Кандидаты техн. наук П. П. ЩЕГЛОВ, В. И. ЖОЛОБОВ, инж. Т. И. ЛОЖНИКОВА

Проблема безопасности при роспуске
с сортировочных горок вагонов
с легковоспламеняющимися жидкостями

В настоящее время доля опасных грузов составляет более 25 % общего грузооборота отправляемых грузов. При перевозке многих опасных грузов, в том числе и с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), на перевозочных документах ставится штемпель «С горки не спускать» [1, 2]. Это приводит к необходимости выполнения на сортировочных станциях дополнительного объема маневровых работ, а также снижает эффективность работы сортировочных горок, увеличивает время простоя вагонов на станциях, замедляет сроки доставки грузов. Накопление вагонов с опасными грузами повышает пожароопасную ситуацию на станции. В связи с этим железные дороги неоднократно обращались в ОАО «РЖД» с предложениями о снятии запрета на роспуск с горок вагонов с отдельными видами грузов.

Однако критерии опасности грузов, при наличии которых вагоны с грузом нельзя спускать с сортировочной горки, отсутствуют, и проблема не решается.

Поэтому во ВНИИЖТе были проведены теоретические исследования опасности ЛВЖ при аварийных ситуациях. С этой целью выполнены расчеты площадей разлива, скорости испарения, радиусов образования взрывоопасных и токсичных зон, значений комплексного показателя опасности наиболее известных ЛВЖ. В табл. 1 показаны площади разлива, скорости испарения и массы паров, поступающих в воздух в течение 1 ч с расчетной площади разлива некоторых ЛВЖ [3].

 

Таблица 1
Наименование вещества	Скорость испарения, кг/м2·мин, при скорости ветра 0,2 м/с	Площадь разлива 1 т ЛВЖ, м2	Масса паров, поступивших в воздух в течение 1 ч с площади разлива 1 т, кг
Ацетальдегид**	0,140	25,53	214,01
Изопентан*	0,137	32,28	264,67
Диэтиловый эфир**	0,106	28,03	178,22
Изопрен*	0,105	29,37	185,53
Пентан*	0,101	32,19	194,75
Этилмеркаптан	0,098	24,00	139,52
Пропилена оксид	0,094	23,28	131,48
Пиперилен (пентадиен)*	0,077	29,24	134,74
Сероуглерод*	0,073	15,87	69,18
Акролеин	0,059	23,78	84,08
Бензин АИ-93 (зимний)	0,052	27,00	86,15
Бензин А-72 (зимний)	0,049	27,00	80,45
Бензин АИ-93 (летний)	0,049	27,00	80,55
Диэтиламин	0,045	28,17	75,84
Метилацетат	0,042	21,44	53,40
Ацетон	0,039	25,29	59,57
Бензин авиац. Б-70	0,023	27,00	38,13
Метилакрилат	0,022	20,99	27,18
Акрилонитрил	0,019	24,81	28,68
Метанол **	0,015	25,42	23,13
Ацетонитрил	0,014	25,55	20,92
Примечание. Грузы, выделенные жирным шрифтом (например, ацетонитрил), согласно [4], относятся к категории особо опасных грузов. * Нельзя спускать с горок в цистернах. ** Нельзя спускать с горок в цистернах и крытых вагонах.

Основным видом опасности ЛВЖ является способность создавать над своей поверхностью горючую или взрывоопасную концентрацию паров. Некоторые ЛВЖ являются ядовитыми веществами. При утечках они загрязняют большие площади поверхности земли и водоемов.

Из данных табл. 1 видно, что площадь разлива одной тонны ЛВЖ зависит от плотности ЛВЖ и составляет от 15,87 до 32,28 м².

Скорость испарения у рассматриваемых жидкостей, рассчитанная по формуле W_исп = имеет значение от 0,014 до 0,14 кг/м²·мин.

При этом h — коэффициент, зависящий от скорости потока воздуха и температуры; М — молекулярная масса ЛВЖ, кг/моль; Р_н — давление насыщенного пара, кПа.

В течение одного часа при температуре 20 °C в воздух поступает до 214 кг паров, которые, смешиваясь с воздухом, создают взрывоопасное и ядовитое облако. При этом у одних ЛВЖ радиус взрывоопасной зоны превышает радиус токсичной зоны, у других — наоборот (рис. 1).

 

Рис. 1. Радиусы взрывоопасных и токсичных паровоздушных зон: а — метанол; б — диэтиловый эфир; R1 — радиус разлившейся ЛВЖ; R2 — радиус взрывоопасной зоны; R3 — радиус токсичной зоны

Поэтому оценить опасность легковоспламеняющихся жидкостей при аварийной ситуации по какому-либо одному показателю (пожарной опасности или ядовитости) не представляется возможным, так как у одних ЛВЖ превалирует пожарная опасность, у других — ядовитость [5, 6].

Оценить опасность ЛВЖ при аварийной ситуации можно по комплексному показателю, учитывающему пожарную опасность, токсичность и скорость испарения жидкости,

где К_П — комплексный показатель опасности ЛВЖ; = С_п/НКПРП — показатель пожарной опасности, где С_п — концентрация насыщенного пара, г/м³; НКПРП — нижний концентрационный предел распространения пламени, г/м³; = С_п/(ПДК·500) — показатель токсичности, где ПДК — предельно допустимая концентрация паров жидкости, г/м³; W_исп — скорость испарения, кг/м²·с.

Результаты расчетов токсичности, пожарной опасности, комплексного показателя для ЛВЖ при температуре 20 °C приведены в табл. 2.

 

Таблица 2
Наименование ЛВЖ	·Wисп	.·Wисп	КП
Акролеин	145,13	0,78	145,91
Ацетальдегид**	101,25	3,37	104,62
Акрилонитрил	21,13	0,08	21,21
Сероуглерод*	18,00	2,84	20,84
Изопентан*	12,40	7,60	20,00
Изопрен*	8,94	3,71	12,66
Этилмеркаптан	9,77	2,03	11,79
Пентан*	6,76	3,83	10,58
Ацетонитрил	9,33	0,04	9,36
Диэтиловый эфир**	1,26	3,61	4,87
Пиперилен (пентадиен)*	1,90	2,24	4,14
Пропилена оксид	1,10	2,02	3,12
Диэтиламин	2,24	0,62	2,86
Бензин АИ-93 (зимний)	1,05	1,20	2,25
Бензин АИ-93 (летний)	0,93	1,07	2,00
Бензин А-72 (зимний)	0,92	1,06	1,98
Метанол **	1,02	0,03	1,05
Метилакрилат	0,85	0,10	0,95
Метилацетат	0,58	0,30	0,88
Ацетон	0,23	0,35	0,58
Бензин авиац. Б-70	0,21	0,27	0,48
Примечание. *, **, обозначения жирным шрифтом — см. табл. 1.

Из данных табл. 2 следует, что по величине комплексного показателя наиболее опасными жидкостями являются ацетальдегид, акролеин, акрилонитрил, сероуглерод, изопентан, имеющие комплексный показатель 20 и выше.

Комплексный показатель и его составляющие зависят от температуры окружающей среды (рис. 2).

 

Рис. 2. Комплексные показатели ЛВЖ при температурах 0° и 20 °C: грузы, отмеченные *,  нельзя спускать с горок в цистернах; отмеченные ** — нельзя спускать с горок в цистернах и в крытых вагонах

Из рис. 2 следует, что при температуре 0° и ниже комплексный показатель у диэтилового эфира, пиперилена, метанола, имеющих на перевозочных документах штемпель «С горки не спускать», меньше, чем у бензинов, допущенных к роспуску с сортировочных горок. Например, комплексный показатель у диэтилового эфира при температуре 0 °C составляет 1,39, у пиперилена 1,3, что меньше, чем у бензинов (2,0 – 2,1), допущенных к роспуску с сортировочных горок при любых температурах окружающей среды, т. е. они представляют меньшую опасность в случае аварийной ситуации при низких температурах, чем безины.

Выводы. 1. Если принять бензин за эталон, который не имеет запрета на роспуск с сортировочных горок при всех температурах перевозки, то, сравнивая опасность ЛВЖ при аварийных ситуациях с бензином, можно предложить:

а) к роспуску с сортировочных горок вагонов с легковоспламеняющимися жидкостями целесообразно подходить с учетом температуры окружающей среды. При температуре окружающей среды, равной 0 °C и ниже, с ЛВЖ, имеющими комплексный показатель, как у бензина или ниже, запрет на роспуск с сортировочных горок можно снять;

б) у наиболее опасных ЛВЖ — ацетальдегида, изопентана, сероуглерода и изопрена — при температурах 0° и ниже использовать штемпель: «С горки спускать осторожно».

2. Комплексный показатель более объективно оценивает опасность легковоспламеняющихся жидкостей при аварийных ситуациях, так как учитывает их пожарную, токсическую опасность и скорость испарения. Наиболее опасными легковоспламеняющимися жидкостями являются жидкости, имеющие более высокое значение комплексного показателя, — ацетальдегид, акролеин, сероуглерод и другие.

Список литературы

1. Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам. М.: Транспорт, 1997.

2. Сборник правил перевозок и тарифов железнодорожного транспорта № 370. М.: Транспорт, 1990.

3. Руководство по определению зон воздействия опасных факторов аварий с сжиженными газами, горючими жидкостями и аварийно химически опасными веществами на объектах железнодорожного транспорта. М., 1997.

4. Методические рекомендации по осуществлению перевозок особо опасных грузов на железнодорожном транспорте. М., 2002.

5. ГОСТ 12.1.004 – 91. Пожарная безопасность. Общие требования.

6. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, средства их тушения: Справочник. М.: Химия, 1990.