнодорожных перевозках». Суть изобретения заключалась в обеспечении плотного прилегания укрытия к поверхности серы - вместо одиночных средних увязочных устройств, расположенных по периметру вагона, предложено использовать множество увязочных устройств, расположенных на различной высоте по стене вагона.

Одна из основных причин загорания серы, при определенных условиях, крылась в недооценке действующих на укрытия аэродинамических сил, которые возникают при больших скоростях движения поезда, а также при сильном встречном или боковом ветре.

Компания ТОО "ТЕНГИЗШЕВРОЙЛ" поставила задачу НЭК - найти методику испытания не кусочков укрытия, например 50х200 мм, а полноразмерного укрытия серы размером 12х3 м для выбора лучшего укрытия из предлагаемых многочисленными поставщиками. Для решения поставленной задачи было принято решение обратиться за помощью в центр авиационной науки, в ЦАГИ, который имеет аэродинамические трубы для испытания летательных аппаратов.

В период 2010-2011 г. Центральным аэродинамическим институтом им. Н.Е. Жуковского совместно с НЭК была разработана и апробирована уникальная методика испытаний укрытий серы на полноразмерном макете железнодорожного полувагона в аэродинамической трубе (АДТ) Т-101.

 

Фото 3. Аэродинамическая труба Т-101 (http://www.tsagi.ru/), самая крупная в Европе.

С приоритетом от 27 октября 2011 г. компанией НЭК и ФГУП «ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского получен Евразийский Патент №017023 на изобретение «Стенд для испытания гибких укрытий груза в железнодорожных полувагонах, модель железнодорожного полувагона, способ испытания гибкого укрытия (варианты), а также применение этой модели и способов для испытаний гибких укрытий».

 

Фото 4. Стенд для испытания укрытий серы в полноразмерном макете полувагона. Полувагон размещался на трех стойках аэродинамических весов в открытой части АДТ  Т-101.  Поток воздуха движется слева направо - от сопла к диффузору.

При испытаниях варьировались скорость воздушного потока АДТ от 65 до 162 км/ч, высота крепления укрытия над поверхностью груза, направление воздушного потока, конструкция укрытия и материал ткани, прочность крепления укрытия к стенкам вагона, прочность диагональной шнуровки укрытия и ее тип. В равных условиях, близких к критическим, были проведены испытания укрытий от различных производителей, что позволило документально провести выбор лучшего изделия. В ходе экспериментов проводилась видео и фотосъемка, определялась силы аэродинамических воздействий на укрытие и сам вагон.

Фото 5. Срыв укрытия с вагона во время испытаний в АДТ при скорости ветра до 45 м/с.

Эксперименты подтвердили негативное воздействие на укрытия аэродинамических сил при повышенных скоростях воздушного потока, и особенно при боковом ветре. При продувке в АДТ в ряде опытов разрушались швы, вырывались люверсы укрытий, разрывался сам материал укрытий, рвалась их сверхпрочная диагональная шнуровка, укрытия отрывались от стенок вагона, что иногда приводило к полному их срыву.

Фото 6. Поведение укрытия в АДТ при скоростях потока V=18 (а); 28 (в) и 45 (с) м/с. Направление потока справа налево. Видно интенсивное разрушение ткани укрытия, крепящих и увязочных лент при увеличении скорости потока от 28 до 45 м/с.

Были выявлены типичные места повреждений тентов и вспомогательных элементов, установлены характерные зоны по длине вагона, различающиеся присутствием областей разрежения или сжатия воздушного потока над и под укрытием, наличием или отсутствием вихрей, установлены амплитуды колебаний характерных точек укрытия в зоне турбулентности и нагрузки в узлах крепления укрытия к стенкам вагона.

По результатам совместных работ с приоритетом от 09 августа 2012 г. компанией НЭК и ФГУП «ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского был получен Патент РФ на полезную модель №124643 «Средства для транспортировки сыпучего груза, а именно: гибкое эластичное укрытие, прижимной элемент для его фиксации, железнодорожный полувагон с таким укрытием и железнодорожный состав, содержащий, по меньшей мере, один такой полувагон». Здесь была особо отмечена важность обеспечения необходимой и достаточной прочности как крепящих, так и увязочных лент укрытия.

Результаты совместных работ НЭК и ЦАГИ опубликованы в журнале «Железнодорожный транспорт» №7 за 2012 г., и в журнале «Вестник всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта» №3 за 2012 г. 

Во время погрузочно-разгрузочных работ груза серы средние увязочные устройства полувагонов отрываются от стенок вагонов, и при дальнейших работах качество укрытия серы падает. Причина отрыва увязочных устройств заключается в следующем. При погрузке на увязочные устройства воздействует контейнер с грузом серы общим весом до 30 т., при выгрузке груза серы увязочные устройства повреждаются 5-ти тонным грейфером, который повреждает не только увязочные устройства, но и стены вагона. Необходимо было усилить прочность увязочных устройств, при обеспечении плотного прилегания укрытия к поверхности груза серы различной насыпной плотности.  

Для крепления укрытия груза серы (различной насыпной плотности - от 1,1 до 1,4 т/м³) и крепления увязочной ленты было предложено использовать отрезки металлических перфорированных уголков, имеющего отверстия на двух сторонах уголка. Количество отверстий на одной стороне уголка равно количеству отверстий на другой стороне уголка. Отверстия расположены на одинаковом расстоянии от низа уголка. Уголки крепятся вертикально на внутренней стенке полувагона, при этом оба ребра уголка по всей длине касаются стенки полувагона. Укрытие груза серы крепится по всему периметру вагона с помощью ленточных растяжек к отверстиям металлического перфорированного уголка и люверсам укрытия. Дополнительно производится диагональная обвязка укрытия с помощью ленточной обвязки.

По результатам проведенных работ с приоритетом от 30 мая 2012 г. компанией НЭК получен Патент РФ на полезную модель №133475 «Гребенка увязочного устройства для крепления такелажа к внутренним стенкам полувагона; кузов полувагона с увязочным устройством и полувагон».

Проведенные совместные научно-практические исследования НЭК, ЦАГИ и ТШО позволили выработать практические рекомендации по улучшению качества и долговечности укрытий груза серы на маршруте. Несмотря на то, что внедрено только часть рекомендаций, что связано с ограничением денежных расходов, случаи возгорания грузов серы ТШО уменьшились более чем на порядок.

Работы по совершенствованию качества укрытий серы в полувагонах продолжаются.