20英尺1C型罐式集裝箱裝運(yùn)黃磷的探討

賈傳峻，高 勇，程志明

（1.?北京交通大學(xué)?交通運(yùn)輸學(xué)院，北京?100044；2.?西安軌道交通裝備有限公司?國(guó)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(gè)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(jī)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(duì)密度 1.82～1.84，熔點(diǎn)為44.1℃，沸點(diǎn)為280.5℃，蒸氣相對(duì)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(diǎn)為30℃ 并受大氣濕度的影響，由于自燃點(diǎn)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(dá)到自燃點(diǎn)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(shí)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(shí)，還會(huì)形成有毒的偏磷酸、亞磷酸和正磷酸。

黃磷的主要危險(xiǎn)性表現(xiàn)在以下方面：①自燃性，雖然在運(yùn)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(huì)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(huì)造成人員傷亡，并且對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響；③腐蝕性，黃磷對(duì)皮膚會(huì)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(qiáng)酸磷酸，對(duì)生物組織和鋼鐵等金屬有較強(qiáng)的腐蝕性。

黃磷在《鐵路危險(xiǎn)貨物品名》表中劃分為第4類第2項(xiàng)一級(jí)易于自燃的物質(zhì)，聯(lián)合國(guó)編號(hào)為1381，鐵危編號(hào)為42001[1]。現(xiàn)行《鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理暫行規(guī)定》(以下簡(jiǎn)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(yùn)輸[2]。由于黃磷鐵路運(yùn)輸使用小包裝，成本高、運(yùn)量相對(duì)較小、危險(xiǎn)性大，而且運(yùn)輸包裝不能重復(fù)使用，鐵路運(yùn)輸用戶和鐵路運(yùn)輸部門擬采用20英尺罐式集裝箱運(yùn)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(jì)、制造應(yīng)獲得國(guó)家政府生產(chǎn)許可，并達(dá)到規(guī)定的檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)，有相應(yīng)的檢測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告。

（2）罐式集裝箱框架的強(qiáng)度應(yīng)能夠保證正常運(yùn)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(yàn)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(guó)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(qiáng)度計(jì)算所得的計(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（5）黃磷在運(yùn)輸過程中需覆水，并充氮?dú)獗Ｗo(hù)。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(guó)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(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊、震動(dòng)、碰撞而發(fā)生脫落造成事故。

（6）黃磷裝卸時(shí)為液態(tài)，運(yùn)輸時(shí)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(hào)危險(xiǎn)貨物標(biāo)志，在罐體兩側(cè)中部 (有扶梯時(shí)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(yùn)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?dú)膺M(jìn)口、進(jìn)水口。罐體端頭下方設(shè)有溫度計(jì)1個(gè)。

外形尺寸為6 058 mm (長(zhǎng))×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(jì)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(jì)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(gè)，溫度計(jì)1個(gè)，物料上卸口1個(gè)，氮?dú)膺M(jìn)口1個(gè)，進(jìn)水口1個(gè)，安全閥備用口1個(gè)；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(yùn)輸?shù)囊螅S磷罐式集裝箱經(jīng)鐵路運(yùn)輸時(shí)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(xiǎn)貨物時(shí)，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(shí)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(jí)易于自燃的物質(zhì)，黃磷應(yīng)在凝固后方可經(jīng)鐵路運(yùn)輸，而且運(yùn)輸時(shí)應(yīng)始終處于水面以下，罐式集裝箱水平時(shí)，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(guó)際聯(lián)運(yùn)[4]。

根據(jù)上述要求，考慮黃磷密度按 1.84 t/m3計(jì)時(shí)其運(yùn)輸條件要求相對(duì)更高，經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真情況如下。①平直軌面時(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(yùn)行

圖2 坡度值為30‰ 的線路上運(yùn)行

圖3 內(nèi)、外軌面高差最大為150 mm 曲線上運(yùn)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(yùn)黃磷在平直軌面時(shí)水的厚度不小于20cm 時(shí)，該罐式集裝箱裝運(yùn)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(yùn)輸安全可行性分析

20 英尺 1C 型罐式集裝箱的運(yùn)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(jìn)行的靜強(qiáng)度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)裝載黃磷和水的總重量不大于 29.1 t時(shí)，該罐式集裝箱框架及其與罐體的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度能夠滿足安全運(yùn)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(shí)水的厚度不小于20 cm)，該罐式集裝箱裝運(yùn)黃磷 (密度為1.84 t/m3)的裝載量可達(dá) 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(shí)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(yùn)黃磷質(zhì)量為26 500 kg時(shí)，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(jì)等安全附件均符合黃磷鐵路運(yùn)輸安全要求。

根據(jù)黃磷對(duì)鐵路罐式集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩?，通過對(duì)該20英尺 1C 型罐式集裝箱裝運(yùn)黃磷的分析可知，該罐式集裝箱裝運(yùn)黃磷 (裝載量為26 500 kg，其中黃磷 24 600 kg，水 1 900 kg) 進(jìn)行鐵路運(yùn)輸可行。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

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

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

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4] 中國(guó)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(guó)鐵道出版社，2014.