20英尺1C型罐式集裝箱裝運黃磷的探討

賈傳峻，高 勇，程志明

（1.?北京交通大學(xué)?交通運輸學(xué)院，北京?100044；2.?西安軌道交通裝備有限公司?國瑞公司，陜西?西安 710086；3.?北京交通大學(xué)?理學(xué)院，北京 100044）

1 概述

黃磷是一種重要化工原料，廣泛用于各個領(lǐng)域，主要包括：在工業(yè)上用黃磷制備高純度的磷酸；利用黃磷易燃產(chǎn)生煙 (P4O10) 和霧 (P4O10與水蒸氣形成 H3PO4等霧狀物質(zhì))；在軍事上常用來制煙幕彈、燃燒彈；還可以用來制造赤磷 (紅磷)、三硫化四磷(P4S3)、有機磷酸酯、燃燒彈、殺鼠劑等。黃磷為無色透明的蠟狀結(jié)晶體，相對密度 1.82～1.84，熔點為44.1℃，沸點為280.5℃，蒸氣相對密度為4.42；難溶于水，易溶于二硫化碳，微溶于苯、氯仿等。在 300℃ 以下黃磷以 P4分子形式存在，化學(xué)性質(zhì)非常活潑，幾乎可以與所有的元素反應(yīng)。自燃點為30℃ 并受大氣濕度的影響，由于自燃點非常低，即使在冰天雪地的自然環(huán)境條件下，接觸空氣發(fā)生氧化反應(yīng)放出的熱量也可以使黃磷達到自燃點而發(fā)生自燃，因而黃磷需要浸在水中保存。黃磷在空氣中燃燒時產(chǎn)生有毒的三氧化二磷和五氧化二磷煙霧，與水或空氣中的水分作用時，還會形成有毒的偏磷酸、亞磷酸和正磷酸。

黃磷的主要危險性表現(xiàn)在以下方面：①自燃性，雖然在運輸過程中黃磷浸在水中，但一旦出現(xiàn)加水量不足、容器封口不嚴(yán)，在彎道或坡度較大的線路上，覆蓋水集中于罐的一側(cè)或一端，會造成黃磷暴露在空氣中而發(fā)生自燃；②毒性，不僅黃磷自身有劇毒，其氧化產(chǎn)物及水合物也有毒，一旦出現(xiàn)事故會造成人員傷亡，并且對環(huán)境有嚴(yán)重影響；③腐蝕性，黃磷對皮膚會造成嚴(yán)重的化學(xué)灼傷；④黃磷雖然浸在水中可以防止自燃，但緩慢氧化形成的五氧化二磷在水中形成中強酸磷酸，對生物組織和鋼鐵等金屬有較強的腐蝕性。

黃磷在《鐵路危險貨物品名》表中劃分為第4類第2項一級易于自燃的物質(zhì)，聯(lián)合國編號為1381，鐵危編號為42001[1]。現(xiàn)行《鐵路危險貨物運輸管理暫行規(guī)定》(以下簡稱《暫行規(guī)定》)未明確規(guī)定該貨物可以使用鐵路罐式集裝箱運輸[2]。由于黃磷鐵路運輸使用小包裝，成本高、運量相對較小、危險性大，而且運輸包裝不能重復(fù)使用，鐵路運輸用戶和鐵路運輸部門擬采用20英尺罐式集裝箱運輸黃磷。

2 黃磷罐式集裝箱的安全要求及技術(shù)參數(shù)

2.1 安全要求

（1）罐式集裝箱的設(shè)計、制造應(yīng)獲得國家政府生產(chǎn)許可，并達到規(guī)定的檢驗合格標(biāo)準(zhǔn)，有相應(yīng)的檢測檢驗報告。

（2）罐式集裝箱框架的強度應(yīng)能夠保證正常運輸條件下其工作應(yīng)力不大于許用應(yīng)力，應(yīng)具有罐式集裝箱鐵路沖擊試驗結(jié)果的相關(guān)資料。

（3）罐式集裝箱的外部尺寸和額定質(zhì)量應(yīng)符合《系列 1：集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》(GB/T 1413—2008，即國際標(biāo)準(zhǔn) ISO668：1995) 中的要求，罐式集裝箱和各種附件均不得超出框架外部尺寸[3]。

（4）罐體材質(zhì)及與所裝介質(zhì)接觸的部件材質(zhì)應(yīng)與所裝介質(zhì)相容；材料厚度應(yīng)不小于由強度計算所得的計算壁厚和腐蝕裕量之和，材料的質(zhì)量和規(guī)格還應(yīng)符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（5）黃磷在運輸過程中需覆水，并充氮氣保護。罐體上應(yīng)設(shè)有專用人孔、安全閥等裝置。罐式集裝箱的安全附件應(yīng)符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而且安全附件在罐體上安裝牢固，不因罐式集裝箱運輸過程中受到?jīng)_擊、震動、碰撞而發(fā)生脫落造成事故。

（6）黃磷裝卸時為液態(tài)，運輸時為固態(tài)，為了便于卸車，罐式集裝箱應(yīng)設(shè)有加熱裝置，便于黃磷卸車。

（7）罐式集裝箱內(nèi)介質(zhì)充裝量符合《暫行規(guī)定》相關(guān)規(guī)定。

（8）采用上裝上卸式。

（9）罐式集裝箱放置鐵路集裝箱專用平車上，重車重心高不應(yīng)大于 2 000 mm。

（10）氣密不漏。

（11）黃磷罐式集裝箱罐體本底色應(yīng)為銀灰色，需在罐體兩端右側(cè)中部噴涂 9、13號危險貨物標(biāo)志，在罐體兩側(cè)中部 (有扶梯時在扶梯右側(cè)) 以分子、分母形式噴涂，罐體上應(yīng)涂打“XX 單位自備罐式集裝箱到站 XX”字樣[2]。

2.2 基本參數(shù)

擬裝運黃磷的罐式集裝箱為20 英尺1C 型罐式集裝箱。該罐式集裝箱由罐體和外框架組成。罐體上方設(shè)有專用人孔、安全閥 (帶防爆片并配壓力表)、安全閥備用口、物料上卸口、氮氣進口、進水口。罐體端頭下方設(shè)有溫度計1個。

外形尺寸為6 058 mm (長)×2 438 mm (寬)×2 438 mm (高)；容積為17.5 m3；自重為3 980 kg，載重為32 020 kg，最大額定總重為36 000 kg；罐體材質(zhì)為316L 等效材質(zhì)；最大允許工作壓力為4 bar (0.4 MPa)，蒸汽加熱系統(tǒng)設(shè)計壓力為4 bar (0.4 MPa)；罐頂部有 DN80 法蘭式壓力安全閥 (設(shè)定壓力 4.4 bar (0.44 MPa))，爆破片 (設(shè)定壓力 4.84 bar (0.484 MPa)(20℃))，配壓力表；設(shè)計溫度為-40℃～130℃；罐體壁厚：封頭 5.7 mm (成型前)，筒體 4.75 mm；罐體腐蝕裕度為0；裝卸方式為上裝上卸式；其他安全附件包括：人孔蓋1個，溫度計1個，物料上卸口1個，氮氣進口1個，進水口1個，安全閥備用口1個；罐式集裝箱外設(shè)有加熱裝置，在有可能的地方設(shè)厚度100mm 巖棉隔熱保溫層。

2.3 充裝量分析

根據(jù)黃磷的物理化學(xué)性質(zhì)及鐵路運輸?shù)囊螅S磷罐式集裝箱經(jīng)鐵路運輸時的具體要求如下。

（1）根據(jù)《暫行規(guī)定》第九十六條和第八十二條的相關(guān)規(guī)定：充裝非氣體類液體危險貨物時，應(yīng)根據(jù)液體貨物的密度、罐車標(biāo)記載重量、標(biāo)記容積確定充裝量。充裝量不得大于罐車標(biāo)記載重量；同時要留有膨脹余量，充裝量上限不得大于罐體標(biāo)記容積的95%，下限不得小于罐體標(biāo)記容積的83%[2]。

（2）黃磷屬于一級易于自燃的物質(zhì)，黃磷應(yīng)在凝固后方可經(jīng)鐵路運輸，而且運輸時應(yīng)始終處于水面以下，罐式集裝箱水平時，水面的厚度不應(yīng)小于20 cm。

（3）根據(jù)《系列1集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》中的相關(guān)規(guī)定，20 英尺 1C 型集裝箱額定最大質(zhì)量不應(yīng)超過 30 480 kg，方可參加國際聯(lián)運[4]。

根據(jù)上述要求，考慮黃磷密度按 1.84 t/m3計時其運輸條件要求相對更高，經(jīng)計算機仿真情況如下。①平直軌面時，經(jīng)仿真水層厚度為201 mm，如圖1所示。②在坡度值為30‰ 的線路上運行時，經(jīng)仿真水層厚度最小為115 mm，如圖2所示。③ 在《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分) 規(guī)定的內(nèi)、外軌面高差最大為150 mm[4]的曲線上時，經(jīng)仿真水層厚度最小為116 mm，如圖3所示。

圖1 平直軌面運行

圖2 坡度值為30‰ 的線路上運行

圖3 內(nèi)、外軌面高差最大為150 mm 曲線上運行

由仿真結(jié)果可知，該罐式箱總重不超過30 480 kg，罐式箱裝運黃磷在平直軌面時水的厚度不小于20cm 時，該罐式集裝箱裝運黃磷 (密度為1.84 t/m3) 裝載重量應(yīng)為26 500 kg (其中：黃磷 24 600 kg，水 1 900 kg)。

3 運輸安全可行性分析

20 英尺 1C 型罐式集裝箱的運輸安全可行性分析如下。

（1）該罐式集裝箱罐體材質(zhì)為316L 等效材質(zhì)，與黃磷相容，符合安全要求。

（2）該罐式集裝箱進行的靜強度試驗和沖擊試驗結(jié)果表明：當(dāng)裝載黃磷和水的總重量不大于 29.1 t時，該罐式集裝箱框架及其與罐體的聯(lián)結(jié)強度能夠滿足安全運輸要求。

（3）根據(jù)《暫行規(guī)定》第九十六條和第八十二條的相關(guān)規(guī)定，黃磷覆水的體積按充裝量上限 95% 考慮 (黃磷處于水面下，罐式箱水平時水的厚度不小于20 cm)，該罐式集裝箱裝運黃磷 (密度為1.84 t/m3)的裝載量可達 29 100 kg (黃磷 27 500 kg，水1 600 kg)，小于其有效載荷 32 020 kg；根據(jù)《系列 1 集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》中的相關(guān)規(guī)定，20 英尺 1C 型集裝箱額定最大質(zhì)量不應(yīng)超過30 480 kg。因此，黃磷 (密度為1.84 t/m3) 并覆水時的裝載量應(yīng)為26 500 kg (黃磷 24 600 kg，水1 900 kg，充裝量為標(biāo)記容積的87.3%)，該罐式集裝箱總重為30 480 kg，符合要求。

（4）該罐式集裝箱采用上裝上卸式，符合要求。

（5）該罐式集裝箱裝運黃磷質(zhì)量為26 500 kg時，在平車上的重車重心高為1 886 mm，小于2 000 mm，符合安全要求。

（6）該罐式集裝箱安全閥 (帶防爆片并配壓力表)、溫度計等安全附件均符合黃磷鐵路運輸安全要求。

根據(jù)黃磷對鐵路罐式集裝箱運輸?shù)陌踩螅ㄟ^對該20英尺 1C 型罐式集裝箱裝運黃磷的分析可知，該罐式集裝箱裝運黃磷 (裝載量為26 500 kg，其中黃磷 24 600 kg，水 1 900 kg) 進行鐵路運輸可行。

4 結(jié)束語

黃磷通過20英尺 1C 型罐式集裝箱運輸，可以減少黃磷運輸風(fēng)險、避免運輸包裝浪費。隨著我國鐵路集裝箱運輸水平的不斷發(fā)展，罐式集裝箱運輸黃磷將逐漸成為鐵路運輸用戶和鐵路部門運輸黃磷的主要方式之一。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路危險貨物品名表[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2] 中國鐵路總公司.鐵路危險貨物運輸管理暫行規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[3] 中華人民共和國鐵道部國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 1413—2008 系列1集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速鐵路部分)[S].北京：中國鐵道出版社，2014.