Неравномерность температурного поля в штабеле груза

Теория и практика

Ранее мы рассмотрели технологию перевозки груза в режиме "термос". Основным отличием этой технологии от перевозки с поддержанием температурного режима является участие груза в теплообменных процессах. Ограничителем для данной технологии служит величина так называемого предельного срока перевозки, параметром которого является начальный запас тепловой энергии у груза. Соответственно, в процессе перевозки температура груза изменяется от начальной до предельно допустимой, устанавливаемой в соответствии с нормативной или технической документацией на перевозимый пищевой продукт.

Однако несмотря на то, что начальная и предельная температуры груза являются в расчетах скалярными величинами (имеют единственное значение), реальная температура груза в конце груженого рейса при перевозке в режиме "термос" представляет собой поле температур, неравномерно распределенных по объему штабеля груза.

Насколько значительна неравномерность этого температурного поля? Очевидно, зависеть она будет от множества факторов, в числе которых продолжительность теплообмена, его интенсивность, геометрические размеры штабеля груза и плотность его укладки, теплопередача и теплопроводность в штабеле. Для получения представления насколько эта неравномерность может быть значительной, взгляните на результаты реальных опытных перевозок в вагонах-термосах.

Средняя конечная температура

Говоря о предельно допустимой температуре груза как о скаляре, имеют ввиду, как правило, среднюю конечную температуру. Это такая температура, которую в итоге (через определенное время) примет груз в отсутствии внешнего теплообмена (то есть только за счёт выравнивания температурного поля в штабеле груза).

Упрощенно среднюю конечную температуру груза при небольших геометрических размерах и невысоком внешнем теплообмене можно определить как среднее арифметическое значений температур в центре груза и на его поверхности.

Более точно среднюю конечную температуру необходимо определять, используя значения температуры теплоотводящей (окружающей) среды и критерия Bi:

t = (t_ц * (Bi + 2) + t_с * Bi) / (2 * (Bi + 1))

где t_ц - температура в центре груза; t_с - температура окружающей среды.

Bi = alpha * delta / lambda

где alpha - коэффициент теплоотдачи, Вт/(кв.м.K); delta - 1/2 толщины груза, м; lambda - коэффициент теплопроводности груза, Вт/(мK).

Почему это важно

Рыба в режиме "термос"

Введение новых правил перевозок скоропортящихся грузов, сопровождаемое отменой контроля за ними со стороны перевозчика, привело к массовому уходу скоропортящихся грузов в неспециализированные транспортные средства - крытые вагоны и универсальные контейнеры. В свою очередь такая миграция грузов вытеснила вагоны-термосы в область конкуренции с рефрижераторными вагонами и контейнерами в части перевозок замороженных грузов. Очевидно, предвидя такие последствия от введения правил, Минтранс поспешил срезать углы и придать этой "конкуренции" видимость легитимности:

9.
<...>
Допускается перевозка мороженой пищевой рыбной продукции, мороженого мяса и мясной продукции в изотермическом подвижном составе без поддержания температурного режима, при условии выполнения требований технических регламентов, документов по стандартизации на продукцию и обеспечения сохранности и качества груза.

Однако с учётом неравномерности температурного поля такие перевозки почти наверняка будут сопровождаться нарушениями требуемых температурных условий даже в случае, если предельный срок перевозки был правильно определен и не был нарушен, а груз был предъявлен с требуемой температурой.

Проблема контроля температуры при перевозке

Доля перевозок железнодорожным транспортом скоропортящихся грузов в рефрижераторах невелика - не более четверти всех перевозок. Соответственно, большая часть перевозок, в том числе грузов под контролем органов госветнадзора, осуществляется по технологиям, подразумевающим вовлечение груза в теплообменные процессы (режим "термос", а то и вовсе с защитой только от атмосферных осадков), что неминуемо ведёт к существенной неравномерности температурного поля в штабеле. Измерять только температуру воздуха в грузовом помещении как в случае с рефрижераторами - некорректно. Необходим контроль температуры самих грузов, причем в разных (критических) местах штабеля. Таким образом, когда мы говорим о мониторинге температуры груза при перевозке, выбор объекта контроля, количества и мест установки датчиков температуры является основополагающим для возможности объективной оценки выполнения условий перевозок.

Оптимизация работы оборудования рефрижераторов

Наконец, всем известна проблема недостаточного запаса топлива в типовых навесных дизель-генераторах (НДГ), которого в летний период хватает на 5-9 суток в зависимости от конкретных условий перевозки, что для такой огромной страны недопустимо мало.

Очевидно, многим энтузиастам приходит в голову регулировать работу НДГ (соответственно, и ХОУ КРК) путем принудительного отключения и включения, уменьшая тем самым немалое потребление топлива на собственные нужды НДГ. Если увязать эти отключения и включения с показаниями датчиков supply и return ХОУ КРК, интервал между остановками и запусками будет небольшим и, в связи с особенностями работы современных ХОУ, значительного эффекта в части экономии топлива достичь не удастся.

Более эффективным решением является отключение и включение ХОУ и НДГ, руководствуясь значениями температуры груза. Но тут и становятся важными объективные знания о неравномерности температурного поля в зависимости от различных параметров перевозки. Без научного решения этой задачи всегда будет существовать значительный риск порчи перевозимого продукта.

Что делать?

На мой личный взгляд и исходя из вышесказанного, перевозки замороженных грузов в термосах должны быть законодательно ограничены. По рыбе мороженой, видимо, запрещены вовсе. При этом должен быть введен автоматизированный контроль за перевозками скоропортящихся грузов в неспециализированных транспортных средствах, который бы учитывал конкретное направление перевозки и дату приема груза к перевозке. При неудовлетворительном прогнозе возможности соблюдения требуемых температурных условий (ТТУ) при такой перевозке сведения о ней должны передаваться в органы Роспотребнадзора, который должен осуществлять на деле, а не на словах проверку соблюдения ТТУ на станции назначения путем контроля фактической температуры груза с принятием соответствующих мер.

Такой контроль поможет вернуть вагонам-термосам их традиционную номенклатуру грузов (пиво, соки, масложировая продукция и др.), а замороженные грузы поедут в рефрижераторных транспортных средствах, как это происходит во всем цивилизованном мире. Возможность создания такой автоматизированной системы контроля с учётом развития цифровизации в отрасли существует уже сейчас и была подробно исследована в моей диссертации.

Предвижу возражения, что тогда грузы уйдут на автотранспорт. Для того, чтобы этого не случилось, аналогичные требования должны быть установлены и там. С аналогичным контролем их исполнения. А если мы говорим о соблюдении ТТУ на различных видах транспорта - неизбежно встает вопрос и о соблюдении ТТУ при хранении на складах, ТЛЦ, в розничных сетях. А значит речь должна идти о непрерывной холодильной цепи (НХЦ), которая должна представлять собой систему управления качеством скоропортящихся пищевых продуктов на всех этапах их оборота от момента производства (вылова) до реализации конечному потребителю. Вот наша главная задача в текущих условиях и реалиях.