RU2581115C1

RU2581115C1 - Railway explosion-proof tank

Info

Publication number: RU2581115C1
Application number: RU2015109883/12A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-04-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway rolling stock and concerns tank cars for transportation of thickening and crystallizing products, in particular for transportation of urea formaldehyde resin, carbamide-formaldehyde concentrate, as well as for transportation of inflammable, toxic and pungent liquids. This is achieved by the fact that nonexplosive tank car containing boiler made of cylindrical shell and two face bottoms, hatch, safety-inlet valve, drain device arranged in lower part of cylindrical shell, heating jacket arranged in the lower part of boiler, herewith cylindrical shell of the boiler is equipped with shadow protection which is arranged and rigidly fixed on both sides of hatch, angle of boiler shadow protection is 150-160°, while clearance between them is equal to 50-60 mm, the shadow protection is removable, according to invention it is additionally equipped with explosion-proof device with safety indicator on breaking element installed in access hatch and containing valve body, heat-insulating and disruptive elements, lined load gate covering the hole in the body of protected object, and in the upper cylindrical part of the valve body there is heat-insulating element and sealing membrane pressed against valve body by means of cover articulated with lever interacting with baffle plate, and the attachment point of disruptive element is fixed with its upper part on the lever, and the lower part - on upper cylindrical part of the valve body and bursting element consists of a wire, locking bolt fork lever valve cover nut, two drums, located respectively in the fork lever valve cover plate, and in the upper cylindrical part of valve body, wire ends are inserted into holes of drums and then, wound on them while clearance h between forks is about (1.5÷3) of wire diameter, and valve parameters are located in the following optimum value intervals: c=H/Dy=2.5÷3.0, where Dy is diameter of upper cylindrical part of valve body equal to maximum size of holes in protected object body; H is height of assembled valve, where safety indicator is fixed on disruptive element wire in the form of sensor responding to deformation, for example resistive strain gauge, the output of which is connected with signal amplifier, for example strain gauge amplifier, and output of strain gauge amplifier is connected to input of device warning about emergency situation, while disruptive element wire with fixed safety indicator sensor is made elastic and has several turns in part connected with safety indicator sensor.

EFFECT: technically attainable result is improved explosion safety of railway cisterns during transportation of flammable, explosive liquids.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу и касается цистерн для транспортировки застывающих и кристаллизующихся продуктов, в частности для перевозки карбамидоформальдегидной смолы, карбамидоформальдегидного концентрата, а также для перевозки легковоспламеняющихся, токсичных и едких жидкостей.The invention relates to railway rolling stock and relates to tanks for transporting solidifying and crystallizing products, in particular for the transportation of urea-formaldehyde resin, urea-formaldehyde concentrate, as well as for the transport of flammable, toxic and corrosive liquids.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является железнодорожная цистерна (патент РФ на ПМ №57729 - прототип), содержащая котел, выполненный из цилиндрической обечайки и двух торцевых днищ, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки, подогревательный кожух, расположенный в нижней части котла, причем цилиндрическая обечайка котла снабжена теневой защитой, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка, а угол охвата теневой защитой цилиндрической обечайки котла составляет 150-160°, а зазор между ними выполнен равным 50-60 мм, при этом теневая защита выполнена съемной.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a railway tank (RF patent for PM No. 57729 - prototype), containing a boiler made of a cylindrical shell and two end bottoms, a hatch, a safety-inlet valve, a drain device located in the lower part a cylindrical shell, a heating casing located in the lower part of the boiler, and the cylindrical shell of the boiler is equipped with shadow protection, which is located and rigidly fixed on both sides of the hatch, and l coverage shadow protection cylindrical shell boiler is 150-160 °, and the gap between them is made equal to 50-60 mm, and the shadow made removable protection.

Недостатком прототипа является отсутствие системы взрывобезопасности на железнодорожной цистерне.The disadvantage of the prototype is the lack of an explosion safety system on a railway tank.

Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности железнодорожной цистерны при перевозках легковоспламеняющихся, взрывоопасных жидкостей.A technically achievable result is an increase in the explosion safety of a railway tank when transporting flammable, explosive liquids.

Это достигается тем, что в железнодорожной взрывобезопасной цистерне, содержащей котел, выполненный из цилиндрической обечайки и двух торцевых днищ, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки, подогревательный кожух, расположенный в нижней части котла, причем цилиндрическая обечайка котла снабжена теневой защитой, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка, угол охвата теневой защитой цилиндрической обечайки котла составляет 150-160°, а зазор между ними выполнен равным 50-60 мм, при этом теневая защита выполнена съемной, согласно изобретению дополнительно установлено взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемым в люке-лазе, и содержащим корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них, а зазор h между вилками составляет порядка (1,5÷3) от диаметра проволоки, а параметры клапана находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0, где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса защищаемого объекта; H - высота клапана в сборе, при этом на проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации, а проволока разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, выполнена упругой и имеет несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.This is achieved by the fact that in a railway explosion-proof tank containing a boiler made of a cylindrical shell and two end bottoms, a hatch, a safety inlet valve, a drain device located in the lower part of the cylindrical shell, a heating casing located in the lower part of the boiler, the boiler shell is equipped with shadow protection, which is located and rigidly fixed on both sides of the hatch, the angle of shadow protection of the cylindrical shell of the boiler is 150-160 °, and the gap between they are made equal to 50-60 mm, while the shadow protection is removable, according to the invention, an explosion-proof device with a safety indicator on a bursting element mounted in a manhole, and comprising a valve body, heat-insulating and bursting elements, lined cargo gate covering the hole is additionally installed in the body of the protected object, and in the upper cylindrical part of the valve body there is a heat-insulating element and a sealing membrane pressed to the valve body by means of a cover, a ball nirno connected to the lever interacting with the chipper, and the mounting unit of the bursting element is mounted with its upper part on the lever, and the bottom - to the upper cylindrical part of the valve body, and the bursting element consists of a wire, a locking bolt, plug, valve cover lever, nut, two drums located respectively in the fork of the lever of the valve cover and in the fork of the upper cylindrical part of the valve body, while the ends of the wire are inserted into the holes of the drums and then wound on them, and the gap h between the forks is it is on the order of (1.5–3) of the wire diameter, and the valve parameters are in the following optimal ranges of values: c = H / Dy = 2.5–3.0, where Dy is the diameter of the upper cylindrical part of the valve body equal to the maximum size openings of the body of the protected object; H is the height of the valve assembly, while a safety indicator is fixed on the wire of the discontinuous element in the form of a sensor that responds to deformation, for example, a strain gauge, the output of which is connected to a signal amplifier, for example a strain gauge, and the output of the strain gauge is connected to the input of the emergency warning device, and the wire of the bursting element, on which the sensor of the safety indicator is fixed, is made elastic and has several turns in the part connected to the sensor of the safety indicator.

Железнодорожная взрывобезопасная цистерна (фиг. 1), установленная на платформе 1, содержит котел 2, который выполнен из цилиндрической обечайки 3 и двух закрытых торцевых днищ 4, люк-лаз 5, предохранительно-впускной клапан 6, сливное устройство 7, расположенное в нижней части цилиндрической обечайки 3 между торцевыми днищами 4. Цилиндрическая обечайка 3 котла снабжена теневой защитой 8, которая расположена и жестко закреплена по обе стороны от люка-лаза 5, при этом угол охвата теневой защитой 8 цилиндрической обечайки 3 котла 2 составляет 150°-160°. Причем зазор между теневой защитой 8 и цилиндрической обечайкой 3 котла 2 выполнен равным 50-60 мм. Теневая защита 8 выполнена съемной, что обеспечивается за счет крепления уголков через платик 10 к цилиндрической обечайке 3. Вокруг люка-лаза 5 установлены помосты и наружная лестница 9 по обе стороны котла 2.The explosion-proof railway tank (Fig. 1) installed on the platform 1 contains a boiler 2, which is made of a cylindrical shell 3 and two closed end bottoms 4, a manhole 5, a safety inlet valve 6, a drain device 7 located in the lower part a cylindrical shell 3 between the end bottoms 4. The cylindrical shell 3 of the boiler is equipped with a shadow guard 8, which is located and rigidly fixed on both sides of the manhole 5, while the angle of shadow protection 8 of the cylindrical shell 3 of the boiler 2 is 150 ° -160 °. Moreover, the gap between the shadow protection 8 and the cylindrical shell 3 of the boiler 2 is made equal to 50-60 mm. Shadow protection 8 is removable, which is ensured by attaching corners through a plank 10 to a cylindrical shell 3. Around the hatch-manhole 5 are installed scaffolds and an external staircase 9 on both sides of the boiler 2.

Предлагаемая конструкция цистерны с теневой защитой и подогревательным кожухом позволяет более эффективно использовать подвижной состав, сокращая время простоев при разгрузке цистерны и, соответственно, обеспечивает экономию тепла и энергоносителей за счет уменьшения времени разогрева перевозимых грузов, и одним из важных моментов является сохранение качества груза при транспортировке в летний период.The proposed design of a tank with shadow protection and a heating casing allows more efficient use of rolling stock, reducing downtime during unloading of the tank and, accordingly, saves heat and energy by reducing the warm-up time of transported goods, and one of the important points is to maintain the quality of the cargo during transportation in the summer.

Предложенная конструкция железнодорожной цистерны позволила решить основные проблемы, связанные с транспортировкой карбамидоформальдегидной смолы, карбамидоформальдегидного концентрата и сохранением их качества.The proposed design of the railway tank made it possible to solve the main problems associated with the transportation of urea-formaldehyde resin, urea-formaldehyde concentrate and maintaining their quality.

Для повышения безопасности перевозок цистерна снабжена взрывозащитным устройством с индикатором безопасности (фиг. 2 и 3), которое размещается в люке-лазе 5 цистерны.To increase the safety of transportation, the tank is equipped with an explosion-proof device with a safety indicator (Fig. 2 and 3), which is located in the manhole 5 of the tank.

Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе устанавливается на корпус 11 (фиг. 2) защищаемого объекта (цистерны) и содержит футерованный грузовой затвор, выполненный в виде двух слоев: слоя футеровки 20, перекрывающей отверстие диаметром Dy в корпусе 11 защищаемого объекта, и насыпного грузового слоя 12 в виде щебня, гравия или песка. Корпус клапана 13 выполнен в виде нижней конической и верхней цилиндрической части, в которой размещены теплоизоляционный элемент 14 и герметизирующая мембрана 15, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 16, шарнирно соединенной с рычагом 18, взаимодействующим с отбойником 17.An explosion-proof device with a safety indicator on the bursting element is mounted on the body 11 (Fig. 2) of the protected object (tank) and contains a lined cargo lock made in two layers: a layer of lining 20, covering the hole with a diameter of Dy in the body 11 of the protected object, and bulk cargo layer 12 in the form of crushed stone, gravel or sand. The valve body 13 is made in the form of a lower conical and upper cylindrical part, in which a heat-insulating element 14 and a sealing membrane 15 are placed, pressed against the valve body by means of a cover 16, pivotally connected to a lever 18 interacting with the chipper 17.

Узел 19 крепления разрывного элемента (фиг. 3) в виде проволоки закреплен своей верхней частью на рычаге 18, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 26, стопорного болта 21, вилки 22, рычага 23 крышки клапана, гайки 24 и двух барабанов 25, расположенных соответственно в вилке 22 рычага 23 крышки клапана и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Концы проволоки 26 вставляются в отверстия барабанов 25 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 25 фиксируются стопорными болтами 21.The node 19 of the fastening of the discontinuous element (Fig. 3) in the form of a wire is fixed with its upper part to the lever 18, and the lower one to the upper cylindrical part of the valve body 13. The fastening element of the bursting element consists of a wire 26, a locking bolt 21, a plug 22, a valve cover lever 23, a nut 24, and two drums 25 located respectively in the fork 22 of the valve cover lever 23 and in the fork of the upper cylindrical part of the valve body 13. The ends of the wire 26 are inserted into the holes of the drums 25 and then wound on them when they are rotated with a conventional wrench. After sufficient wire tension, the drums 25 are fixed with locking bolts 21.

На проволоке 26, в ее средней (на чертеже не показано, т.е., как в прототипе), свободной от крепежа, части закреплен индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 28, а выход тензоусилителя 28 соединен с входом устройства оповещения 29 об аварийной ситуации.On the wire 26, in its middle (not shown, that is, as in the prototype) free of fasteners part, a safety indicator 27 is fixed in the form of a sensor that responds to deformation, for example, a strain gauge (strain gauge), the output of which is connected to a signal amplifier, for example, a strain gauge 28, and the output of the strain gauge 28 is connected to the input of the emergency warning device 29.

Возможен вариант выполнения проволоки (фиг. 3) разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, упругой и имеющей несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.A possible embodiment of the wire (Fig. 3) of the discontinuous element, on which the sensor of the safety indicator is fixed, is elastic and has several turns in the part connected to the sensor of the safety indicator.

Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 26 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (l,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 16 через рычаг 18 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 19, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 15 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и таким образом через рычаг 18 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 19. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 19) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом: конструкции взрывного клапана.It is important to note that the valve operating pressure depends only on the strength of the wire 26 and does not depend on its tension. So that valve actuation is not preceded by large plastic deformations of the wire, its length and, consequently, the clearance h should be minimal. The gap h should be of the order of (l, 5 ÷ 3) d, where d is the diameter of the wire. So that the fastening of the ends of the wire is reliable and does not allow them to be pulled out of the holes in the drum, at least three turns must be wound on it. The hinged lid 16 through the lever 18 is held in a closed position with a bursting element 19, the role of which is performed by a calibrated section wire. To completely seal the valve, a membrane 15 of aluminum foil or of polymeric material is used. Under the action of pressure in the protected apparatus, the membrane is pressed against the cover and thus through the lever 18 all the pressure is transferred to the lever hinge and the bursting wire 19. The membrane itself is almost completely unloaded and the valve operating pressure (wire break 19) has a significant effect does not render. In this sense, the membrane is not a design element: the design of the explosive valve.

Если в защищаемой цистерне происходят процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 15 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 12, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 14, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0,If processes take place in the protected tank at high temperatures, then two levels of thermal insulation are provided for thermal protection of the membrane 15 and other valve parts. The first of them is a cargo lock 12, lined with refractory material, and the second is mineral wool, asbestos chips or other heat-resistant porous material 14, laid in a basket of metal rods or strips. To obtain the highest explosion protection efficiency of industrial equipment, the explosion protection valve has parameters that are in the following optimal ranges of values: c = H / Dy = 2.5 ÷ 3.0,

где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; Н - высота клапана в сборе.where Dy is the diameter of the upper cylindrical part of the valve body equal to the maximum size of the hole of the body 1 of the protected object; H is the height of the valve assembly.

Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе работает следующим образом.Explosion-proof device with a safety indicator on the bursting element operates as follows.

Давление в защищаемой цистерне воздействует на крышку 16, так как затвор 12 перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 14 порист.The pressure in the tank to be protected acts on the lid 16, since the shutter 12 closes the inlet opening leakingly and with a rapid increase in pressure, it can rise and the insulating layer 14 is porous.

При срабатывании клапана крышка 16 отбрасывается до упора в отбойники 17, засыпка 1 2 и теплоизоляционный элемент 14 потоком газа выбрасываются из полости клапана. При этом срабатывает индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 28 сигнала, а затем на устройство оповещения 29 об аварийной ситуации.When the valve is activated, the cover 16 is thrown as far as it will go into the chippers 17, the backfill 1 2 and the heat-insulating element 14 are ejected from the valve cavity by a gas flow. When this occurs, the safety indicator 27 in the form of a sensor that responds to the deformation of the gap, for example a strain gauge, the signal from which is fed to the signal amplifier 28, and then to the warning device 29 about the emergency.

В случае, когда повышение давления в объекте незначительное, то крышка 16 все равно приподнимается, но уже без выброса потоком газа засыпки 12 и теплоизоляционного элемента 14, т.е. возникает предъаварийная ситуация, то индикатор безопасности 27 срабатывает, и устройство оповещения 29 сигнализирует обслуживающему персоналу о нарушении технологического процесса и необходимости принятия предупреждающих аварию мер.In the case when the pressure increase in the object is insignificant, the cover 16 is still lifted, but without the ejection of a backfill 12 and a heat-insulating element 14, i.e. a pre-emergency situation occurs, the safety indicator 27 is activated, and the warning device 29 signals to the maintenance personnel about the violation of the process and the need to take measures to prevent the accident.

После окончания сброса газов затвор и крышка опускаются вниз и закрывают сбросное отверстие клапана. При этом герметичность клапана полностью не восстанавливается, однако интенсивный подсос воздуха из атмосферы в полость защищаемого аппарата, который может вызвать вторичный взрыв в оборудовании, исключается.After the end of the gas discharge, the shutter and cover fall down and close the valve outlet. In this case, the valve tightness is not completely restored, however, an intensive intake of air from the atmosphere into the cavity of the protected device, which can cause a secondary explosion in the equipment, is eliminated.

После срабатывания клапана и устранения причин, вызвавших взрыв в оборудовании, клапан должен быть восстановлен, т.е. необходимо в корзину уложить теплоизоляционный слой.After the valve is activated and the causes of the explosion in the equipment are eliminated, the valve must be restored, i.e. it is necessary to lay the insulating layer in the basket.

Claims

Explosion-proof railway tank containing a boiler made of a cylindrical shell and two end faces, a hatch, a safety inlet valve, a drain device located in the lower part of the cylindrical shell, a heating casing located in the lower part of the boiler, characterized in that the cylindrical shell of the boiler is provided shadow protection, which is located and rigidly fixed on both sides of the hatch, the angle of coverage of the shadow protection of the cylindrical shell of the boiler is 150-160 °, and the gap between them is made n equal to 50-60 mm, while the shadow protection is removable, characterized in that it is additionally equipped with an explosion-proof device with a safety indicator on the bursting element mounted in a manhole and containing a valve body, heat-insulating and bursting elements, a lined cargo bolt covering the hole in the body of the protected object, and in the upper cylindrical part of the valve body there is a heat-insulating element and a sealing membrane pressed to the valve body by means of a cover, pivotally connected the lever with the lever interacting with the chipper, and the fastener for the bursting element is fastened with its upper part on the lever, and the bottom is attached to the upper cylindrical part of the valve body, and the bursting element consists of a wire, a locking bolt, a fork, a valve cover lever, a nut, two drums located respectively in the fork of the lever of the valve cover and in the fork of the upper cylindrical part of the valve body, while the ends of the wire are inserted into the holes of the drums and then wound on them, and the gap h between the forks is about ( 1.5 ÷ 3) from the wire diameter, and the valve parameters are in the following optimal ranges of values: c = H / Dy = 2.5 ÷ 3.0, where Dy is the diameter of the upper cylindrical part of the valve body equal to the maximum size of the hole of the protected body object; H is the height of the valve assembly, while a safety indicator is fixed on the wire of the discontinuous element in the form of a sensor that responds to deformation, for example, a strain gauge, the output of which is connected to a signal amplifier, for example a strain gauge, and the output of the strain gauge is connected to the input of the emergency warning device, and the wire of the bursting element, on which the sensor of the safety indicator is fixed, is made elastic and has several turns in the part connected to the sensor of the safety indicator.