軌道車輛吹掃工藝現(xiàn)狀分析

劉海嬌，薛 強(qiáng)，盧曉東，閆伯駿，馬 麒，朱兆立，崔鈺凡，杜雅蘭

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院政策研究與戰(zhàn)略環(huán)評(píng)研究中心，北京 100012）

1 概述

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粒徑小于75 μm 的固體懸浮物定義為粉塵[1]。根據(jù)粉塵微粒的大小可以分為飄塵、降塵、總懸浮微粒；按其性質(zhì)一般分為無(wú)機(jī)粉塵、有機(jī)粉塵、人工有機(jī)粉塵，以上任意兩種以上粉塵混合將形成混合性粉塵。粉塵通常具有粘附性、凝聚性、荷電性、吸水性、易燃性等[2-3]。

粉塵塵粒具有的荷電及吸水特性，易在列車底部的電氣設(shè)備周圍發(fā)生沉降、吸附和凝聚。粉塵的聚集會(huì)影響電氣設(shè)備絕緣，易造成電氣擊穿，導(dǎo)致短路事故[4-5]。因靜電吸附的粉塵對(duì)牽引電機(jī)內(nèi)部的影響最為嚴(yán)重，粉塵會(huì)堵塞通風(fēng)道并影響通風(fēng)道的排熱，粉塵還會(huì)附著在電機(jī)的外殼表面并影響機(jī)殼散熱，雙重因素作用下會(huì)嚴(yán)重降低電機(jī)的冷卻效率，折損其使用壽命。在粉塵長(zhǎng)期得不到有效清除的情況下將導(dǎo)致電氣故障，影響行車及制動(dòng)安全。

在對(duì)軌道交通車輛進(jìn)行除塵的過(guò)程中，所需清除的粉塵一般是混合性粉塵，其構(gòu)成既有分散的粉塵顆粒，也有較難清除的含油或含水較多的粉塵。在粉塵的產(chǎn)生過(guò)程中，機(jī)械作用力、重力或其他力可能會(huì)產(chǎn)生一些影響，但在這個(gè)過(guò)程中起決定性作用的是空氣流動(dòng)的速度[6]。列車高速運(yùn)行過(guò)程中，由于摩擦、靜電等原因，在車廂底部和轉(zhuǎn)向架上部之間會(huì)積聚大量粉塵，而這些粉塵具有比電阻不高，塵粒有荷電性，吸水性強(qiáng)，20% ~ 40%的粉塵粒徑大、比重輕、呈絮狀存在，60% ~ 80%的粉塵粒徑小(15 μm 以下)、比重相對(duì)較重、多數(shù)呈板結(jié)狀存在等理化特點(diǎn)。

軌道車輛按照維修規(guī)程運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行不同等級(jí)的檢修和維修，而檢修、維修過(guò)程中吹掃處理?yè)P(yáng)塵問(wèn)題較為嚴(yán)重。對(duì)某動(dòng)車所吹掃作業(yè)的粉塵現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示，吹掃庫(kù)粉塵污染濃度8 h 時(shí)間加權(quán)平均濃度(TWA)為11.2 mg/m3，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值8 mg/m3的要求，而15 min 短時(shí)間接觸濃度最大值為57.3 mg/m3，超限倍數(shù)計(jì)算值為7.16 倍，遠(yuǎn)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因此，充分認(rèn)識(shí)和了解吹掃工藝現(xiàn)狀，可以為改進(jìn)吹掃工藝作業(yè)方式和污染治理裝備提供依據(jù)，進(jìn)而改善作業(yè)環(huán)境、降低職業(yè)病發(fā)生率。

2 軌道車輛現(xiàn)有吹掃方式

2.1 人工吹掃

目前國(guó)內(nèi)列車車底吹掃方式以人工吹掃為主，即使用手持壓縮空氣噴頭及管道手動(dòng)進(jìn)行吹掃，壓縮空氣從車間內(nèi)主管道引出(一般車間內(nèi)均設(shè)置壓縮空氣管道)，人工吹掃如圖1 所示。

圖1 某機(jī)車車輛段人工吹灰

人工吹掃噴吹系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)風(fēng)罐、干燥器、供風(fēng)管路、手持噴槍、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、底面吹掃裝置等組成。吹掃裝置的控制系統(tǒng)包括：電控柜(電控柜的控制室內(nèi)裝有門鎖、排風(fēng)扇及測(cè)量?jī)x表等)、現(xiàn)場(chǎng)控制盒、中間繼電器及各電機(jī)控制、單元操縱臺(tái)、光電傳感器、風(fēng)壓傳感器、變頻器、信號(hào)燈、電纜、分線盒等。

目前，車輛底部吹掃除塵以手動(dòng)作業(yè)方式為主，因車輛下部結(jié)構(gòu)死角偏多，采用人工吹掃可以一次性有效清除浮灰，但作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)時(shí)塵土飛揚(yáng)，污染作業(yè)環(huán)境。

2.2 人工吹掃+半封閉式+脈沖袋式除塵

為改善作業(yè)環(huán)境，研發(fā)了底部噴吹除塵設(shè)備。工作時(shí)，采用室內(nèi)半封閉式除塵系統(tǒng)進(jìn)行人工吹掃，通過(guò)在車輛兩側(cè)地面設(shè)置的擋塵罩將吹掃工作區(qū)進(jìn)行半包圍，通過(guò)噴吹系統(tǒng)對(duì)列車底部電氣設(shè)備進(jìn)行吹掃，產(chǎn)生的粉塵由吸塵罩收集，再經(jīng)除塵系統(tǒng)中的脈沖袋式除塵器進(jìn)行過(guò)濾，后達(dá)標(biāo)排放。此外，利用脈沖閥控制高壓風(fēng)可以將濾袋外表面吸附的粉塵吹落進(jìn)灰斗，灰斗定期排灰即可。該設(shè)備部分解決了傳統(tǒng)人工吹掃作業(yè)過(guò)程中因粉塵擴(kuò)散帶來(lái)工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題。

半封閉式底部噴吹除塵主要包括：噴吹系統(tǒng)(空氣壓縮機(jī))、除塵系統(tǒng)(除塵機(jī)房、脈沖袋式除塵器)、控制系統(tǒng)、擋塵罩。設(shè)備布置如圖2 所示。

該工藝吹掃區(qū)布置在地下，吹掃作業(yè)的流程為：①待吹掃車輛駛?cè)胪＼嚇?biāo)志指示的預(yù)定吹掃區(qū)；②制造局部負(fù)壓吹掃區(qū)，啟動(dòng)除塵系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)并初始化脈沖控制系統(tǒng)；③操作人員佩戴防毒面罩進(jìn)入地溝，對(duì)車輛下部進(jìn)行檢查后，手持噴槍吹落車輛底部積塵。吹掃過(guò)程中，大顆粒粉塵落入地溝內(nèi)，需定期對(duì)地溝進(jìn)行清洗處理，微粒粉塵則由除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

圖2 底部噴吹除塵設(shè)備組成

脈沖袋式除塵器是除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它改善了傳統(tǒng)清灰阻力高、清灰難等問(wèn)題，占地面積少、能耗低、工作可靠、維修工作量小，在國(guó)內(nèi)外各行業(yè)的通風(fēng)除塵治理環(huán)節(jié)中應(yīng)用較為廣泛。

2.3 自動(dòng)吹掃結(jié)合人工輔助吹掃+脈沖袋式除塵

參照日本地鐵車輛檢修基地車體吹掃間的設(shè)計(jì)方法，并借鑒德國(guó)、法國(guó)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)地鐵車輛的具體情況，國(guó)內(nèi)某公司研發(fā)設(shè)計(jì)了列車車底高壓空氣吹掃成套設(shè)備，該設(shè)備能夠有效清潔機(jī)車底部的灰塵和污垢，降低列車的電氣故障，有利于機(jī)車車輛的安全運(yùn)行。

地鐵列車車底吹掃設(shè)備的工作原理為：當(dāng)車體由牽引車送進(jìn)吹掃庫(kù)后，系統(tǒng)自動(dòng)捕捉車體信號(hào)，打開帶有高壓空氣的自動(dòng)噴吹系統(tǒng)，對(duì)車底進(jìn)行噴吹清污除塵，專用的吸塵口也同時(shí)打開，將含有粉塵的空氣導(dǎo)入布置在室外的除塵系統(tǒng)。對(duì)于自動(dòng)噴吹不能清除的頑垢，由人工進(jìn)行補(bǔ)吹。

2.4 移動(dòng)式吹掃+除塵設(shè)備

輕軌列車月檢庫(kù)采用了一種移動(dòng)式除塵設(shè)備。該設(shè)備綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)和除塵技術(shù)，具有壓縮空氣吹掃、集塵并除塵、平臺(tái)移動(dòng)等功能。該設(shè)備在輕軌底部設(shè)備的吹掃治理中有較好的應(yīng)用，既有負(fù)壓吸塵又結(jié)合了過(guò)濾除塵，可以在吸風(fēng)罩口形成有效負(fù)壓區(qū)捕集粉塵，經(jīng)過(guò)濾器充分過(guò)濾后達(dá)標(biāo)排放。該設(shè)備由啟動(dòng)電瓶車搭載除塵系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，操作靈活，可有效除塵[5]。

3 結(jié)論

車輛吹掃工藝是保證安全運(yùn)營(yíng)的重要環(huán)節(jié)。目前軌道交通車輛段的數(shù)量逐漸增加，依據(jù)現(xiàn)有吹掃工藝的水平及市場(chǎng)需求，需要研究開發(fā)適用于不同軌道車輛的吹掃設(shè)備。通過(guò)對(duì)粉塵理化性質(zhì)、吹掃工藝作業(yè)方式和污染治理裝備的適用條件進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

（1）列車高速運(yùn)行過(guò)程中，由于摩擦、靜電等原因，在車廂底部和轉(zhuǎn)向架上部之間會(huì)積聚大量粉塵，這些粉塵理化特點(diǎn)包括：比電阻不高，粉塵塵粒具有荷電性，吸水性強(qiáng)，20% ~ 40%的粉塵粒徑大、比重輕、呈絮狀存在，60% ~ 80%的粉塵粒徑小(15 μm以下)、比重相對(duì)較重、多數(shù)呈板結(jié)狀存在。

（2）在吹掃過(guò)程中存在的主要問(wèn)題和隱患包括：自動(dòng)吹掃設(shè)備的設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致吹掃效果不明顯；吹掃不徹底，雖然能夠吹掃狹縫的灰塵，但局部設(shè)備倉(cāng)內(nèi)粉塵無(wú)法排出；不及時(shí)回收和處理吹掃作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵，將對(duì)工作環(huán)境形成二次污染，并影響整個(gè)庫(kù)內(nèi)工人的身體健康；吹掃工序無(wú)法與其他工序同時(shí)開展工作，增加了維修時(shí)長(zhǎng)；現(xiàn)有的吹掃作業(yè)多為人工吹掃，自動(dòng)化程度低、多數(shù)站段在夜間無(wú)其他作業(yè)人員時(shí)進(jìn)行；污染治理存在通風(fēng)量不夠、工藝布局不合理、系統(tǒng)氣流組織不正確等問(wèn)題。

（3）目前我國(guó)軌道車輛現(xiàn)有吹掃作業(yè)方式主要為通過(guò)式和固定式2 種，其中通過(guò)式為整列車體以1.5 ~ 3 km/h 左右的速度運(yùn)行，操作人員固定不動(dòng)進(jìn)行作業(yè)；固定式與之相反。吹掃方式為手動(dòng)吹掃、自動(dòng)吹掃+人工補(bǔ)吹2 種。其中，手動(dòng)吹掃時(shí)工人手持壓縮空氣噴頭及管道進(jìn)行作業(yè)，自動(dòng)吹掃時(shí)由電動(dòng)控制噴頭移動(dòng)進(jìn)行作業(yè)，局部未吹掃干凈的地方由人工補(bǔ)吹?？刂茀^(qū)形式有封閉式固定房體、移動(dòng)式吸塵機(jī)組等；除塵器型式有脈沖袋式除塵、脈沖高效濾筒除塵等。