內(nèi)燃機(jī)務(wù)段(折返段)一體化卸發(fā)油新設(shè)備研究

丁 莉

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 現(xiàn)狀及存在的問題

(1)卸油、發(fā)油系統(tǒng)現(xiàn)狀

用于內(nèi)燃機(jī)車、內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車上油整備的機(jī)務(wù)段、折返段，均設(shè)有與其規(guī)模相適應(yīng)的柴油庫、卸油系統(tǒng)、發(fā)油系統(tǒng)。根據(jù)不同規(guī)模的柴油庫，配置的卸油系統(tǒng)組成:卸油泵(1主1備)，單鶴管～12鶴管卸油棧橋，掃底油泵，以及卸油管路、閥門、流量計(jì)等。配置的發(fā)油系統(tǒng)組成:發(fā)油泵(1主1備)，1～4個(gè)發(fā)放柱，1～8個(gè)加油槍(臺(tái)位)，以及發(fā)油管路、閥門等，其中卸油泵、掃底油泵、發(fā)油泵、閥門、流量計(jì)集中在油泵間，各泵的啟停由油泵間控制室控制。

目前普遍采用的卸油工藝流程為:油罐車→卸油鶴管(卸油棧臺(tái))→集油管路→連接管路→油泵間卸油泵(掃底油泵)→連接管路→油罐。普遍采用的發(fā)油(加油)工藝流程為:油罐→連接管路→油泵間發(fā)油泵→連接管路→發(fā)放柱→加油槍→機(jī)車油箱。

油泵間控制室作為卸發(fā)油系統(tǒng)的控制中心，當(dāng)卸油棧臺(tái)上的操作人員操作鶴管全部對(duì)位油罐車卸油口后，通知油泵間控制室的操作人員啟動(dòng)卸油泵，當(dāng)人工觀察卸到第一個(gè)油罐的底部時(shí)關(guān)閉該?dān)Q管(在未吸空之前)，直至依次完成各油罐的卸車作業(yè)，當(dāng)人工觀察卸到最后一罐車底部(在未吸空之前)，通知油泵間控制室的操作人員停止卸油泵，啟動(dòng)掃底油泵依次完成各油罐清底停泵;機(jī)車加油由發(fā)放柱的操作人員操作加油槍對(duì)準(zhǔn)機(jī)車油箱后，通知油泵間控制室的操作人員啟動(dòng)發(fā)油泵，人工觀察機(jī)車油箱加滿后通知油泵間控制室的操作人員停止發(fā)油泵。

目前有些機(jī)務(wù)段(折返段)，為方便現(xiàn)場人員操作，在卸油棧臺(tái)和發(fā)放柱現(xiàn)場增加了遠(yuǎn)程控制終端，除油泵間控制外又增加了一路現(xiàn)場控制，現(xiàn)場操作人員可根據(jù)現(xiàn)場情況隨時(shí)停止油泵間的卸、發(fā)油泵。

(2)存在的問題

①卸油、發(fā)油系統(tǒng)龐大

受段平面影響，通常油泵間距離卸油棧臺(tái)、發(fā)放柱、油庫較遠(yuǎn)，配置的卸、發(fā)油管路長、彎道多，要滿足系統(tǒng)卸油需要，就要求卸油泵具有較大的吸程，要滿足系統(tǒng)加油需要，就要求發(fā)油泵具有較大的揚(yáng)程，以克服系統(tǒng)阻力，對(duì)吸程不滿足要求的卸油泵需配置真空系統(tǒng)或灌泵系統(tǒng)，對(duì)揚(yáng)程不滿足要求的發(fā)油泵需選擇大揚(yáng)程發(fā)油泵，因此造成卸油、發(fā)油系統(tǒng)龐大，卸油、發(fā)油質(zhì)量不高。

②卸油、發(fā)油系統(tǒng)自控水平低

既有的卸油發(fā)油系統(tǒng)，卸發(fā)油泵的啟、停是通過現(xiàn)場操作人員觀測油罐車是否卸空、機(jī)車油箱是否加滿來確定，卸油、加油作業(yè)與泵的啟停無自動(dòng)控制關(guān)系，油泵間、作業(yè)現(xiàn)場多點(diǎn)控制，控制點(diǎn)之間無聯(lián)鎖控制關(guān)系，控制水平低、控制安全性差，一旦出現(xiàn)吸空、誤操作即引發(fā)安全事故。

③計(jì)量水平低

近年來，內(nèi)燃機(jī)車用油作為機(jī)務(wù)段成本支出，越來越受到鐵路局重視，因支出較大已列入各鐵路局物資管理系統(tǒng)，不僅卸油要求準(zhǔn)確計(jì)量，加油也要求定車計(jì)量，并輸入機(jī)車運(yùn)用整備管理系統(tǒng)。既有的卸油、發(fā)油系統(tǒng)為普通的容積式流量計(jì)，因其測量原理與構(gòu)成特點(diǎn)與流體的流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，故在流體黏性隨季節(jié)發(fā)生變化時(shí)其測量精度隨之變化，因此已被現(xiàn)場人工測尺和微機(jī)定量加油機(jī)取代。現(xiàn)場人工測尺和微機(jī)定量加油機(jī)，因與系統(tǒng)無法形成控制聯(lián)動(dòng)關(guān)系，又沒有網(wǎng)絡(luò)接口，無法實(shí)現(xiàn)信息化管理。

④卸發(fā)油過程安全設(shè)計(jì)水平低

油泵控制間作為密閉的卸油發(fā)油控制中心，《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB25303—2007)對(duì)工藝、建筑、暖通、設(shè)備、電氣、給排水、消防、通信等諸多專業(yè)都有嚴(yán)格的要求，涉及專業(yè)多、管線多，防靜電、防爆、防油氣、防火要求高，目前的卸發(fā)油過程安全設(shè)計(jì)是采用一條接地線的方式連接到火車儲(chǔ)油罐的底部，以消除卸油時(shí)產(chǎn)生的靜電;采用發(fā)油管道直接連接地線的方式，以消除發(fā)油時(shí)產(chǎn)生的靜電。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是:沒有靜電接地保護(hù)器報(bào)警措施，以確定卸發(fā)油作業(yè)連接地線是否良好;沒有針對(duì)介質(zhì)流速快與慢變化的檢測裝置，將事故控制在事前。因?yàn)椴煌魉傧碌慕橘|(zhì)產(chǎn)生的靜電積聚是不同的，緊靠接地線的方法是不可靠的;如果流速瞬間過快，其產(chǎn)生靜電積聚將是正常流速的數(shù)倍之多，很可能引起瞬間爆炸導(dǎo)致安全事故。因此僅僅靠連接地線來保證安全，一旦出現(xiàn)超流速、接地松動(dòng)，極易造成安全事故。

2 一體化卸油發(fā)油系統(tǒng)新工藝、新設(shè)備的提出

近年來我單位參加了多項(xiàng)中石化、中石油等路外倉儲(chǔ)企業(yè)鐵路專用線的設(shè)計(jì)，路外倉儲(chǔ)企業(yè)一般以盈利為目的，周轉(zhuǎn)量大、存儲(chǔ)量大、裝卸量大、鶴位多，多為鐵路或管道卸、鐵路或公路裝，為減少占地，均采用棧臺(tái)、泵集中布置;為提高裝車速度，對(duì)于大裝車量的裝卸設(shè)施，采用密閉液下自動(dòng)定量裝車;對(duì)于大卸車量的裝卸設(shè)施，因同時(shí)卸車鶴位較多，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸車。

而內(nèi)燃機(jī)務(wù)段(折返段)為自管自用，周轉(zhuǎn)量小、鶴位少，一般為鐵路卸油給機(jī)車加油，通常每10～15 d鐵路卸油1次，每1～1.5 h機(jī)車加油1次，每次加油10～15 min，且油罐車在卸油時(shí)機(jī)車不能加油，因此對(duì)于這種卸油頻率低加油頻率高的作業(yè)，縮短卸油作業(yè)時(shí)間以換取加油作業(yè)時(shí)間，是提高機(jī)車整備作業(yè)效率的最好途徑。通過對(duì)路外企業(yè)裝卸設(shè)施的研究，同時(shí)針對(duì)內(nèi)燃機(jī)務(wù)段(折返段)自身特點(diǎn)及存在的問題，提出內(nèi)燃機(jī)務(wù)段(折返段)“一體化卸發(fā)油裝置”的構(gòu)想:集鶴管、棧臺(tái)、卸發(fā)油泵、計(jì)量、防靜電接地、監(jiān)視、報(bào)警、聯(lián)鎖、信息記錄于一體的“一體化卸發(fā)油裝置”，通過傳感器、電動(dòng)閥、卸發(fā)油泵、質(zhì)量流量計(jì)、微機(jī)加油機(jī)、操作終端實(shí)現(xiàn)油品卸油和加油的自動(dòng)計(jì)量與控制，通過溫度壓力變送器、靜電保護(hù)器、防爆攝像機(jī)、顯示屏、控制軟件實(shí)現(xiàn)卸油和加油過程的安全控制與聯(lián)鎖。

一體化卸發(fā)油裝置具有:卸油發(fā)油設(shè)備模塊化集合，既取消油泵間，將油泵間設(shè)備(泵、控制臺(tái)、閥、流量計(jì)等)與卸油棧臺(tái)合并，既減少了占地又優(yōu)化了系統(tǒng)配置;卸油發(fā)油過程自動(dòng)化控制，因卸車鶴位少，采用依次卸車自動(dòng)控制，發(fā)油過程隨整備機(jī)車加油完畢可自動(dòng)切斷，取消油泵間控制，將卸油控制由棧臺(tái)鶴管操作人員統(tǒng)一控制，發(fā)油控制由發(fā)放柱操作人員統(tǒng)一控制，既較少了人員配置又提高了控制水平;卸油發(fā)油量質(zhì)量化計(jì)量，采用雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)，可隨介質(zhì)黏度變化自動(dòng)折算;卸油發(fā)油過程安全自動(dòng)檢測，采用流速傳感器、轉(zhuǎn)子泵控制器、靜電保護(hù)器，來顯示、消除、釋放靜電，確保卸發(fā)油過程安全。

一體化卸發(fā)油裝置卸油工藝流程為:油罐車→鶴管→集油管路→一體化卸發(fā)油裝置(卸油泵、掃底油泵)→卸油管路→油罐。一體化卸發(fā)油裝置發(fā)油工藝流程為:油罐→發(fā)油管路→一體化卸發(fā)油裝置(發(fā)油泵)→發(fā)油管路→發(fā)放柱→加油槍→機(jī)車油箱。該工藝優(yōu)化了卸發(fā)油泵與系統(tǒng)的匹配，集成了高性能的轉(zhuǎn)子泵、質(zhì)量流量計(jì)、電動(dòng)球閥、微機(jī)加油機(jī)及安全控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)卸發(fā)油的可靠性和自控水平，真正實(shí)現(xiàn)了卸發(fā)油的自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)控制。結(jié)合段內(nèi)機(jī)車運(yùn)用整備管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)車加油、走行公里、耗油的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合段內(nèi)物資管理系統(tǒng)信息通道，可實(shí)現(xiàn)卸油量與加油量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和傳輸。

以內(nèi)燃折返段為例，圖1分別示意老工藝與新工藝從布局上的直觀變化。

圖1 老工藝與新工藝對(duì)比(單位:m)

從圖1中可以看出，新工藝較老工藝占地面積少，卸發(fā)油管路短，管路彎道少，因此系統(tǒng)阻力較老工藝要小;卸發(fā)油泵位于棧臺(tái)下，整體布局緊湊，卸發(fā)油工藝順暢，可靠性高，因此系統(tǒng)配置較老工藝要小。

3 新、老卸發(fā)油工藝系統(tǒng)計(jì)算與對(duì)比、分析與試驗(yàn)

(1)系統(tǒng)計(jì)算與對(duì)比

以內(nèi)燃折返段為例，假設(shè)6個(gè)卸油鶴位，2 h卸完6個(gè)罐車6×70 m3，按照4個(gè)加油槍同時(shí)加油，15 min加滿機(jī)車油箱4×11 kL=44 m3，設(shè)卸油鶴管高4 m，油罐高10 m，則計(jì)算卸、發(fā)油系統(tǒng)如下。

①卸油系統(tǒng):鶴管DN100，管路φ150，管內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速2.5 m/s。

老工藝鶴管至泵的入口距離180 m，泵的出口距離油罐150 m，吸程為7.2 m，揚(yáng)程為20 m;新工藝鶴管至泵的入口距離40 m，泵的出口距離油罐220 m，吸程為5.9 m，揚(yáng)程為24 m。

②發(fā)油系統(tǒng):發(fā)放柱高度2.0 m，主管路 φ150 mm，管路經(jīng)濟(jì)流速2.5 m/s。

老工藝油罐距泵的入口距離150 m，泵的出口距離發(fā)放柱445 m，吸程4 m，揚(yáng)程34 m;新工藝油罐距泵的入口距離220 m，泵的出口距離發(fā)放柱300 m，吸程5 m，揚(yáng)程23 m。

(2)分析與廠內(nèi)試驗(yàn)

從系統(tǒng)計(jì)算比較可以得出，卸油系統(tǒng)新工藝吸程比老工藝吸程小，揚(yáng)程與老工藝差別不大，加油系統(tǒng)新工藝吸程與老工藝差別不大，揚(yáng)程比老工藝小，由于加油系統(tǒng)吸入管道基本靠系統(tǒng)自流灌泵，而且泵的揚(yáng)程選擇范圍較大，因此卸發(fā)油系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題是卸油泵的吸程問題。針對(duì)這個(gè)問題在廠里進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)條件:進(jìn)口管路DN150鋼管長80 m，DN100的金屬軟管30 m，高度4 m，出口管路DN150鋼管長5 m;以XHB80旋轉(zhuǎn)活塞泵(流量為61 m3/h，吸程8 m，揚(yáng)程范圍0～40 m，電機(jī)功率11 kW)，XJB200-150-125旋進(jìn)轉(zhuǎn)子泵(流量75～200 m3/h，吸程8 m，揚(yáng)程范圍28～52 m，電機(jī)功率30 kW)為實(shí)物進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟及結(jié)果如下。

①用XHB80旋轉(zhuǎn)活塞泵(兼作掃倉泵)前置，10 s后軟管處吸上油，2 min后出口處開始排油，3 min后油流穩(wěn)定，流量50 m3/h，吸程7 m，揚(yáng)程20 m。

②關(guān)閉XHB泵，啟動(dòng)XJB泵，能正常使用，流量120 m3/h，揚(yáng)程25 m。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以得出對(duì)于6鶴位卸油，可在3 min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的依次卸油工況，在3 h之內(nèi)完成6個(gè)罐車的自動(dòng)卸油。若完成老工藝卸油，必須采用大功率卸油泵、大直徑卸油管路，以克服系統(tǒng)阻力。

4 “一體化卸發(fā)油裝置”設(shè)備組成

(1)設(shè)備組成

該設(shè)備包括:卸油棧臺(tái)、卸油鶴管、卸油發(fā)油、掃底油泵、自動(dòng)計(jì)量控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、防靜電聯(lián)鎖接地系統(tǒng)。主要由流量計(jì)、控制閥、溫度壓力變送器、靜電溢油及靜電消除器等安全裝置，卸發(fā)油泵、掃底油泵、鶴管、棧臺(tái)、防爆大屏幕顯示及防爆等級(jí)ExdIIBT4、防護(hù)等級(jí)IP65的觸摸式現(xiàn)場操作終端等構(gòu)成。

(2)設(shè)備功能

具有卸油、發(fā)油、倒罐、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)控制及信息傳輸功能;根據(jù)需要具有多鶴位依次自動(dòng)卸油、多臺(tái)位同時(shí)加油的功能;具有卸油就地自動(dòng)控制和加油遠(yuǎn)程控制功能;具有卸油過程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能;具有流量、溫度、壓力、可燃?xì)怏w、靜電信號(hào)的采集、處理功能;具有防靜電、消除人體靜電、靜電報(bào)警、緊急停車、防靜電聯(lián)鎖控制等安全功能;具有現(xiàn)場閥門、液位開關(guān)、泵運(yùn)行狀態(tài)、接地開關(guān)狀態(tài)及故障狀態(tài)顯示功能。

(3)設(shè)備特點(diǎn)

在工廠內(nèi)預(yù)先制造和預(yù)先測試好，包括所有的框架、電氣、配管、噴漆、儀器儀表、控制終端、安全報(bào)警系統(tǒng)、空氣過濾、計(jì)算機(jī)控制軟件。緊湊型的設(shè)計(jì)，裝卸泵系統(tǒng)設(shè)備位于棧臺(tái)下部，節(jié)約占地空間。防靜電溢出、消除人體靜電、接地及緊急停車系統(tǒng)綜合于一體，保障安全。一體化解決方案，避免不必要的浪費(fèi)，精度有保證?？膳c油庫自動(dòng)化系統(tǒng)、路局物資管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。棧臺(tái)的設(shè)計(jì)以及所選用的設(shè)備完全可以根據(jù)客戶現(xiàn)場要求而定。縮短工程周期，大量減少現(xiàn)場工作，包括焊接、調(diào)試等費(fèi)用。維護(hù)方便，降低后期維護(hù)成本。支持本地發(fā)油、遠(yuǎn)程發(fā)油及 IC卡發(fā)油模式。

(4)設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)

電源:AC220V;

通訊方式:RS485或TCP/IP;

顯示方式:1路主液晶顯示屏，n路輔助液晶顯示;

IC卡模式:可選;

輸入方式:觸摸式;

鍵盤壽命:無限次;

系統(tǒng)功率:＜500 W(不含卸發(fā)油泵，卸發(fā)油泵功率根據(jù)需要配置);

卸油、發(fā)油流量:根據(jù)需要配置;

系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)時(shí)間:＜2 ms;

系統(tǒng)平均無故障時(shí)間:20 000 h;

工作溫度:(-20～+60)℃;

防爆等級(jí):ExdⅡBT4;

防護(hù)等級(jí):IP65;

具備掉電參數(shù)保護(hù);

卸油、發(fā)油記錄:200條;

卸油、發(fā)油路數(shù):根據(jù)需要配置。

5 結(jié)論

(1)試驗(yàn)與理論計(jì)算表明，一體化卸發(fā)油工藝能夠滿足內(nèi)燃機(jī)務(wù)段(折返段)卸發(fā)油需要，能夠取代以往的卸發(fā)油工藝。但卸發(fā)油管路需要根據(jù)段平面(油庫、卸油線、整備場)布置以及卸發(fā)油工藝要求，具體項(xiàng)目具體計(jì)算確定。

(2)新的卸發(fā)油工藝以“一體化卸發(fā)油裝置”替代了油泵間，取消了因油泵間引起的建筑、暖通、給排水、電力、通信、消防等配套設(shè)施。設(shè)備在廠內(nèi)調(diào)試完成，現(xiàn)場拼裝并對(duì)接卸發(fā)油管路、信息電纜線、電源電纜線即可試運(yùn)行，縮短了調(diào)試時(shí)間，提高了安裝、調(diào)試、驗(yàn)收效率。

(3)設(shè)備可根據(jù)地區(qū)不同的環(huán)境要求、用戶要求，選配不同的泵、儀表及控制元件，即可滿足南方高溫、潮濕環(huán)境和北方寒冷環(huán)境的使用要求。

(4)目前一體化卸發(fā)油裝置已在多個(gè)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)并選用。

［1]TB10004—2008，鐵路機(jī)務(wù)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［2]TB10063—2007，鐵路工程防火設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［3]GB50074—2002，石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［4]GB50316—2000，工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［5]GB50116—2008，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［6]GB50348—2004，安全防范工程技術(shù)規(guī)范［S].

［7]GB50187—93，工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［8]SH3005—1999，石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［9]SH/T3107—2000，石油化工液體物料鐵路裝卸車設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范［S].

［10]GB50058—92，爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范［S].