СПОСОБ МОЙКИ НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ-ЦИСТЕРН
METHOD OF WASHING OF EXTERNAL SURFACES OF RAILROAD TANK CARS

Область техники
Изобретение относится к области технического обслуживания железнодорожного подвижного состава, в частности к подготовке железнодорожных вагонов-цистерн в ремонт и под налив.
Уровень техники
Из патентных и научно-технических публикаций известно большое количество технических решений, описывающих различные ручные и механизированные способы мойки железнодорожного, автомобильного, воздушного и других видов транспорта, а также различных их деталей и узлов.
На промывочно-пропарочных станциях (ППС) железных дорог ежедневно готовят в ремонт и под налив тысячи вагонов-цистерн из под нефти, мазута, светлых и темных нефтепродуктов. Наружная очистка вагонов-цистерн продолжает оставаться одним из наиболее слабо механизированных, трудоемких и дорогостоящих процессов, требующих значительных энергозатрат, кроме того, она является источником вредных выбросов в окружающую среду. Отстает от современных требований и качество очистки железнодорожных вагонов-цистерн, что затрудняет обнаружение не только внешних видимых дефектов, но и особенно скрытых, даже с использованием современных инструментальных способов дефектоскопии.
В значительной мере указанные недостатки вызваны прочным сцеплением грязевых отложений с поверхностью металла и лакокрасочными покрытиями (ЛКП) и обусловлены несовершенством существующей многооперационной технологии, которая связана с нерациональными затратами тепловой энергии, времени и ручного труда.
Совершенствование технологии и технических средств наружной очистки железнодорожных вагонов-цистерн в мировой практике осуществляют по двум основным направлениям:
- путем применения и совершенствования технологии отбойных водяных струй, генерируемых под давлением до 400 бар;
- путем применения водных растворов современных технических моющих средств (ТМС) в комбинации с горячими водными струями.
Водные растворы современных ТМС вызывают резкое снижение сил адгезионного взаимодействия (сил сцепления) загрязнений с подложкой или лакокрасочным покрытием (ЛКП). Благодаря проявлению молекулярно-поверхностных явлений (МПЯ) таких как смачивание, вытеснение, адсорбция, солюбилизация, пептизация и других, обеспечивается более эффективное отделение загрязнения от очищаемой поверхности, удержание загрязнений в моющем растворе и последующее удаление. Эффект снижения сил адгезионного взаимодействия существенно проявляется только по прошествии определенного количества времени контакта моющего раствора с очищаемой поверхностью и требует не менее 15-20 мин для полного завершения.
Известен способ мойки наружной поверхности пассажирских вагонов и устройство для его реализации, из RU 2264312, кл. B60S 3/04, публ. 20.11.2005 г. Известный способ включает предварительное удаление слабофиксированных загрязнений, подогрев (охлаждение) наружной поверхности вагонов, нанесение на обрабатываемые поверхности моющего раствора, удаление с наружных поверхностей загрязнений горячими водяными струями, смыв остатков моющего раствора методом орошения горячей водой и сушку струями горячего воздуха. Из недостатков известного способа можно отметить следующие:
предварительная обработка наружной поверхности сжатым воздухом целесообразна только для пассажирских вагонов, но не для нефтебензиновых цистерн, ввиду специфических свойств нефтебитумного солевого загрязнения и характера его адгезионного взаимодействия подложкой;
- основная часть моющего щелочного раствора не используется по прямому назначению, а стекает вниз с наклонных и вертикальных поверхностей, в результате чего снижается качество очистки;
- большое количество технологических операций с использованием множества различных материальных средств усложняет процесс мойки и делает его дорогостоящим.
В патенте RU 2066494 "Способ дезактивации железнодорожного подвижного состава, содержащего тележечные вагоны", кл. G21F 9/28, 10.09.1996 г., водный раствор CMC удерживают на поверхности в виде воздушно-механических пен. Очистку поверхностей осуществляют путем предварительного нанесения моющего раствора в виде пены с кратностью К 20-30. После нанесения пену выдерживают в течение 15-20 минут, а затем смывают вместе с загрязнениями струями воды под давлением 2,5-3,0 МПа. Существенным недостатком известного способа является то, что пена, генерируемая из моющих растворов в гравитационном поле, как правило, легко подвижна и обладает недостаточной устойчивостью, вследствие чего ухудшается качество чистки поверхностей. Это объясняется тем, что моющие растворы обладают крайне низкой пенообразующей способностью из-за высокого содержания щелочного агента, входящего в состав моющей композиции.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ мойки вагонов-цистерн с металлическим кожухом по патенту RU 2139209, кл. B60S 3/04, публ. 10.10.1999 г., в котором внутреннюю часть вагона-цистерны моют водяным паром, а наружную часть - с помощью водяной струи, при этом наружную поверхность вагона-цистерны сначала смачивают щелочным водным раствором, после смачивания вагон-цистерну подвергают мойке с внутренней стороны, по меньшей мере до тех пор, пока температура наружной поверхности не достигнет примерно 70-85°C и вода, содержащаяся в щелочном растворе, в основном не испарится, и после этого наружную поверхность вагона-цистерны подвергают мойке, пока поверхность горячая, с помощью водяной струи под давлением, чтобы удалить грязь. Недостатком данного способа является то, что на очищаемую поверхность предварительно наносят водный раствор щелочи, основная масса которого не используется по прямому назначению, т.к. свободно стекает с наклонных и вертикальных поверхностей.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и качества мойки наружных поверхностей железнодорожных вагонов-цистерн от различного вида загрязнений, в частности от нефтяных, а также упрощение процесса мойки и уменьшение трудовых и энергетических затрат на его осуществление.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффекта налипания моющей композиции к поверхности, с которой она контактирует, повышение эффективности отрыва и втягивания в слой моющей композиции твердых и жидких загрязнений и повышение гидродинамического воздействия, направленного на разрушение грязевого слоя.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что способ мойки наружных поверхностей железнодорожных вагонов-цистерн включает доведение наружной поверхности вагонов-цистерн до заданной температуры и обработку поверхности вагонов-цистерн моющим раствором, при этом температуру наружной поверхности вагонов-цистерн доводят до 20-40°C путем орошения водой, осуществляют обработку внешней поверхности вагонов-цистерн с использованием в качестве моющего средства пены, генерируемой в поле центробежных сил, наносимой на обрабатываемую поверхность с плотностью 10-20 л/м и выдержкой в течение 20-30 минут, осуществляют смыв пены методом орошения горячей водой, а загрязнения удаляют с наружной поверхности вагонов-цистерн с помощью горячих водяных струй под давлением 2,0-2,5 МПа, и производят сушку поверхностей вагонов-цистерн струями горячего воздуха.
Предпочтительно в качестве пенообразующей моющей рецептуры применять водные 1,2-5,0 масс.% растворы анион-катион активных или неионогенных поверхностно-активных веществ с добавкой 3-10 масс.% каустической соды.
Пену, используемую в предлагаемом способе очистки внешних поверхностей железнодорожных вагонов-цистерн, получают в поле центробежных сил вращающегося барботажного барабана. За счет принудительного частичного удаления межпленочной жидкости под воздействием центробежной силы, вращающегося барботажного барабана и возникновения разрежения в треугольниках Гиббса-Плато формирующейся структуры задерживается момент выделения из полученной пены жидкости (процесс синерезиса), что придает ей повышенную устойчивость и свойство прилипать к поверхности, с которой она контактирует, а также отрывать и втягивать в слой пены жидкие и твердые загрязнения, оказывать дополнительно большое гидродинамическое воздействие на окружение разрушающегося еденичного пузырька пены, т.к. радиус пузырьков данной пены находится в пределах 120-150 мкм, что обуславливает высокое Лапласовское давление воздуха внутри единичного пузырька.
Предварительную обработку наружной поверхности вагонов-цистерн осуществляют водой, одновременно прогревая или охлаждая обрабатываемые поверхности до рабочей температуры 20-40°С. При выбранной температуре наиболее эффективно взаимодействие пены с грязевым слоем объекта очистки и сохраняются все характеристики пеномоющего раствора. Коэффициент теплопередачи от горячего сжатого воздуха к металлической поверхности на порядок меньше в сравнении с соответствующим коэффициентом теплопередачи горячей (холодной) воды. Поэтому, время, необходимое для прогрева (охлаждения) обрабатываемой поверхности потребуется меньше, кроме того, теплопотери и теплозатраты также в данном случае будут значительно меньше.
В таблице 1 представлены параметры, используемые в предлагаемом способе очистки железнодорожных вагонов-цистерн.
Таблица [1]
Температура наружной поверхности вагонов-цистерн, °C
10
15
20
25
30
35
40
45
Плотность пены, л/м<sup>2</sup>
3
6
9
12
15
18
21
24
Время выдержки пены, t, мин
5
10
15
20
25
30
35
40
Давление гидромониторов, МПа
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
В таблице [1] приведены значения параметров, при которых проводилась реализация способа мойки железнодорожных вагонов-цистерн. Температура наружной поверхности железнодорожных вагонов-цистерн, плотность пены, покрываемой поверхность железнодорожных вагонов-цистерн, время выдержки пеномоющего раствора на поверхности железнодорожных вагонов-цистерн и давление гидромониторов при обработке железнодорожных вагонов-цистерн. В указанных интервалах значений обеспечивалась высокая эффективность и качество мойки наружных поверхностей железнодорожных вагонов-цистерн, а также обеспечивалось упрощение процесса мойки и уменьшение трудовых и энергетических затрат на его осуществление.
2
2
Экспериментально установлено, что при температуре поверхности железнодорожных вагонов-цистерн менее 20°C глубина и эффективность ослабления адгезионных сил при взаимодействии загрязнений с подложкой минимальна, использование пеномоющего раствора при температуре поверхности вагонов-цистерн выше 40°C недопустимо, ибо провоцирует быстрое разрушение пены и, как следствие, подавление молекулярно-поверхностных явлений, таких как: смачивание, вытеснение, адсорбция, солюбилизация, пептизация и др., при плотности обработки пены поверхностей вагонов-цистерн менее 10 л/м втягивающие свойства пены минимальны, а при плотности более 20 л/м происходит необоснованный лишний расход пены, при выдержке пеномоющего раствора менее 20 мин наблюдается низкое качество очистки поверхностей, а при выдержке раствора более 30 минут проявляется ослабление молекулярно-поверхностных явлений, при использовании гидромониторов с водяными струями под давлением менее 2,0 МПа наблюдается недостаточная степень проработки поверхностей и, как следствие, довольно низкий уровень и низкое качество промывки, при использовании давления выше 2,5 МПа происходит разрушения лакокрасочного покрытия железнодорожных вагонов-цистерн, что является крайне нежелательным.
Наиболее предпочтительным является использование в качестве пенообразующей моющей рецептуры водные 1,2-5,0 масс.% растворы анион-катион активных или неионогенных поверхностно-активных веществ с добавкой 3-10 масс.% каустической соды.
Осуществление изобретения
2
Готовый пеномоющий раствор, генерируемый в поле центробежных сил вращающегося барботажного барабана, наносят на наружные поверхности железнодорожных вагонов-цистерн с помощью рамки с щелевыми насадками. К раме пена, генерируемая в поле центробежных сил, поступает от пеногенератора под давлением 0,05-0,1 МПа по соответствующему пенопроводу. Укрытие слоем пены обрабатываемой влажной поверхности обеспечивается сплошным слоем, без пропусков за счет лучшей растекаемости пены по мокрой гидрофильной поверхности. Перед выдержкой пеномоющего раствора вагоны-цистерны предварительно очищают от слабофиксированных загрязнений, предпочтительно с помощью орошения холодной (горячей) водой, и доводят наружную поверхность вагонов-цистерн до температуры 20-40°C. Железнодорожные вагоны-цистерны проходят под пенной рамкой со скоростью 0,5-1,5 км/ч и выдерживаются под слоем пеномоющего раствора в течение 20-30 мин с плотностью нанесения на обрабатываемую поверхность пены 10-20 л/м, осуществляют смыв остатков пены методом орошения горячей водой, затем загрязнения удаляют с наружной поверхности вагонов-цистерн с помощью водяных струй под давлением 2,0-2,5 МПа. Далее осуществляют сушку поверхностей железнодорожных вагонов-цистерн струями горячего воздуха.
Количество и толщина слоя пены на железнодорожном вагоне-цистерне зависят как от производительности пеногенератора, так и от скорости движения вагона-цистерны под пенной рамкой.
Предлагаемый способ и последовательность мойки наружной поверхности железнодорожных вагонов-цистерн от нефтебензиновых загрязнений разработаны главным образом с учетом положительных свойств нового класса вспененных рецептур, получаемых в поле центробежных сил. Главными отличительными признаками является их высокая дисперсность, повышенная устойчивость и разрежение в каналах Гиббса-Плато вследствие частичного принудительного истечения межпленочной жидкости под действием центробежной силы.
Предлагаемый способ находит широкое применение в области обслуживания железнодорожных составов, но не ограничивается этим. Предлагаемым способом возможно осуществлять мойки различных вагонов, в том числе грузовых, а также различных видов транспорта: автомобильного, воздушного и др. Предлагаемый способ мойки обеспечивает повышение эффективности и качества мойки железнодорожных вагонов-цистерн от различного вида загрязнений, в частности от нефтяных, кроме того, обеспечивается упрощение процесса мойки и уменьшения трудовых и энергетических затрат на его осуществление.