7.1. Перевозка суг в железнодорожных цистернах

Для перевозки сжиженных газов по сети железных дорог используют железнодорожные цистерны специальной конструкции. Пропан перевозят в стальных цистернах вместимостью 51 или 54 м³ с полной загрузкой 85%, что составляет соответственно 43 и 46 м³ (рис. 7.1)

Кроме пропановых цистерн имеются бутановые с вместимостью резервуара 60 м³ при полезной нагрузке 54 м³.

В настоящее время начали использоваться железнодорожные цистерны полным объемом 98,3 м³ и полезным 83,5 м³.

Цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар со сферическими днищами 5, расположенный на четырехосной железнодорожной тележке 6. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами 7.

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 1 по обе стороны цистерны.

На крышке люка размещены 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. 7.2), предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу в случае, если в цистерне повысится давление сверх допустимого (для пропана 20, для бутана 8 кг/см²).

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

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.

Для контроля за правильностью заполнения 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. 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.

Рис. 7.1. Железнодорожный вагон-цистерна для перевозки сжиженных

углеводородных газов:

1 - лестницы; 2 - узел манометродержателя; 3 - предохранительный колпак; 4 - площадка с поручнями; 5 - сосуд со сферическими днищами; 6 - четырехосная платформа.

Рис. 7.2 Расположение арматуры на крышке люка железнодорожной

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

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 сжиженных газов. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа цистерны (рис. 7.3, 7.4).

Цистерна должна быть окрашена в светло-серый цвет, на ней должны быть сделаны соответствующие надписи.

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 производят с учетом действия нагрузок от упругости паров жидкости при температуре плюс 55 °С и давления жидкости в результате толчка и торможения цистерны.

При температуре +55 °С упругость паров (давление насыщения) для

пропана составляет 19,6 кг/см (1,933 МПа), для н-бутана — 5,6 кг/см"" (0,549 МПа) и для изобутана - 7,7 кг/см² (0,755 МПа). Давление, создаваемое в сосуде цистерны при толчке и торможении, определяют из соотношений:

а)при толчке - р_уд1

б)при торможении - р_уд2

р_{уд1 =} 10^-4 (7.1)

р_{уд2 =} (7.2)

где р_ж - плотность жидкости, кг/м³;

- длина емкости, м;,

₀ - скорость цистерны в момент начала торможения, м/с;

t - время торможения, с;

g - ускорение свободного падения, м/с².

1 .У 2 4 5

Рис. 7.3. Схема расположения вентилей 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 слива воды из сосуда цистерны (дренажный вентиль); 6 - крышка

люка; 7 - люк; 8 - предельный уровень налива сжиженного газа; 9 – нижний уровень сливо-наливных труб; 10 - низ сосуда цистерны.

Рис. 7.4. Схема расположения сливо-наливных и уравнительных вентилей на крышке люка железнодорожной цистерны:

1 - скоростные клапаны; 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 сжиженного газа; 8 - сливо-наливные трубы; 9 - низ сосуда цистерны; 10 - трубка для слива воды из сосуда цистерны; 11 - карман для термометра.

Расчетное давление р для сосуда цистерны выбирают по большему из уравнений

p = p_s⁵⁵ + p_уд1 (7.3)

p = p_s⁵⁵ + p_уд2 (7.4)

где р_s⁵⁵ - давление насыщенных паров сжиженного газа при температуре +55 ⁰C.

По расчетному давлению определяют толщину стенки. Расчет ведут, как и для стационарных сосудов.

В табл. 7.1 приведены технические характеристики железнодорожных цистерн.

За рубежом в настоящее время строят и эксплуатируют железнодорожные цистерны безрамной конструкции с объемом котла более 100 м³ (табл. 7.2).

Для налива в железнодорожные цистерны сжиженного газа и его слива заводы-поставщики имеют наливные эстакады, а газонаполнительные станции - приемно-сливные. Стояки имеют линии паровой и жидкой фаз 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 производить налив разных видов сжиженного газа, например пропана, н-бутана и изобутана.

Таблица 7.1

Техническая характеристика специальных цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов

Таблица7.2

Техническая характеристика цистерн, применяемых за рубежом

Установлены следующие нормы времени налива сжиженного газа в железнодорожные цистерны: на пропан и пропан-бутановую смесь - 5 часов, на н - бутан и изобутан - 3 часа.

Началом налива считается время подачи железнодорожных цистерн на наливную эстакаду.

Перевозка сжиженных газов по железной дороге в крытых вагонах

Доставку СУГ потребителям осуществляют в специальных цистернах и в крытых вагонах, груженных баллонами. Такой вид транспорта применяют при снабжении газом бытовых потребителей, расположенных в районах, удаленных от кустовых баз и газонаполнительных станций на значительное расстояние. В некоторых случаях доставка сжиженного газа в баллонах по железной дороге экономически эффективнее, чем доставка газа автотранспортом. В каждом конкретном случае выбирают оптимальный вариант путем сравнения приведенных затрат. По железной дороге баллоны со сжиженным газом (вместимостью обычно 27 и 50 л) перевозят в двух- и четырехосных крытых вагонах. Баллоны должны быть полностью исправны и снабжены двумя защитными резиновыми кольцами толщиной не менее 25 мм.