Особенности оценки состояния криогенных вагон-цистерн
Разнообразные продукты разделения воздуха, например, сжиженные газы, находят самое широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Это и ракетно-космические технологии, и металлургия, и химические производства. Ежегодно в России производится несколько десятком миллиардов кубических метров сжиженных газов, при этом конечный потребитель этой продукции может находиться за сотни или даже тысячи километров от места производства. Налицо вопрос организации безопасной транспортировки подобной продукции. Учитывая достаточно хорошо развитую железнодорожную инфраструктуру в России, наиболее логичным представляется перевозка газов в специализированных вагонах-цистернах.
В послевоенные годы возникла потребность в транспортировке жидкого кислорода, для чего в Уральском вагоностроительном заводе г. Нижний Тагил было открыто особое конструкторское бюро, основным направлением деятельности стала криогенная техника. Первые вагоны производились по трофейным немецким чертежам, в результате чего уже в 1955 году на рельсы встали новые цистерны отечественного производства для транспортировки жидкого кислорода и жидкого азота. Впоследствии было открыто производство цистерн для перевозки жидкого аргона и водорода. Сегодня подобная продукция выпускается только ОАО «Уралкриомаш», основным потребителем которой являются Вооружённые силы.
Вагон-цистерна – это криогенная ёмкость, размещённая на четырёхосной железнодорожной платформе вместе с арматурным шкафом, измерительной аппаратурой и коммуникационными системами. Ёмкость имеет внешнюю защитную оболочку или кожух, а также внутренний сосуд. Кожух представляет собой сварную конструкцию, оборудованную двумя клапанами, предохранительным устройством и вакуумными трубопроводами. Сосуд для криогенного продукта сварен из цилиндрической обечайки и днищ эллиптической формы. Конструкция сосуда оборудована волнорезами и шпангоутами для придания ей большей прочности. Кожух и оболочка связаны трубопроводами, между ними имеется изолирующий негидрофобный аэрогель.
В России сегодня насчитывается порядка 600 вагонов-цистерн, большинство из которых представляют собой резервуары советского производства с истекающим сроком эксплуатации. Учитывая высокую стоимость производства новых вагонов и низкие темпы их производства, часто именно увеличение срока службы цистерн становится единственным способом поддерживать необходимые объёмы перевозок.
Согласно нормативной документации, разрешается продлевать срок эксплуатации вагона-цистерны на основании независимой экспертизы, при этом новый срок не должен превышать указанный в технических условиях более чем в полтора раза. Криогенная ёмкость в зависимости от модели имеет срок службы от 20 до 30 лет. При оценке возможности продления этого срока также принимается во внимание степень изношенности всех элементов, входящих в состав цистерны. Например, срок службы внутренних сосудов, определяющийся количеством циклов нагружения, обычно не достигает предельного значения в момент окончания срока эксплуатации всей цистерны.
Прочие составные части вагона-цистерны также обладают индивидуальными сроками службы, при этом оценка их технического состояния производится на специализированном вагоноремонтном предприятии. В этом вопросе важное значение имеет квалификация специалистов, осуществляющих ревизию вагона-цистерны, поскольку он представляет собой достаточно сложный в плане технического диагностирования объект.
Техническое освидетельствование криогенных вагонов-цистерн, проводившееся посредством вскрытия и методами неразрушающего контроля в 70-80-х годах прошлого века, выявило отсутствие коррозии внутренней поверхности сосуда. Кроме того, были проведены разрушающие испытания внутренних сосудов и сварных швов, при которых даже самые эксплуатируемые вагоны имели швы в хорошем состоянии в смысле механической прочности.
Современные высокотехнологичные методы неразрушающего контроля позволяют не производить вскрытие внутреннего сосуда. Чаще всего используется акустико-эмиссионный способ, при котором факты разрушения и деформации объекта оцениваются при помощи акустических волн. Этот вид неразрушающего контроля предоставляет испытателям возможность выявлять наиболее опасные дефекты в независимости от их размеров. Преобразователи устанавливаются на трубопроводах и внешней оболочке, т.е. не требуется проводить вырезы. Однако при выявлении в ходе испытаний источников акустической эмиссии потребуется установка дополнительных преобразователей с необходимостью нарушения целостности оболочки.
В период с 2005 по 2009 год специалистами ООО «Экспертный центр подвижного состава» была проведена диагностика состояния около 60-ти вагонов-цистерн для оценки возможности продления их срока службы. В результате большая часть подвижного состава на момент окончания срока эксплуатации продемонстрировала удовлетворительное техническое состояние без серьёзных дефектов.
Основной причиной прекращения использования криогенных ёмкостей стало отсутствие вакуума в теплоизоляционной полости. Также в ходе технического диагностирования были выявлены конструктивные дефекты в рамах вагонов-цистерн. Примерно у 20 % обследованных вагонов были обнаружены неремонтопригодные трещины хребтовой балки в зоне упоров. Учитывая проведённые оценки состояния основных составных частей вагонов-цистерн, срок остаточной службы котла превышает 20 лет. Таким образом, сроки эксплуатации были продлены у 45 вагонов на пять лет, при условии осуществления капитального ремонта и устранения всех выявленных в ходе диагностики неисправностей. Сегодня ООО «ЭЦПС» занимается разработкой способа оценки остаточного срока службы криогенных ёмкостей, которая бы учитывала индивидуальные особенности каждой модели вагона.