移動式鐵路粘油罐車卸油裝置研究

文/梁 軍 王建華 張贊牢

油庫粘油罐車用于運輸潤滑油、潤滑脂等高粘油品，高粘油品粘度高、管輸阻力大，必須進行加熱降粘。目前粘油降粘大多采用蒸汽加熱降粘方式，這種方式作業(yè)時間長，熱效率低，生產(chǎn)成本高，維護管理費用高，機動性差，成為油庫鐵路粘油罐車卸油作業(yè)的不利因素。

油庫鐵路粘油罐車的卸油作業(yè)具有季節(jié)性、間斷性、小批量的特點，為滿足油庫鐵路粘油罐車快速、機動的卸油需求，提高應急保障能力，研制了移動式鐵路粘油罐車卸油裝置，并在油庫中使用，取得了很好的卸油效果。

1.工藝流程

移動式鐵路粘油罐車卸油系統(tǒng)的工藝流程是：由鼓風機組產(chǎn)生壓力，推動熱空氣發(fā)生器產(chǎn)生的高溫熱空氣進入粘油罐車的加熱夾層，對粘油罐車中的粘油進行局部加熱。粘油罐車的下卸器出口與高粘泵連接，實施粘油罐車的卸油作業(yè)，并把粘油送入粘油儲油罐。移動式鐵路粘油罐車卸油系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

2.熱力計算

2.1 粘油罐車加熱總熱量

我國粘油罐車（G12型和G17型）的下半部分設置有夾層加熱裝置。采用熱空氣加熱方式時，熱空氣進口溫度設定為150℃，排出溫度設定為50℃，環(huán)境溫度設定為0℃（粘油罐車在暖房中卸油）。熱量交換包括熱空氣向粘油的傳熱量（Q1）、罐車夾層向環(huán)境的散熱量（Q2）及粘油罐車上部散熱（可忽略）。

（1）熱空氣傳熱量。熱空氣向粘油罐車的傳熱量按下式計算：

Q1=K1·F1·Δt1

式中，Q1熱空氣向油罐車粘油的傳熱量，W；K1為熱空氣至油品的總傳熱系數(shù)，取150W/（m2·℃）；F1為油罐車底部局部加熱面積，取3m2；Δt1為粘油加熱輸送的最低終了溫度（取50℃）與油品初始溫度（取10℃）的溫差，取40℃。數(shù)據(jù)代入上式可得：Q1=18kW。

（2）罐車散熱量。罐車夾層向環(huán)境的散熱量按下式計算：

Q2=K2·F2·Δt2

式中，Q2罐車夾層向環(huán)境散熱量，W；K2為熱空氣至環(huán)境的總傳熱系數(shù)，取29W/（m2·℃）；F2為局部加熱面積，取3m2；Δt2為熱空氣平均溫度（取 100℃）與環(huán)境溫度（取0℃）的溫差，取100℃。數(shù)據(jù)代入上式可得：Q2=8.7kW。

因此，粘油罐車加熱所需的總熱量為：

Q=Q1+Q2=26.7kW

2.2 熱空氣的熱焓

50℃時空氣的熱焓：

H50=1.01t+0.001d（2501+1.85t）

式中，H50為 50℃空氣的熱焓，kJ/kg；t為空氣溫度，50℃；d為在 1000mbar時0℃飽和空氣的含濕量，取3.82g/kg；1.85為常溫下水蒸汽的定壓質(zhì)量比熱，kJ/（kg·K）。數(shù)據(jù)代入上式可得：

H50=60.41kJ/kg

同理可得150℃時空氣的熱焓：H150=162.11（kJ/kg）

于是可知，熱空氣的熱焓差為：

ΔH=H150-H50=101.7（kJ/kg）

2.3 空氣質(zhì)量流量和體積流量

質(zhì)量流量按下式計算：

Q=ΔH·Qm

代入數(shù)據(jù)可得質(zhì)量流量：Qm=0.2625（kg/s）

體積流量按下式計算：

QV=Qm/ρ

代入數(shù)據(jù)可得體積流量（熱空氣密度 ρ =1.27kg/m3）：QV=0.2067m3/s （ 或12.4m3/min）

2.4 熱空氣發(fā)生器選型計算

熱空氣發(fā)生器選用無錫國瑞熱控電氣有限公司生產(chǎn)的通道式電加熱器，這種電加熱器結構緊湊，安裝方便，熱效率高。通道式電加熱器的進口空氣溫度設定為0℃飽和空氣，則電加熱器功率：

P=c·Qm·Δt

式中，P為通道式電加熱器功率，kW；c為空氣的比熱容，取1.01kJ/（kg·K）；Δt為進出口空氣的溫差，150K。

代入數(shù)據(jù)可得通道式電加熱器功率：P=39.77Kw

根據(jù)計算結果，通道式電加熱器選型DH-M-B-40。型號中，M為中溫型加熱器，加熱溫度不大于260℃；B為中風速，通道內(nèi)風速不大于3m/s；40為電加熱功率40kW。外型尺寸860mm×260mm×185mm（長×寬×高）。

3.水力計算

3.1 空氣流量計算

以等壓狀態(tài)計算空氣流量：T1=273K，P1=101.25kPa，QV1=12.4m3/min，ρ1=1.27kg/m3；T2=423K，P2=101.25kPa。

則：QV1/T1=QV2/T2

計算可得：QV2=19.21（m3/min），ρ2=0.820kg/m3

3.2 熱空氣管道阻力計算

熱空氣管道阻力按下式計算[3]：動機功率30kW。

式中，P為管道壓力損失，Pa；ρ為熱空氣密度，0.820kg/m3；λ為水力摩阻系數(shù)；L為管道計算長度，取30m；D為管道內(nèi)徑，m；v 為管道內(nèi)空氣流速，m/s；g 為重力加速度，9.81m/s2；s為管道進出口高差（可忽略），m。

熱空氣管道選用Ф89×4無縫鋼管，代入數(shù)據(jù)可得管道阻力損失：

P=5353.04（Pa）

3.3 鼓風機選型

根據(jù)上述計算結果，鼓風機選型C15-1.5，主要性能參數(shù)為：進口流量15m3/min，進口壓力98070Pa，出口壓力（升壓）49.04kPa，主軸轉速2950r/min，原

4.移動式鐵路粘油罐車卸油裝置設計

移動式鐵路粘油罐車卸油裝置采用集成組裝式結構，鼓風機和通道式電加熱器組裝在底座上，在底座上安裝電源控制柜，底座安裝在掛車底盤上或其它移動式裝備上，移動靈活、操作方便，如圖2所示。

5.結 語

（1）熱力計算確定了鐵路粘油罐車的加熱量需求，同時確定了熱空氣發(fā)生器的工作流量和加熱功率。

（2）水力計算確定了熱空氣的管道輸送阻力和鼓風機組的升壓要求，確定了鼓風機組的流量與壓力的匹配要求。

（3）研制了移動式鐵路粘油罐車卸油裝置，裝置結構緊湊，機動靈活，對快速接卸鐵路粘油罐車具有積極的推廣使用價值。