車載式快速應(yīng)急運輸系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

王恒 王小林 張軍民 常怡立 王忠田

摘 要：針對山區(qū)性油田生產(chǎn)運輸管道的泄漏事故進行應(yīng)急搶險歷史情況的分析，結(jié)合陜西長慶油田的應(yīng)急搶險投入的人力設(shè)備資源現(xiàn)狀與現(xiàn)場環(huán)境具體情況，展望研發(fā)一套車載應(yīng)急運輸系統(tǒng)的應(yīng)用前景與效益。

關(guān)鍵詞：車載;應(yīng)急;運輸系統(tǒng)

中圖分類號：TP302 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0162-03

1 背景與現(xiàn)狀

陜北地區(qū)作為中國內(nèi)陸石油生產(chǎn)的代表性區(qū)域，其地質(zhì)特點以山區(qū)為主要環(huán)境，輸油管路不得不在山區(qū)內(nèi)布置。而因受到山洪、坍塌、泥石流等區(qū)域特性外破壞力影響，輸油管路常常出現(xiàn)破裂破斷等問題，造成了管道內(nèi)的原油泄漏，如果不及時對泄漏區(qū)進行應(yīng)急搶險處理，將對當(dāng)?shù)厮|(zhì)、地質(zhì)等環(huán)境造成一定的污染，對當(dāng)?shù)鼐用裆钆c身體健康造成一定的影響。因此，我們單位特別成立了應(yīng)急搶險大隊，每年投入大量人力物力專門針對該類泄漏事件進行應(yīng)急搶險，針對對污染物進行收集并轉(zhuǎn)運，為陜北生產(chǎn)基地范圍內(nèi)外周邊的生態(tài)環(huán)境負責(zé)，同時也保障油田的正常生產(chǎn)與運行。

由于陜北山區(qū)的地質(zhì)特點及輸送管道的遍及性，往往事故地點存在極大的不確定性，從而被污染物的收集搬運點也存在不確定性。在經(jīng)過多年努力，我們在污染物收集方面已經(jīng)取得了相當(dāng)優(yōu)異的成果，但是，污染物搬運轉(zhuǎn)運往往每次搶險都需要投入幾百的人力，且不能有效及時有效的進行轉(zhuǎn)運。

據(jù)統(tǒng)計，由于外力的破壞造成的原油泄漏應(yīng)急搶修事件僅第一采油廠年平均超過300次，其中參與人數(shù)超過200人次的僅130次（單次總運輸量約2000袋以上），超過500人次的約有10次左右（單次總運輸量約8000袋以上），運輸周期也相當(dāng)比較長。同時，架設(shè)固定搬運索道或類似系統(tǒng)都將受到地理地質(zhì)等因素限制，且成本性投入特別大，對事故點的特發(fā)性且不響應(yīng)。

因此，研發(fā)一套車載式快速應(yīng)急運輸系統(tǒng)，把山溝內(nèi)收集集中點的污染物轉(zhuǎn)運到運輸車輛可以到達的地點，可以有效的實現(xiàn)任意事故點快速響應(yīng)，解決山區(qū)原油泄漏造成的污染物的搬運亟待解決的問題。

2 研究的目標(biāo)、內(nèi)容和方法

2.1 研究目標(biāo)

開發(fā)出一套車載式快速應(yīng)急運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)組裝、操作簡單，單個組件輕便，整體功能全面，安全可靠，單次運輸量不少于500kg，且可以不間斷作業(yè)等需求。

2.2 研究的內(nèi)容

研究內(nèi)容包含：

（1）動力系統(tǒng)設(shè)備的研究;

（2）錨固裝備的受力研究;

（3）承載運斗的升降研究;

（4）遙控系統(tǒng)的研究等方面的研究。

具體研究任務(wù)指標(biāo)：

索道形式：單索道設(shè)計方案

直線距離：≤200M

水平跨距：≤200M

垂直高差：≤150M

高差角：無限制

運輸能力：≤500kg

運輸斗：安全承載≥500kg;采用遙控升降設(shè)計（最大升降高度15M）。

承力索：φ12.7mm鋼絲繩（6X37股），安全系數(shù)取4.5。

動力牽引索：φ12mm高強繩耐磨，安全系數(shù)取4.5倍。

支撐架研究設(shè)計：采用錳鋼管件焊接三角形抱桿架，可以組裝固定于車斗內(nèi)或地面

牽引動力研發(fā)：匹配設(shè)計一臺便攜式可往復(fù)作業(yè)的絞磨機，水平牽引力1000kg以上，垂直單繩起吊力500kg以上，可以往復(fù)雙向作業(yè)。

基本計算條件：不考慮覆冰影響、溫度變化的影響和風(fēng)力的作用。計算索道檔距離為200m（按實際測量檔距為準(zhǔn)），高差角為45°，支撐架高度根據(jù)具體地形和高差以及跨越物確定，本項目選擇抱桿高度為2.5m組裝固定式設(shè)計。

2.3 研究的方法

該項目的設(shè)計理論基礎(chǔ)來源于纜車。纜車是由驅(qū)動機帶動鋼絲繩，牽引車廂沿著鋪設(shè)在地表并有一定坡度的軌道上纜車運行，用以提升或下放人員和貨物的運輸機械。它多用作工礦區(qū)、城市或風(fēng)景游覽區(qū)的交通工具。 其利用鋼繩牽引，實現(xiàn)人員或貨物輸送目的。但常規(guī)的纜車基本上是固定點應(yīng)用，施工周期長;而在電力系統(tǒng)工程施工中，高山峻嶺中運輸大型物資也已成為常態(tài)。在非油田或應(yīng)急運輸行業(yè)上，以上的實例應(yīng)用為移動不受地理地質(zhì)因素限制的索道運輸系統(tǒng)可行性提供了強硬的技術(shù)支撐及安全可靠的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗及可研發(fā)性理論基礎(chǔ)方法。

3 研究的過程與結(jié)果

3.1 方案應(yīng)用

本方案的創(chuàng)新點首先體現(xiàn)在不僅可以實現(xiàn)車載應(yīng)用，還可以實現(xiàn)地面便攜快捷應(yīng)用：

方案應(yīng)用一：車載單索道

針對車輛能到達的上位定點處，我們采用車載式。同時，針對轉(zhuǎn)運量的大小和運輸?shù)木o急性等因素，可以采用單索道往復(fù)運輸方式。

車載單索道運輸：當(dāng)轉(zhuǎn)運點距離車可以到達200M范圍距離的時候，我們采用車載單索道運輸。根據(jù)整個快速索道架設(shè)的工業(yè)設(shè)計，我們單索道的架設(shè)時間大概在2小時左右，由于整個運輸過程中采用單一的一個料斗，且在料斗運輸返程的過程中，采用的是第二設(shè)備單通道運輸，所以整個運輸單趟的時間（含裝卸時間）約30分鐘左右，即平均每小時的轉(zhuǎn)運量約為1T。整個運行過程中操作人員僅需投入不到10人次不到。

方案應(yīng)用二：地面便攜式

有些時候，我們會遇到上位點與車輛可以到達的地方還有一定距離的情況，在這種情況下，我們不得不采用地面便攜式方案。地面便攜式方案與車載方案最大的區(qū)別在于我們要把已經(jīng)固定在車上的設(shè)備——便攜主動力絞磨、抱桿等設(shè)備，安裝固定到指定的高點地面上，以實現(xiàn)陡坡或跨溝壑轉(zhuǎn)運的情況。

該情況的架設(shè)相對比在車載上相對復(fù)雜一些，但整個架設(shè)安裝時間不超過4個小時，該種方案的應(yīng)用，可以有效對車載方案進行補充，達到高效轉(zhuǎn)運的效果，尤其轉(zhuǎn)運點距離運輸車輛公路可到達點較遠的情況。

3.2 特殊功能：料斗的升降功能設(shè)計

料斗采用無線遙控升降設(shè)計，在上下行走過程中，實現(xiàn)料斗的垂直升降功能。該設(shè)計可以有效解決在半途中繼點需要轉(zhuǎn)運的情況。

效果示意圖如圖1和圖2所示。

其他：整體操作采用遙控控制，運行操作簡單。

3.3 技術(shù)研究路線方案

整個技術(shù)研究方案以安全為基本前提，因此，所有的設(shè)備與材料的布局及選擇皆從受力分析的前提開始，以保障每次應(yīng)急轉(zhuǎn)運過程中的安全可靠性。同時，應(yīng)考慮設(shè)備操作的人性化可控，更符合現(xiàn)場需求。具體布置及選材受力分析如下：

3.3.1 研發(fā)設(shè)計布置圖示說明（圖3）

3.3.2 選材驗證及相關(guān)受力分析說明

（1）主承力索的選擇。這對承力索，由于高強或迪尼瑪?shù)认鄬p質(zhì)的繩索的變形量問題，我們優(yōu)先選擇鋼絲繩。然而，在起重應(yīng)用上目前所采用的鋼絲繩主要是普通型結(jié)構(gòu)鋼絲繩，繩6×19和繩6×37;鋼絲繩在同直徑時公稱抗拉強度越低，每股繩內(nèi)鋼絲越多，鋼絲直徑越細，則繩的撓性越好，但鋼絲繩易磨損。反之，每股繩內(nèi)鋼絲直徑越粗，則鋼絲繩撓性越差，鋼絲繩耐磨損。因此，不同型號的鋼絲繩，它的使用范圍也不同。根據(jù)起重吊裝作業(yè)的實際需要，一般情況下，鋼絲繩的選用可考慮以下原則：

①6×19鋼絲繩用做纜風(fēng)繩、拉索及制作起重索具，一般用于受彎曲載荷較小或遭受磨損的地方。

②6×37鋼絲繩用于起重作業(yè)中捆扎各種物件、設(shè)備及穿繞滑車組和制作起重用索具。適用于繩索受彎曲時。

根據(jù)本方案柔韌性及布置方便性與承載性的需求應(yīng)用，我們承力索優(yōu)先選用12.7mm（6X37）鋼絲繩即可。

（2）牽引索的選擇。本方案由于具有臨時應(yīng)急特性，在保障安全系數(shù)的情況下，布置時相對越輕便越方便，由于便攜式絞磨機不適用鋼絲繩，且鋼絲繩收放沒有柔性高強方便，在本方案應(yīng)用中我們采用≥12mm的高強繩即可，其破斷力為3.5T，根據(jù)受力分析計算，其安全系數(shù)在6倍以上，而我們只需要保障5倍以上即可。另外，由于高強繩的耐磨損度沒有鋼絲繩那么好，針對高強繩做定期的檢查必不可少。

（3）錨固。根據(jù)承力需求，錨固的單點耐張力不能小于0.75T，匹配完全系數(shù)，最優(yōu)錨固力需達到1.5T以上。

同時，針對現(xiàn)有山區(qū)地質(zhì)狀況分析，我們應(yīng)用多種方式來解決錨固問題。

①沙土地：——坑埋船型地錨（優(yōu)選方案——更安全可靠）。為了加快架設(shè)速度，挖坑采用全電氣化工具：如充電式電鎬、電鏟等，如圖4所示。

②巖石（胡泥土）地：——錨固板。配套電氣化工具：電錘、活動扳手、膨脹螺栓等，如圖5所示。

（4）料斗研究。通過無線遙控實現(xiàn)料斗在運輸定點實現(xiàn)升降作業(yè)功能，解決運輸中繼點搬運功能。料斗的容積宜為0.6m3以內(nèi)，可實現(xiàn)單次運輸量達到500kg。

4 研究的結(jié)論

該新研制的車載式快速應(yīng)急運輸索道系統(tǒng)有循環(huán)往返牽引動力系統(tǒng)、承力系統(tǒng)、錨固裝備、鋼絲繩盤架、承載車斗、無線遙控升降承載料斗、支撐抱桿等裝備系統(tǒng)組成，目前國內(nèi)市場沒有同款類作業(yè)裝備，開發(fā)一套車載式系統(tǒng)，在油田同類應(yīng)急搶險搶修作業(yè)中存在巨大的推廣應(yīng)用價值。

該系統(tǒng)的研發(fā)具有高的經(jīng)濟性價值，節(jié)約大量人力成本。例如，核算一次200人次的應(yīng)急搬運搶險需要3天才能搬運完成的污染物，應(yīng)用該系統(tǒng)將只需要投入總?cè)肆Σ坏?0人次（含6個專業(yè)人員）不足12小時即可搬運完成，相對節(jié)約人力成本近5萬元/次，年平均節(jié)約近100萬元，同時降低作業(yè)強度近100%以上，提高搶險搬運效率200%以上。

該系統(tǒng)的研發(fā)同時具有一定的社會應(yīng)用效益，提高應(yīng)急搶險進一步機械化作業(yè)程度?？梢杂行г诙虝r間內(nèi)對污染進行轉(zhuǎn)運，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境保護保障有很大意義。