Классификация и свойства наливных грузов

Доля наливных грузов в международных морских перевозках составляет около 50 %, из них свыше 80 % приходится на нефть и нефтепродукты.

Наливные грузы в зависимости от физико-химических свойств и транспортных характеристик, технических условий транспортировки и хранения, назначения и потребления в производстве подразделяются на четыре вида:

- сырая нефть и нефтепродукты;

- химические наливные грузы;

- сжиженные газы, перевозимые наливом;

- пищевые наливные грузы.

В свою очередь, каждый вид наливного груза подразделяется на классы, подклассы, категории и группы в зависимости от специфических свойств.

В международной классификации пищевые наливные грузы не выделяются и включены в химические наливные грузы.

Для организации транспортного процесса перевозки наливных грузов необходимо знать и учитывать транспортные характеристики грузов и их физико-химические свойства. К числу таких характеристик относятся следующие.

Плотность – отношение массы вещества к единице объема. За единицу плотности принимают количество килограммов вещества в одном кубическом метре (кг/м³). Плотность жидкости зависит от температуры и атмосферного давления. Атмосферное давление учитывается только при перевозке сжиженного газа, при перевозке других наливных грузов давлением можно пренебречь, учитывая только температуру. Чем выше температура жидкости, тем меньше ее плотность, т.к. при нагревании вещества увеличивают свой объем. Поэтому при определении плотности наливного груза с помощью ареометра необходимо всегда учитывать температуру, при которой производилось измерение плотности. Плотность жидкости обозначают –

В практике перевозок наливных грузов для определения их количества Q пользуются относительной плотностью. Относительная плотность – это отношение массы жидкости в единице объема при определенной температуре к массе пресной воды в том же объеме при определенной температуре.

В России за единицу стандартной плотности принята плотность одного кубометра пресной воды при температуре 4°С, равная массе 1000 кг.

В грузовых документах на наливной груз указывается паспортная плотность.

Паспортная плотность – это отношение массы одного кубометра жидкости при температуре 20°С к стандартной плотности. Паспортная плотность обозначается

С помощью плотности определяется масса груза путем умножения объема груза на плотность. Как известно, с изменением температуры изменяется плотность жидкости, поэтому для определения действительной плотности при данной температуре необходимо произвести расчет, воспользовавшись следующей формулой:

,

где: – действительная плотность груза при данной температуре;

– фактическая температура груза;

– паспортная плотность груза;

– поправка на плотность груза при изменении его температуры на 1°С, выбирается из таблицы.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей и газов, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение.

Вязкость – важное свойство грузов, влияющее на способы его транспортировки, скорости грузообработки, величину остатков груза в танках (мертвые остатки). Вязкость уменьшается с увеличением температуры груза (при подогреве) и наоборот. Однако пропорциональной зависимости между вязкостью и температурой не существует. Вязкость разделяется на динамическую и кинетическую.

Динамической (абсолютной) вязкостью, или коэффициентом внутреннего трения , называется сила сопротивления относительному движению двух слоев жидкости, каждый площадью в 1 м², находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и движущихся со скоростью 1 м/с относительно друг друга при приложении на один из слоев силы в 1 в направлении этого слоя. Единица динамической вязкости – паскаль-секунда (Па-с).

Кинематической вязкостью называется отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости.

Условия вязкости (ВУ) – отношения истечения определенного количества (200 мл) при заданной ее температуре через калиброванное отверстие диаметром 2,8 мм ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20°С.

Жидкости с высокой вязкостью вызывают большое сопротивление при их перекачке насосом и часто требуют их подогрева перед погрузкой или выгрузкой, что сопряжено с дополнительными затратами (устройство систем подогрева, расход энергии, затраты времени и т. д.). Высоковязкие грузы в некоторых случаях могут вызывать остаточный крен судна.

Температура плавления и застывания – температура перехода твердого кристаллического тела в жидкое состояние. Температура плавления при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) называется точкой плавления. Температура застывания характеризует подвижность наливного груза и позволяет оценивать минимально необходимую температуру, при которой возможна перекачка. Температура застывания (кристаллизация или затвердение) жидкости совпадает с температурой плавления и зависит от химической природы вещества. Как правило, переход вещества из жидкого состояния в твердое происходит не в одной температурной точке, а постепенно.

Теплоемкость – количество тепла, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на 1°С или 1 К· С=AQ/AT

Теплоемкость тела зависит от его массы, химического состава, термодинамического состояния тела и вида того процесса, в котором телу передается энергия в форме теплоты. Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью.

Величину теплоемкости и удельной теплоемкости используют для расчета количества тепла, необходимого для подогрева груза до определенной температуры, при которой возможна его перекачка. К таким грузам относятся вязкие и высоковязкие жидкие вещества, имеющие температуру застывания при положительной температуре воздуха.

Испаряемость. Сырая нефть, нефтепродукты и их химические соединения представляют собой смеси различных углеводородов, имеющих разные температуры кипения от -162 до +400°С и выше. Нефтепродукты, в составе которых преобладают углеводороды с низкой температурой кипения (легкие фракции), называются «летучими». Нефтепродукты с преобладанием «тяжелых фракций» называются «нелетучими» «Легкие фракции» при обычных природных условиях подвержены испарению. Что приводит к потере количества и качества груза.

Испарение – это парообразование со свободной поверхности жидкости при любой температуре, т. е. переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Однако при определенной температуре в грузовом танке наряду с процессом парообразования происходит процесс конденсации, т. е. процесс превращения пара в жидкость. При равенстве скорости парообразования и конденсации перестает меняться количество жидкости и находящегося над ней пара, т. е. наступает динамическое (подвижное) равновесие. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия, называют насыщающим (насыщенным) паром.

Давление насыщенного пара (упругость) резко возрастает с увеличением температуры, одновременно возрастает плотность пара, а плотность жидкости убывает. При равенстве плотности пара и жидкости вещество находится в критическом состоянии, а его параметры: температура, давление, удельныйобъем становится критическим. Следовательно, критическое давление – это наибольшее давление при критической температуре, соответствующее критическому состоянию вещества.

Большое давление (упругость) паров способно деформировать грузовые танки, создает угрозу разрушения судовых конструкций и систем. Повышенная испаряемость способствует образованию взрывоопасных смесей углеводорода с воздухом и отрицательно влияет на интенсивность выгрузки в ее заключительной стадии, т. к. насос создает разряжение во всасывающем трубопроводе, которое приводит к более интенсивному испарению, в результате чего откачивается газожидкостная смесь, при этом насос работает в режиме кавитации, производительность его падает.

Токсичность – способность некоторых химических соединений и веществ оказывать вредное действие на организм человека, животных и растений. Многие наливные грузы, особенно смесь их паров с воздухом оказывают ядовитое действие на человека. Степень токсичности зависит от концентрации вещества в воздухе (мг/м³) и времени пребывания человека в загазованной среде. Вредные вещества по степени воздействия на организм человека по ГОСТ 12.1.007-76 в зависимости от нормы ПДК подразделяются на четыре класса:

- чрезвычайно опасные при ПДК=0,1 и менее;

- высокоопасные при ПДК=0,1–1,0

- умеренно опасные при ПДК=1,0–10

- малоопасные при ПДК=10 и более.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это концентрация, которая не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека в процессе работы всего трудового стажа и не окажет последствий в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Пары нефтепродуктов вредны для здоровья, а пары сернистых нефтепродуктов представляют собой сильно отравляющее вещество. Особенно вредны бензины, содержащие бензол, и этилированные бензины. Воздух, насыщенный парами нефтепродуктов, вреден для здоровья, если в нем содержится 0,2–0,3 % паров бензина, 0,1 % бензола, 0,39 % лигроина и керосина, 0,2 % ксилола, 0,1 % толуола и 0,02 %–0,04 % сернистого газа.

Пары нефтепродуктов растворяют в организме жиры и поражают нервную систему. Признаками отравления являются нервные припадки, выкрики, беспричинный смех, судороги в теле и общее возбужденное состояние, после которого наступает вялость, головная боль и потеря сознания.

Коррозионность. Коррозия от воздействия наливных грузов зависит от наличия в них кислот, щелочей, сернистых соединений и других химически активных соединений. Интенсивность коррозии увеличивается с ростом влажности газового пространства (подпалубное пространство). Коррозия влияет на качество груза (вредные примеси) и на активность и на интенсивность износа корпуса судна.

Содержание воды и механических примесей. Обводненность наливных грузов регламентируется стандартами и техническими условиями. Их наличие отрицательно влияет на качество груза, затрудняет грузообработку и уменьшает количество груза. Многие вообще не допускают наличие воды. Некоторые наливные грузы (масла, «темные» нефти) при наличии воды образуют эмульсии повышенной вязкости, которые затрудняют зачистку и мойку танков. Образование нефтяных эмульсий зависит от содержания в грузе смол, асфальтенов и высокоуглеродных соединений, а также от наличия механических примесей: песка, глины и пр. Для некоторых нефтепродуктов, в частности мазута, образование эмульсии в 10 – 20 раз повышает вязкость.

Электризация – опасное свойство наливных грузов, способных аккумулировать заряды статического электричества. Заряды статического электричества образуются на поверхности неоднородных материалов при их контакте и последующем разъединении, при этом один из материалов должен быть диэлектриком. Разряд статического в смеси паров углеводорода с воздухом способен вызвать взрыв и пожар.

Опасное накопление зарядов статического электричества происходит в процессе интенсивного разделения ранее контактирующих неоднородных материалов. На танкерах наиболее опасная разность потенциалов статического электрического образуется:

- при прохождении жидкости по трубопроводу или через металлические фильтры;

- при осаждении в жидкости твердых частиц (ржавчины) или капель воды;

- при выбросе из сопла мелких частиц и капель во время вентилирования и пропаривания танков;

- при всплеске жидкости и образования брызг в начальный период заполнения танка или при ударе струи воды во время мойки танков;

- при трении синтетических полимеров и последующем их разъединении.

Большая разность потенциалов приводит к образованию электростатического поля во всем пространстве танка, например, заряд на заряженном жидком нефтепродукте в танке образует электростатическое поле во всем танке, как в пространстве, заполненном жидкостью, так и над ним; заряд водного тумана, образовавшийся во время мойки танка, создает поле во всем пространстве танка.

Величина заряда статического электричества зависит от состояния поверхности трубопроводов, обводненности и загрязнения груза различными примесями, состояния атмосферного воздуха и может достигать до 350 тыс. вольт. Разряд такого потенциала может вызвать искру и повлечь за собой взрыв или воспламенение взрывоопасных грузов. Чтобы предупредить скопление статического электричества, необходимо, чтобы корпус, приемный трубопровод танкера составляли единую, электрически непрерывную заземленную цепь с береговыми коммуникациями.

Помимо этого проводится ряд мероприятий по защите от статического электричества:

- в наливные грузы, аккумулирующие заряды статического электричества, добавляются присадки, повышающие электропроводность груза;

- ограничивают первоначальную и максимальную скорость налива груза;

- ограничивают производительность моечных машинок;

- погрузку/выгрузку и перекачку из одних танков в другие разрешается производить только через грузовые трубопроводы, т. е. «закрытым способом»;

- замеры уровня груза в танке и отбор проб производится после стабилизации нефтепродуктов, т. е. через определенный промежуток времени.

Огнеопасность наливных грузов. Огнеопасность наливных грузов характеризуется температурой вспышки, температурой воспламенения, температурой самовоспламенения, взрывоопасностью.

В соответствии с ГОСТ 12.1.017–80 все вещества подразделяются на:

- легковоспламеняющиеся вещества – способные воспламеняться от кратковременного источника с низкой энергией;

- вещества средней воспламеняемости – способные воспламеняться от длительного воздействия источника зажигания с низкой энергией;

- трудно воспламеняющиеся вещества – способные воспламеняться под воздействием мощного источника зажигания.

Температура вспышки – наименьшая температура, при которой смесь паров жидкости с воздухом вспыхивает при поднесении к ней пламени.

В природных условиях достаточное количество паров, которое необходимо для вспышки, могут выделить углеводородные жидкие вещества с низкой температурой кипения, т. е. «летучие» жидкости.

«Летучими» являются углеводородные жидкие вещества с температурой вспышки менее 60°С в закрытом тигеле, т. е. легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). ЛВЖ, в соответствии с классификацией ООН, относятся к третьему классу опасных грузов.

Классификация ЛВЖ:

- первая категория – особо опасные ЛВЖ, имеющие температуру вспышки менее (t -18 °С);

- вторая категория – постоянно опасные ЛВЖ, имеющие температуру вспышки от t -18 °С до t + 23 °С;

- третья категория – постоянно опасные при повышении температуры ЛВЖ, имеющие температуру вспышки от t + 23 °С до t + 60 °С.

К «нелетучим» относятся углеводородные жидкие вещества с температурой вспышки выше 60°С. При наливе таких грузов их температура должна быть ниже температуры вспышки не менее чем на 5°С, в противном случае этот груз необходимо относить к ЛВЖ.

Температурой воспламенения называется наименьшая температура, при которой пары не только вспыхивают при поднесении огня, но пары выделяются с достаточной скоростью и в достаточном количестве для поддержания раз начавшегося горения. Температура воспламенения, как правило, на 25–30°С выше температуры вспышки.

Температура самовоспламенения – это температура, при которой пары жидкости воспламеняются от нагревания без поднесения пламени. Температура самовоспламенения является основной характеристикой огнеопасности для неорганических химических наливных грузов.

Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения находятся в тесной зависимости от температуры упругости (давления) паров. Чем выше температура упругости паров, тем выше указанные температурные величины.

Взрываемость углеводородных паров характеризуется процентным содержанием их в воздухе (смесь паров с воздухом), при которых данная смесь не только вспыхивает, но и взрывается.

Октановое число характеризует антидетонационные свойства бензина, лигроина, керосина. Чем больше октановое число, тем выше антидетонационная способность топлива, тем большее сжатие допустимо в цилиндре.

Цетановым числом дизельного топлива называется % цетана в эталонной смеси, имеющей одинаковую воспламеняемость с проверяемым топливом. Оно является показателем воспламеняемости данного дизельного топлива.

Растительным маслам и животным жирам присущ ряд физико-химических характеристик, определяющих их свойства.

Йодное число – это выраженная в % величина, обозначающая, какое количество граммов йода может присоединиться к 100 г масла или жира. Чем йодное число жира выше, тем больше его способность к окислению.

Кислотное число – это количество миллиграммов едкого калия, необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот, входящих в 1 грамм масла или жира. Повышение этой величины свидетельствует о том, что идет процесс гидролитического (с участием воды) распада масла или жира. Выделяющийся при распаде воды свободный кислород окисляет растительное масло или китовый жир, чем ухудшаются вкусовые и пищевые качества продукта, и впоследствии затрудняется переработка. Окислительные процессы активизируются от контакта с металлом, особенно с медью, поэтому трубопроводы, по которым перекачиваются растительные масла и жиры, должны изготавливаться по возможности из нержавеющей стали. Способность к окислению, частично рассмотренная выше, активизируется при повышении t. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы перевозка и перекачка жиров и растительных масел осуществлялась при возможно более низкой t. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы перевозка и перекачка жиров и растительных масел осуществлялась при возможно более низкой t, но не ниже 20°С, при которой начинается кристаллизация китового жира и некоторых видов растительных масел (арахисовое, буковое, кокосовое). Вязкость имеет то же значение, что и при перевозке нефтепродуктов, а восприимчивость к запахам предопределяет необходимость особенно тщательной подготовки грузовых помещений перед приемом растительных масел и китового жира.