Чому залізничні цистерни раптово змінюються як консервні банки

Залізниця у більшості асоціюється з надійністю та розміреною силою: важкі вантажні склади, нескінченні рейки та продумана до дрібниць робота. Щоправда, зовсім без несподіванок тут не обходиться; причому іноді це виглядає настільки вражаюче, що віриться важко. Йдеться про так зване схлопування цистерн, коли масивний сталевий резервуар раптово складається всередину, наче зроблений з тонкої жерсті. То чому таке відбувається і як часто залізничникам доводиться з цим стикатися?

Коли сталь стає м'якою

Залізнична цистерна.

На перший погляд здається, що величезна цистерна вагою десятки тонн має бути практично невразливою: товщина металу, посилені шви, солідні габарити. Але варто всередині порушитись рівноваги тисків — і конструкція починає поводитися зовсім інакше. Фактично це закрита ємність, з якої вивантажили рідину або газ, але клапани залишилися перекритими. Якщо температура змінюється або залишки пари всередині починають конденсуватися, тиск різко знижується, і виходить майже вакуум. У цей момент зовнішня сила атмосфери виявляється набагато сильнішою, ніж зварні шви та ребра жорсткості разом узяті, і цистерна буквально складається всередину.

Цистерна, деформована плесканням.

Таке видовище часто порівнюють з тим, як мнуться порожні жерстяні банки від газування, тільки тут йдеться про сталеву конструкцію довжиною більше десятка метрів. Найдивовижніше, що процес займає лічені секунди: раптовий тріск, гучний гул — і ще нещодавно рівні циліндричні стінки перетворюються на хаотично зім'яті складки. Подібні кадри можна побачити на інженерних тренінгах або в інтернеті: залізні гіганти гнуться так легко, що виникає відчуття, що це не метал, а картон. Після такого видовища варто згадати, що товщина стінок цистерни може бути дуже великою. Наприклад, у цистерни для нафтопродуктів у середньому становить 10 мм.

Чому так страждають цистерни

Цистерна у розрізі.

Головний секрет криється в їх формі та призначенні. Цистерна – це, по суті, великий порожнистий циліндр, усередині якого немає жорстких перегородок чи посилень. Поки вона заповнена рідиною або газом, конструкція має форму, адже внутрішній тиск врівноважує зовнішній. Але чи варто цистерні спорожніти і залишитися герметично закритою, як на неї починає в буквальному сенсі тиснути навколишня атмосфера. Для порівняння: у напіввагонів та критих вагонів є стінки, опори та перекриття, які не дають металу гнутися, а у цистерни єдиний «скелет» — її власна оболонка (зовнішні ребра жорсткості не враховуються).

Розвантаження цистерни.

У залізничній практиці особливо часто такі ситуації виникають після миття цистерн. Якщо ємність промивають гарячою водою і потім різко охолоджують, пара конденсується, тиск падає, резервуар втягується всередину. Аналогічні історії трапляються і промислових підприємствах, де у резервуарах зберігається нафту чи хімія. Для очевидців це виглядає як катастрофа: кілька десятків тонн металу буквально складаються за мить, ніби на ємність настав хтось неймовірно важкий. На фотографіях наслідки нагадують зім'яті гармошкою тюбики, ось тільки розміри бентежать.

Миття цистерни.

Щоб зрозуміти масштаб того, що відбувається, достатньо подивитися на прості числа. Атмосферний тиск становить приблизно одну тонну за кожен квадратний метр поверхні. Це означає, що стандартну цистерну довжиною близько 12 метрів і діаметром 3 метри зовні постійно тисне сила, еквівалентна сотням тонн. Поки зсередини є підтримка, метал тримається, але якщо всередині майже вакуум — боротися з такою міццю сталева оболонка вже не в змозі. На цьому контрасті і будується ефект: начебто міцна і важка конструкція, яку складно пом'яти навіть за допомогою інструментів, раптом піддається невловимому повітрю.

Чи часто таке буває на залізниці

Наслідки перепаду тиску.

Незважаючи на вражаючий ефект, випадки сплескування не можна назвати масовими. Для залізничників це радше рідкісна, але добре відома небезпека. Як правило, такі аварії відбуваються не під час руху складу, а під час підготовки цистерн до завантаження або під час розвантаження. Наприклад, після зливу нафти або нафтопродуктів усередині може залишитися пара, а якщо клапани перекриті, при охолодженні він конденсується і падає тиск. Підсумком стає деформація всього вагона.

Рідкісне, але ефектне видовище.

У Росії і за кордоном відомі десятки подібних епізодів, а деякі з них навіть потрапляли у новини через масштаб пошкоджень. Зазвичай обходиться без постраждалих, але збитки очевидні: цистерна виходить з ладу повністю, і відновити її вже неможливо. Для компанії це серйозні збитки, адже вартість вагона обчислюється мільйонами рублів, а в ремонтній майстерні він перетворюється лише на джерело металобрухту. Саме тому кожен випадок уважно розуміється, а фотографії та відео використовуються у навчальних матеріалах.

Як борються зі схлопуванням

Відбувається це через порушення технології.

Щоб цистерни не перетворювалися на зім'яті сталеві гармошки, використовують цілий комплекс заходів. В першу чергу це запобіжні клапани, які автоматично відкриваються при перепадах тиску та зрівнюють його зовні та всередині. Другий рубіж захисту – інструкції для персоналу: при зливі або миття цистерн працівники зобов'язані контролювати температуру та не допускати різкого охолодження. На підприємствах, де особливо великий ризик, такі операції проводять під наглядом фахівців та з використанням датчиків тиску.

Крім того, залізничники активно використовують сам факт видовищності таких аварій. Кадри з цистернами, що зхлопнулися, показують на тренінгах і в навчальних фільмах, щоб у співробітників не виникало спокуси порушувати правила «на авось». Адже, коли бачиш, як багатотонний вагон складається за секунди, слова про атмосферний тиск перестають бути абстрактною теорією. Через війну рідкісне і лякає явище стає важливим уроком, який допомагає утримувати залізницю не більше її звичної надійності.

Найбільш видовищні випадки з практики

Такі події можна перерахувати на пальцях.

Історія залізниць знає чимало епізодів, коли цистерни хлопувалися прямо на очах у працівників та випадкових свідків. Один із найвідоміших стався у США в середині минулого століття: порожню цистерну, нещодавно промиту гарячою водою, залишили закритою на холоді. Через кілька хвилин корпус почав згинатися з гучним тріском, а потім ємність склалася всередину, наче бляшана банка. Кадри цієї події розійшлися по всьому світу і досі використовуються у навчальних фільмах для інженерів та техніків. У Канаді у 1990-х стався схожий випадок: цистерна, в якій перевозили бензин, зникла на станції після того, як робітники забули відкрити вентиляцію. Звук мав таку силу, що місцеві жителі прийняли його за вибух.

У Росії такі епізоди також фіксувалися неодноразово. На одному з підприємств з переробки нафти цистерна втягнулася всередину під час миття гарячою водою: десятки тонн металу склалися буквально за секунди, залишивши після себе стиснутий безформний циліндр. Подібні пригоди траплялися й на залізничних станціях — наприклад, на Уралі на початку 2000-х кілька цистерн зіпхнулися поспіль через порушення технології розвантаження мазуту. Масштаби пошкоджень були настільки великі, що відновленню вагони вже не підлягали і їх списали в металобрухт.

Ще цікаве з нашого каналу:

«Команч» російською мовою: чому перспективний вертоліт Ка-58 так і не побачив світ

Насправді залізниця з усією її історією – дивовижне місце. Чого тут тільки не відбувається, деякі виробники навіть збудували поїзди в стилі ретро, оснастили їх на зразок розкішного готелю та використовують їх, щоб з великим комфортом катати багатих пасажирів .