鐵路危險貨物集裝箱運(yùn)輸中的包裝問題

      隨著我國改革開放政策的不斷深化和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展,經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速,特別是我國正式加入WTO,鐵路危險貨物集裝箱運(yùn)輸發(fā)展速度顯著加快。從我國鐵路的外部環(huán)境來看,與*國家相比,我國鐵路差距明顯,如日本原國鐵在1974年,就已消滅包括危零在內(nèi)的零擔(dān)貨物運(yùn)輸。以目前的形勢而言,我國集裝箱運(yùn)輸正處于*的發(fā)展時期,集裝箱的生產(chǎn)量已雄居世界*[ 1 ]。與此同時,各方面對鐵路危險貨物集裝箱運(yùn)輸?shù)膹V泛關(guān)注和投入,必然推動鐵路危險貨物集裝箱運(yùn)輸?shù)娘w躍發(fā)展。然而,我國鐵路危險貨物集裝箱運(yùn)輸起步晚,經(jīng)驗(yàn)不足,運(yùn)輸組織方法及裝卸設(shè)備落后,加之,我國鐵路危險貨物絕大多數(shù)采用普通集裝箱運(yùn)輸,其隔熱性差,受溫度變化的影響大。每年因包裝材料及包裝方式選取不當(dāng),所造成危險貨物集裝箱運(yùn)輸事故屢屢發(fā)生[ 2 ] ,盡管鐵路采取了一系列的措施和辦法,但未從根本上杜絕事故的發(fā)生。為此,本文對箱內(nèi)裝貨物的包裝材料及包裝方式進(jìn)行詳細(xì)研究。

    1　包裝材料問題

    危險貨物所用包裝材料的種類很多,而塑料則是其中應(yīng)用的一種。如各種形式的塑料桶、袋、瓶等。塑料的主要成分是樹脂。樹脂是一種高分子化合物,它隨著所處環(huán)境溫度的不同,呈現(xiàn)出3種物理狀態(tài):玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài),見圖1。

    塑料一般只能在玻璃化溫度以下,脆化溫度以上范圍內(nèi)使用。高于玻璃化溫度時,塑料受力后變形量很大（拉斷伸長率達(dá)到100%～1000% ） ,彈性模量很小（剛度） ,所以玻璃化溫度是塑料使用的zui高溫度。一般危險品包裝常用的幾種塑料的使用溫度范圍見表1。

    當(dāng)環(huán)境溫度低于脆化溫度時,塑料就變硬、變脆,它是塑料使用的zui低溫度。所以用集裝箱運(yùn)輸危險貨物時,對所用塑料包裝容器、襯墊、捆扎帶等,需要提出具體材料方面要求,不合要求的要考慮替代材料[ 3 ]。其它包裝材料,如:木材、鋼材、紙等,不存在這一問題。

    表1　幾種主要塑料適用溫度范圍

    Ta b. 1 S e ve ra l su ita b le tem p e ra tu re scop e of m a in p la s t ics

    名稱適用溫度范圍/ ℃

    低密度聚乙烯（LDPE） - 50～65

    中密度聚乙烯（MDPE） - 50～80

    高密度聚乙烯（HDPE） - 50～120

    聚氯乙烯（ PVS） 　　　- 50～75

    聚苯乙烯（ PS） 　　　- 20～80

    聚丙烯（ PP） 　　　　0～120

    *（ PVAL） 　65～85

    2　貨物包裝方式問題

    對于危險貨物來說,其危險性的大小除與貨物的本身性質(zhì)有關(guān)外,還與貨物的包裝方式密切相關(guān)[ 4 ] 。因而,危險貨物進(jìn)箱條件的確定,也必須考慮到貨物的包裝方法。鑒于此,在確定危險貨物的進(jìn)箱條件時,對貨物包裝方面作了較多調(diào)查研究,特別是吸收了課題組成員多年來有關(guān)鐵路危險貨物運(yùn)輸包裝的試驗(yàn)和研究成果,還在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)的包裝試驗(yàn)。

    2. 1　包裝量的大小

    鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐表明,貨物運(yùn)輸?shù)奈ｋU性與其包裝量的大小有著密切關(guān)系。對于某些危險貨物,當(dāng)其包裝量較小時,甚至可以按普通貨物條件辦量運(yùn)輸。因而,對于小包裝的危險貨物,在采用集裝箱運(yùn)輸時。也應(yīng)有較為寬松的要求。

    通常將每個單位量不大于1kg （或1L） ,且每個包裝件不大于20kg的包裝方法稱為“小包裝”。《危規(guī)》附件二“危險貨物包裝表”中18、19、20、21、22、23、24及25諸包裝號所規(guī)定的包裝方法,基本上屬于“小包裝”[ 5 ]。    對于小包裝危險貨物可以直接進(jìn)入危險貨物通用集裝箱是基于以下5個方面的原因而確定。

    1） 包裝的密封性能較好。由于小包裝容器的開口較小,加之小包裝容器的制作工藝相對較為精細(xì),其液密、氣密性能也較大包裝要好,故可有效地防止內(nèi)裝物的泄漏。

    2） 包裝具有一定的隔熱作用。小包裝貨物除內(nèi)容器（包裝）外,還有外包裝或襯墊材料等,有些還有中包裝或吸收材料,因而外包裝的隔熱保溫作用,使內(nèi)容器中貨物的溫度總是低于集裝箱內(nèi)的zui高溫度。實(shí)測數(shù)據(jù)表明,在集裝箱內(nèi),即使是受溫度影響zui大的頂層貨物,其內(nèi)部溫度也低于集裝箱上層空間溫度1～2℃,即小包裝貨物的溫度總是低于集裝箱的內(nèi)壁溫度,故其受溫度的影響相對較小,其安全性也相對增大。

    3） 外包裝等可吸收一定的灑漏物。小包裝貨物的外包裝（或中包裝）及襯墊物的吸收作用,使得內(nèi)容器萬一破漏時,其泄漏的液體貨物可能被全部或部分吸收。測試表明,對一般的瓦楞紙,其吸水量可達(dá)其本身質(zhì)量的1. 5～2. 5倍,而通常的瓦楞紙箱質(zhì)量為0. 5～1. 5kg,則其吸水量可達(dá)1 ～3L 的液體。當(dāng)包裝內(nèi)有1～2瓶容器破漏時,則基本上可以全部或大部分吸收其泄漏物。而對木箱或鈣塑箱來說,其對泄漏物的吸收雖然較瓦楞紙箱的要小得多,但是仍能部分吸收泄漏物;故小包裝破漏所造成的危害性,相對于該貨物采用大包裝來說,仍然要小得多。

    4） 外包裝具有一定的機(jī)械緩沖作用。由于受外包裝及襯墊材料的緩沖作用,小包裝危險貨物,在運(yùn)輸過程中受到外力作用（碰撞、摩擦或跌落等）時,外力不會直接作用于內(nèi)容器,故其破漏情況亦較大包裝要減少得多;且只是部分內(nèi)容器破漏,通常內(nèi)包裝不會全部破漏。可見,小包裝貨物對機(jī)械沖擊的緩沖等作用較大包裝貨物要安全。

    5） 小包裝有較大的內(nèi)壓承受力。容器內(nèi)部的飽和蒸汽壓,對容器內(nèi)壁將產(chǎn)生一個向外的垂直作用力。對小包裝容器來說,其器壁所承受的內(nèi)應(yīng)力,較大包裝相對要小,故小包裝容器的安全性相對增大。

    由于容器內(nèi)部蒸汽壓均勻分布在整個容器表面,所以其內(nèi)表面的受力是均勻的。而容器的頸部、肩部以及底部,與容器壁相比,因其直線距離較短,故所受到的力矩較小。因此,容器的受力情況,可簡化為單位寬度器壁的受力情況,見圖2。垂直于器壁上的蒸汽壓力,使器壁產(chǎn)生一定的彎曲變形即在橫截面上產(chǎn)生一個變矩。一般來說,彎矩隨截面位置的不同而變化,zui大彎矩所在的截面即是危險截面。根據(jù)圖2求得彎矩方程。

    設(shè)O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn), x為瓶壁上任意截面到O 點(diǎn)的距離,據(jù)此建立方程。彎矩方程為:

    M = q2（ lx - x2 ） 　（0≤x≤l） （1）當(dāng)x = 0, M = 0; 當(dāng)x = l2, M = ql28; 當(dāng)x = l , M = 0。

    根據(jù)彎曲力矩方程畫出彎矩圖圖3,可知瓶壁兩端彎矩zui小,中間位置zui大。故可知器壁的中中間位置為危險截面。因?yàn)槿萜髌鞅谒芫鶆蜉d荷q的大小,等于其內(nèi)部蒸汽壓,又由于一定的物質(zhì),在一定溫度下,其飽和蒸汽壓是固定的,所以值也一定。根據(jù)推得的zui大彎矩（即危險截面的彎矩）關(guān)系式可知:當(dāng)q一定時,其zui大彎矩與器壁高度的平方（ l2 ）成正比。根據(jù)這一結(jié)論可以得知,由于小包裝容器的器壁高度小于大包裝的器壁高度,所以其所受的彎矩顯著減小,故小包裝容器的破損機(jī)率變小,安全性增大。

    2. 2　包裝的密封性

    危險貨物運(yùn)輸?shù)奈ｋU性, 與貨物的密封性有著密切的關(guān)系,有些危險貨物易于揮發(fā)或散發(fā)出強(qiáng)烈的氣味或有害的蒸汽,包裝的密封性不好時,其蒸汽會不斷散發(fā)出來。此種貨物若進(jìn)入集裝箱,由于集裝箱通風(fēng)性能較差,這些蒸汽將在箱內(nèi)聚集, 在運(yùn)輸過程中蒸汽的濃度將越來越大, 極易發(fā)生危險。所以這些危險貨物要進(jìn)集裝箱,必須改變包裝方法,采用密封性能好的包裝。

    盛裝在密封包裝容器中的液體貨物,吸收了由容器壁傳入的熱量,蒸發(fā)變?yōu)闅怏w,充滿容器整個空間并對容器壁產(chǎn)生壓力。其壓力的大小隨著貨物吸收熱量后溫度的變化而變化,可按公式（2）進(jìn)行計(jì)算:　　P = nkT （2）式中: P為容器受到的壓力（ Pa） ; n為分子數(shù)密度（單位體積中的分子數(shù)目） ; k為玻爾茲曼常數(shù); T為容器內(nèi)貨物溫度。

    包裝容器的設(shè)計(jì)壓力,就是在公式（2）計(jì)算的基礎(chǔ)上,再將其它流通環(huán)境因素,如裝卸和調(diào)車中的沖擊、安全系數(shù)以及多年來運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)等考慮進(jìn)出而確定的。

    根據(jù)《海協(xié)危規(guī)》和《危規(guī)》提供的參考數(shù)據(jù):設(shè)計(jì)參數(shù)溫度為65℃,機(jī)械裝卸垂直下落沖擊值為2 （g為重力加速度m/ s2 ） [6 ] ,縱向水平?jīng)_擊值為2,安全系數(shù)為1. 5。采用集裝箱運(yùn)輸危險貨物,夏季我國部分地區(qū)箱內(nèi)zui高溫度可達(dá)85℃[ 7 ] ,由于箱內(nèi)溫度增加,容器壁承受蒸氣內(nèi)壓力增大,因此對原來包裝容器的耐壓強(qiáng)度及密封性能進(jìn)行研究。

    3　結(jié)　語

    集裝箱是一個密閉的容器,夏季在個別地區(qū)鐵路危險貨物集裝箱內(nèi)部的zui高可能溫度85℃。為了保證鐵路運(yùn)輸安全,應(yīng)分季節(jié)確定集裝箱內(nèi)部的zui高可能溫度,如箱內(nèi)貨物采用塑料作為包裝材料應(yīng)參照圖1、表1進(jìn)行優(yōu)選;通過鐵路危險貨物運(yùn)輸包裝實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)研及計(jì)算分析,得出“小包裝”5方面的優(yōu)點(diǎn),從另一方面講,小包裝可降低包裝成本,節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,便于裝卸,增加貨物的裝載量。可以大膽設(shè)想,隨著組織管理水平、裝卸設(shè)備自動化程度以及箱體質(zhì)量的提高,包裝小量化、包裝減量化、容器再利用化、包裝與產(chǎn)品結(jié)合化、包裝材料選優(yōu)化指日可待。

來源：包裝工程