Северный уголь — холодная добыча

«Широка страна моя родная, много…» Много сложностей, на самом деле, формирует наша география: 9 тыс. километров в широтном направлении. И практически все российские угольные месторождения расположены на территориях с холодным северным климатом. Это означает, что больше полугода добывать и транспортировать уголь приходится в условиях минусовых температур. Отсюда большие проблемы — смерзание и налипание.

Такие ли это проблемы? Подумаешь, большое дело — уголь замёрз, лёд ведь можно и растопить. Однако при объёмах более 400 млн тонн добытого угля в год смерзание оборачивается ощутимой головной болью. Нет, сами товарные характеристики угля: зольность, теплота сгорания — от этого не страдают, разве что может измениться гранулометрический состав сортового угля. Сложности связаны, по большей части, с транспортом, в котором везут уголь.

«Предприятия горнодобывающей промышленности России являются базой, формирующей бюджет страны, вклад в ВВП составляет 60 – 70 %. Вопросы и проблемы угледобывающих предприятий как составляющей части горнодобывающей промышленности, недооценивать нельзя.

Например, проблема смерзания угля для России, находящейся в нескольких климатических зонах, большая часть которых — зоны вечной мерзлоты и территории за полярным кругом, является более чем актуальной. Необходимо учитывать и использование инфраструктуры развивающегося Севморпути», — подчёркивает главный технолог ООО «ТД Пластмасс Групп» Алексей Дуданов.

«По мере того, как добыча уходит всё дальше и дальше на Север, задача предотвращения смерзания угля становится всё более актуальной. На территории Российской Федерации эта проблема существует от 2-х до 12 месяцев в год. Особое внимание хочу обратить на так называемое «межсезонье», когда температура переходит через нулевую отметку, практически после дождя может наступить заморозок и все стандартные методы борьбы со смерзанием угля работать не будут».

«У процесса смерзания есть и ещё одна сопутствующая проблема — пыление. В угольном концентрате есть естественная влага, и если в летний период она быстро испаряется, то в зимний — кристаллизуется. И уголь начинает пылить.

Поэтому в крупных угольных портах, где идёт активная перевалка угля, где работают с большими объёмами продукта, население просто стонет: прилегающие территории засоряет угольная пыль. Поэтому речь идёт о борьбе с целым комплексом проблем».

«В последнее время наибольшее распространение получил такой метод борьбы со смерзанием, как обработка поверхности транспорта и угля в массе различными химическими реагентами. В России достаточно производителей данных видов реагентов, позволяющих эффективно решать поставленные задачи по предотвращению смерзания.

В том числе обеспечивать эту услугу «под ключ» с лабораторным подбором необходимой марки реагента и расходов. В таком случае возможны инжиниринг, поставка и пусконаладка оборудования, поставка реагентов и дальнейшее сервисное обслуживание. Такой компанией, например, является ООО «БРЕНТ» которая производит 5 видов профилактических средств».

Перевозка угля. Дело железной дороги

Российский уголь — особенно тот, что идёт на экспорт всё активнее обогащают. Этот процесс, безусловно, повышает его товарные характеристики, но обогащение в ходу мокрое, и часть воды в  любом случае останется на угольном концентрате.

«Смерзание угля происходит по причине кристаллизации внешней воды на поверхности угля, поэтому одно из решений — это именно снижение влажности угля механическим обезвоживанием (центрифугами, фильтрами, грохотами и пр.), термической сушкой»,  — поясняет директор ООО «БРЕНТ» Артём Бегунов.

Однако, констатирует руководитель индустриальных проектов по РФ и СНГ компании «Зиракс» Сергей Мануйлов, никакая сушка не способна ликвидировать влагу полностью — несколько процентов всё равно сохраняется. И этого объёма оказывается достаточно, для того чтобы превратить сыпучий продукт в смёрзшуюся глыбу.

Поскольку основной угольный транспорт в России железнодорожный, проблема напрямую касается РЖД. Нормативный документ «Правила перевозок смерзающихся грузов на железнодорожном транспорте» утверждён именно Министерством путей сообщения.

Сам со себе смёрзшийся уголь полувагонам неопасен, но имеется риск их повреждения при механическом воздействии специальным оборудованием при подготовке к разгрузке. Таким оборудованием может быть, например, ковш грейферного крана, который применяют для рыхления. Кроме того, если полностью выгрузить уголь из транспортного средства не получается (он частично примерзает к стенкам), дальше используется не весь полезный объём. Но всё же главным в данном случае специалисты называют другой аспект.

«Смёрзшийся в вагоне уголь значительно увеличивает время на разгрузку, увеличивает простои непосредственно под разгрузкой и в ожидании разгрузки. В соответствии с зимними нормами влажность угля не должна превышать 7,0% в период с 1 октября по 15 апреля и в случае отклонения от данных показателей грузоотправитель обязан предпринимать меры к восстановлению сыпучести груза, т. к. в противном случае штрафные санкции за простой вагонов под выгрузкой будут применены именно к грузоотправителю», — объясняет Артём Бегунов.

«Когда смёрзшийся уголь приходит к получателю, у того возникают огромные сложности с выгрузкой продукта из полувагонов. Либо уголь оказывается вовсе невозможно выгрузить, либо он превращается в огромную глыбу, которая наносит вред оборудованию терминалов.

Не помогают даже тепляки, куда эти полувагоны загоняют, чтобы груз оттаял: объёмы огромные, времени на это требуется много. При этом есть нормативное время на приёмку-разгрузку вагонов, в которое из-за смерзания уложится не получается. В итоге вагоны простаивают, грузоотправитель получает штраф», — добавляет Сергей Мануйлов.

«При смерзании угля основной проблемой является его выгрузка из полувагонов. Отсюда, по цепочке, развивается целый комплекс проблем. В  частности — задержка составов полувагонов на выгрузке, привлечение дополнительных технических и временных ресурсов на разрыхление смёрзшегося угля, очищение стенок полувагонов от остатков угля.

Конечно, сегодня эта проблема решается, есть специализированное оборудование, но эти дополнительные издержки ложатся на поставщика угля, который закладывает в  цену товара эти расходы», — согласен генеральный директор ООО «КонвейерТрансГрупп» Александр Марусыка.

Сергей Мануйлов также уточняет, что актуальность проблемы зависит не только от региона добычи и его температурного режима, но и от расстояния, которое необходимо проделать гружёному углём транспортному средству. Так, если тот едет пару часов с разреза до ТЭЦ или ГРЭС, тут сложностей не возникнет. Но часто уголь, особенно экспортный, проделывает путь в полстраны.

И тут уже неважно, что добыли его на юге Свердловской области или в Хакасии: товар поедет в порт через Иркутскую, Амурскую области, и за несколько суток пути он смёрзнется точно так же, как и воркутинский. Поэтому правила одни для всех: в период с октября по апрель грузоотправитель обязан предпринимать меры для предотвращения смерзания сыпучего груза.

«Основной целью регулировки приказом Министерства путей сообщения является стандартизация и регулировка процесса доставки угля на территории России. Можно признать, что в некоторой степени данная регулировка происходит, но, конечно, её эффективность оставляет желать лучшего.

Одной из основных проблем является отсутствие норм расхода и концентрации противосмерзающихся жидкостей, применяемых угольщиками. По сути, обработка полувагонов и угля происходит, но вопрос в том, насколько это эффективно при разгрузке?», — рассуждает Александр Марусыка.

Кстати, отметим, что Приказ министерства касается не только угля, но и вообще сыпучих грузов, склонных к смерзанию и налипанию. Коммерческий директор ООО «НПО ГЕЛАР» Роман Долгий поясняет, что самый проблемный материал в данном случае тот, который имеет мелкую фракцию или содержит глину — это может быть и уголь, и любая руда.

«Мелкая фракция более плотно прилегает к поверхности и находит физические изъяны, чтобы за них зацепиться. Если при этом происходит длительная транспортировка, то наблюдается эффект утрамбовки перевозимого материала. Он превращается в смёрзшийся монолит. Примерно в таком виде уголь приходит в ж/д составах на восточные порты страны. Там происходит его повторная добыча из полувагонов.

Степень налипания зависит от множества факторов: влажности и крупности транспортируемых материалов, температуры самих материалов и  окружающей среды, длительности нахождения груза в технике, формы самой техники», — говорит специалист.

Против смерзания грузов

Использование противосмерзающих жидкостей наши эксперты назвали основным способом борьбы со смерзанием угля при транспортировке. Хотя те же «Правилами» предусматривают и другие возможные решения, в том числе предварительную сушку насыпных грузов, предварительное промораживание, а также пересыпку их инертными материалами. О сушке мы уже упоминали, что же касается инертных материалов, то вряд ли это вообще применимо к углю.

«В качестве варианта борьбы с примерзанием угля к вагону также часто используется обработка пола и стенок вагонов минеральными или каменноугольными маслами. Существенным недостатком этого способа является необходимость в средствах индивидуальной защиты для обработки и сложность последующего отмывания вагонов от масел, а также возможное ухудшение товарных качеств угля», — добавляет Алексей Дуданов.

«Основным методом борьбы со смерзанием угля является обработка специализированными жидкостями стенок полувагонов и подача жидкости через форсунки в массу угля. Два этих способа зарекомендовали себя как относительно эффективные и доступные по цене. Существует перспективный метод — применение для транспортировки угля контейнеров с открывающимся верхом, но появляется дополнительная проблема с ротацией подобных контейнеров. Данный способ пока не распространён», — говорит г-н Марусыка.

«Наиболее эффективное решение для борьбы со смерзанием угля необходимо рассматривать в каждом конкретном случае. Рассчитывать экономическую целесообразность применения того или иного метода в привязке к  предприятию, проводимым там технологическим операциям, качеству угля (гранулометрическому составу, внешней влажности), климатическим условиям расположения и направления отгрузки»,  — говорит Артём Бегунов, отмечая при этом, что наибольшее распространение всё-таки получила технология обработки химреагентами.

Сегодня в нашей стране немало производителей таких противосмерзающих соединений. Сергей Мануйлов говорит, что принцип действия у них примерно одинаков, несмотря на разницу составов.

«Как правило, реагент — это жидкость, котрую наносят методом распыления. На обработанной поверхности состав в силу своих химических и физических свойств создаёт микроплёнку. Она препятствует процессу адгезии, то есть налипанию угля на эту поверхность. Плюс, продукт в  массе тоже обрабатывают составом, что препятствует формированию жёстких связей между частицами», — объясняет Сергей Евгеньевич.

Специалист уточняет, что у каждого производителя составы свои. Даже в линейке продукции «Зиракс» представлены несколько марок, которые отличаются по своим свойствам и  ориентированы на разный формат применения. В целом же на рынке есть реагенты на основе отходов нефтепереработки, маслоотработки, а также специализированные несмерзающие составы, синтезированные именно для обработки сухих грузов.

«В любом случае, это химреагенты, и конечно же, они обладают собственными свойствами, могут оказывать воздействие и на состояние транспортного средства, и на характеристики угля, и на здоровье персонала, который с этим продуктом работает. Например, такие соединения могут иметь резкий запах или провоцировать коррозию элементов полувагонов.

При оценке эффективности составов необходимо в первую очередь принимать во внимание их безопасность. И, разумеется, принципиальны удобство работы с  реагентом и его качественные характеристики. Если уж мы говорим о противосмерзающих составах, то  первое требование — это необходимость выдерживать отрицательные температуры — 47-50%. Очень важно, чтобы до этих отметок вещество не кристаллизовалось  — только так можно обеспечить его качественное нанесение.

Ну  и  второе, при таких температурах состав должен сохранять работоспособность. На самом деле, не так просто добиться таких характеристик», — объясняет Сергей Мануйлов.

Опираясь на свой опыт, специалист называет самыми эффективными соединения на основе органических солей. Причём лучше, если солей будет несколько — хорошо себя показывают именно многокомпонентные соединения. Кроме того, Сергей Евгеньевич рекомендует обращать внимание на наличие в составе ПАВов и ингибиторов коррозии.

Владимир Марусыка добавляет, что составы для разных температурных режимов отгрузки и транспортировки будут отличаться. Работа с углём в России идёт круглогодично, и с декабря по февраль специалист рекомендует применять более концентрированную жидкость. В северных же районах России период использования жидкостей увеличивается пропорционально среднегодовым температурам.

«Непредсказуемость погодных условий дополнительно вносит трудности при подборе концентраций жидкостей: большое снижение температуры в месте разгрузки приводит к необходимости применения более концентрированных, а соответственно, более дорогих жидкостей.

Иначе обработка теряет свою эффективность. При этом нет смысла применять дорогой суперконцентрат при температуре окружающей среды около 0 °С, экономически целесообразнее применить менее концентрированную и менее дорогую жидкость», — подчёркивает гендиректор «КонвейерТрансГрупп».

Кстати о затратах. Конечно же, применение противосмерзающих составов ложится на добытчиков дополнительным финансовым бременем. Однако наши эксперты говорят, что на фоне затрат на транспортировку угля это капля в море.

«Хочу обратить внимание на то, что на гидрофобные свойства заметно влияет шероховатость поверхности: она образуется на полимерной футеровке быстрее, чем на металле, и снижает способность отталкивать влагу. Скорость образования такой шероховатости у разных полимеров и футеровочных материалов сильно отличается».

И, конечно же, эти вложения несопоставимы со штрафами за простой вагонов и убытками от работы с рекламациями от недовольных грузополучателей. И сегодня, говорят специалисты, практически все добытчики-грузоотправители проблему не игнорируют и используют какую-либо технологию борьбы со смерзанием и налипанием.

«Основное решение проблемы смерзания угля при транспортировке мы видим в эффективной и очень качественной подаче противосмерзающихся жидкостей в массу при помощи многоэтапной системы с применением специальных форсунок. Обязательным этапом обработки угля является всестороннее распыление жидкости в уголь во время его взвешенного состояния — на участках пересыпа.

Основная задача данной системы — максимально полно обработать уголь перед загрузкой его в полувагон, нанести жидкость на максимальную площадь каждого кусочка угля для исключения последующего его смерзания. Внутренние стенки полувагонов, конечно же, тоже должны быть полностью обработаны этой же жидкостью. Применяемые жидкости должны быть экологически безопасными, концентрированными и высококачественными».

За щитом

Можно подойти к вопросу и с другой стороны. Если страдает, по большей части, транспортное оборудование, значит, его и нужно защищать в первую очередь.

«Смёрзшийся уголь оказывает крайне негативное влияние на состояние полувагонов: возникает износ внутренних поверхностей стенок вагонов при загрузке и разгрузке, возникают ситуации повреждения конструкции вагонов при разгрузке, вызванные необходимостью очистки вагонов от груза с использованием механических средств. Практика использования отбойных молотков приводит к преждевременному выходу из строя полувагонов», — подчеркивает Алексей Дуданов.

Способом решения проблемы может стать футеровка поверхности оборудования, которая соприкасается со смерзающимся материалом. Причём в роли футеровочного материала в  данном случае выступают композиты, полимеры. Роман Долгий поясняет: полимерная футеровка гарантирует налипание в меньшей степени или его отсутствие, у неё гораздо выше гидрофобные свойства, чем у металла, соответственно, она лучше отталкивает воду.

«Специалисты нашей компании рекомендуют именно такой способ защиты оборудования от последствий смерзания угля. Мы являемся разработчиками конструкционного полимерного материала INKULEN PE с  уникальными антифрикционными свойствами и очень высокой износостойкостью. Особое внимание необходимо обратить на футеровку поверхности перегружателей, что обеспечит непрерывность процесса перегрузки угля.

Футеровка защищает поверхность, конструктив вагонов и в конечном счёте в разы продлевает срок эксплуатации вагонов. Например, в 2017 году мы использовали 20-милиметровую футеровку поверх металлических поверхностей вагона. За прошедшее время он перевёз 180 тыс. тонн каменного угля. Согласно технической документации, такой вагон за 3 года должен был пройти как минимум один капитальный ремонт с заменой стенок.

Однако благодаря своевременно проведённой футеровке ремонт не потребовался. Износ за 3 года составил 1,4-1,8 мм. При этом производительность вагона с  футеровкой в зимнее время в 3-4 раза выше, чем у вагона без футеровки, благодаря лёгкой выгрузке», — поделился опытом Алексей Дуданов.

Специалист отмечает, что наиболее заметные результаты даст комплекс мер. Помимо технологий борьбы со смерзанием и примерзанием сыпучего материала, он рекомендует обратить внимание на саму организацию процесса отгрузки и транспортировки. Например, хорошо было бы перераспределить грузопоток и увеличить объём отгрузок в тёплый период года, чтобы у потребителей формировались необходимые запасы угля или иного материала.

Правда, наши эксперты признают сложность такого пути: потребуются складские площадки с одной стороны и  активизация добычи и переработки — с другой. При этом именно в тёплый период года на обогатительных фабриках обычно идут ППР — за короткое северное лето всего не успеть.

Текст: Кира Истратова