鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段節(jié)能分析

李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處 ，天津 300251)

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段節(jié)能分析

李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處 ，天津 300251)

為了達(dá)到從源頭控制鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段投入運(yùn)行后的年綜合能耗，本文根據(jù)鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備能耗現(xiàn)狀及構(gòu)成的特點(diǎn)，以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，對(duì)機(jī)務(wù)段及車輛段選址、機(jī)務(wù)段及車輛段總平面布置、用電及用油設(shè)施設(shè)備的能耗進(jìn)行了節(jié)能分析，通過(guò)以上分析可為相關(guān)工程的節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施；能耗；總平面布置；用電及用油設(shè)施；節(jié)能分析

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段工程既是鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，也是固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目，更是能源消耗的主要對(duì)象。在項(xiàng)目前期規(guī)劃中對(duì)以上工程設(shè)計(jì)從源頭控制其投入運(yùn)行后的年綜合能耗，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排約束性指標(biāo)的重要方法。本文結(jié)合鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備的能耗現(xiàn)狀及構(gòu)成特點(diǎn)，提出各能源消耗主體的節(jié)能分析內(nèi)容，并運(yùn)用于具體的機(jī)務(wù)段、車輛段工程中。

1 節(jié)能設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

目前，鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)主要依據(jù)《鐵路機(jī)務(wù)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10004)、《鐵路客車車輛設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10029)、《鐵路貨車車輛設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10031)、《機(jī)械工業(yè)工程節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50910)及《鐵路工程節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10016)的有關(guān)規(guī)定，在此基礎(chǔ)上，選擇適宜的機(jī)務(wù)段及車輛段位置，機(jī)務(wù)段、車輛段的總平面布置，機(jī)務(wù)段、車輛段等各車間工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。

2 節(jié)能分析的主要內(nèi)容

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備通常由機(jī)務(wù)段及車輛段選址、機(jī)務(wù)段及車輛段總平面布置、整備和檢修設(shè)施設(shè)備組成，而該系統(tǒng)的能源消耗種類主要是電能、燃油等。

根據(jù)以上機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施的特點(diǎn)，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行節(jié)能分析。

(1)機(jī)務(wù)段及車輛段選址。

(2)機(jī)務(wù)段及車輛段總平面布置。

(3)用電設(shè)備。

(4)用油設(shè)施。

3 節(jié)能分析

3.1 機(jī)務(wù)段、車輛段選址

為了減少機(jī)車、車輛出入段的走行距離，減少不必要的能源消耗，從節(jié)能方面考慮，要求機(jī)務(wù)段、車輛段要靠近車站布置，縮短與車站之間的走行距離；其位置結(jié)合車流作業(yè)的方向，設(shè)在車流出入作業(yè)多的一段，可減少大部分機(jī)車、車輛的無(wú)效走行距離，對(duì)減少機(jī)車空走能耗非常有利。

以“伊和吉林至珠恩嘎達(dá)布其線鐵路工程”為例，分析機(jī)務(wù)折返段選址對(duì)能耗的影響。

該項(xiàng)目珠恩嘎達(dá)布其為邊境口岸站，處于機(jī)車交路的末端，機(jī)務(wù)段位于寬軌到發(fā)場(chǎng)與準(zhǔn)軌到發(fā)場(chǎng)之間，近期位于車站北端，其南端與車站相連。兩方案主要優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

由表1可知，若機(jī)務(wù)折返段位于車站北端靠近蒙古國(guó)方向，入段機(jī)車從國(guó)內(nèi)方向駛來(lái)，首先要經(jīng)過(guò)車站到發(fā)線1 050m，然后經(jīng)過(guò)出入段線，方可入段進(jìn)入整備待班線，出段過(guò)程則相反，機(jī)車出段走行距離距離較長(zhǎng)。若將折返段與貨場(chǎng)同側(cè)置于車站南端，則到達(dá)機(jī)車入段走行距離長(zhǎng)，還存在車站調(diào)車、機(jī)車出入段作業(yè)均集中于車站一端咽喉區(qū)，咽喉區(qū)作業(yè)緊張，交叉干擾大，增加機(jī)車在車站內(nèi)等待時(shí)間以及起停次數(shù)等缺點(diǎn)，同樣會(huì)增加油耗。

表1 折返段選址方案對(duì)比表

方案車站北端(設(shè)計(jì)推薦)車站南端優(yōu)點(diǎn)對(duì)車站調(diào)車作業(yè)干擾小，車站兩端作業(yè)量平衡。到達(dá)機(jī)車入段走行距離短出發(fā)機(jī)車出段走行距離短缺點(diǎn)出發(fā)機(jī)車出段走行距離較長(zhǎng)，增加機(jī)車空走能耗到達(dá)機(jī)車入段走行距離長(zhǎng)，車站作業(yè)量集中于一端，交叉干擾大，增加機(jī)車作業(yè)等待或起停能耗

3.2 機(jī)務(wù)段、車輛段總平面布置

優(yōu)化機(jī)務(wù)段、車輛段總平面布置，合理確定運(yùn)用、檢修工藝流程，使機(jī)車、車輛在段內(nèi)運(yùn)行合理，避免機(jī)車車輛在段內(nèi)不必要的調(diào)車作業(yè)，可節(jié)約牽引能耗。

以“哈爾濱站改造工程”為例，分析哈南機(jī)務(wù)段平面布置對(duì)能耗的影響。

哈南機(jī)務(wù)段改建情況如圖1：

拆除既有J17、J18、J19、J11、J12和J13股道和新建貫通式J34、J6、J7、J37、J38和J39的貫通式整備線(約2km)，使機(jī)務(wù)段內(nèi)機(jī)車整備和檢修作業(yè)流程更為順暢，減少機(jī)車折角次數(shù)和站內(nèi)作業(yè)走行距離，降低機(jī)車走行時(shí)間約6min(改建前從入整備庫(kù)到出檢修庫(kù)時(shí)間為26min，改建后從入整備庫(kù)到出檢修庫(kù)時(shí)間為20min)。

圖1 哈爾濱南機(jī)務(wù)段改建總平面圖

《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[1]規(guī)定電力機(jī)車出入段每小時(shí)100kW·h，經(jīng)計(jì)算，改建后的哈南機(jī)務(wù)段總平面單列車節(jié)約走行能耗為10kW·h，日節(jié)約走行能耗為1 650kW·h(日整備車次165列)，按全年365天運(yùn)行計(jì)，得出總平面布置優(yōu)化后年節(jié)電量與投資回收期對(duì)照見(jiàn)表2。

表2 總平面布置優(yōu)化后年節(jié)電量與投資回收期分析

新建線路長(zhǎng)度/m年節(jié)約運(yùn)行時(shí)間/h年節(jié)約耗電量/(104kW·h)實(shí)際電價(jià)/〔元/(kW·h)〕年電費(fèi)/萬(wàn)元新建線路長(zhǎng)度成本/萬(wàn)元靜態(tài)回收期/a(h)20006022 560 2250 9557 211001 75(10527)

由表2可知，改建優(yōu)化后的機(jī)務(wù)段平面布置，節(jié)約了機(jī)車出入段的時(shí)間，節(jié)能效果顯著。

3.3 用電設(shè)備

各類用電設(shè)備包括專用檢修設(shè)備和通用設(shè)備；

3.3.1 專用檢修設(shè)備

機(jī)務(wù)段、車輛段專用檢修設(shè)備主要有清洗機(jī)、拋丸除銹設(shè)備、電焊機(jī)、車輪車床、不落輪鏇車床、移車臺(tái)、噴漆烘干設(shè)備和調(diào)梁機(jī)等。

目前隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，機(jī)務(wù)段、車輛段的檢修、檢測(cè)設(shè)備也得到創(chuàng)新和發(fā)展，設(shè)備種類不斷增多，檢修手段也日趨完善。這不僅保證了檢修質(zhì)量，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于鐵路檢修設(shè)備大多屬于非標(biāo)設(shè)備，設(shè)備的電能消耗為機(jī)務(wù)段、車輛段能耗的重點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重采用新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，并注意調(diào)整由于設(shè)計(jì)工藝變化和采用新設(shè)備引起的工藝和設(shè)備不匹配問(wèn)題。要注意及時(shí)淘汰技術(shù)落后耗能高的設(shè)備。設(shè)備選用時(shí)要特別注意選用經(jīng)中國(guó)鐵路總公司或有關(guān)部門鑒定，符合國(guó)家節(jié)能要求的產(chǎn)品。

(1)各類專用設(shè)備應(yīng)合理配置電機(jī)功率和臺(tái)數(shù)，對(duì)容量大、啟動(dòng)頻繁的電力拖動(dòng)設(shè)備，應(yīng)使用變頻調(diào)速、自動(dòng)化控制等電子節(jié)能技術(shù)。

(2)電加熱、干燥設(shè)備應(yīng)采用遠(yuǎn)紅外、感應(yīng)加熱等節(jié)能技術(shù)，在應(yīng)用遠(yuǎn)紅外技術(shù)時(shí)，要遵從波譜匹配原理。

(3)內(nèi)燃機(jī)車水阻試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)采用旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組或可控硅逆變裝置將電能回收利用。

(4)客車整備所和動(dòng)車運(yùn)用所目前均配備外皮洗刷設(shè)備。外皮洗刷設(shè)備不僅能耗高用水量也大，設(shè)計(jì)節(jié)能需考慮建設(shè)污水處理站等設(shè)施，做到水的重復(fù)利用。例如：16輛編組動(dòng)車組外皮洗刷每列約需用水13 m3，若重復(fù)使用只需補(bǔ)水3 m3。

3.3.2 通用設(shè)備

通用設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)、起重機(jī)械、水泵等設(shè)備。

3.3.2.1 空氣壓縮機(jī)

壓縮機(jī)的主要節(jié)能技術(shù)有如下幾個(gè)方面：壓力流量控制技術(shù)、提高壓縮機(jī)自身效率、壓縮機(jī)中央集中控制系統(tǒng)、壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)、壓縮空氣系統(tǒng)管路優(yōu)化、壓縮機(jī)熱回收技術(shù)和壓縮空氣干燥工藝改進(jìn)技術(shù)[2]。

壓縮機(jī)的電熱消耗分布如圖2所示，除去輻射到環(huán)境中和存于壓縮空氣自身的熱量外，剩余94%的能量均可以采用余熱回收的方式加以利用。

圖2 空氣壓縮機(jī)能耗圖

回收后的壓縮機(jī)余熱用途廣泛，主要有如下幾個(gè)方面[3-4]：

(1)制取熱水，用于洗澡等

如機(jī)務(wù)段、車輛段內(nèi)檢修車間的檢修工人等，可將回收的壓縮機(jī)余熱加熱自來(lái)水到50～60℃，供工人洗澡使用。

(2)采暖用熱

很多地區(qū)冬季需要供熱采暖，而這部分熱量往往是利用鍋爐加熱提供的；現(xiàn)回收壓縮機(jī)的余熱用于采暖，不但節(jié)省了能源的消耗，還可以減少機(jī)務(wù)段及車輛段內(nèi)鍋爐的容量，進(jìn)一步降低設(shè)備上的投資。

以110kW壓縮機(jī)為例，用于壓縮空氣的消耗的電能約占軸功率的15%，即16.5kW，轉(zhuǎn)化余熱浪費(fèi)的電能約占軸功率的85%，即93.5kW；1h浪費(fèi)熱量1.91×104kJ，1天12h浪費(fèi)熱量22.93×104kJ，1年365天浪費(fèi)熱量8 370.76×104kJ；如果選用配套熱回收系統(tǒng)大約可以回收余熱50%左右，即占?jí)嚎s機(jī)軸功率的40%左右，則110kW壓縮機(jī)每年可回收熱量35 040×50%=20.35×104kW·h，相當(dāng)于每年節(jié)省標(biāo)煤25t。

從以上分析得出壓縮機(jī)采用熱回收系統(tǒng)后的年節(jié)電量與投資回收期對(duì)照見(jiàn)表3。

表3 壓縮機(jī)采用熱回收系統(tǒng)的年節(jié)電量與投資回收期分析

負(fù)載/kW年運(yùn)行時(shí)間/h年節(jié)約耗電量/(104kW·h)實(shí)際電價(jià)/[元/(kW·h)]年電費(fèi)/萬(wàn)元熱回收系統(tǒng)采購(gòu)成本/萬(wàn)元靜態(tài)回收期/a(h)110438020 350 9519 33150 78(3399)

由表3可知，壓縮機(jī)采用熱回收系統(tǒng)后，節(jié)電量較多，投資回收期較短，節(jié)能效果顯著。

3.3.2.2 起重機(jī)械

起重機(jī)主要的節(jié)能技術(shù)有如下幾個(gè)方面：材料、結(jié)構(gòu)、電氣等因素。

(1)材料節(jié)能

采用鋁合金結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī)和門式起重機(jī)，自重可減輕30%～60%；采用高強(qiáng)尼龍滑輪代替鋼質(zhì)滑輪可延長(zhǎng)滑輪壽命3～5倍，自重可減輕87.5%，且導(dǎo)熱、絕緣、自潤(rùn)滑、彈性和抗沖擊性能均優(yōu)于鋼質(zhì)滑輪；滾動(dòng)軸承采用氮化硅和碳化硅高陶瓷軸承，耐高溫，摩擦系數(shù)小，能耗少。

(2)結(jié)構(gòu)節(jié)能

起重機(jī)結(jié)構(gòu)自重大，金屬結(jié)構(gòu)約占整機(jī)成本的1/3、重量的40%～70%，重型起重機(jī)可達(dá)90%以上，減輕橋架的自重、采用橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)及減輕起升機(jī)構(gòu)的重量不但可以節(jié)省原材料，而且也相應(yīng)減輕了機(jī)構(gòu)的負(fù)荷和降低支承結(jié)構(gòu)的造價(jià)[5]。

(3)電氣節(jié)能

選用節(jié)能電機(jī)、采用變頻調(diào)速和能量回收裝置。

回收從勢(shì)能轉(zhuǎn)換的電能，通過(guò)起重機(jī)的供電裝置向公共供電網(wǎng)絡(luò)回送，可達(dá)到節(jié)能的目的。據(jù)估算，重量為430t的重物每下降1m，可向電網(wǎng)回饋電1kW·h。以“上海港集裝箱碼頭的貨柜處理量”估算，1臺(tái)集裝箱起重機(jī)1年的勢(shì)能回收發(fā)電量可達(dá)60 000kW·h以上[6-7]。

3.3.2.3 水泵

泵類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率由于設(shè)計(jì)方法、材料和制造工藝等因素的影響而存在著一定的差距，主要的節(jié)能技術(shù)是盡量采用高效率設(shè)備并使他們能在多數(shù)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行于高效率區(qū)。

表4給出了某進(jìn)口品牌水泵采用高效電動(dòng)機(jī)的年節(jié)電量與投資回收期分析。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)負(fù)載為45kW的水泵，電動(dòng)機(jī)效率僅僅提高1.17%，年運(yùn)行3 600h，就能節(jié)電近2 086kW·h[8]。

表4 水泵采用高效電動(dòng)機(jī)的年節(jié)電量與投資回收期分析

負(fù)載/kW電動(dòng)機(jī)效率/%每小時(shí)耗電量/kW年運(yùn)行時(shí)間/h實(shí)際電價(jià)/[元/(kW·h)]年電費(fèi)/元年電費(fèi)差/元水泵采購(gòu)成本/元采購(gòu)成本差/元靜態(tài)回收期/a(h)4593 548 12836000 951645982086900020000 96(3451)94 747 51836000 9516251211000

與采用高效率設(shè)備相比，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使設(shè)備在多數(shù)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行于高效率區(qū)，往往節(jié)能更顯著且性價(jià)比更高。

3.4 用油設(shè)施

油品的能耗，包括內(nèi)燃機(jī)車牽引能耗、其它燃油動(dòng)力車輛能耗、裝卸機(jī)械、部分潤(rùn)滑油脂及機(jī)具的動(dòng)力消耗；其節(jié)能的重點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。

3.4.1 油庫(kù)選址及平面布置

石油庫(kù)庫(kù)址的選擇，宜靠近機(jī)車整備場(chǎng)，并使產(chǎn)、運(yùn)銷各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合能耗最小。

石油庫(kù)平面布置應(yīng)布局緊湊、功能分區(qū)、流向合理、縮短物流距離，工藝流程應(yīng)在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求簡(jiǎn)化、減少周轉(zhuǎn)、流程順暢，并合理利用地形高差實(shí)現(xiàn)自流輸送，減少能源消耗。

3.4.2 降低設(shè)備能耗

油泵的類型和型號(hào)應(yīng)根據(jù)油品的性質(zhì)和工藝要求合理選用高效率的泵，選用泵的效率不應(yīng)低于60%，輸送量100～300m3/h的泵，其效率不應(yīng)低于65%。油品管道的直徑宜按“經(jīng)濟(jì)管徑”計(jì)算確定，并應(yīng)根據(jù)泵的動(dòng)力特性和管道特性的匹配進(jìn)行調(diào)整。

3.4.3 減少油品損耗

管道上低點(diǎn)放空和檢修用法蘭等的附件數(shù)量，應(yīng)減少到最低程度，機(jī)務(wù)段應(yīng)設(shè)廢油回收裝置。

3.4.4 增強(qiáng)隔熱效果

嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)機(jī)務(wù)段油庫(kù)儲(chǔ)油罐及輸送管道應(yīng)采用保溫隔熱措施。保溫管道上的閥門、法蘭等附件均應(yīng)保溫，可保證油品入罐后仍有較高的溫度，減緩油品溫度的降低，可以大大降低燃油成本。

4 結(jié)論

鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備節(jié)能是鐵路基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能工作的重點(diǎn)，開(kāi)展鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段設(shè)施設(shè)備節(jié)能分析是一項(xiàng)嶄新的課題，需要多專業(yè)、多學(xué)科的協(xié)調(diào)配合，通過(guò)以上分析可對(duì)其設(shè)施在運(yùn)行期的耗能進(jìn)行客觀、科學(xué)的節(jié)能分析，為相關(guān)工程的節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

[1] TB/T 1407—1998，列車牽引計(jì)算規(guī)程[S].

[2] 周佃民.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述[J].節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品，2010(10)：36-40.

[3] 張浩，閔圣愷.空氣壓縮機(jī)的熱回收改造實(shí)踐[J].電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能，2009(2)：8-10.

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[5] 李竹森，羅君文.起重機(jī)節(jié)能技術(shù)概述及展望[J].中國(guó)水運(yùn)，2014(5)：145-146.

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Railway Vehicles Facilities Energy-saving Analysis

LI Xiaobing

(TheThirdRailwaySurvey&DesignInstituteGroupCorporationMechanicalPowerAndEnvironmentalEngineeringDepartmentEIASection,Tianjin300251,China)

In order to control at the source of annual comprehensive energy consumption since railway vehicles facilities and equipment put into operation, this article made an energy-saving analysis. It is according to the present energy consumption situation and construction characteristics of railway vehicles, facilities and equipment, taking the actual project as examples, analysis the energy consumption of locomotive depot and location, locomotive general layout, electricity and oil consumption facilities and equipment. This analysis can provide reference for related energy-saving design of engineering project.

railway locomotive, vehicles and facilities; energy consumption, general layout; electricity and oil consumption facilities; energy-saving analysis

2016-09-12；

2016-09-21

李曉兵(1975—)，男，天津人，研究生，高級(jí)工程師，主要從事鐵路工程項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估方面的工作。

2095-1671(2016)05-0235-05

TK01+<8 class="emphasis_bold">8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B8

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