Обоснование возможности перевозки синильной кислоты железнодорожным транспортом

Дата публикации: 
22.04.2015

жд транспорт

В настоящее время к перевозке в вагонах-цистернах по железным дорогам Российской Федерации допускаются опасные вещества, включенные в алфавитный указатель Правил перевозок опасных грузов по железным дорогам. Однако в ряде случаев возникает необходимость в транспортировании грузов, не содержащихся в указанном перечне. Одним из таких веществ является синильная кислота, используемая в качестве сырья для изготовления цианистых солей. Перевозка этого груза в вагонах-цистернах модели 15-1 556 осуществлялась с 1976 по 2008 г. одним из отечественных предприятий химической промышленности на основании временных разрешений Министерства путей сообщения, но их эксплуатация была приостановлена в связи с низкой рентабельностью производства синильной кислоты.

Вагоны-цистерны модели 15-1556 предназначены для хлора и имеют традиционную конструкцию для вагонов-цистерн, перевозящих сжиженные газы. Котел цилиндрической формы внутренним диаметром 2400 мм, толщиной стенки 20 мм. Изготовлен из низколегированной стали марки 09Г2С. Особенностью конструкции вагонов-цистерн модели 15-1556 является наличие теневой защиты, снижающей воздействие солнечной радиации, и разрывной мембраны, устанавливаемой в предохранительном клапане.

С 2009 г. одновременно с возобновлением выпуска синильной кислоты возникла необходимость и в ее транспортировании. Однако условия перевозки данного груза разрабатывались по нормам прошлого века без учета современных требований. В связи с этим для обоснования возможности транспортирования синильной кислоты железнодорожным транспортом в Экспертном центре подвижного состава был выполнен комплекс работ, включающий анализ показателей опасности синильной кислоты, оценку параметров и конструктивных особенностей вагонов-цистерн модели 15-1556, а также выработку рекомендаций по уменьшению вероятности возникновения аварийной ситуации и повышению условий безопасной перевозки.

Следует отметить, что европейские правила перевозок опасных грузов не предусматривают перевозку синильной кислоты в вагонах-цистернах, однако федеральное законодательство США и Канады допускает ее транс­портирование в данном виде подвижного состава.

Синильная кислота (цианистый водород, нитрил муравьиной кислоты) — бесцветная легковоспламеня­ющаяся и чрезвычайно токсичная жидкость со слабым запахом. Даже в небольших концентрациях она тормо­зит или совершенно прекращает потребление кисло­рода тканями, что в итоге приводит к быстрому пара­личу дыхания и летальному исходу. Синильная кисло­та, особенно в жидком состоянии, способна к полиме­ризации, если она не стабилизирована. Катализато­ры этой реакции — щелочные вещества, и, поскольку один из продуктов реакции полимеризации выделяет аммиак, имеющий также щелочной характер, в конце концов возникает реакция, протекающая со взрывом.

В связи с тем что синильная кислота обладает сильными ядовитыми свойствами и является го­рючим веществом на первой стадии исследования для предварительной оценки риска перевозки было выполнено сравнение ее опасности при аварийных ситуациях с опасностью аналогичных по свойствам легковоспламеняющихся и высокотоксичных жид­костей (акролеин, ацетальдегид и др.), допущен­ных к погрузке в вагоны-цистерны.

При аварийных ситуациях опасность представ­ляют пары жидкостей, которые, смешиваясь с воз­духом, создают взрывоопасное и ядовитое обла­ко. При этом у одних веществ радиус пожароопас­ной зоны превышает радиус токсичной зоны, у дру­гих — наоборот. Поэтому опасность синильной кис­лоты оценивалась по комплексному показателю Кп,

Например, если сравнивать радиусы токсичной зоны при роз­ливе 100 кг груза, то у такого опасного вещества, как хлор, радиус составит 162 м, а у синильной кис­лоты — 244 м. В то же время Кпу синильной кислоты равен 70,58, что меньше, чем у акролеина (145,91) и ацетальдегида (104,62). Таким образом, в случае аварийной ситуации она представляет меньшую опасность, чем акролеин и ацетальдегид.

Таблица 1

Вещество

К       

пож.оп     исп

К       

п-окс.оп    исп

Кп

Акролеин

145,13

0,78

145,91

Ацетальдегид

101,25

3,37

104,62

Кислота синильная

37,12

33,46

70,58

Акрилонитрил

21,13

0,08

21,21

Сероуглерод

18,00

2,84

20,84

Ацетонитрил

9,33

0,04

9,36

На второй стадии работ, с целью оценки пара­метров и конструктивных особенностей вагонов-цистерн модели 15-1556, потребовалось решение следующих задач:

сформировать комплекс требований к элемен­там конструкции котла вагона-цистерны;

оценить соответствие конструкции котла вагона-цис­терны модели 15-1556 разработанным требованиям;

определить технико-экономические параметры вагона-цистерны;

оценить коррозионную стойкость котла.

Вышеперечисленные задачи решали при помо­щи основных положений методики, разработан­ной специалистами Экспертного центра подвиж­ного состава [6].

На первом этапе были установлены требования к элементам конструкции котла вагона-цистерны на основе учета свойств синильной кислоты. Исход­ными данными являлись основные характеристи­ки синильной кислоты, приведенные ниже:

Подкласс основной опасности............................6.1

Класс дополнительной опасности .........................3

Степень опасности..............................ч...................I

Давление паров при температуре 50 °С, МПа .... 0,23 Температура, "С:

кипения........................................................25,6

застывания................................................-13,4

полимеризации.....................................Более 80

нарушения эффективности

стабилизатора......................................Более 80

Опасные свойства при

взаимодействии с воздухом................Образование

взрывчатой смеси

При наличии вышеуказанных характеристик гру­за схема зависимостей, приведенная в методике, устанавливает следующие требования к котлу вагона-цистерны:

отверстия для слива и налива на верху котла;

предохранительный клапан с разрывной мем­браной;

рабочее давление в котле не менее максималь­ного давления паров груза;

теневая защита или тепловая изоляция;

герметичный слив и налив.

На втором этапе выполнена оценка соответ­ствия, которая показала, что конструкция котла

Наименование требования

Исполнение котла вагона-цистерны модели 15-1556

Соответствие исполнения котла сформированным требованиям

Расположение отверстий в котле Тип наливных устройств Тип сливных устройств

Тип устройства ограни­чения избыточного дав­ления Тип тепловой изоляции Рабочее давление

Отверстия для наполне­ния или слива сверху Герметичный верхний слив и налив (четыре кла­пана ОМ 40) Предохранительный кла­пан с мембраной

Теневая защита 1,5МПа

Соответствует

— « —

вагона-цистерны модели 15-1556 отвечает сфор­мированным требованиям (табл. 2).

Технико-экономические параметры вагона-цистерны были установлены на третьем этапе.

На четвертом этапе опреде­лялась коррозионная стойкость обечайки котла. Для этого оцени­вали свойства груза(уровень рН, агрегатное состояние, темпера­тура и т.д.), условия эксплуатации вагона-цистерны (вероятность попадания груза на наружную по­верхность котла, порядок слива-налива, периодичность промыв­ки и пропарки), механизм корро­зионного разрушения, результаты освидетельствований котлов вагонов-цистерн и ем­костей для хранения синильной кислоты.

В результате было определено, что мате­риал котла вагона-цистерны модели 15-1556 — коррозионно-стойкий по отношению к синильной кислоте. При ее взаимодействии с поверхностью металла образуется защитная пленка, которая пре­дотвращает дальнейшее разрушение металла. Ультразвуковая толщинометрия емкостей для хра­нения синильной кислоты, изготовленных из угле­родистой стали, показала, что скорость коррозии металла не превышает 0,1 мм/год.

На завершающей стадии работ были спрогнозированы нежелательные аварийные ситуации при перевозке синильной кислоты и вероятные причины их возникновения, а также выработаны рекомендации по уменьшению опасностей. Для этого были изучены нормативные документы и проанализированы условия перевозки аналогичных по свойствам грузов, типовых аварийных ситуаций, сведений о происшедших авариях, об инцидентах и их последствиях, о физико-химических и опасных свойствах синильной кислоты.

Статистические данные об отказах вагонов-цистерн в эксплуатации показывают, что наиболее часто аварийные ситуации в процессе транспортирования возникают при движении поездов и выполнении маневровой работы. Во время осуществления этих операций возможны отклонения от нормальных условий перевозки: превышение динамических нагрузок при движении, скорости при роспуске с сортировочной горки; нарушение габарита; воздействие третьих лиц на вагон. Для уменьшения влияния неблагоприятных факторов на высокоопасные грузы (аммиак, ацетальдегид, хлор и т.д.) правилами перевозок определены нормы прикрытия (т.е. количество вагонов прикрытия, отделяющих вагоны с опасным грузом от ведущего, подталкивающего, маневрового локомотивов и от вагонов с людьми), предусмотрен запрет на роспуск таких вагонов с сортировочных горок, а также установлена необходимость сопровождения подвижного состава специалистами и охраной.

Выполнение вышеуказанных требований применительно к перевозке синильной кислоты значительно уменьшает вероятность возникновения аварийной ситуации при выполнении маневровой работы и во время движения поезда.

Наиболее существенное влияние на безопасность перевозки оказывают опасные свойства груза. Так, бурная полимеризация синильной кислоты способна вызвать ее саморазогрев или взрыв. Поэтому она должна перевозиться с добавками стабилизаторов, без посторонних примесей, содержать не более 3 % воды. Вагоны должны содержаться в чистоте, продолжительность транспортирования не должна превышать время действия стабилизатора.

Кроме частных рекомендаций, изложенных в табл. 3, необходимо соблюдать общие требования нормативных документов к перевозке опасных грузов, ремонту и обслуживанию вагонов-цистерн, порядку погрузки и выгрузки, эксплуатации опасного производственного объекта. На предприятиях, осуществляющих налив и слив синильной кислоты, должны быть разработаны инструкции, в которых устанавливаются порядок погрузки-выгрузки, меры безопасности, действия персонала в случае возможных аварийных ситуаций, определяются ответственные лица за контроль технического состояния и безопасность эксплуатации вагонов-цистерн и путевого хозяйства предприятия.

Таким образом, была обоснована возможность осуществления транспортирования синильной кислоты в вагонах-цистернах модели 15-1556 и разработаны рекомендации по уменьшению вероятности возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации. Также сформирован перечень требований к конструкции котла вагона-цистерны для перевозки синильной кислоты и проведена оценка его коррозионной стойкости. Сравнение синильной кислоты с аналогичными веществами выявило ее более высокую токсичность, однако при учете пожарной опасности комплексный показатель синильной кислоты ниже, чем у акролеина и ацетальдегида.

Полученные результаты могут быть использованы в качестве исходных требований при разработке специализированного подвижного состава для перевозки синильной кислоты и уточнения методики в части оценки риска возникновения аварийных ситуаций при расширении номенклатуры химически опасных грузов, перевозимых в специализированных вагонах-цистернах.

жд перевозки