Этот страшный и ужасный режим "термос"

Данная технология обеспечения качества скоропорта в процессе перевозок любопытна даже не столько сама по себе, сколько масштабом непонимания (намеренного и непреднамеренного), фальсификаций и нарушений, которые сопровождают ее почти с момента рождения. Интересна также история нормативного регулирования данной технологии, которая совершила причудливую эволюцию с 70-х годов XX века, полностью выродившись в новых правилах перевозок. Все это рождает острую необходимость дать ответы по реальной применимости данной технологии. Даже если грузоотправитель, представим, тот самый "добропорядочный" из фантастических грез ЦФТО.

Суть технологии

Ранее мы писали, что наш главный враг - это температурное воздействие на груз окружающего (наружного) воздуха в процессе перевозки. Если кузов транспортного средства не оборудован термоизоляцией, стоит ожидать фактически мгновенного изменения температуры воздуха внутри кузова в ответ на любое изменение температуры воздуха снаружи. Если в начальный момент времени температура груза, находящегося в кузове, отличалась от температуры наружного воздуха, температура груза также относительно быстро достигнет температуры наружного воздуха. Все эти вещи вполне понятны и на интуитивном уровне.

Теперь рассмотрим вариант, когда кузов транспортного средства оборудован термоизоляцией, ограничивающей теплообмен между внешней воздушной средой и внутренней. Степень этого ограничения определяется значением общего коэффициента теплопередачи кузова (коэффициент K). Коэффициент K характеризует количество тепловой энергии, передаваемой через единицу поверхности кузова транспортного средства (квадратный метр) при перепаде температур воздуха снаружи и внутри кузова в один градус.

Поясним. Возьмём два условных кузова с одним и тем же значением коэффициента K - 0,40 Вт/(кв.м.K). Площадь теплопередающей поверхности (S) первого кузова 200 кв.м., второго - 100 кв.м. В первом кузове температура воздуха внутри - минус 18 градусов Цельсия, во втором - плюс 5 градусов Цельсия. Температура наружного воздуха для обоих кузовов одинаковая - плюс 20 градусов Цельсия (как сейчас примерно). В первом случае в кузов в начальный момент времени будет поступать 0,40 * 200 * (20 - (-18)) = 3040 Вт тепла, во втором - 0,40 * 100 * (20 - 5) = 600 Вт, то есть в 5 раз меньше! Таким образом, коэффициент K очень важный параметр, но его фактическое влияние на интенсивность передачи температурного воздействия внутрь кузова транспортного средства необходимо учитывать в совокупности с другими параметрами.

Изменение температуры условного (безразмерного) груза, находящегося в транспортном средстве, при стабильном по величине температурном воздействии будет фактически описываться линейной зависимостью. Время изменения температуры груза от начального значения до температуры окружающего воздуха будет определяться для таких условий простым отношением первоначального запаса тепловой энергии груза к величине указанного температурного воздействия. Если пренебречь размеренностью груза, теплопроводностью и теплоёмкостью элементов кузова, такие расчетные условия можно отнести к грузу, находящемуся в неспециализированном транспортном средстве.

В транспортном средстве, кузов которого оборудован термоизоляцией, а груз имеет размерность, описанные выше расчеты, которые можно произвести в уме, увы, неприменимы. Требуется использовать значительно более сложные математические модели, включающие систему дифференциальных уравнений, чтобы иметь возможность что-либо рассчитать. Причина этого прежде всего в том, что количество тепловой энергии, поступающей в кузов транспортного средства, будет меняться по мере изменения температуры самого груза (размерность коэффициента K включает перепад температур внутри и снаружи транспортного средства, который будет уменьшаться в процессе перевозки). Тепловое воздействие окружающей среды помимо его уменьшения за счёт использования термоизоляции кузова будет носить значительно запаздывающий во времени характер (до нескольких часов), что, напомню, позволяет в расчетах пренебрегать внутрисуточными колебаниями температуры. Изменение температуры груза, имеющего размерность, будет сопряжено также со значительной неравномерностью как относительно поверхности штабеля груза, так и его объема. Также следует учитывать теплоемкость кузова самого транспортного средства (то есть количество аккумулированного им тепла) и особенности теплопереноса от внутренних поверхностей кузова транспортного средства к грузу или обратно. Наверное, я всех уже достаточно убедил, что это не так просто;) Если кто не верит, спросите Рефсервис, который несколько лет назад попытался самостоятельно произвести необходимые расчеты (даже имея на руках методику).

Главное, что уясним сейчас, - существует конечное время, в течение которого температура груза, перевозимого в режиме "термос", достигнет температуры окружающего воздуха даже при наличии самой совершенной термоизоляции кузова. При неблагоприятном температурном воздействии, когда его средняя величина находится выше или ниже пределов температурных условий хранения/транспортирования груза, установленных производителем, существует, соответственно, конечное время, в течение которого температура груза выйдет за установленные пределы. Это время крайне важно в практических целях организации транспортного процесса и называется предельным сроком перевозки груза. О нем, я думаю, слышали многие грузоотправители, если не все. Мне, конечно, могут возразить, что в новых правилах перевозок никаких предельных сроков уже нет. Но это доводы из серии того, что сколько ни говори "сахар", слаще не станет. Мы же тут не для потакания хотелкам РЖД, а для того, чтобы научиться реально обеспечивать качество груза в процессе перевозки. А потому новые правила перевозок нам тут явно не помощник и не указ.

Если с учётом всего вышесказанного отобразить изменение температуры груза (например, условной рыбы мороженой, температура которой не должна повышаться в процессе перевозки выше минус 18 град. Цельс.) на оси времени при перевозке в режиме "термос" (при этом температура наружного воздуха пусть для примера будет положительной, в районе плюс 20 град. Цельсия), увидим примерно следующее:

Характер изменения средней температуры замороженного груза при перевозке в режиме "термос" при постоянной положительной температуре наружного воздуха (груз, транспортное средство - все условно, но близко к реальному вместе с тем)

Вначале температура груза будет расти относительно быстро, что будет вызвано большой величиной теплопритока внутрь грузового помещения транспортного средства из-за большой разницы температур внутри и снаружи кузова. Однако по мере того, как разница между температурой груза и температурой окружающего воздуха будет уменьшаться, рост температуры груза будет также уменьшаться и станет нулевым в некий момент, когда температура груза достигнет температуры наружного воздуха (на рисунке не показан). Темп изменения температуры груза будет зависеть от его начальной температуры, температуры наружного воздуха, значения коэффициента K, S, а также теплоусвоения груза. Где-то на этом пути температура груза пересечет верхнюю границу диапазона температурных условий хранения/транспортирования груза (выделена синей жирной линией). Точка этого пересечения и обуславливает значение предельного срока перевозки груза.

Итак, подытожим. Режим "термос" как технология обеспечения качества груза в процессе перевозки не способен обеспечить термостатических условий для груза (как при перевозке с охлаждением/отоплением). Однако в случае низких значений коэффициента K существует возможность значительно замедлить темп изменения температуры груза, препятствуя, таким образом, его быстрому выходу за установленные границы температурных условий хранения/транспортирования груза. Но рано или поздно при неблагоприятном температурном воздействии температура груза все-таки выйдет за установленные пределы. Время от начала перевозки до момента выхода температуры груза за установленные пределы называется предельным сроком перевозки груза.

Детальный разбор всех аспектов технологии

Ниже я разработал такой вот замечательный рисунок (технологическую модель), иллюстрирующий схематично все исходные данные для использования указанной технологии, их влияние на возможность перевозки груза с обеспечением его качества, а также характер возможных регулирующих воздействий:

Технологическая модель обеспечения качества тарно-штучного СПГ при перевозке в режиме "термос"

Чтобы не затруднять восприятие информации чтением с постоянными отсылками к приведенной технологической модели, я решил все объяснить на видео (надеюсь, получилось понятнее, чем все это описывать словами):

Технологическая модель обеспечения качества тарно-штучного СПГ при перевозке в режиме "термос"

Я специально не разбираю тонкости технологии перевозки жидкого скоропортящегося груза наливом в цистерне с термоизолированным котлом (или в аналогичном танк-контейнере), потому что ничего принципиально нового для понимания это не даст. Однако если кому-то вдруг будет интересным услышать об этом, могу в отдельном видео все показать и объяснить. На самом деле, процессы, происходящие при этом, существенно отличаются от тарно-штучных грузов...

Предыстория

Выше я писал, что история использования рассматриваемой технологии обеспечения качества скоропорта на железнодорожном транспорте берет свое начало в 60-70-х гг. XX века. Возникает закономерный вопрос, почему эту в общем-то простую и недорогую в использовании технологию не использовали много ранее указанного периода? Широко начали использовать, напомню, только в конце 80-х годов XX века.

Прежде всего это связано с бурным послевоенным прогрессом в использовании новых изоляционных материалов, которые обладая низким и прогнозируемым значением коэффициента теплопроводности позволяли изготавливать кузова с низким и опять же прогнозируемым значением коэффициента K. Иначе говоря, когда до второй половины XX века кузова транспортных средств утепляли пробкой, ватой и другими малоэффективными материалами, это не позволяло ощутимо уменьшить величину теплового притока из окружающей среды.

Вторая причина - значительные достижения в области вагоностроения, связанные с использованием металлической обшивки кузова, обеспечением высокой герметизации дверей и вообще возможностью изготовления конструкций с минимальными мостиками тепла.

Третья причина - рост числа промышленных холодильников для хранения скоропорта, на которых стало возможным гарантировать определенную температуру предъявления груза к перевозке (определяет начальный запас тепловой энергии груза).

Наконец, четвертая причина, объективная, связана с изменениями в самой пищевой промышленности, которая в указанный период массово переходила на использование различных методов консервации, что обеспечивало продолжительное хранение значительной номенклатуры скоропорта в широком диапазоне температурных условий.

Немаловажным условием успешного внедрения рассматриваемой технологии явилась разработка в 70-80-е годы соответствующего математического аппарата, что позволило использовать режим "термос" с минимальными рисками для качества перевозимого груза (при строгом соблюдении технологии, разумеется).

В принципе рассматриваемая технология, как и строительство специализированных вагонов-термосов могли быть успешно осуществлены уже в 60-х годах XX века. Но в среде советской бюрократии существовало непонимание реальной потребности отрасли именно в одиночных вагонах, способных свободно курсировать по сети железных дорог (не только по специальным выделенным ниткам графика движения как рефрижераторные поезда, а также без ожидания накопления груза на 4 грузовых вагона секции). Такое непонимание советского управленческого аппарата было вызвано бюрократической природой планирования в СССР, когда рабочий класс был отстранен от управления производством, не участвовал в политической жизни и не имел собственных независимых организаций (партий и профсоюзов). Также существовали серьезные (и отчасти, надо признать, обоснованные) опасения относительно работоспособности данной технологии на практике. Первые шаги МПС были в высшей степени осторожными и, еще раз добавим, эта осторожность была в значительной степени обоснованной. Посмотрите, например, на первые временные условия перевозок грузов в вагонах-термосах производства завода Дессау (те самые, которые на момент изготовления имели коэффициент K равный не более 0,18 Вт/(кв.м.K), что на тот момент было почти минимально достижимой величиной (полный текст можно скачать тут):

История, настоящее время и перспективы

К сожалению, в дальнейшем мы и столкнулись с многочисленными нарушениями, которые сформировали к настоящему времени два полярных мнения о технологии:

  • полное г..но, потому что не обеспечивает качество груза вообще;
  • чудо, потому что является дешёвой альтернативой рефам.

Второе мнение в условиях недостаточного ранее, а ныне и вовсе отсутствующего нормативного регулирования и контроля способствует волюнтаристскому применению технологии, росту нарушения, что ещё более убеждает сторонников первого мнения в своей правоте. Такая вот диалектика...

У второго мнения, тем не менее, существует веский фундамент в условиях капитализма - тариф перевозчика на рефы неоправданно задран, и перевозчик не спешит решать данную проблему.

Однако хотелось бы более подробно поговорить о причинах нарушения технологии. На мой личный взгляд, если не принимать во внимание преднамеренные нарушения (в основном, по причине тарифа), непреднамеренные нарушения сводятся к двум основным факторам: не знал что творил, понадеявшись на авось, и не было возможности обеспечить требуемые параметры для правильной реализации технологии.

Первый случай симптоматичен. Грузоотправитель, как правило, занят сугубо техническими вопросами, связанными с подачей и уборкой вагонов и контейнеров, их загрузкой, оформлением перевозочных документов и т.п. Чтобы разобраться с тонкостями технологии перевозки скоропорта в режиме "термос" требуются определенные специфические знания, а также реализация жёсткого контроля за выполнением всех норм при использовании рассматриваемой технологии. А их, как мы видели, достаточно много. Выход тут, на мой взгляд, очевиден. Необходимо разработать онлайн-инструмент, обеспечивающий определение всех параметров технологии для конкретных заданных условий, включая маршрут перевозки и время ее осуществления, точные сведения о транспортном средстве, грузе, его таре и упаковке и т.п. Лет 10 назад я носился с этой идеей, но на тот момент руководство решило, что не надо. Жаль, но никогда не поздно наверстать, тем более оффлайн все давно реализовано.

Второй случай, кстати, логично вытекает из первого по причине слабого контроля за выполнением норм для предсказуемого применения технологии. Частным случаем является попросту невозможность их соблюсти, что бывает и не редко. Например, на стадии согласования заявки на транспортное обслуживание владелец груза сообщил, что его температура и упаковка будут такими-то, а по факту оказалось, что и температура не та, и упаковка другая (что, например, привело к другой загрузке транспортного средства). Или оператор подал транспортное средство с другими теплотехническими параметрами. На мой взгляд такие ситуации в идеале должны решаться оперативной оценкой рисков (инструментарий тот же, что и при планировании перевозки, только в качестве исходных данных используем актуальные параметры). В зависимости от количественной оценки риска должна выбираться соответствующая схема страхования. В идеале. В противном случае отказ в обслуживании с распределением убытков между участниками транспортного процесса (следом за РЖД полагаем, что грузоотправитель тот самый "добропорядочный").

Ну и конечно самый важный аспект технологии перевозки скоропорта в режиме "термос" - необходимо знать актуальное значение коэффициента K каждого транспортного средства, что подразумевает периодический контроль и освидетельствование всех специальных транспортных средств, предназначенных для перевозок скоропорта. И вот этого как раз до сих пор нет!

Кстати, именно в моей лаборатории разрабатывались требования к вагонам-термосам постройки завода Дессау, мои коллеги непосредственно участвовали во всех испытаниях. Теплотехническим параметрам вагонов-термосов, в том числе их изменению в процессе эксплуатации, уделялось должное внимание. Я не сомневаюсь, что в той ситуации периодический контроль и освидетельствование термосов был бы реализован в том или ином виде. Однако развал СССР, пришедшийся как раз на время внедрения вагонов-термосов, поставил крест на всех этих планах. В дальнейшем реализации необходимого помешали уже частные интересы, я думаю, и так всем известные.

С конца 90-х годов набирает обороты тема переоборудования грузовых рефрижераторных вагонов (от секций и АРВ) в так называемые ИВ-термосы. 5-вагонные секции в рыночных условиях простаивали, а АРВ после закрытия ПТО фактически оказались не при делах. Решение о переоборудовании казалось тогда единственно возможным, и по этому пути пошел не только государственный Рефсервис, но и отдельные грузоотправители как в России, так и в странах ближнего Зарубежья. Однако в процессе переоборудования, которое заключалось в демонтаже термического и энергетического оборудования, никто не задавался вопросом, что кузова, мягко говоря, не новые, а после переоборудования кроме термоизоляции в них больше нечему препятствовать температурному воздействию на перевозимый груз. Определение коэффициента K у ИВ-термосов не производилось, а потому было принято (волевым порядком), что они имеют худшее из регламентированных (в СПС) значений - 0,70 Вт/(кв.м.K). Под это значение коэффициента K долгое время рассчитывались предельные сроки перевозки грузов, которые, надо понимать, ещё и корректировались волевым порядком, когда это было необходимо.

Стоит отметить, что были отдельные попытки (в частности, компании "ТОЭК") подвергать замене термоизоляцию кузова грузовых рефрижераторных вагонов в процессе их переоборудования в ИВ-термосы. В 2005 году нами были проведены теплотехнические испытания опытных образцов таких вагонов. Однако дальше все упёрлось в политическое противостояние, ведь меньшая величина коэффициента K подразумевала возможность перевезти продукцию на более дальние расстояния. В итоге проект зарубили.

На испытаниях опытного ИВ-термоса ЗАО "ТОЭК" (2005). Валера Доренский собирает силовую коробку
На испытаниях опытного ИВ-термоса ЗАО "ТОЭК" (2005). Валера Доренский запенивает неиспользуемый дверной проем
На испытаниях опытного ИВ-термоса ЗАО "ТОЭК" (2005). Приехала комиссия из РЖД
На испытаниях опытного ИВ-термоса ЗАО "ТОЭК" (2005). Это я собственной персоной лезу на крышу монтировать там датчик температуры
На испытаниях опытного ИВ-термоса ЗАО "ТОЭК" (2005). Общий вид во время испытаний

Такая ситуация повторялась раз за разом, что влекло рынок к стагнации и желанию грузоотправителей уйти в крытые вагоны и универсальные контейнеры, поскольку качество большинства ИВ-термосов ни у кого не вызывало энтузиазма. Балтика, Азовобщемаш и другие, кто пытались выстроить более-менее вразумительную технико-экономическую стратегию, становились жертвами этой злой воли. Когда сейчас рассуждают о том как мы дошли до такой жизни, об этих вещах стараются не вспоминать. Но без них очень многих вещей попросту не понять.

Что же мы имеем сейчас? После принятия новых Правил перевозок и без того абсурдная ситуация повернулась с кривых ног на больную голову. Продав Рефсервис, РЖД приступило к масштабному переделу рынка. Не желая изменять несправедливые тарифы на специализированные вагоны и контейнеры, РЖД начало кампанию за выдавливание скоропорта в крытые вагоны и универсальные контейнеры. (Видимо, планируя ещё и увеличить объем перевозок в крытых и контейнерах таким способом). Операторам специализированных вагонов и контейнеров тоже кинули "кость" в виде снятия всяких ограничений на перевозки скоропорта в термосах и рефах. Все это привело рынок в состояние крайнего движения, провоцируя беспринципную войну всех против всех.

Однако такая война продолжаться долго не может. А когда она закончится, проблема новых специализированных транспортных средств встанет с новой силой. Но для их появления все-таки придется навести порядок на рынке, в том числе с применением различных технологий обеспечения качества скоропорта и контролем теплотехнических параметров транспортных средств.

Проблема, однако, в том, что использование СПС для контроля теплотехнических параметров очень нерационально в нынешних условиях. Предлагаю в следующем материале поговорить о возможных альтернативах СПС, чтобы, как говорится, и волки были сыты и овцы целы.