Введение
Нефтепродукты принято использовать в качестве топлива, смазочного материала, при прокладке новых и ремонте старых дорог, а также для многих других целей, которые имеют крайне важное значение в жизни человека.
Они представляют собой определённые смеси углеводородов и их производных.
Нефтепродукты, как правило, имеют вязкую маслянистую структуру и обладают высоким уровнем впитывания. Доставляются к месту назначения данные вещества в цистернах.
Периодически эти ёмкости могут потребовать ремонта или замены их наполнения на другое вещество. В этом случае цистерна требует качественной отчистки. [1]
Назначение и устройство вагона-цистерны
Цистерны применяются для транспортировки большого количества и широкой номенклатуры жидких, газообразных и пылевидных грузов. Парк цистерн отличается большим разнообразием и перевозит различные по своим свойствам грузы. В зависимости от особенностей перевозимых грузов, степени их опасности для людей и окружающей среды цистерны различают по маркам материала котлов, их размерам и конструктивным особенностям, а также по устройству приборов для налива и слива груза.
Цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов называются цистернами общего назначения. Они делятся на цистерны для перевозки светлых и вязких нефтепродуктов. Среди специализированных цистерн наиболее распространены цистерны для перевозки газов, кислот и пищевых продуктов. Цистерны для неопасных грузов имеют верхний (открытый) способ заливки и нижний слив. Для предотвращения утечки грузов, наносящей значительный ущерб окружающей среде, применяют верхний (закрытый) способ загрузки и выгрузки. Специализированные цистерны могут иметь дополнительные устройства: подогревательный кожух, термоизоляцию, тепловую защиту и трубчатые электронагреватели.
Кузов вагона-цистерны представляет собой горизонтальную ёмкость цилиндрической формы, закрытую с боков эллиптическими днищами. Ёмкость цистерны или её отдельные секции имеют устройства для погрузки и разгрузки, вид которых зависит от перевозимого груза. Сосуды специальных цистерн могут иметь теплоизоляционное покрытие или оборудование для разогрева перевозимого продукта, а также приборы для контроля за его состоянием. В некоторых цистернах внутренняя ёмкость делится на несколько секций. В цистернах, у которых ёмкость укладывается на раму, воспринимающую продольные нагрузки, возникающие в поезде, ёмкость в передаче этих нагрузок к другим вагонам поезда не участвует. У вагона-цистерны безрамной конструкции ёмкость является цельнонесущей конструкцией, воспринимает и передаёт продольные тяговые и ударные усилия, выполняя функции рамы. Для повышения прочности и жёсткости ёмкостей вагонов-цистерн большого диаметра и длины цилиндрическая обечайка ёмкости подкрепляется кольцами-шпангоутами, которые могут быть установлены на наружной поверхности или внутри ёмкости. Объём цистерны колеблется в широких пределах от 15-20 м³ в первых вагонах-цистернах, строившихся в конце XIX века, до 120 м³ (8-осная цистерна для перевозки светлых нефтепродуктов) и больше. [2]
Цистерны для нефтепродуктов
Четырехосная цистерна емкостью 60 м3 (рис. 1), предназначенная для перевозки нефти и нефтепродуктов, имеет сварной котел с внутренним диаметром 2800 мм, длиной цилиндрической части 9800 мм и общей длиной 10 300 мм. Цилиндрическая часть котла составлена из цельных продольных листов: верхних и средних толщиной 9 мм, нижнего броневого опорного 11 мм. Днище сферической формы имеет толщину 11 мм. Материалом для котла служит Ст3. Листы днища соединены между собой встык автоматической сваркой под слоем флюса. Важным преимуществом стыковых соединений по сравнению с нахлесточными является возможность контроля их качества при помощи рентгеновских снимков. Кроме того, при замене нахлесточных соединений стыковыми снижается масса котла.
Рисунок 1 – Четырехосная цистерна с увеличенным объемом: 1 – котел;
2 – лестница; 3 – люк; 4 – предохранительный клапан; 5 – сливной прибор
При сборке котла все листы, заготовленные для цилиндрической части его, сваривают в одно полотнище, затем подвергают вальцовке для придания ему формы цилиндра (обечайки). Обечайку укладывают в специальный стенд и производят окончательную сварку замыкающего шва цилиндрической части котла.
Днище, изготавливаемое штамповкой, имеет радиус сферы 3000 мм, радиус кривой сопряжения с цилиндром 150 мм и глубину выштамповки 510 мм. Днище цистерны имеет большой радиус сферы и меньшие радиусы кривой сопряжения и глубину выштамповки, так как с увеличением радиуса сферы и уменьшением радиуса кривой сопряжения повышаются напряжения в днище. Днище приваривают к цилиндрической части котла тоже встык автоматической сваркой.
Котел не имеет большого колпака. Для возможного увеличения объема груза предусматривается не полное загружение котла на 1,2 м3 (2% от погрузочного объема). Уровень заполнения котла контролируют по обечайке люка, вваренной с углублением 130 мм, Для этого к нижней кромке обечайки приварены две сегментные планки: первая указывает уровень предельного налива, а вторая сигнализирует необходимость замедления подачи груза в котел.
Люк котла цилиндрический диаметром 570 мм и высотой 300 мм имеет штампованно-сварную крышку, закрепляемую восемью откидными болтами. На опорное кольцо горловины люка ставится уплотнительное кольцо из бензоморозостойкой резины. Такими люками оборудуют все нефтебензиновые цистерны и некоторые цистерны специального назначения (сернокислотные, олеумные). Вблизи люка расположен предохранительно-впускной клапан.
Для подъема на цистерну с обеих сторон у колпака закреплены металлические лестницы и наверху сделана площадка для доступа туда при осмотре или промывке. Внутри котла имеется лестница, опирающаяся на броневой лист.
Рама цистерны емкостью 60 м3 (рис. 2) имеет хребтовую балку (5), изготовленную из двух швеллеров (14) сечением 300x11,5х89х13,5 мм, перекрытых сверху накладкой (13) толщиной 8 мм, а снизу – накладкой (15) толщиной 6 мм. Ширина накладок составляет 490 мм. По концам хребтовой балки закреплены отлитые заодно с розеткой передние (1) и задние (3) упоры на внутренних вертикальных стенках ее между упорами – предохранительные накладки (2).
Рисунок 2 – Рама четырехосной цистерны
Шкворневая балка (6) рамы имеет коробчатое сечение, она собрана из двух вертикальных листов (7) толщиной 8 мм, нижнего (12) и верхнего (11) листов толщиной 14 мм. На верхнем листе крепится концевая опора котла. Стальная отливка (4) усиливает пятниковое место. Рама цистерны не имеет сквозных боковых балок. Только в консольных частях рамы, т. е. между концевыми и шкворневыми балками, поставлены боковые балочки (8) и (10) Г-образного сечения, отштампованные из листа толщиной 6 мм. Для увеличения жесткости балочки снабжены гофрами. Концевые балки (9) штампованные облегченной конструкции.
Средняя часть котла крепится к хребтовой балке рамы при помощи фасонных лап (2) (рис. 3), приваренных к броневому листу (1) и прикрепленных болтами (3) к опорным планкам (4), приваренным к полкам хребтовой балки рамы (5). Такое соединение предотвращает продольный сдвиг котла, что наблюдалось у цистерн старой постройки.
Рисунок 3 – Узлы соединения котла цистерны емкостью 60 м3 с рамой:
а – в средней части; б – по концам
При изменении температуры котел может несколько удлиняться или укорачиваться, поэтому по концам его не крепят жестко к раме, а он свободно лежит на специальных опорах (11), размещенных на ее шкворневых и хребтовой балках. Верхние части опоры имеют очертание, соответствующее цилиндрической форме котла. В их металлические желоба (10) укладывают деревянные бруски (8) и прикрепляют болтами (9). Деревянные бруски предохраняют нижнюю часть котла от протирания. К крайним опорам котел притягивают стяжными хомутами (6), удерживающими его от вертикальных и поперечных перемещений относительно рамы. Натяжение хомутов регулируют муфтами (7).
Цистерны оборудованы универсальными сливными приборами и предохранительными клапанами. Для обеспечения полного слива груза котлы, строящиеся с 1961 г., имеют выгиб вниз броневого листа глубиной 15–30 мм, который способствует стеканию жидкости от днищ к сливному прибору.
Котлы цистерн окрашивают в светло-желтый (палевый) цвет, а раму, автосцепное устройство, ходовые части и детали тормоза – в черный.
Современные цистерны
Современные цистерны имеют следующее конструктивное исполнение:
— котел из низколегированной стали с внутренним покрытием и без него;
— котел из нержавеющей стали, из алюминиевых сплавов и стеклопластика;
— нижний и верхний слив груза или разгрузка методом передавливания;
— герметизация разгрузочных устройств от попадания паров в атм;
— наружный и внутренний обогрев или с электрообогревом;
— теплоизоляция из стекломатериалов и пенополиуретана, теневая защита. [3]