Особенности перевозок, условия налива и слива нефтепродуктов

Наливные грузы

Наливными считаются грузы, которые согласно Правил перевозок грузов часть 2 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.

Наливные грузы в зависимости от свойств и назначения объединены в три основные группы:

- нефть и нефтепродукты;

- химические грузы (кислоты, щелочи, сжиженные газы);

- пищевые продукты (растительные масла, спирты, патока).

Нефтепродукты. Виды и назначение. Нефть и нефтепродукты составляют основную долю объема грузов (более 90%), перевозимых по железной дороге наливом в цистернах и бункерных полувагонах. На основе специфических свойств и характеристик эти грузы делятся на три подгруппы: нефть сырая, светлые нефтепродукты и темные нефтепродукты.

Нефть сырая – горючая 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.

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.

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 -40^оС; перевозится в специальных гуммированных цистернах. Ингибированная соляная кислота перевозится в сернокислотных цистернах.

Азотная кислота является продуктом окисления аммиака, кипит при температуре +86^оС, 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.

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 +66^оС, температура вспышки +6^оС; 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.

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 –27^оС (льняное масло) до +3^оС (арахисовое масло); температура вспышки (230-240^оС), 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 +15^оС, 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 30^оС. 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 +30^оС. 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 +8^оС, а летом не более +16^оС.

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.

Основные показатели процессов налива и слива, т.е. температура и продолжительность для некоторых грузов приводится в таблица 1.

Таблица 1 - Основные показатели процессов налива и слива некоторых видов груза (по конструкторской документации)*

Особенности перевозок, условия налива и слива нефтепродуктов

Транспортная характеристика нефтепродуктов. Нефтепродукты обладают большим количеством специфических свойств, существенно влияющих на все этапы перевозочного процесса и конструкцию подвижного состава. К таким свойствам относятся; плотность, вязкость, температурные характеристики, испаряемость, упругость насыщенных паров, электризация, коррозионность, токсичность и другие свойства,

Плотность нефтепродуктов зависит от содержания легких (светлых) фракций, изменяется в пределах от 650 до 1060 кг/м^з и является качественной и количественной характеристикой продуктов переработки нефти. Плотность влияет на использование цистерн по грузоподъемности, на скорость истечения при выполнении операций по наливу и сливу, возможность разогрева вязких нефтепродуктов открытым паром, на продолжительность обезвоживания (отстоя) нефтепродуктов после разогрева и другие процессы, связанные с перевозкой и подготовкой подвижного состава к перевозке.

Плотность нефтепродуктов в значительной степени меняется при изменении температуры окружающей среды, поэтому в перевозочных документах указывается плотность определенная при температуре 20^оС (паспортная характеристика). Зависимость плотности от температуры (температурное расширение) приводит к изменению объема груза в цистерне. Поэтому для исключения потерь (от выплесков) в пути следования и оптимального использования грузоподъемности цистерн установлены следующие нормы заполнения объема: в теплый период – 98% от полезного объема цистерны, в холодный период – 99%.

Массу нефтепродуктов в цистерне определяет грузовладелец взвешиванием на вагонных весах, а при их отсутствии можно определить массу расчетным путем, на основе замера высоты груза в цистерне по формуле:

,

где - масса груза в цистерне, кг;

- объем груза в цистерне, дм^з, который определяется по Таблицам калибровки [15] в зависимости от высоты налива, измеренной метрштоком, и калибровочного типа цистерны, согласно ее трафарету:

- плотность нефтепродукта при температуре 20⁰ С, г/дм³;

- фактическая температура груза, определенная одновременно с замером высоты налива, ^оС:

- температурная поправка плотности на 1^оС,г/дм^з, которая приводится в зависимости от стандартной плотности при температуре 20^оС.

Пример. Калибровочный тип цистерны 72. Высота налива, определенная метрштоком, 274,6 см. Установить объем жидкости в цистерне.

Решение. Округляя до целого сантиметра, получим высоту налива 275 см. По Таблицам калибровки для цистерны типа 72 этой высоте соответствует объем равный 69191 дм^з.

Масса нефтепродукта в определенном выше объеме (69191 дм^з) может быть рассчитана:

1. На основе фактической плотности ρ_ф, измеренной денсиметром одновременно с определением высоты налива. Если ρ_ф =0,7590 г/дм^з, то масса , нефтепродукта составит

=69191×0,7590=52516 кг.

2. На основе фактической температуры груза, определенной в момент замера высоты налива. Если t_ф =31^оС, паспортная плотность = 0,7680 г/дм^з, а температурная поправка =0,000818 г/дм^{3 0}С (в соответствии с Таблицами калибровки и паспортной плотностью), то масса груза составит

Q = 69191·[0,7680 - (31 - 20)·0,000818] = 52516 кг.

Вязкость определяет текучесть нефтепродуктов и оказывает существенное влияние на условия выполнения операций по сливу и наливу из железнодорожных цистерн. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость, каждая из которых имеет свои сферы применения. При определении времени на слив, и налив нефтепродуктов пользуются понятием – условной вязкости, которая определяется в условных единицах – градусах Энглера (условной вязкости ^оВУ). Эта величина показывает отношение времени истечения нефтепродукта в объеме 200 см^з при температуре 50^оС ко времени истечения дисциллированной воды того же объема при температуре 20^оС. По условной вязкости нефтепродукты делятся на 4 группы; в холодное время года продолжительность слива каждой из последующих групп в сравнении с предыдущей увеличивается на два часа, при норме для первой группы – слабовязких – четыре часа.

Температурные характеристики включают следующие показатели:

- температура плавления (застывания) для нефтепродуктов изменяется от –80^оС (для некоторых бензинов) до +150^оС (для битумов и пека); характеризует температурные пределы применения топлива без предварительного подогрева, которые должны быть выше температуры плавления на 10^оС;

- температура вспышки зависит от химического состава нефтепродуктов и характеризует его пожарную опасность; по температуре вспышки нефтепродукты делятся на две группы: легковоспламеняющиеся (до 45^оС) и горючие (более 45^оС); температура вспышки определяет предельно допустимую температуру разогрева нефтепродуктов перед производством операций по сливу и наливу, которая должна быть не менее чем на 10^оС ниже температуры вспышки;

- пределы взрываемости определяют минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) содержание паров нефтепродуктов в воздухе, способных взорваться при воздействии открытого огня; зона взрываемости лежит в пределах 1-10%; пределы взрываемости могут определяться также температурой, при которой произойдет взрыв, при этом нижний предел взрываемости соответствует температуре вспышки.

Испаряемость – способность жидкости переходить в газообразное состояние; наибольшая испаряемость характерна для бензинов. Это свойство определяет размеры потерь при хранении, транспортировке, при наливе и сливе. При этом теряется количество и качество нефтепродуктов.

Упругость насыщенных паров – особо важное свойство, которое необходимо учитывать при перекачке нефтепродуктов насосами и при самотечном сливе (на сифонных участках). При высокой упругости паров происходит выкипание жидкости, образующиеся при этом газовые пробки нарушают непрерывность потока (разрыв струи) и препятствует сливу.

Электролизация – способность нефти и нефтепродуктов, являющихся диэлектриками, накапливать электрические заряды. Наиболее часто такое явление наблюдается при движении нефтепродуктов по трубопроводам, резиновым наливным шлангам, а также при трении капель или струи нефтепродуктов о воздух. Заряды статического электричества выносятся вместе с нефтепродуктами в цистерну и там накапливаются; появляется возможность искрового разряда. Для предупреждения возможных взрывов и пожаров необходимо обязательное заземление наливной эстакады.

Коррозионность – способность оказывать разрушающее действие на металлы, обуславливается наличием в нефти и нефтепродуктах сернистых соединений, водорастворимых минеральных кислот, щелочей, воды и других агрессивных веществ.

Токсичность характеризуется вредным воздействием нефтепродуктов на организм человека, приводит к необходимости ограничения допустимого содержания паров в воздухе рабочей зоны. Превышение нормативной концентрации может привести к острым и хроническим отравлениям.