Модернизация вагона-цистерны

По железной дороге жидкости перевозят в специальной таре, например, в бочках, в цистернах или танк-контейнерах. Первый способ малопродуктивный, требует больших затрат времени и труда на погрузку/выгрузку, поэтому используется для жидкостей, которые в другую тару не разливаются. Железнодорожные цистерны — вагоны в виде емкостей объемом 40 – 100 м³, грузоподъемность которых достигает 60 - 70 тонн и более. Танк-контейнеры — цилиндрические емкости, помещенные в прямоугольную раму, соответствующую по своим габаритам стандартным морским контейнерам. В этой статье будет рассмотрена эволюция цистерн как основной транспортной единицы для перевозки грузов.

Прародители цистерн — бочки

Популярность цистерн объясняется тем, что за один рейс они могут перевозить большое количество жидкого груза, а затраты на погрузку и разгрузку в перерасчете на 1 литр или килограмм намного ниже, чем при перевозке в бочках. Объем железнодорожной цистерны достигает 160 м³ (в среднем — 60 - 70 м³), а стандартной бочки — 0,216 м³. Именно бочка является предшественником железнодорожных цистерн.

Первые вагоны-цистерны на железных дорогах России появились в 1863 году. Закупали их за рубежом. Прототипы наливных вагонов для железнодорожных перевозок были созданы в США, когда в Пенсильвании началась нефтяная лихорадка. Развитие нефтяных промыслов в Баку и строительство нефтеперерабатывающих заводов на Волге, где находились пристани, происходило также бурно и требовало активизации перевозок керосина в центральные области страны. В развитие нефтяных промыслов в Баку крупные средства внес брат Альфреда Нобеля — Людвиг.

Две железные дороги России начали производство собственных наливных вагонов. Габариты их были довольно скромными:

• диаметр бочки — 1,5 м;

• длина — 5 м;

• объем — 10 м³.

Это был большой шаг вперед, одна цистерна вмещала более 4600 бочек нефтепродуктов. Помещался котел горизонтальной ориентации на двухосную вагонную тележку стандартного по тем временам размера. Затем грузоподъемность увеличили до 10 000 пудов (16 тонн).

Для других грузов, например, спирта и кислот, вагон модернизировали. Котел помещали внутрь обычного вагона, стенки которого защищали котел от перегрева и других неблагоприятных факторов. На вагоны наносили специальную маркировку. В 1901 году инженером Кубасовым создана оригинальная цистерна прямоугольной формы. При возврате тары на верхнюю часть загружались попутные грузы. Попытка рационализировать перевозки не увенчалась успехом, котлы остались цилиндрическими.

В 1895 году инженер Гротен разработал проект трехосной цистерны, а затем появились и четырехосные варианты на базе угольного вагона Фокс-Арабель. Грузоподъемность возросла до 30-33 тонн, перевозки жидких грузов становились все более выгодными. Некоторый откат в производстве большегрузных цистерн произошел в годы Первой мировой войны, когда требовалось большое количество вагонов, двухосные модели производились в прежнем темпе, а четырехосных строили несколько меньше.

С развитием экономики возрастал объем и ассортимент жидких грузов. Перевозились не только керосин, бензин и нефтепродукты, но и различные химикаты, включая опасные и очень опасные. Создавались не только емкости более крупных габаритов, но и ряд специальных конструкций под определенный тип жидкого груза повышенной опасности. Рост диаметров котлов подвижного состава показан на рисунке:

В 50-е годы в СССР создана цистерна объемом 60 м³, а затем 72 м³. Использовались они для перевозки нефтепродуктов и нефти, до сих пор узнать такие модели можно по характерной палевой окраске.

В 1970-х на железных дорогах СССР появилась цистерна на 120 тонн на восьмиосной платформе. Это была безрамная конструкция, несущей частью выступал котел из бронестали толщиной 12 мм. Для ускорения разгрузки и выгрузки цистерна оснащена двумя сливными приборами и двумя люками. Но эта модель не прижилась на ж/д из-за дороговизны производства и сложности эксплуатации.

Возникновение единого стандарта для цистерн

Развитие сети железных дорог и активизация зарубежных перевозок вызвали необходимость выработки единого стандарта для вагонов-цистерн. Стандартизировались размеры железнодорожной цистерны, что позволяло перевозить их в поездах с обычными грузовыми вагонами и платформами, также требовалось соответствие определенным стандартам других узлов:

• тележек;

• устройств слива;

• автосцепок;

• тормозов;

• защитных экранов;

• люков лазов;

• электрооборудования.

Все требования к цистернам сведены в ГОСТ Р 51659-2000.

Появление специализированных для разных грузов цистерн

Одновременно с транспортировкой жидких нефтепродуктов возник интерес к перевозке других жидких веществ. При незначительном развитии химической промышленности в конце 19 и начале 20 столетия потребность в специальных цистернах была не столь высокой. Но перед Второй мировой войной начались активные разработки цистерн для специальных грузов, в первую очередь, опасных. Так были созданы цистерны для:

• застывающих и вязких грузов с термоизоляцией или парообогревательным кожухом;

• уксусной кислоты и олеума;

• вязких нефтепродуктов;

• ядохимикатов;

• фенола;

• желтого фосфора;

• пековых материалов;

• серы;

• сульфонола;

• капролактама;

• фосфорной кислоты.

Различные типы цистерн созданы с учетом специфики поведения груза при транспортировке, хранении и погрузке/разгрузке. Это особенности сливных устройств, наличие подогрева, систем безопасности, клапанов, материалы котла и покрытия внутренней части. Сложно перечислить все особенности каждого вида специальных цистерн. При выборе модели для перевозки определенного вида веществ, необходимо проверять их на совместимость с ранее перевозимыми грузами, если Правила перевозок опасных грузов допускают использование цистерны для разных видов продукции.

Все специальные виды цистерн маркируют надписями и окрашивают в определенный цвет. Например, на котлах с кислотами нанесены полосы желтого цвета, а цистерны для этиловых веществ окрашены серебристой краской. Если цистерна предназначена только для одного вида груза, то обязательна надпись черного цвета с названием, знаки опасности и маркировка кодами по ДОПОГ и ООН.

Типы современных ж/д цистерн

Увеличение грузоподъемности составов, скорости перевозки и обработки грузов требуют унификации подвижного состава. Это снижает затраты времени на обработку груза, что сокращает простои, увеличивает безопасность и повышает рентабельность перевозок.

На сегодняшний день по железным дорогам России курсируют цистерны:

• рамные и безрамные;

• четырехосные и восьмиосные;

• 60, 120 и 125-тонные;

• для нефтепродуктов (общего назначения);

• специальные.

Котлы цистерн подразделяются на два вида — для перевозки грузов без избыточного давления и под давлением.

На железной дороге эксплуатируются четырехосные цистерны с обычной базой в 7,12 м и удлиненной — 7,8 м. Цистерна увеличенной базы обладает более короткими консолями, что повышает динамические качества и уровень безопасности состава. Бензиновые цистерны габарита 02-ВМ позволяют эксплуатировать ее на железных дорогах европейских стран с более узкой колеей. Для увеличения объема перевозимых грузов спроектирована цистерна 15-871 на восьмиосной базе. Характеристики железнодорожной цистерны этого типа позволяют увеличить грузоподъемность состава на 30% без увеличения путевой нагрузки и длины поезда.

Еще одна модель восьмиосной цистерны 15-1500 отличается конструкцией с использованием шпангоутов переменного сечения, позволяющей увеличить внутренний объем при сохранении габаритов 1-Т. При собственной массе в 51 т грузоподъемность цистерны достигает 125 тонн.  

Серьезная конкурентная борьба цистерн и танк-контейнеров за объемы перевозимых грузов ведется по всем направлениям. Один из способов победить в ней — модернизация подвижного состава, которая заключается как в переоборудовании существующего парка, так и в строительстве новых типов цистерн, более соответствующих требованиям времени.

Технические характеристики ж/д цистерн

При наличии в эксплуатации десятков видов цистерн сложно привести усредненные характеристики, у разных моделей они сильно отличаются. В таблице показаны отдельные характеристики цистерн общего назначения, которые находятся в эксплуатации.