鐵路危險貨物集裝箱運輸中的包裝問題

      隨著我國改革開放政策的不斷深化和經濟建設的持續發展,經濟一體化進程的加速,特別是我國正式加入WTO,鐵路危險貨物集裝箱運輸發展速度顯著加快。從我國鐵路的外部環境來看,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的零擔貨物運輸。以目前的形勢而言,我國集裝箱運輸正處于*的發展時期,集裝箱的生產量已雄居世界*[ 1 ]。與此同時,各方面對鐵路危險貨物集裝箱運輸的廣泛關注和投入,必然推動鐵路危險貨物集裝箱運輸的飛躍發展。然而,我國鐵路危險貨物集裝箱運輸起步晚,經驗不足,運輸組織方法及裝卸設備落后,加之,我國鐵路危險貨物絕大多數采用普通集裝箱運輸,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,所造成危險貨物集裝箱運輸事故屢屢發生[ 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生。為此,本文對箱內裝貨物的包裝材料及包裝方式進行詳細研究。

    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,它隨著所處環境溫度的不同,呈現出3種物理狀態:玻璃態、高彈態、粘流態,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。

    當環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有關外,還與貨物的包裝方式密切相關[ 4 ] 。因而,危險貨物進箱條件的確定,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箱條件時,對貨物包裝方面作了較多調查研究,特別是吸收了課題組成員多年來有關鐵路危險貨物運輸包裝的試驗和研究成果,還在實驗室進行了相關的包裝試驗。

    2. 1　包裝量的大小

    鐵路運輸的實踐表明,貨物運輸的危險性與其包裝量的大小有著密切關系。對于某些危險貨物,當其包裝量較小時,甚至可以按普通貨物條件辦量運輸。因而,對于小包裝的危險貨物,在采用集裝箱運輸時。也應有較為寬松的要求。

    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》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,其液密、氣密性能也較大包裝要好,故可有效地防止內裝物的泄漏。

    2） 包裝具有一定的隔熱作用。小包裝貨物除內容器（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,使內容器中貨物的溫度總是低于集裝箱內的zui高溫度。實測數據表明,在集裝箱內,即使是受溫度影響zui大的頂層貨物,其內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,其吸水量可達其本身質量的1. 5～2. 5倍,而通常的瓦楞紙箱質量為0. 5～1. 5kg,則其吸水量可達1 ～3L 的液體。當包裝內有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容器,故其破漏情況亦較大包裝要減少得多;且只是部分內容器破漏,通常內包裝不會全部破漏。可見,小包裝貨物對機械沖擊的緩沖等作用較大包裝貨物要安全。

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

    由于容器內部蒸汽壓均勻分布在整個容器表面,所以其內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,使器壁產生一定的彎曲變形即在橫截面上產生一個變矩。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。根據圖2求得彎矩方程。

    設O點為坐標原點, x為瓶壁上任意截面到O 點的距離,據此建立方程。彎矩方程為:

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

    根據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。因為容器器壁所受均勻載荷q的大小,等于其內部蒸汽壓,又由于一定的物質,在一定溫度下,其飽和蒸汽壓是固定的,所以值也一定。根據推得的zui大彎矩（即危險截面的彎矩）關系式可知:當q一定時,其zui大彎矩與器壁高度的平方（ l2 ）成正比。根據這一結論可以得知,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率變小,安全性增大。

    2. 2　包裝的密封性

    危險貨物運輸的危險性, 與貨物的密封性有著密切的關系,有些危險貨物易于揮發或散發出強烈的氣味或有害的蒸汽,包裝的密封性不好時,其蒸汽會不斷散發出來。此種貨物若進入集裝箱,由于集裝箱通風性能較差,這些蒸汽將在箱內聚集, 在運輸過程中蒸汽的濃度將越來越大, 極易發生危險。所以這些危險貨物要進集裝箱,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,蒸發變為氣體,充滿容器整個空間并對容器壁產生壓力。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）進行計算:　　P = nkT （2）式中: P為容器受到的壓力（ Pa） ; n為分子數密度（單位體積中的分子數目） ; k為玻爾茲曼常數; T為容器內貨物溫度。

    包裝容器的設計壓力,就是在公式（2）計算的基礎上,再將其它流通環境因素,如裝卸和調車中的沖擊、安全系數以及多年來運輸的實踐經驗等考慮進出而確定的。

    根據《海協危規》和《危規》提供的參考數據:設計參數溫度為65℃,機械裝卸垂直下落沖擊值為2 （g為重力加速度m/ s2 ） [6 ] ,縱向水平沖擊值為2,安全系數為1. 5。采用集裝箱運輸危險貨物,夏季我國部分地區箱內zui高溫度可達85℃[ 7 ] ,由于箱內溫度增加,容器壁承受蒸氣內壓力增大,因此對原來包裝容器的耐壓強度及密封性能進行研究。

    3　結　語

    集裝箱是一個密閉的容器,夏季在個別地區鐵路危險貨物集裝箱內部的zui高可能溫度85℃。為了保證鐵路運輸安全,應分季節確定集裝箱內部的zui高可能溫度,如箱內貨物采用塑料作為包裝材料應參照圖1、表1進行優選;通過鐵路危險貨物運輸包裝實驗和現場調研及計算分析,得出“小包裝”5方面的優點,從另一方面講,小包裝可降低包裝成本,節約資源,保護環境,便于裝卸,增加貨物的裝載量。可以大膽設想,隨著組織管理水平、裝卸設備自動化程度以及箱體質量的提高,包裝小量化、包裝減量化、容器再利用化、包裝與產品結合化、包裝材料選優化指日可待。

來源：包裝工程