Конструкция и постройка питательных резервуаров для хранения дизельного топлива. Противопожарная защита. Водяные резервуары
Одним из результатов перехода железных дорог на тепловозную тягу явилась ликвидация обустройств водоснабжения паровозов. Сотни пунктов набора воды были упразднены и демонтированы. Также было ликвидировано такое оборудование, как установки по промывке котлов, которые прежде использовали водяные резервуары. Некоторая часть резервуаров была оставлена для использования их на разные нужды, однако подавляющая часть была разобрана и передана в лом. В ряде случаев стальные резервуары были проданы или сданы в аренду другим предприятиям для хранения удобрений и других целей.
В настоящее время положение таково, что необходимость в строительстве новых резервуаров для хранения воды, за исключением водяных резервуаров противопожарной безопасности, деионизации или подготовки воды для отопительных котлов и системы охлаждения тепловозов практически отсутствует.
Переход же на тепловозную тягу вызвал необходимость иметь значительное количество питательных и вспомогательных резервуаров для хранения дизельного топлива и смазочного масла. Такие резервуары чрезвычайно разнообразны как по емкости, так и по типам.
ПИТАТЕЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Начало использования дизелей для тяги, т. е. тепловозов, относится к началу 30-х годов XX в. В то время в эксплуатации было значительно меньше тепловозов, чем в настоящее время. Следовательно, проблема хранения и раздачи топлива не была еще так остра. Железные дороги, осваивающие тепловозы в экспериментальном порядке, могли без труда обеспечить себя небольшими резервуарами, которых хватило в то время для хранения необходимого количества топлива.
Такие резервуары устанавливали под землей и использовали для хранения дизельного топлива и взрывоопасных жидкостей.
Перед началом Второй мировой войны железные дороги были оснащены большим числом магистральных и маневровых тепловозов, что соответствовало важности обстановки перед надвигающейся войной. Железные дороги, оснащенные тепловозами, стали ощущать необходимость в обустройствах для хранения и раздачи дизельного топлива. Заводы, поставляющие резервуары и цистерны, были загружены военными заказами и не могли снабжать дороги резервуарами в течение многих месяцев. К счастью, для железных дорог, вследствие строгого распределения дизельного топлива во время войны многие компании по поставке нефтепродуктов остались не у дел. Это заставило их заняться изготовлением резервуаров и насосного оборудования. Большинство такого оборудования покупалось железными дорогами. Дороги производили закупку цистерн емкостью от 56,8 до 113,6 м3. Эти цистерны можно было грузить на платформы и перевозить в нужные места.
Цистерны устанавливали по одной или батареями, что зависело от количества требуемого запаса топлива. Большие резервуары емкостью до 756 м3 перед перевозкой разрезали и после доставки на место монтировали при помощи сварки. Все эти резервуары явились основой современных обустройств для хранения запаса топлива.
Резервуары, устанавливаемые на поверхности земли.
Первоначальная система хранения топлива потребовала изменения. Установка резервуаров ниже уровня земли в настоящее время не практикуется. Большинство малых резервуаров очень легки для установки с заглублением их ниже уровня земли, а также было ясно, что затраты на зарывание в землю больших резервуаров ничем не оправданы. Поэтому там, где были пересмотрены прежние решения, установка резервуаров теперь производится на поверхности земли при условии, если территория вокруг резервуара будет окружена рвом, емкость которого должна быть в 1,5 раза больше емкости резервуара. После войны, когда количество тепловозов возросло, потребовалось строить более крупные хранилища для запасов дизельного топлива. Чтобы создать резервные хранилища в узловых пунктах для обеспечения бесперебойного снабжения тепловозов дизельным топливом, в случае выхода из строя или закрытия нефтеперегонных заводов, а также при других неблагоприятных условиях, устанавливаются резервуары очень больших размеров. Такие резервуары часто строят емкостью до 8 750 м3.
Ранее считали, что стальные, служившие ранее для хранения поды резервуары и ставшие ненужными после перехода на тепловозную тягу, можно приспособить под хранение дизельного топлива. Чтобы использовать указанные резервуары, были предприняты некоторые меры, однако в подавляющем большинстве случаев они не имели успеха. Клепаные швы и чеканка, применяемые при строительстве водяных резервуаров, не позволяют хранить в них дизельное топливо, так как оно обладает свойством проникать через швы соединений. Были сделаны попытки проверки стыков и клепаных швов, однако стоимость этих работ оказалась чрезвычайно высокой, а качество работ в большинстве случаев — неудовлетворительным.
Новые резервуары, как правило, имеют цельнометаллическую конструкцию. Обычно емкость их составляет от 75.6 до 8 750 м3 и даже больше. Резервуары емкостью 75.6 мг являются минимальными и применяются главным образом на станциях, пропускная способность которых невелика и имеется возможность доставлять топливо непосредственно с нефтеперегонных заводов или подвозить со складов запаса в вагонах-цистернах. Применение малых резервуаров позволяет снабжать тепловозы топливом непосредственно из них. Емкость таких резервуаров позволяет производить слив в них доставленного дизельного топлива до полного освобождения цистерны.
Постройка резервуаров.
Резервуары емкостью приблизительно до 132,5 м3 целиком изготовляются на заводах и доставляются до места назначения их на платформах, где они выгружаются и устанавливаются на заранее подготовленные фундаменты.
Изготовленные на заводах резервуары можно устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
Горизонтальные резервуары устанавливаются обычно на бетонные опоры, число которых зависит от размеров резервуаров и от условий грунта. Вертикальные резервуары устанавливаются на фундаментах, построенных с предварительной выемкой грунта на глубину от 457 до 610 мм с. последующим заполнением котлована битым камнем или шлаком. Поверхность фундамента покрывается промасленным песком. Этот песок можно также пропитывать битумом, который до затвердевания прилипает к днищу резервуара, образуя таким образом изоляцию, препятствующую прониканию воды к металлу резервуара и образованию ржавчины. Вертикальные резервуары требуют значительно меньше места и поэтому могут быть установлены там, где имеется много строений, занимающих большую площадь. Установка таких резервуаров требует незначительных расходов.
Резервуары, емкость которых более 132,5 м3, изготовляются также на заводах и устанавливаются на месте заводскими монтажными бригадами. Фундаменты для большинства резервуаров подготовляются силами заводов-изготовителей. Эти резервуары обычно устанавливаются так же, как и резервуары малых размеров. В зависимости от состояния грунта иногда необходимо строить бетонное кольцо вокруг резервуара, диаметр которого немного больше диаметра резервуара. Это мероприятие обеспечивает для резервуара хорошее и устойчивое основание.
Все известные изготовители стальных резервуаров производят также их перевозку и монтаж в соответствии с инструкциями Американского нефтяного института. Эти инструкции включают в себя все подробности изготовления резервуаров, в том числе подбор стальных листов, толщину стен цилиндрической части и высоту для различных диаметров резервуаров, методы сварки, а также размер перекрытий, люков и т. д. При заказе стального резервуара необходимо учитывать последние инструкции Американского нефтяного института или потребовать от изготовителей представления соответствующего плана монтажа и инструкции по производству его. Американская инженерная железнодорожная ассоциация может представить по требованию «Инструкцию по сварным стальным резервуарам для хранения воды и топлива». Эта инструкция приведена в данной главе и может оказать потребителю несомненную пользу.
Арматура резервуара.
Стандартное оборудование стальных резервуаров для топлива состоит из люков, расположенных на крыше и по бокам резервуара, стальных скоб или лестниц, ведущих на крышу, спускных отверстий различных размеров с поплавковыми клапанами и топливоуказателей, показывающих количество топлива, находящегося в резервуаре, деталей впускных и выпускных отверстий, а также комплекта сливных труб. Широко практикуется размещение отверстий для присоединений сливных труб на несколько десятков сантиметров выше дна резервуара, что позволяет спускать через сливные трубы скопившиеся посторонние примеси и воду, содержащиеся в дизельном топливе. Поэтому сливные трубы располагают как можно ближе к днищу резервуара. В северных районах, где часто замерзает вода, в сливных трубах применяются клапаны незамерзающего типа.
Часто применяется другая арматура, которая особенно эффективна в случае возникновения пожара как непосредственно в резервуаре, так и близ его фундамента. Эта арматура состоит из клапанов, установленных во впускных и выпускных отверстиях с внутренней стороны резервуара. Такие клапаны открываются при помощи тяг. укрепленных в верхней части резервуара. В тягах имеются плавкие вставки, которые находятся близ выпускных отверстий. Эти вставки расплавляются и отделяются при заранее установленной температуре, а тяга ослабляется и позволяет клапанам во внутренней части резервуара сработать и закрыть выход топлива из резервуара наружу.
СЛИВ ТОПЛИВА ИЗ ВАГОНОВ-ЦИСТЕРН И ИХ НАПОЛНЕНИЕ
Слив топлива из вагонов-цистерн производится при помощи сливных устройств, которые можно повернуть с позиции, параллельной пути слива. Затем трубу или рукав, соединенные с соответствующим устройством, опускают через люк горловины до низа цистерны. Трубопровод соединяет сливное устройство с насосом, который перекачивает топливо в резервуар. Эти сливные устройства применяются как по одному, так и группой, в зависимости от числа вагонов-цистерн, находящихся под сливом и мощности насосов. Некоторые железные дороги сами изготовляют сливное оборудование, используя при этом различные типы шарнирных соединений для поворота по горизонтали и вертикали. Другие же дороги предпочитают не изготовлять, а покупать такое оборудование. С экономической точки зрения вертикальные сливные устройства обычно более приемлемы, однако для их поворота необходимы шарнирные соединения.
В целях пожарной безопасности широко применяется заземление топливоразгрузочных устройств соединением их с путевыми рельсами. Это позволяет избежать возможного искрения, вызванного статическим электричеством, в результате которого может возникнуть при разгрузке пожар.
Обычно перекачивающее оборудование при простом перекрытии вентилей на трубопроводах позволяет использовать один и тот же насос как для слива топлива из вагонов-цистерн, так и для экипировки тепловозов. Однако на больших экипировочных пунктах устанавливается еще и запасный насос, который обеспечивает надежность в работе в случае выхода из строя основного насоса, но ограничивает возможность экстренной экипировки тепловоза при одновременном сливе цистерны. Таким образом, лучше устанавливать один насос для слива, а другой для экипировки, однако соединение системы трубопроводов должно быть таково, чтобы оба насоса могли быть взаимозаменяемы.
Там, где установлены резервуары большой емкости, которые обеспечивают топливом местные нужды, а также предназначены для снабжения других участков железной дороги, приспособления, применяемые для слива, можно также использовать и для налива топлива из резервуара в вагоны-цистерны для перевозки. В таких хранилищах используются насосы значительно большей мощности, чем для экипировки тепловозов.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
На крыше резервуара установлены регулирующие термостаты, приводящие в действие противопожарную систему
Рис. 1. Общий вид пеносмесителя, установленного на стенке топливного резервуара.
Как уже говорилось выше, для железных дорог является обычной экипировка тепловозов непосредственно из основных питательных резервуаров, однако по инструкциям, существующим на ряде железных дорог, требуется применять промежуточный или вспомогательный резервуар, из которого производится экипировка тепловозов. Разумеется, выбор способа экипировки тепловозов является личным делом каждой дороги, применяющей тот или иной способ. Следует отметить, что за исключением дополнительных затрат на постройку и содержание вспомогательного резервуара и насосного оборудования пока еще нет никаких данных.
Пена.
При существующих ценах на дизельное топливо оно представляет огромную ценность, топливо хранится в значительном количестве в резервуарах большой емкости. В связи с этим особое внимание обращается на оборудование по противопожарной защите этих резервуаров. Существующее оборудование сконструировано с учетом автоматического вступления в действие при внезапном повышении температуры, которое может случиться от возникновения пожара поблизости.
Безусловно, что содержимое резервуара не загорится, если к нему нет доступа кислорода. Даже если оно и вспыхнет, горение будет происходить только в верхней части резервуара, так как температура топлива в нижней его части ниже, чем на поверхности. Поэтому, чтобы предотвратить пожар в резервуаре с топливом, необходимо закрывать его так, чтобы предотвратить доступ воздуха во внутреннюю его часть. Это достигается нагнетанием в резервуар густой пены в таком количестве, которое позволило бы покрыть поверхность топлива по всему периметру резервуара. Типовая установка пенозащитной системы включает в себя один или несколько смесителей, установленных на стенке резервуара. Эти смесители имеют доступ в резервуар в точке, находящейся немного ниже вершины резервуара (рис. 1). От дна смесителей идет трубопровод к смесительной камере, в которой находится бачок с пеной емкостью в несколько сотен литров. В камеру поступает вода. Так как необходимое давление воды должно быть приблизительно равным 3,66 кг/см3, то в систему включен центробежный насос, который и обеспечивает необходимое давление. Быстродействующий клапан, известный под названием затопляющего клапана, установлен на водяном трубопроводе.
На стенке резервуара с топливом от клапана водопровода ответвляются трубки, которые идут в бачок с пенным раствором. Клапан действует как инжектор, выталкивающий определенные порции раствора из бачка в трубку, по которой течет вода. Смесь пенного раствора и воды идет затем по трубопроводу в нижнюю часть пеносмесителя, где поступающий воздух превращает смесь в пену, а последняя поступает в резервуар и покрывает поверхность топлива.
Весь цикл работы регулируется одним или несколькими термостатами, установленными на крыше резервуара. Эти термостаты не реагируют на повышение температуры, вызванное изменением погоды или лучами солнца. Они реагируют на внезапное повышение температуры, которое может быть вызвано пожаром или резким повышением тепла. Термостаты соединены электропроводкой и посредством реле управляют затопляющими клапанами смесительной камеры. В момент начала работы насоса клапаны включаются синхронно с пуском насоса; таким образом, если открыт клапан, начинает работать и насос.
Защита распыленной водой.
То, что известно под названием тумана, можно создать при помощи распылителя, укрепленного на конце шланга. Для этого необходимо создать давление воды, равное 3,66 кг/см3. Распылитель создает тонкую водяную пыль или струю. Благодаря способности резко понижать окружающую температуру, такая защита часто применяется при возникновении пожара как в резервуаре, так и близ его фундамента. Кроме того, распыленная вода создает защитный экран, под прикрытием которого можно проникнуть через огонь к клапанам и закрыть их, что может оказать значительную помощь при тушении пожара. Защита распыленной водой часто применяется совместно с пенной защитой наземных резервуаров, а для малых резервуаров применяется только защита распыленной водой. Длина шлангов для водяных распылителей колеблется от 20 до 30 м. Шланги находятся в стальных пожарных ящиках. Когда шланги вынимают из ящиков, автоматически открываются рабочие клапаны и подают воду.
Углекислотный огнетушитель.
Большие переносные углекислотные огнетушители используются до некоторой степени для ликвидации пожара резервуара, возникшего близ фундамента или системы клапанов, однако для этой цели защита распыленной водой более эффективна.
Защита внешней части резервуара. Некоторые железные дороги принимают меры для предупреждения возможного повреждения коррозией дна стального резервуара, установленного непосредственно на грунт или имеющего с ним соприкосновение.
Как уже указывалось выше, резервуар обычно устанавливается дном на основание из битого камня, гравия или шлака, причем между дном и основанием применяется прокладка из слоя песка. В некоторых случаях такой слой песка покрывается битумом, который в свою очередь создает полуупругую прокладку между песком и стальным дном резервуара, предотвращая или задерживая процесс коррозии.
Во многих случаях большинство повреждений происходит от воздействия электролиза, вызывающего слабые токи, возникающие и усиливаемые такими факторами, как разнородность качества металлов, кислотность почв и т. д. Токи действуют на металл, частично разрушая его. Для предохранения от вредного действия токов применяется катодная защита.
Катодная защита заключается в постоянном пропускании тока (количество которого определено испытаниями) между заземленными анодами и самим резервуаром. Короче, система состоит из трансформатора с разными обмотками низкого напряжения для понижения напряжения тока в сети до необходимой величины, выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, и графитных анодов, которые находятся в грунте в заранее установленных местах под резервуаром. Выпрямитель плюсовым концом соединен с водонепроницаемым кабелем и с анодами, которые объединены вместе. Отрицательный конец выпрямителя соединяется со стенкой резервуара около его фундамента сваркой. Это устройство представляет собой замкнутую цепь, по которой ток идет от резервуара к анодам, ликвидируя таким образом возможность повреждения от влияния электролиза.
Катодная защита применяется также и для водяных резервуаров. Однако способ ее применения отличается тем, что в противоположность резервуарам для нефтяного топлива аноды устанавливаются внутри резервуара ниже поверхности воды. Такая система в северных районах может быть эффективна лишь в период теплой погоды, так как зимой внутри резервуаров вода замерзает. Поэтому необходимо весной целиком заменять аноды новыми, после того как угроза морозов минует, или, если они сохранились, переставлять их.
С точки зрения теории идея катодной защиты имеет прочное основание, однако в большинстве случаев хорошо сконструированные и построенные стальные резервуары должны служить много лет и без этих устройств. Следовательно, экономия от внедрения катодных установок, очевидно, является потенциальной и дает себя знать в будущем.
ВОДЯНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ ВОДОЙ КОТЛОВ ОТОПЛЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПРИ ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГЕ
Количество деионизированной или специально обработанной воды для котлов отопления не так велико, как раньше, когда применялась паровая тяга. Объем резервуаров теперь значительно меньше, чем это требовалось раньше. Следовательно, возможно применение резервуаров малых размеров. На крупных станциях или в других местах, где демонтировано оборудование по обслуживанию паровозов, остались резервуары, расположенные вблизи оборудования водоподготовки и распределительных обустройств. Использование таких резервуаров (рис. 2) дает положительные результаты. Такие резервуары обеспечат потребность в обработанной воде в течение нескольких дней в случае временного выхода из строя основного оборудования водоподготовки.
Рис. 2. Типовой резервуар емкостью 189.2 мг, использовавшийся ранее для снабжения паровозов и переоборудованный для деионизированной воды котлов отопления тепловозов
Если необходимо построить новый резервуар, то следует рассчитать мощность и производительность установки и возможности ее расширения в будущем. Такие резервуары объемом до 132 м3 можно покупать готовыми с доставкой за счет завода-изготовителя. Резервуары для этого применяются цельнометаллические, такие же. как и для хранения жидкого топлива. В северных районах с суровым климатом целесообразно изолировать резервуар от мороза и в ряде случаев установить в них паровое отопление.
Для облегчения использования изоляционных материалов и лучшей циркуляции тепла малые резервуары (132 м3 или меньше) устанавливаются в горизонтальном положении на бетонных опорах.
Применяются также резервуары большой емкости, имеющие плоское дно и стоящие на опорах. Эти резервуары имеют коническую крышу. Они изготовляются на заводах и монтируются на месте бригадами завода-изготовителя. Инструкции по таким резервуарам и фундаментам аналогичны инструкциям, применяемым при строительстве резервуаров для хранения жидкого топлива. Большие резервуары обычно не изолируют и не отепляют.
Арматура резервуара состоит из верхних и боковых люков, лестницы, ведущей на крышу, водомерного стекла, показывающего уровень воды, деталей разделки впускного и выпускного отверстий.