用防凍液代替內(nèi)燃機冷卻水的可行性研究

劉忠欣馬樹布劉桂田

（1.濟南鐵路局濟南西機務段技術(shù)科臨沂派駐，山東 臨沂 276004；

2.濟南鐵路局濟南西機務段化驗室臨沂派駐，山東 臨沂 276004）

用防凍液代替內(nèi)燃機冷卻水的可行性研究

劉忠欣1馬樹布2劉桂田1

（1.濟南鐵路局濟南西機務段技術(shù)科臨沂派駐，山東 臨沂 276004；

2.濟南鐵路局濟南西機務段化驗室臨沂派駐，山東 臨沂 276004）

本文對目前全路內(nèi)燃機車冷卻水的構(gòu)成、去離子水的生產(chǎn)成本、藥劑購置成本、冷卻水使用周期、廢水排放對環(huán)境的污染情況，冬季防寒期間機車打溫燃油消耗成本進行了研究分析，提出了用乙二醇、丙二醇和去離子水等配制的防凍液代替內(nèi)燃機車冷卻水的新思路：用防凍液代替冷卻水可以降低內(nèi)燃機車冷卻水水處理費用，節(jié)約冬季燃油防寒開支，并能節(jié)省大量防寒人員勞務支出，能基本杜絕冬季機車主要部件凍裂故障的發(fā)生。

內(nèi)燃機車；冷卻水；藥劑；廢水；防凍液

現(xiàn)狀全國鐵路總公司目前大約有10000多臺各型內(nèi)燃機車在運營，主要用于客、貨運運輸和編組站調(diào)車及小運轉(zhuǎn)等工作，依據(jù)車型不同每臺內(nèi)燃機車的冷卻水系統(tǒng)裝有800L～1300L的冷卻水。冷卻水使用高純?nèi)ルx子水和高效緩蝕阻垢劑配制而成。高純?nèi)ルx子水的質(zhì)量要求很高，其生產(chǎn)工藝是自來水先經(jīng)過機械過濾器，再經(jīng)過電滲析排除水中90%以上的溶解鹽，再經(jīng)過兩級陰、陽離子交換器出來，才有可能合格。產(chǎn)水率僅為30%，水浪費嚴重。因此它的生產(chǎn)成本依據(jù)規(guī)模大小每噸在幾百元至近千元不等，高效緩蝕阻垢劑是一種復合藥劑，目前使用的是3#等新型配方，價格已由初期的幾十元一份（配一噸水的藥劑量）漲到1600元一份，冷卻水的藥劑水溶解性不好，配制時需要加熱并長時間開循環(huán)泵循環(huán)才能達到均勻。冷卻水的主要功用是給機車柴油機的缸頭、缸套、活塞等部件降溫并防止該系統(tǒng)水路的相關(guān)設(shè)備發(fā)生電化學及化學腐蝕。冷卻水的換水周期依據(jù)檢測指標而定，主要檢測指標是硬度、總?cè)芙恹}、pH值、氯離子含量和外觀等，其中有一項指標不合格即判定冷卻水為不合格，即應更換新的冷卻水，換水周期一般在2～18個月之間。內(nèi)燃機車每次修程（時間跨度大約2～3個月）都要化驗冷卻水水質(zhì)。使用不合格的冷卻水將導致系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕，嚴重時將導致機車缸體穴蝕漏水而提前報廢。長期以來，由于基層單位管理人員認識不到位，設(shè)施不配套，法制觀念淡薄，主要還是有關(guān)方面宣傳教育不足、監(jiān)管不到位，目前各機車使用單位（鐵路機務段）的不合格冷卻水絕大多數(shù)都是直接排放到下水系統(tǒng)的，即便有極少數(shù)單位能排放到污水系統(tǒng)進行了收集，也很少能做到處理化驗達標再排放的。不合格的冷卻水中的亞硝酸鹽含量超過國家廢水排放標準的數(shù)百倍。亞硝酸鹽是致癌無機物，對人和水中生物都有強烈的毒害作用。冷卻水的隨意排放給當?shù)氐乇硭斐闪藝乐貍Α?/p>

冬季北方地區(qū)天氣寒冷，冷卻水易結(jié)冰。每年因機車部件管路結(jié)冰凍壞的機車設(shè)備總是難以避免，實在讓人心疼。有時即使設(shè)備沒凍壞，單就查找結(jié)冰處所和解凍就要費不少功夫。因此每年冬季來臨前全路所有機車乘務員、機車檢修人員和有關(guān)管理人員都要全面接受防寒過冬專業(yè)知識培訓考試，考試合格后才能上崗作業(yè)。各級機車管理部門為防止冬季凍壞機車設(shè)備每年秋、冬季通常都要下發(fā)1～2次電報命令或文件要求所屬機車運用單位將處于臨時備用、等候、整備、臨修和檢修等停留狀態(tài)的內(nèi)燃機車冷卻水水溫保持在不低于30℃并嚴格檢查考核。為此位于華北平原地區(qū)的內(nèi)燃機車在冬季防寒期間需每隔4h打溫1h，消耗機車燃油約50公升，以DF4系列內(nèi)燃機車為例，1臺內(nèi)燃機車停留備用一天防寒保溫需消耗燃油數(shù)量：24÷（4+1）×50=240（公升），折合市場價格：240升×6元/公升=1440元，而位于嚴寒地區(qū)的東北和西北地區(qū)，內(nèi)燃機車防寒燃油消耗量將加倍，即每臺內(nèi)燃機車每天防寒保溫需消耗機車燃油480公升，折合市場價格2880元。據(jù)統(tǒng)計，鐵路總公司每年冬季因各種原因需全日做防寒保溫的內(nèi)燃機車臺數(shù)約占支配機車總臺數(shù)的15%，還有相當多一部分機車因停留時間超過4小時需臨時做防寒的暫且不算，則單一個防寒期（當年11月1日至次年3月31日），全鐵路總公司內(nèi)燃機車防寒保溫消耗的低凝點燃油數(shù)量：10000×15%×（240+480）÷2×150=81000000（公升），折合市場價：81000000升×6元/公升=486000000元，這么多的機車優(yōu)質(zhì)燃油燃燒產(chǎn)生了大量廢氣，不但污染了當?shù)卮髿猸h(huán)境，而且這些燃油也是一筆巨大的國家財富。由于冷卻水的沸點較低，易蒸發(fā)，尤其是夏季蒸發(fā)更多。長交路內(nèi)燃機車和外地調(diào)車內(nèi)燃機車經(jīng)常需要在工作地點補充冷卻水，但往往是當?shù)夭痪邆溲a水條件，乘務員有時不得不補充自來水，結(jié)果是一方面加快了冷卻水系統(tǒng)水垢的結(jié)生速度，影響了動力系統(tǒng)的冷卻效果，另一方面又加快了換水頻率，增大了污水排放量，除直接增加內(nèi)燃機車冷卻水費用外還導致更多的有害廢水進入地表水系統(tǒng)。與此同時，沸點偏低的冷卻水在柴油機正常工作過程中也很容易因局部溫度高和機械設(shè)備劇烈震動而發(fā)生局部水分迅速氣化現(xiàn)象，其氣化過程中形成的氣泡隨冷卻水流動，當氣泡開始崩裂的瞬間能量很大，巨大的氣流崩裂能量將加劇崩裂附近的機械部件穴蝕。穴蝕是內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)很難及早發(fā)現(xiàn)、難以杜絕又危害極大的腐蝕類型之一。

試驗嘗試用乙二醇、丙二醇、去離子水等按一定比例可以配制不同冷凝點的防凍液，其冷凝點能達到-45℃甚至更低，能滿足我國最寒冷地區(qū)對防凍液凝點的要求。該防凍液的特點是沸點高、吸水性強、毒性低、不燃燒、可回收。一次加注好，除非系統(tǒng)漏水不需補充。筆者曾用兩個同樣的蒸發(fā)皿在夏季盛放了同樣多的去離子水和自配的防凍液放在化驗臺上觀察比較，結(jié)果是去離子水一周后蒸發(fā)盡，而防凍液的體積在整個夏季未見變化。用該防凍液與新配的合格冷卻水做的在室溫條件下金屬腐蝕對比試驗也取得了很好效果：所有浸泡在防凍液中的試驗銅片、鋁片和鐵片在連續(xù)一周的時間內(nèi)外觀無任何變化，重量也沒有變化，均優(yōu)于浸泡在合格冷卻水中的對比試樣。筆者于2003年購買了一輛新出廠的捷達轎車，車牌號是魯QW2610，為檢驗防凍液在汽車上的實際使用效果，筆者于2006年秋季放掉原廠所帶的防凍液，更換成自配的防凍液使用到2011年秋季更新防凍液，期間未添加也未發(fā)現(xiàn)任何異常，2011年秋季更換的防凍液至今仍在使用，未見任何異常。筆者認為汽車冷卻水系統(tǒng)與內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)原理相同，結(jié)構(gòu)相似，材質(zhì)相近，工作環(huán)境雷同。我們大膽揣想這種防凍液就是用到內(nèi)燃機車上也能得到好的效果：防凍液的指標監(jiān)測簡單，主要是冷凝點、pH值和外觀。防凍液的成本不貴：45#防凍液成本價和冷卻水的價格基本一樣，25#及以下的防凍液成本價比冷卻水的價格還便宜。使用防凍液常年不用補充冷卻液，解決了長交內(nèi)燃機車、駐外調(diào)車內(nèi)燃機車的補水難題。使用防凍液代替冷卻水在冬季當發(fā)生柴油機不能啟機的故障時可以不用放水，既避免了放水帶來的水處理成本增加、環(huán)境污染，又節(jié)省了大量工作量。使用防凍液冬季防寒期間不僅可以節(jié)省大量人力成本支出，節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)燃油消耗，減少廢氣排放而且可以讓一大批人騰出很大精力來專注于冬季因天氣惡劣而導致的諸多不利于安全生產(chǎn)的其他生產(chǎn)要素中，確保安全生產(chǎn)。此項在內(nèi)燃機車上用防凍液代替冷卻水的研究建議也能擴展到地方工程機械、軍工機械和航運船舶機械中。防凍液是21世紀初隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展逐漸進入大眾視野的：筆者2001年曾擁有一輛四輪農(nóng)用車，冬季每天收車后必須放凈冷卻水，早上出車前需準備2～3暖壺熱水才能啟動發(fā)動機，有時還需要找人幫忙推車，受盡煩惱與折磨，要是當時知道有汽車防凍液可以取代冷卻水，我將和中彩一樣高興。隨著高檔汽車出廠配備防凍液開始，防凍液逐漸被汽車司機所認識和接受，其應用范圍進一步迅速擴展到廠礦企業(yè)中的機械設(shè)備冷卻水應用方面。據(jù)筆者所知，目前許多家用中央空調(diào)的冷卻系統(tǒng)里面的冷卻液就是防凍液，為此不用擔心家中無人時凍壞設(shè)備。而且超出筆者的想象的是，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了號稱終生不用更換防凍液的汽車防凍液，先不管他們是否言過其實，至少他們?yōu)槲覀兺崎_了一扇窗，讓我們看到了用防凍液代替內(nèi)燃機車冷卻水也不是不可能。

結(jié)論

用防凍液代替內(nèi)燃機車上的冷卻水是可行的，缺少的僅是一次實際上車實驗的機會。現(xiàn)在有些企業(yè)主要是國企單位許多處于一定位置上的決策人員或墨守成規(guī)、安于現(xiàn)狀或忙于日常事務，根本無暇顧及新產(chǎn)品新材料新實驗。多數(shù)人不積極、不愿意帶頭嘗試有可能帶來顛覆意義的新方法、新技術(shù)、新產(chǎn)品，更不愿意為此承擔一丁點風險，實在不是鼓舞人心的事情。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是多方面的，其中許多原因都是缺少利益共享、缺少創(chuàng)新激勵機制，長期工作生活習慣養(yǎng)成的，值得高級管理人員的深思。

［1］李曉，譚凱，譚建偉.發(fā)動機冷卻水余熱利用技術(shù)的專利情況分析［J］.北京汽車，2011（6）：5-8.

［2］趙坤，徐曉梅，楊保平，等.汽車發(fā)動機防凍液研究進展［J］.甘肅石油和化工，2012（3）：13-17.

［3］王磊，韓志永，付嘉鵬.某微車發(fā)動機氣缸進防凍液問題分析及對策［A］.河南省汽車工程學會.第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會論文集［C］.河南省汽車工程學會：2012：3.

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