CC BY
261
Общетехнические и социальные проблемы
Общетехнические и социальные проблемы
УДК 656.225.073.436 В. В. Галов
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВОЗКИ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОГО КОНЦЕНТРАТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ
Карбамидоформальдегидный концентрат получает все большее применение при производстве карбамидоформальдегидных смол в деревообрабатывающей и мебельной промышленности, что приводит к увеличению объема его перевозок. Условия транспортировки серьезно усложняют как характерная для России продолжительность холодного времени года, так и недопустимость перегрева продукта. Несовершенство существующего подвижного состава приводит к неполному использованию перевозимого продукта и сравнительно низкому обороту вагонов из-за их простоя в местах выгрузки.
В работе выполнен обзор состояния перевозок концентрата с учетом особенностей его теплофизических характеристик. На основании проведенных исследований выявлены главные недостатки существующего подвижного состава и предложены возможные пути их устранения.
карбамидоформальдегидный концентрат, перевозка, железнодорожный транспорт, подвижной состав.
Введение
Карбамидоформальдегидный концентрат в настоящее время получает все большее применение при производстве карбамидоформальдегидных смол, широко используемых в качестве основы клеев для древесных материалов. За последние два года отмечен постоянно возрастающий темп потребления карбамидоформальдегидного концентрата. Практически все предприятия деревообрабатывающей и мебельной промышленности Российской Федерации произвели переоборудование производства по выпуску карбамидоформальдегидных смол из
карбамидоформальдегидного концентрата взамен ранее используемого формалина.
Основная доля перевозок карбамидоформальдегидного концентрата в России приходится на железнодорожный транспорт. Условия
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
184
транспортировки серьезно осложняют как характерная для России продолжительность холодного времени года, так и недопустимость перегрева концентрата. Существующий подвижной состав не учитывает специфики его теплофизических свойств и, следовательно, нуждается в усовершенствовании.
Таким образом, при постоянно возрастающем темпе потребления и, следовательно, объеме перевозок карбамидоформальдегидного концентрата проблема совершенствования существующего подвижного состава на железнодорожном транспорте в настоящее время является крайне важной. Решение этой проблемы требует проведения исследования как подвижного состава, так и пунктов выгрузки на предприятиях, использующих при производстве смол карбамидоформальдегидный концентрат.
1 Влияние карбамидоформальдегидного концентрата на технологический процесс производства карбамидоформальдегидных смол
1.1 Технология синтеза карбамидоформальдегидных смол
с использованием формалина
Карбамидоформальдегидные смолы отличаются от других синтетических смол обеспеченностью их производства дешевым и относительно доступным сырьем - карбамидом и формальдегидом.
Источником формальдегида является формалин технический, который представляет собой водный раствор, содержащий 37% формальдегида. Кроме того, формалин, используемый как исходное сырье, содержит 6-15% метанола - ингибитора полимеризации формальдегида. Таким образом, при транспортировке формалина в оплачивается основном перевозка воды, а вынужденно присутствующий метанол в дальнейшем является крайне нежелательным компонентом на протяжении всего цикла производства и использования карбамидоформальдегидных смол.
Прием, хранение и переработка формалина сопровождаются выпадением в осадок параформа и выделением в окружающую среду свободного формальдегида - горючего и токсичного газа. Предел взрываемости смесей с воздухом по объему составляет 7-73%. На организм человека формальдегид оказывает общетоксическое,
аллергическое и мутагенное действие, вызывая раздражение слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, дерматит. Предельно допустимая концентрация (ПДК) формальдегида в воздухе
производственных помещений должна составлять не более 0,5 мг/м [1], [2].
При синтезе карбамидоформальдегидных смол производят дистилляционную сушку реакционной массы карбамида с формальдегидом, то есть лишнюю воду, вынужденно попадающую в
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
ОЙщетехнические и социальные проблемы
реактор вместе с формалином, удаляют путем перевода ее в пар с последующей конденсацией. В результате образуются «надсмольные воды», содержащие 8-12% метанола и 5-8% формальдегида. Наличие надсмольных вод требует дополнительных затрат на создание специальных очистных сооружений или транспортировку вод для переработки в условиях формальдегидного производства. Поэтому производители смол часто сбрасывают токсичные надсмольные воды в окружающую среду.
1.2 Преимущества применения карбамидоформальдегидного
концентрата при производстве карбамидоформальдегидных смол
В основе безотходной технологии получения экологически чистых карбамидоформальдегидных смол лежит использование карбамидоформальдегидного концентрата вместо формалина.
Применение карбамидоформальдегидного концентрата при
производстве смол имеет существенные преимущества:
исключение из технологического процесса стадии концентрирования продукта, снижение производственных затрат;
решение проблемы утилизации формальдегидосодержащих сточных вод, метанола и формальдегидосодержащих газовых выбросов;
снижение затрат на транспортировку до 40% (для производства одинакового количества карбамидоформальдегидных смол требуется концентрата в 1,6-2,2 раза меньше, чем формалина [1],[2]); уменьшение потребности в карбамиде на 25%;
возможность синтеза малотоксичных смол повышенной
водостойкости;
обеспечение высокого качества получаемых
карбамидоформальдегидных смол с содержанием метанола до 0,2%.
2 Особенность теплофизических характеристик карбамидоформаль-дегидного концентрата
2.1 Физико-химические свойства карбамидоформальдегидного концентрата
Карбамидоформальдегидный концентрат представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом, которая кристаллизуется при температуре 0°С и полностью затвердевает при минус 20°С (табл. 1).
ТАБЛИЦА 1. Физико-химический состав карбамидоформальдегидного концентрата (КФК - 85) [1],[2]
Наименование параметра Величина параметра
Внешний вид Бесцветная прозрачная жидкость
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
186
Массовая доля вещества, % 85
Массовая доля общего формальдегида, % 60,0 ± 0,5
Массовая доля карбамида,% 25,0 ± 0,5
Массовая доля метанола,%, не более 0,3
Мольное соотношение 4,8 ± 0,2
Продолжение табл. 1
Наименование параметра Величина параметра
Формальдегид : карбамид, pH 8,0-9,0
Буферная емкость, мл, не более 12
Массовая доля сухого остатка при прокаливании (зольность), %, не более 0,5
Массовая доля метанольных групп, %, не менее 25,0
Вязкость условная при температуре (20±1) °С, по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм), с, не более 80
Условия и сроки хранения
Температура хранения, °С (+10)-(+30)
Температура замерзания, °С -20
Срок хранения, мес. 6
При относительной стабильности характеристик концентрат имеет узкий диапазон температур хранения, что является его отличительной особенностью. Повышение температуры выше плюс 30°С крайне нежелательно, что может привести к снижению качества и порче продукта.
3 Оценка объема перевозок карбамидоформальдегидного концентрата по территории Российской Федерации
3.1 Производители карбамидоформальдегидного концентрата
В настоящее время в России широко освоен выпуск различных марок карбамидоформальдегидного концентрата (КФК-70, КФК-80, КФК-85, ККФ-1, ККФ-2 и др.) и практически все предприятия производят карбамидоформальдегидные смолы из карбамидоформальдегидного концентрата взамен ранее используемого формалина.
Основное производство концентрата на территории Российской Федерации сосредоточено сегодня преимущественно на четырех предприятиях:
ОАО «Тольяттиазот» (Самарская обл., г. Тольятти);
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
ОАО «Метафракс» (Пермская обл., г. Губаха);
ОАО «Томский нефтехимический комбинат» (Томская обл., г. Томск);
ООО «Кроншпан» (Московская обл., г. Егорьевск).
В 2006 году к производителям карбамидоформальдегидного концентрата присоединилось ОАО «Щекиназот» (Тульская обл., пос. Первомайский), выпускающее до 80 тыс. тонн в год концентрата в пересчете на 37-процентный формалин. Кроме того, в ОАО «Акрон» (г. Нижний Новгород) создано производство мощностью до 50 тыс. тонн концентрата в год. По результатам обследования производителей карбамидоформальдегидного концентрата (табл. 2) лидирующее место пока занимает ОАО «Метафракс».
ТАБЛИЦА 2. Производство карбамидоформальдегидного концентрата в России [3]
Завод-изготовитель Мощность, тыс. т в год
ОАО «Метафракс», Пермская обл., г. Губаха 180
ОАО «Томский нефтехимический комбинат», Томская обл., г. Томск 80
ОАО «Щекиназот», Тульская обл., пос. Первомайский 80
ОАО «Тольяттиазот», Самарская обл., г. Тольятти * о VO
ООО «Кроншпан», Московская обл., г. Егорьевск 60**
ОАО «Акрон», г. Нижний Новгород 50
Примечание. *С вводом в 2007 году новой установки выпуск должен составить не менее 200 тыс. тонн в год.
**Построена еще одна установка мощностью 60 тыс. тонн в год.
Таким образом, за 2008 год выпуск различных марок карбамидоформальдегидного концентрата на Российских предприятиях может превысить 600 тыс. тонн в год, что приведет к увеличению объема его перевозок железнодорожным транспортом.
3.2 Потребители карбамидоформальдегидного концентрата
В структуре потребления карбамидоформальдегидного концентрата лидирующие позиции занимают российские деревообрабатывающие заводы: ЗАО «Череповецкий фанерно-мебельный комбинат» (Вологодская обл., г. Череповец);
ОАО «Вышневолоцкий мебельно-деревообрабатывающий комбинат» (Тверская обл., г. Вышний Волочек);
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
188
ОАО «Дятьково - деревообрабатывающий завод» (Брянская обл., г. Дятьково).
Экпортные поставки карбамидоформальдегидного концентрата осуществляются преимущественно на предприятия Белоруссии и Украины.
В настоящее время наблюдается всплеск активности потребления концентрата как предприятиями России, так и Белоруссии в связи с переоборудованием производства по выпуску карбамидоформальдегидных смол из карбамидоформальдегидного концентрата взамен ранее используемого формалина. Этот факт отчасти позволил избежать избытка концентрата на внутреннем рынке, но основной по-прежнему осталась транспортная проблема перевозки концентрата. Решение этой проблемы требует проведения обзора и анализа подвижного состава для перевозки концентрата.
4 Обзор действующего парка железнодорожных цистерн для перевозки карбамидоформальдегидного концентрата
4.1 Подвижной состав для транспортировки
карбамидоформальдегидного концентрата
Доставка карбамидоформальдегидного концентрата потребителям осуществляется в железнодорожных цистернах, переоборудованных под его перевозку. Специализированных цистерн, предназначенных для транспортировки концентрата, в настоящее время не существует.
Наиболее распространенными в России являются цистерны модели 15-1487-02 [4] (рис. 1) с котлом из нержавеющей стали, снабженным индивидуальной системой разогрева «обогревательная рубашка» и теневой защитой. Выгрузка концентрата производится через нижний сливной прибор. Цистерна способна вместить до 50 м концентрата (табл. 3), что весьма рационально при его перевозке. Несмотря на наличие индивидуальных систем разогрева и защиты от перегрева продукта, цистерна не отвечает специфике теплофизических свойств концентрата, что вызвано несовершенством установленных систем, являющихся универсальными и распространенными на железнодорожных цистернах.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
Рис. 1. Общий вид цистерны модели 15-1487-02:
1 - котел; 2 - платформа; 3 - предохранительно-впускной клапан;
4 - автосцепное устройство; 5 - тележка двухосная; 6 - автотормоз; 7 - лестница наружная с мостами; 8 - стояночный тормоз; 9 - теневая защита
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
190
ТАБЛИЦА 3. Основные технические характеристики цистерны модели 15-1487-02
[4]
Наименование параметра Величина параметра
Грузоподъемность, т 67,0
Масса тары, т 25,3±0,75
Максимальная расчетная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 230,5 (23,4)
Конструкционная скорость, км/ч 120
Объем котла, м3:
полный V 54,5±0,2
полезный 50,4 (0,92V)
Диаметр котла внутренний номинальный, мм 2600
Длина, мм:
по осям сцепления автосцепок 12020+60-45
по концевым балкам рамы 10800+11.18
котла (номинальная) 10706
База, мм 7800±5
Избыточное давление в котле по регулировке предохранительного клапана, МПа (кгс/см2) 0,15+0,02 (1,5+0,2)
Внешнее избыточное давление по регулировке впускного клапана, МПа (кгс/см2) 0,015-0,013 (0,15-0,13)
Пробное давление в котле при гидравлическом испытании, МПа (кгс/см2) 0,6 (6,0)
Расчетное давление в котле, МПа (кгс/см ) 0,416 (4,16)
Модель двухосной тележки 18-100
Тип автосцепки СА-3
Возможность установки защитных экранов Нет
Возможность установки буферных устройств Есть
Наличие предохранительно-впускного клапана Есть
Количество лестниц, шт.:
наружных 1
внутренних 1
Полный назначенный срок службы, лет 20
Назначенный срок службы до первого капитального ремонта, лет 5
Назначенный срок службы до первого деповского ремонта, лет 2
4.2 Пропускная способность предприятий-потребителей карбамидоформальдегидного концентрата
По результатам обследования российских потребителей карбамидоформальдегидного концентрата лидирующее место по количеству принимаемых в месяц цистерн занимает ОАО «Вышневолоцкий мебельно-деревообрабатывающий комбинат» (табл. 4).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
ОЯщетехнические и социальные проблемы
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
192
ТАБЛИЦА 4. Объем потребления карбамидоформальдегидного концентрата деревообрабатывающими заводами России
Завод-потребитель Оборот цистерн, шт. в месяц
ЗАО «Череповецкий фанерномебельный комбинат», Вологодская обл., г. Череповец 5
ОАО «Вышневолоцкий мебельнодеревообрабатывающий комбинат», Тверская обл., г. Вышний Волочек 10
ОАО «Дятьково -деревообрабатывающий завод», Брянская обл., г. Дятьково 8-10
Таким образом, при постоянно возрастающем темпе потребления карбамидоформальдегидного концентрата необходимо увеличивать пропускную способность предприятий-потребителей по количеству принимаемых в месяц цистерн, что в свою очередь требует ускорения выгрузки концентрата из цистерн.
5 Обследование мест выгрузки карбамидоформальдегидного концентрата
5.1 Технология выгрузки карбамидоформальдегидного концентрата
Выгрузка карбамидоформальдегидного концентрата производится на специальных эстакадах (рис. 2) самотеком по герметичному каналу через нижний сливной прибор. Герметичность канала создается патрубком диаметром 75-100 мм с фланцем, который при помощи зацепов прикрепляется к сливному прибору цистерны. Перекачка концентрата в емкости для хранения осуществляется насосом производительностью 2040 м3/ч.
Для предотвращения остывания концентрата в процессе выгрузки все трубы, соединяющие насос и емкости, а также сами емкости оборудованы теплоизоляцией из стекловаты. Емкости дополнительно оснащены устройствами подогрева.
Длительность выгрузки концентрата составляет около 1,5-2,5 часов летом и около 7 часов зимой, включая 2 часа предварительного разогрева.
По результатам обследования эстакад среди основных недостатков отмечены неравномерный прогрев концентрата в цистернах в зимнее время, а также перегрев продукта в летнее время.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
Рис. 2. Общий вид эстакады
5.2 Формирование исходных требований к подвижному составу
для перевозки карбамидоформальдегидного концентрата
Для решения проблем транспортировки карбамидоформальдегидного концентрата железнодорожным транспортом проведено исследование процессов теплообмена при разогреве концентрата в цистернах по специально разработанной методике [5] с формулировкой необходимых требований и рекомендаций к подвижному составу железных дорог.
Совершенствование подвижного состава заключается в создании специализированных цистерн, оборудованных индивидуальной системой разогрева в виде обогревательных труб, расположенных внутри теплоизолированного котла.
Наличие индивидуальной системы разогрева в виде обогревательных труб ускорит выгрузку концентрата из цистерн, обеспечивая равномерный прогрев, исключая таким образом несоответствие скоростей протекания процессов разогрева и слива концентрата.
Тепловая изоляция котла цистерны создаст надежную защиту продукта от перегрева.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
194
Заключение
Увеличение объема перевозок карбамидоформальдегидного концентрата требует создания нового специализированного подвижного состава, позволяющего осуществлять транспортировку концентрата в заданном диапазоне температур.
Библиографический список
1. ТУ 2181-032-00203803-2003. Концентрат карбамидоформальдегидный (КФК).
2. ТУ 2223-009-48090685-2003. Концентрат карбамидоформальдегидный (ККФ).
3. Производство и потребление КФК в России / С. В. Афанасьев, Л. В. Лисовская, А. А. Триполицын // Дерево.Яи. - 2006. - №6. - С. 102-103.
4. Архитектоника грузовых вагонов : учеб. пособие для работников
железнодорожного транспорта / М. М. Соколов, А. В. Третьяков, И. Г. Морчиладзе. -М. : ИБС-Холдинг. - 2006. - 394 с. - ISBN 5-98788-008-4.
5. The Heat exchange under warming up of viscous liquid freights in rairoad tank-trucks / I.G. Kiselev, V.V. Galov // The 11th International Symposium on Heat Transfer and Renewable Sources of Energy (HTRSE 2006). - Szczecin: Szczecin Univercity of Technology. - 2006. - P. 729-733. - ISBN 83-7457-012-1.
УДК 624.21.03 И. Г. Ганиев
МЕТОД ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ДЕГРАДАЦИИ В СТРУКТУРЕ БЕТОНА
Приведен способ определения значения Kjc в момент технической диагностики для установления степени деградации в структуре бетона на рассматриваемый момент времени с использованием методов механики разрушения в мониторинге железобетонных конструкций мостов.
Введение
В работе сделана попытка использования методов механики разрушения в мониторинге железобетонных конструкций.
Механика разрушения - сравнительно молодое научное направление, появившееся в результате рассмотрения разрушения твердого тела как процесс развития трещин и трещиноподобных дефектов. Отличительная особенность этого направления состоит в том, что разрушение рассматривается не как мгновенный акт, а как процесс, зависящий от многочисленных факторов, в том числе и от времени [1],[2].
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
