poster444

Газотепловоз ТЭМ18Г: обеспечение пожаро- и взрывобезопасности

Как уже сообщалось в нашем журнале, ОАО “Брянский машиностроительный завод” начал выпуск маневровых газотепловозов типа ТЭМ18Г (см. “Локомотив” № 6, 1998 г.). Этот локомотив способен работать как на природном газе, так и на дизельном топливе. Работа на газовом топливе происходит с 4-й позиции контроллера машиниста по 8-ю, на дизельном — при запуске, а также с 0-й по 3-ю позиции. На дизельном топливе ТЭМ18Г может работать как и обычный тепловоз. Сжатый газ в количестве 725 нм3 хранится в стальных баллонах под давлением 20 МПа (200 кгс/см2), а в газодизель подается под давлением 0,05 — 0,3 МПа (0,5 — 3,0 кгс/см2) — в зависимости от позиции контроллера машиниста. Запас дизельного топлива составляет 3180 кг.

Особенности использования газового топлива на га- зотепловозе ТЭМ18Г обусловлены режимами работы маневрового тепловоза (быстрый набор и сброс нагрузки, значительное время эксплуатации на переходных режимах и др.). Конструкция и обслуживание газовой аппаратуры должны обеспечивать, прежде всего, безопасное хранение и редуцирование сжатого газа, эффективную его подготовку перед входом в камеры сгорания (по давлению и температуре). Важны также качественное смесеобразование и оптимальная, в соответствии с режимом работы газодизеля, подача запальной порции дизельного топлива.

Природный газ при нормальных условиях практически в 2 раза легче воздуха, поэтому при утечках устремляется вверх и быстро рассеивается. Нижний концентрационный предел воспламенения у природного газа гораздо выше, чем у паров дизельного топлива. Температура самовоспламенения метана составляет 540 °С и существенно превосходит этот показатель для других углеводородов. Из перечисленных свойств можно сделать вывод, что природный газ обладает большей инерцией по отношению к случайному возгоранию. Кроме того, повышенная концентрация природного газа, образующая горючие смеси (5 — 15 % против 1,1 — 8 % у дизельного топлива и 0,7 — 8 % у бензина), а также повышенная температура воспламенения (450 °С) облегчают выявление опасных ситуаций с помощью специальных приборов-сигнализаторов. Эти же свойства газа предоставляют обслуживающему персоналу или системе автоматики больше времени для выполнения операций, связанных с предотвращением пожара или взрыва.

Опасность возгорания или взрыва газа может возникнуть в том случае, если, во-первых, в каком-либо объеме капота образуется горючая смесь и, во-вторых, в этом объеме будет находиться источник воспламенения, имеющий температуру более 450 °С. Поэтому маневровый локомотив ТЭМ18Г оснащается системой контроля взрывоопасности воздушной среды, а также системой вентиляции. Приняты конструктивные меры, обеспечивающие повышенную надежность газовых магистралей. Предусмотрены технические решения (предохранительные мембраны) для аварийного сброса давления в отсеках газотепловоза при возможном воспламенении скопившейся там взрывоопасной газовоздушной смеси. Применены быстродействующие отсечные (разрывные) клапаны в системе газоподачи. Все эти и другие проведенные мероприятия позволили получить вероятность возникновения взрыва (пожара) на газо- тепловозе равной 3-10-8, что значительно ниже 1 • 10—6, регламентируемой ГОСТ 12.1.010—76.

Основным элементом системы взрывопредупрежде- ния на газотепловозе являются восемь сигнализаторов ЩИТ-2-13, которые состоят из блоков питания сигнализации, а также датчиков сигнализации концентрации газа. В случае образования в месте установки датчика концентрации природного газа, начиная с 0,8 % от объема воздуха, срабатывает сигнализатор. При этом электрическая схема газотепловоза обеспечивает: автоматическое включение системы вентиляции и отключение подачи газа в газодизель с переводом его работы на дизельное топливо. Сигнализатор действует в автоматическом режиме как при остановленном газо- дизеле, обеспечивая блокировку цепей запуска газодизеля при обнаружении установленной концентрации природного газа, так и при работе газодизеля на всех позициях контроллера машиниста. Отключается система при длительном отстое газотепловоза.

Чтобы предотвратить возникновение пожара, на тепловозе задействована система пожарной сигнализации. Ее извещатели расположены в наиболее пожароопасных местах. Для тушения очагов возгорания локомотив укомплектован огнетушителями. Образование взрывоопасной концентрации газа под капотом предупреждают принудительная и естественная вентиляции. В частности, предусмотрена вентиляция кожуха над газодизелем и газодизельного помещения, помещения над тяговым генератором и тормозным компрессором, высоковольтной камеры, блока газового оборудования, кабины машиниста и преобразователя (инвертора), аккумуляторного отсека. Размещение оборудования на газотепловозе и схема вентиляции газотепловоза при срабатывании системы взрывопредупреждения показана на рисунке.

Вероятность проникновения газа в высоковольтную камеру снижает ее передняя стенка, которая уплотнена по периметру. Также уплотнены проходящие через эту стенку валы приводов двухмашинного агрегата и вентилятора охлаждения тяговых двигателей задней тележки. Тяговый генератор отделен от газодизеля перегородкой, что исключает попадание газа в генератор. Таким образом, поток воздуха, сначала направленного на охлаждение генератора, а затем выбрасываемого из генератора, отделен от газодизельного отсека.
Над газодизелем смонтирован кожух, который закрывает трубопровод подачи сжатого газа к газодизелю и расположенную на нем газорасходную арматуру. Кожух соединен с капотом газотепловоза воздуховодом с атмосферой. Труба, по которой газ от блока газового оборудования поступает к газодизелю, проложена снаружи капота. Подвод трубы снаружи капота к кожуху над газодизелем выполнен по принципу “труба в трубе”. Такая прокладка трубопровода внутри капота предотвращает попадание газа под капот при возникновении трещины в трубе или ее разрыве.
На дверях кузова газодизельного отсека установлены и закреплены с помощью профильной резины легкосбросные конструкции в виде металлических листов (предохранительные мембраны). Даже в случае возникновения аварийной ситуации и взрыва в газодизельном отсеке легкосбросные конструкции будут выдавлены из дверей уже при начальном повышении воздушного давления. Таким образом оборудование, размещенное в газодизельном отсеке, будет предохранено от поломок.

Блок газового оборудования размещен в специальном отсеке, изолированном от холодильной камеры. Двери блока газового оборудования имеют просечки, площадь которых определена в соответствии с рекомендациями строительных норм и правил. Наличие просечек делает невозможным возникновение взрыва в этом блоке и, следовательно, повреждения оборудования. Все светильники, установленные под капотом газотепловоза, имеют взрывозащищенное исполнение. Такое же исполнение имеют и двигатели электровентиляторов, которые расположены в кузовах над газодизелем, компрессором и в отсеке над аккумуляторной батареей.
Вентиляция кожуха над газодизелем и газодизельного отсека осуществляется осевым вентилятором с асинхронным электродвигателем взрывозащищенного исполнения. Вентилятор размещен в воздуховоде, соединяющем кожух с атмосферой. Он включен постоянно при работе газодизель-генератора и продолжает нагнетать воздух при срабатывании систем взрывопре- дупреждения, обеспечивая кратность воздухообмена подкапотного пространства газодизеля не менее 10. Электровентилятор выключается при срабатывании системы пожарной сигнализации, что снижает поступление кислорода к очагу возгорания.

Вентиляция подкапотного отсека генератора и компрессора, а также высоковольтной камеры обеспечивается таким же осевым вентилятором с асинхронным двигателем взрывозащищенного исполнения, который находится в воздуховоде, соединяющем отсек генератора и компрессора с атмосферой. В обечайке электровентилятора выполнено отверстие, соединенное воздуховодом с передней стенкой высоковольтной камеры, через которое производится вентиляция высоковольтной камеры. Отверстие автоматически перекрывается и открывается в зависимости от режима работы газотепловоза. Перекрытие и открытие отверстия выполняет заслонка с приводом от пневмоцилиндра, который питается от воздушной системы автоматики газотепловоза.

В боковых стенках капота напротив компрессора установлены двери с жалюзи, которые автоматически открываются и закрываются пневмоцилиндрами, получающими воздух из системы автоматики газотепловоза. Жалюзи открываются в случае срабатывания системы взрывопредупреждения. Осевой вентилятор включается только при срабатывании системы взрывопредупреждения. При этом открываются жалюзи на дверях и отверстие воздуховода, соединяющего обечайку электровентилятора с высоковольтной камерой. Происходит вентиляция высоковольтной камеры, а также отсечка генератора и компрессора.

При работающем газодизель-генераторе отверстие воздуховода, соединяющего обечайку электровентилятора с высоковольтной камерой, закрыто. Учитывая, что электрооборудование высоковольтной камеры выполнено не во взрывозащищенном исполнении, для обеспечения безопасной работы в помещении высоковольтной камеры создается избыточное давление воздуха. В этом случае вентиляция высоковольтной камеры осуществляется воздухом, поступающим от вентилятора охлаждения тяговых двигателей задней тележки по воздуховоду, проложенному в раме тепловоза. Когда газо- дизель-генератор не работает, отверстие воздуховода, соединяющее обечайку электровентилятора с высоковольтной камерой, открыто постоянно. Вентиляция высоковольтной камеры осуществляется естественной циркуляцией воздуха.

Вентиляция блока газового оборудования, установленного в холодильной камере, обеспечивается вентилятором охлаждения тяговых двигателей передней тележки при работе газодизеля на любой позиции контроллера. Для этого в главной раме газотепловоза сделан воздуховод от нагнетательных воздуховодов системы вентиляции тяговых двигателей передней тележки. При неработающем газодизеле блок вентилируется естественной циркуляцией воздуха через просечки в дверях, закрывающих блок газового оборудования.

Вентиляция кабины выполнена совместно с вентиляцией преобразователя (инвертора), преобразующего постоянный ток в переменный. Для этой цели предусмотрен центробежный электровентилятор с электродвигателем (взрывозащищенного исполнения) переменного трехфазного тока, размещенным в отсеке над аккумуляторной батареей. В зимний период воздух от электровентилятора проходит калорифер, нагревается и подается в кабину машиниста. Вентиляция кабины осуществляется постоянно при работающем газодизель- генераторе.

Для контроля за работой электродвигателей вентиляторов непосредственно к зажимам двигателей подключены реле контроля напряжения, которые срабатывают в случаях как полного исчезновения напряжения, так и при обрыве одной или двух фаз, а также при значительном снижении напряжения в питающей сети. При срабатывании указанных реле происходит перевод работы газодизеля на дизельное топливо и включается сигнализация локомотивной бригаде об отказе электродвигателя вентилятора.
Исключается пуск дизеля при наличии повышенной концентрации смеси в помещениях газотепловоза. Для этого электрооборудование первоочередного включения и контроля за концентрацией газа вынесено за пределы кабины машиниста в место, хорошо вентилируемое естественным путем, где исключено образование взрывоопасной концентрации газа.

В горловины баллонов для хранения сжатого газа вмонтированы быстродействующие отсечные (разрывные) клапаны, а также пожарные клапаны. Быстродействующие отсечные (разрывные) газовые клапаны срабатывают (закрывается проход газа из баллонов в систему газоподачи) в случае повреждения газопровода. Открытие отсечного клапана осуществляется вручную после восстановления целости газовой магистрали. Пожарные клапаны обеспечивают удаление газа из баллонов при температуре баллонов более 100 °С.

По оценке Всесоюзного НИИ противопожарной обороны (ВНИИИПО), маневровый газотепловоз ТЭМ18Г отвечает всем требованиям пожаро- и взрывобезо- пасности. Экологическая чистота выбросов транспортных средств тоже характеризует безопасность применения газомоторного топлива. В результате испытаний газодизель-генератора ГДГ-50, работающего на сжатом природном газе с запальной порцией дизельного топлива, установили, что выброс основных нормирующих веществ окиси углерода и окислов азота уменьшается соответственно в 1,4 и в 2,5 раза. Расчеты, произведенные ВНИИЖТом по “Временной типовой методике оценки экономического ущерба, причиненного народному хозяйству загрязнением окружающей среды" показывают, что уменьшение ущерба от маневровых газотепловозов составляет от 10 до 30 % — в зависимости от стоимости использованного дизельного топлива.

Таким образом, система пожаро- и взрывобезопасности газотепловоза ТЭМ18Г построена на нескольких уровнях. Во-первых, с помощью контроля концентрации газа и системы вентиляции, а также максимально возможного размещения газового оборудования вне капота, не допускается образование горючей смеси в закрытых помещениях. Во-вторых, источники воспламенения путем наддува воздухом и устройства перегородок изолированы от объектов с газопроводами. Кроме того, в аварийных ситуациях (обрыв газопроводов при крушении) предусмотрено быстрое запирание газовых баллонов и предотвращение их взрыва при пожаре.