Перевозка СУГ в железнодорожных цистернах

В нашей стране наиболее широко используют железнодорожный транспорт. Для перевозки СУГ используют железнодорожные цистерны специальной конструкции (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 Железнодорожный вагон–цистерна для перевозки СУГ.(1-лестница, 2-узел манометродержателя, 3 –предохранительный колпак, 4-площадка с поручнями, 5 сосуд со сферическими днищами, 6-четырех-осная платформа.

Цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар со сферическими днищами 2, расположенный на четырех-осной ЖД тележке 1. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами 5. Резервуар снабжен люком диаметром 450 мм, на крышке которого закреплена арматура. Люк вместе с арматурой закрывается предохранительным колпаком 3 диаметром 685 мм и высотой 340 мм. Для обслуживания арматуры вокруг колпака сделана площадка с поручнями 4 и стремянками 6 по обе стороны цистерны.

На крышке люка размещены сливо-наливная и предохранительная арматура и арматура для сливо-наливных операций. На центре крышки люка смонтирован пружинный предохранительный клапан 7 диаметром 32 мм (рис.3.2.), предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу в случае, если в цистерне повысится давление сверхдопустимого (для пропана – 20 кг/см², для бутана - 8 кг/см²).

Рисунок 3.2 Расположение арматуры на крышке люка ЖД цистерны: 1,10 –вентили для контроля опорожнения; 2,3 – вентили для контроля уровня наполнения; 4,9 – угловые вентили для наполнения и слива сжиженного газа; 5 - карман для термометра; 6 – угловой вентиль для отбора (подачи паровой фазы сжиженного газа); 7 – предохранительный клапан; 8 – вентиль для удаления воды.

По обе стороны предохранительного клапана по продольной оси цистерны установлены два сливо-наливных вентиля 4 и 9 диаметром по 40 мм, которые через скоростные клапаны автоматически прекращают выход сжиженного газа в случае обрыва шланга и соединены с трубами, доходящими почти до дна цистерны.

Для отбора из цистерны или подачи в нее паров СУГ служит угловой вентиль 6 диаметром 40 мм, соединенный через скоростной клапан с паровым пространством цистерны.

Для контроля и правильного заполнения цистерны служат вентили 2, 3, заканчивающие внутри цистерны трубками на уровне максимального наполнения. При этом трубка вентиля 2, маховик которого окрашен в зеленый цвет, заканчивается на уровне максимально допустимого заполнения сосуда цистерны сжиженным газом, а трубка вентиля 3, маховик которого окрашен в красный цвет – на 50 мм выше. Таким образом, вентиль 2 является вентилем-сигналом, а слой жидкости в 50 мм (находящийся между концами трубок 2 и 3) представляет собой допустимое контролируемое переполнение железнодорожной цистерны сжиженными газами.

Контроль за опорожнением цистерны осуществляют вентилем 10, трубка которого, установлена на уровне нижней плоскости сливо-наливных трубок. При этом вентиль 1 предназначен для удаления столба жидкости из трубки вентиля 10 после его закрытия.

Термометр для замера температуры сжиженных газов помещают в кармане 5, представляющем собой трубку длиной 2550 мм. Конец этой трубки, опущенный в цистерну, заварен, а верхний конец, ввинченный во фланец люка, открыт.

Вентиль 8 диаметром 12 мм служит для удаления из сосуда цистерны отстоявшейся воды и тяжелых неиспаряющихся остатков СУГ. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа цистерны (рисунки 10.3, 10.4).

Рис. 10.3 Схема расположения вентелей контроля за уровнем сжиженного газа в железнодорожной цистерне. 1- сигнальный вентиль; 2 – вентиль контроля максимального наполнения; 3,4- вентили контроля за опорожнением сосуда цистерны; 5 - вентиль для слива воды из сосуда цистерны 6 – крышка люка; 7 – люк; 8 – предельный уровень налива СУГ; 9 – нижний уровень сливо-наливных труб; 10 – низ сосуда цистерны.

Рис. 10.4 Схема расположения сливо-наливных и уравнительных вентелей на крышке люка в железнодорожной цистерне. 1- скоростные клапана; 2,4 – сливо-наливные угловые вентили; 3- угловой вентиль отбора (подачи) паровой фазы сжиженного газа; 5 – крышка люка; 6 – люк; 7 – труба для отбора (подачи) паров СУГ; 8 – сливо-наливные трубы; 9 – низ сосуда цистерны; 10 – труба для слива воды из сосуда цистерны; 11 – карман для термометра.

Цистерна должна быть выкрашена в светло-серый цвет и на ней должны быть сделаны соответствующие надписи. Низ цистерны (400мм) окрашивают в черный цвет, вдоль оси наносят красную отличительную полосу шириной 300 мм.

Низ сосуда цистерны по всей его длине на высоту 400 мм окрашивают в черный цвет. Вдоль оси сосуда наносят красным цветом отличительную полосу шириной 300 мм.

Расчет сосудов железнодорожных цистерн на прочность проводят с учетом действия нагрузок от упругости паров жидкости при температуре плюс 55֯С и давления жидкости в результате толчка и торможения цистерны.

При температуре +55֯С упругость паров (давление насыщенных паров) для пропана составляет 19,6 кг/см² , для н-бутана - 5,6 кг/см² и для изо-бутана -7,7 кг/см² . Давление создаваемое в сосуде цистерны при толчке и торможении определяется из соотношений:

а) при толчке - Р_уд1

б) при торможении - Р_уд2:

где ρ_ж –плотность жидкости, кг/м3; l - длина емкости, м; v₀ - скорость цистерны в момент начала торможения, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Расчетное давление Р для сосуда цистерны выбирают по большему значению, рассчитанному по ниже приведенным уравнениям и

где Р⁵⁵_s – давление насыщенных паров при температуре +55֯С.

По расчетному давлению определяют толщину стенки. Расчет ведут, как и для стационарных сосудов. В таблице 3.1. приведены технические характеристики железнодорожных цистерн.

Полезная загрузка цистерн 85%, они имеют верхний налив и слив. Сосуды цистерн на прочность рассчитывают с учетом действия нагрузок от упругости паров жидкого газа при температуре (55°С) 328К. Резервуары существующих в РФ железнодорожных цистерн сжиженного газа рассчитаны с некоторым запасом на рабочее давление: пропановые - 2,0 МПа, бутановые - 0,8 МПа.

Таблица 3.1- Техническая характеристика железнодорожных цистерн для транспортировки сжиженного газа

Для налива в железнодорожные цистерны СУГ и его слива заводы поставщики имеют наливные эстакады и газонаполнительные станции – приемно-сливные. Стояки имеют линии паровой и жидкой фазы продукта и, как правило располагаются по обе стороны эстакады. Наливные (сливные) стояки оборудуют гибкими резинотканевыми напорными рукавами для присоединения к цистернам. Для налива каждого продукта подведен индивидуальный коллектор, в результате чего, можно одновременно проводить налив разных видов СУГ , например пропана, н-бутана, изо-бутана.

Установлены следующие нормы времени налива СУГ в железнодорожные цистерны: на пропан и пропано-бутановую смесь – 5 часов, для н-бутана, изо-бутана – 3 часа.

Началом налива считается время подачи железнодорожных цистерн на наливную эстакаду.

Доставку СУГ потребителям осуществляют в специальных цистернах и в крытых вагонах, груженных баллонами. Такой вид транспорта применяют для снабжения газом бытовых потребителей, расположенных в районах, удаленных от кустовых баз и газонаполнительных станциях на значительное расстояние. В некоторых случаях доставка СУГ в баллонах па железной дороге экономически эффективнее, чем доставка газа автотранспортом. В каждом конкретном случае выбирают оптимальный вариант путем сравнения приведенных затрат.