8.2. Перевозка сжиженных газов по железным дорогам

Для перевозки сжиженных нефтяных газов по сети железных дорог используются железнодорожные цистерны специальной конструкции.

Пропан перевозят в стальных цистернах вместимостью 51 или 54 м³ с полезной загрузкой 85%, что составляет соответственно 43 и 46 м³.

Кроме пропановых цистерн имеются бутановые с вместимостью резервуара 60 м³ при полезной загрузке 54 м³. [8]

8.2.1. Конструкция и техническая характеристика цистерн

Цистерна (рис. 8.7) представляет собой сварной цилиндрический резервуар со сферическими днищами 2, расположенный на четырехосной железнодорожной тележке 1. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами 5 по типу 50-тонных бензиновых цистерн с применением двухосных тележек.

Резервуар снабжен люком диаметром 450 мм, на крышке которого расположена 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 размещена сливо-наливная и предохранительная арматура, и арматура для контроля сливо-наливных операций. В центре крышки люка смонтирован пружинный предохранительный клапан 7 диаметром 32 мм (рис. 8.8), предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу в случае, если в цистерне повысится давление больше допустимого (для пропана 20, для бутана 8 кгс/см²). Для отбора из цистерны или подачи в нее паров сжиженного газа служит угловой вентиль 6 диаметром 40 мм, соединенный через скоростной клапан с паровым пространством цистерны.

Термометр для замера температуры сжиженных газов помещается в кармане 5 (см. рис. 8.8), представляющем собой трубку длиною 2550 мм. Конец этой трубки, опущенный в цистерну, заварен, а верхний конец, ввинченный во фланец люка, открыт.

По обе стороны предохранительного клапана по продольной оси цистерны установлены два сливо-наливных вентиля 4 и 9 диаметром 40 мм, которые через скоростные клапаны 1 (рис. 8.9), автоматически прекращающие выход сжиженного газа в случае обрыва шланга, соединены с трубами, доходящими почти до дна цистерны.

Для контроля заполнения цистерны сжиженным газом служат вентили 2 и 3, заканчивающиеся 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. Вентиль 2 является вентилем-сигналом, а слой жидкости в 500 мм (находящийся между концами трубок вентилей 2 и 3) представляет собой допустимое контролируемое переполнение железнодорожной цистерны сжиженными газами.

Контроль за опорожнением цистерны осуществляется 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.

Вентиль 8 диаметром 12 мм служит для удаления из сосуда цистерны отстоявшейся воды и тяжелых неиспаряющихся остатков сжиженных газов. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа цистерны.

Расчет сосуда цистерны на прочность ведется с учетом совместного действия нагрузок от упругости паров жидкости при температуре +55ºC, так как в летнее время температура транспортируемого сжиженного газа может быть значительно выше температуры окружающей среды, и давления жидкости в результате толчков цистерны и эффекта торможения. Упругость паров внутри цистерны определяется значением температуры жидкости. При температуре +55ºC упругость паров для пропана составляет 1,96, для н-бутана – 0,56 и для изобутана – 0,77 МПа.

Давления p₁ и p₂ (в кгс/см²), создаваемые в сосуде цистерны при толчке и торможении, определяются из соотношений:

p₁ = ρ_жl10^-4; (8.1)

, (8.2)

где ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³; l – длина емкости, м; υ₀ – скорость в момент начала торможения, м/с; t – время торможения, с; g – ускорение силы тяжести, м/с².

Расчетное давление р для сосуда цистерны выбирается по большему значению из уравнений:

p = p_п + p₁; (8.3)

p = p_п + p₂. (8.4)

Далее расчет на прочность транспортных сосудов ничем не отличается от расчета стационарных сосудов.

В табл. 8.4 приведены технические характеристики действующих цистерн.

Таблица 8.4

Техническая характеристика специальных цистерн

для перевозки сжиженных нефтяных газов

Показатели	Цистерны
	пропановая		бутановая
Емкость резервуара цистерны, м3 Полезная вместимость резервуара, м3 Допускаемое давление, МПа Диаметр емкости (внутренний), см Длина, см Масса тары, т Ширина вагоно-цистерны, см Давление гидравлического испытания, МПа Длина рамы цистерны, м Толщина стенки резервуара цистерны, мм Толщина стенки днища, мм Конструктивная скорость, км/ч		54,0 46,0 2,0 260 1065 39,0 300 3,0 12,1 26 32 120		60,0 54,0 0,8 281 1065 35,6 300 1,2 12,1 16 24 120

За рубежом в настоящее время строятся и эксплуатируются железнодорожные цистерны безрамной конструкции с объемом котла более 100 м³ (табл. 8.5).