20英尺1C型罐式集装箱装运黄磷的探讨

贾传峻，高 勇，程志明

（1. 北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2. 西安轨道交通装备有限公司 国瑞公司，陕西 西安 710086；3. 北京交通大学 理学院，北京 100044）

1 概述

黄磷是一种重要化工原料，广泛用于各个领域，主要包括：在工业上用黄磷制备高纯度的磷酸；利用黄磷易燃产生烟 (P4O10) 和雾 (P4O10与水蒸气形成 H3PO4等雾状物质)；在军事上常用来制烟幕弹、燃烧弹；还可以用来制造赤磷 (红磷)、三硫化四磷(P4S3)、有机磷酸酯、燃烧弹、杀鼠剂等。黄磷为无色透明的蜡状结晶体，相对密度 1.82～1.84，熔点为44.1℃，沸点为280.5℃，蒸气相对密度为4.42；难溶于水，易溶于二硫化碳，微溶于苯、氯仿等。在 300℃ 以下黄磷以 P4分子形式存在，化学性质非常活泼，几乎可以与所有的元素反应。自燃点为30℃ 并受大气湿度的影响，由于自燃点非常低，即使在冰天雪地的自然环境条件下，接触空气发生氧化反应放出的热量也可以使黄磷达到自燃点而发生自燃，因而黄磷需要浸在水中保存。黄磷在空气中燃烧时产生有毒的三氧化二磷和五氧化二磷烟雾，与水或空气中的水分作用时，还会形成有毒的偏磷酸、亚磷酸和正磷酸。

黄磷的主要危险性表现在以下方面：①自燃性，虽然在运输过程中黄磷浸在水中，但一旦出现加水量不足、容器封口不严，在弯道或坡度较大的线路上，覆盖水集中于罐的一侧或一端，会造成黄磷暴露在空气中而发生自燃；②毒性，不仅黄磷自身有剧毒，其氧化产物及水合物也有毒，一旦出现事故会造成人员伤亡，并且对环境有严重影响；③腐蚀性，黄磷对皮肤会造成严重的化学灼伤；④黄磷虽然浸在水中可以防止自燃，但缓慢氧化形成的五氧化二磷在水中形成中强酸磷酸，对生物组织和钢铁等金属有较强的腐蚀性。

黄磷在《铁路危险货物品名》表中划分为第4类第2项一级易于自燃的物质，联合国编号为1381，铁危编号为42001[1]。现行《铁路危险货物运输管理暂行规定》(以下简称《暂行规定》)未明确规定该货物可以使用铁路罐式集装箱运输[2]。由于黄磷铁路运输使用小包装，成本高、运量相对较小、危险性大，而且运输包装不能重复使用，铁路运输用户和铁路运输部门拟采用20英尺罐式集装箱运输黄磷。

2 黄磷罐式集装箱的安全要求及技术参数

2.1 安全要求

（1）罐式集装箱的设计、制造应获得国家政府生产许可，并达到规定的检验合格标准，有相应的检测检验报告。

（2）罐式集装箱框架的强度应能够保证正常运输条件下其工作应力不大于许用应力，应具有罐式集装箱铁路冲击试验结果的相关资料。

（3）罐式集装箱的外部尺寸和额定质量应符合《系列 1：集装箱分类、尺寸和额定质量》(GB/T 1413—2008，即国际标准 ISO668：1995) 中的要求，罐式集装箱和各种附件均不得超出框架外部尺寸[3]。

（4）罐体材质及与所装介质接触的部件材质应与所装介质相容；材料厚度应不小于由强度计算所得的计算壁厚和腐蚀裕量之和，材料的质量和规格还应符合相应的国家标准、行业标准的规定。

（5）黄磷在运输过程中需覆水，并充氮气保护。罐体上应设有专用人孔、安全阀等装置。罐式集装箱的安全附件应符合相应国家标准和行业标准的规定，而且安全附件在罐体上安装牢固，不因罐式集装箱运输过程中受到冲击、震动、碰撞而发生脱落造成事故。

（6）黄磷装卸时为液态，运输时为固态，为了便于卸车，罐式集装箱应设有加热装置，便于黄磷卸车。

（7）罐式集装箱内介质充装量符合《暂行规定》相关规定。

（8）采用上装上卸式。

（9）罐式集装箱放置铁路集装箱专用平车上，重车重心高不应大于 2 000 mm。

（10）气密不漏。

（11）黄磷罐式集装箱罐体本底色应为银灰色，需在罐体两端右侧中部喷涂 9、13号危险货物标志，在罐体两侧中部 (有扶梯时在扶梯右侧) 以分子、分母形式喷涂，罐体上应涂打“XX 单位自备罐式集装箱到站 XX”字样[2]。

2.2 基本参数

拟装运黄磷的罐式集装箱为20 英尺1C 型罐式集装箱。该罐式集装箱由罐体和外框架组成。罐体上方设有专用人孔、安全阀 (带防爆片并配压力表)、安全阀备用口、物料上卸口、氮气进口、进水口。罐体端头下方设有温度计1个。

外形尺寸为6 058 mm (长)×2 438 mm (宽)×2 438 mm (高)；容积为17.5 m3；自重为3 980 kg，载重为32 020 kg，最大额定总重为36 000 kg；罐体材质为316L 等效材质；最大允许工作压力为4 bar (0.4 MPa)，蒸汽加热系统设计压力为4 bar (0.4 MPa)；罐顶部有 DN80 法兰式压力安全阀 (设定压力 4.4 bar (0.44 MPa))，爆破片 (设定压力 4.84 bar (0.484 MPa)(20℃))，配压力表；设计温度为-40℃～130℃；罐体壁厚：封头 5.7 mm (成型前)，筒体 4.75 mm；罐体腐蚀裕度为0；装卸方式为上装上卸式；其他安全附件包括：人孔盖1个，温度计1个，物料上卸口1个，氮气进口1个，进水口1个，安全阀备用口1个；罐式集装箱外设有加热装置，在有可能的地方设厚度100mm 岩棉隔热保温层。

2.3 充装量分析

根据黄磷的物理化学性质及铁路运输的要求，黄磷罐式集装箱经铁路运输时的具体要求如下。

（1）根据《暂行规定》第九十六条和第八十二条的相关规定：充装非气体类液体危险货物时，应根据液体货物的密度、罐车标记载重量、标记容积确定充装量。充装量不得大于罐车标记载重量；同时要留有膨胀余量，充装量上限不得大于罐体标记容积的95%，下限不得小于罐体标记容积的83%[2]。

（2）黄磷属于一级易于自燃的物质，黄磷应在凝固后方可经铁路运输，而且运输时应始终处于水面以下，罐式集装箱水平时，水面的厚度不应小于20 cm。

（3）根据《系列1集装箱分类、尺寸和额定质量》中的相关规定，20 英尺 1C 型集装箱额定最大质量不应超过 30 480 kg，方可参加国际联运[4]。

根据上述要求，考虑黄磷密度按 1.84 t/m3计时其运输条件要求相对更高，经计算机仿真情况如下。①平直轨面时，经仿真水层厚度为201 mm，如图1所示。②在坡度值为30‰ 的线路上运行时，经仿真水层厚度最小为115 mm，如图2所示。③ 在《铁路技术管理规程》(普速铁路部分) 规定的内、外轨面高差最大为150 mm[4]的曲线上时，经仿真水层厚度最小为116 mm，如图3所示。

图1 平直轨面运行

图2 坡度值为30‰ 的线路上运行

图3 内、外轨面高差最大为150 mm 曲线上运行

由仿真结果可知，该罐式箱总重不超过30 480 kg，罐式箱装运黄磷在平直轨面时水的厚度不小于20cm 时，该罐式集装箱装运黄磷 (密度为1.84 t/m3) 装载重量应为26 500 kg (其中：黄磷 24 600 kg，水 1 900 kg)。

3 运输安全可行性分析

20 英尺 1C 型罐式集装箱的运输安全可行性分析如下。

（1）该罐式集装箱罐体材质为316L 等效材质，与黄磷相容，符合安全要求。

（2）该罐式集装箱进行的静强度试验和冲击试验结果表明：当装载黄磷和水的总重量不大于 29.1 t时，该罐式集装箱框架及其与罐体的联结强度能够满足安全运输要求。

（3）根据《暂行规定》第九十六条和第八十二条的相关规定，黄磷覆水的体积按充装量上限 95% 考虑 (黄磷处于水面下，罐式箱水平时水的厚度不小于20 cm)，该罐式集装箱装运黄磷 (密度为1.84 t/m3)的装载量可达 29 100 kg (黄磷 27 500 kg，水1 600 kg)，小于其有效载荷 32 020 kg；根据《系列 1 集装箱分类、尺寸和额定质量》中的相关规定，20 英尺 1C 型集装箱额定最大质量不应超过30 480 kg。因此，黄磷 (密度为1.84 t/m3) 并覆水时的装载量应为26 500 kg (黄磷 24 600 kg，水1 900 kg，充装量为标记容积的87.3%)，该罐式集装箱总重为30 480 kg，符合要求。

（4）该罐式集装箱采用上装上卸式，符合要求。

（5）该罐式集装箱装运黄磷质量为26 500 kg时，在平车上的重车重心高为1 886 mm，小于2 000 mm，符合安全要求。

（6）该罐式集装箱安全阀 (带防爆片并配压力表)、温度计等安全附件均符合黄磷铁路运输安全要求。

根据黄磷对铁路罐式集装箱运输的安全要求，通过对该20英尺 1C 型罐式集装箱装运黄磷的分析可知，该罐式集装箱装运黄磷 (装载量为26 500 kg，其中黄磷 24 600 kg，水 1 900 kg) 进行铁路运输可行。

4 结束语

黄磷通过20英尺 1C 型罐式集装箱运输，可以减少黄磷运输风险、避免运输包装浪费。随着我国铁路集装箱运输水平的不断发展，罐式集装箱运输黄磷将逐渐成为铁路运输用户和铁路部门运输黄磷的主要方式之一。

[1] 中华人民共和国铁道部.铁路危险货物品名表[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2] 中国铁路总公司.铁路危险货物运输管理暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[3] 中华人民共和国铁道部国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 1413—2008 系列1集装箱分类、尺寸和额定质量[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4] 中国铁路总公司.铁路技术管理规程(普速铁路部分)[S].北京：中国铁道出版社，2014.