鶴管中氣阻產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

沈鑫萍 高建豐

[摘要]了解國(guó)內(nèi)鐵路卸油的實(shí)際情況可以發(fā)現(xiàn)，在氣溫較高的時(shí)候卸油極易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，阻礙卸油工作的進(jìn)行。針對(duì)這一問(wèn)題，研究氣阻產(chǎn)生機(jī)理，提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞]鶴管;氣阻;預(yù)防措施

[中圖分類號(hào)]U294.82

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)鐵路裝卸油系統(tǒng)根據(jù)卸油位置的不同可分為兩種：一是從罐車上方進(jìn)行卸油，二是從罐車下方進(jìn)行卸油。鐵路上部卸油作業(yè)時(shí)，從罐車上部將鶴管插入油品中，通過(guò)泵或者虹吸自流卸油。鐵路下部卸油作業(yè)時(shí)，裝卸油管與罐車下部卸油器相連，同樣通過(guò)泵或者自流把油料卸下。同時(shí)，下部卸油由于不需要真空引流，所以不會(huì)出現(xiàn)氣阻斷流的現(xiàn)象。但由于鐵路輸送的大多數(shù)為輕油，而輕油罐車不設(shè)下泄器。所以，在我國(guó)，鐵路輸油卸油的首選方法為上部卸油，即利用鶴管，從油罐車上部用泵或虹吸自流的方法卸油，當(dāng)鶴管內(nèi)產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象后，影響油品正常轉(zhuǎn)輸，工作時(shí)間變長(zhǎng)，且油料揮發(fā)帶來(lái)的損耗增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐捎推窋嗔鞫鵁o(wú)法進(jìn)行正常的卸油操作。在油庫(kù)的日常工作以及鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，氣阻現(xiàn)象的發(fā)生阻礙了工作的正常運(yùn)行，油品斷流還存在一定的危險(xiǎn)成分，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在鐵路油品運(yùn)輸、接卸工作中，預(yù)防氣阻的產(chǎn)生十分有必要。

2 鶴管

2.1 鶴管定義

鶴管是鐵路油罐車上部裝卸油品的專用設(shè)備，主要由固定立管、水平管、垂直管、旋轉(zhuǎn)接頭和力矩平衡裝置等組成。它采用旋轉(zhuǎn)接頭與剛性管道及彎頭，避免了老式軟管易老化、易泄露等缺點(diǎn)，成為鐵路油罐車與棧橋儲(chǔ)運(yùn)管線之間的連接設(shè)備，具有很高的靈活性、安全性，且使用壽命很長(zhǎng)。

2.2 常用鶴管類型

2.2.1 氣動(dòng)密閉裝車鶴管

此類鶴管的操作動(dòng)力為壓縮空氣，操作輕松靈活，裝車時(shí)揮發(fā)性油氣可通過(guò)氣相管收集，減少對(duì)環(huán)境的污染，且配備氣控系統(tǒng)，可杜絕跑油事故。

2.2.2 氣動(dòng)潛油泵卸油鶴管

它可以較好地解決夏季由于高溫產(chǎn)生氣阻導(dǎo)致卸油困難的問(wèn)題，但其安全性不如液壓潛油泵高。

2.2.3 鐵路油罐車防溢裝油鶴管

它有一級(jí)防溢和二級(jí)防溢兩種類型，最大的優(yōu)點(diǎn)是可以避免油罐車跑冒油和人員誤操作。

2.2.4 液動(dòng)潛油泵卸油鶴管

它可以較好地解決卸油作業(yè)易產(chǎn)生氣阻問(wèn)題，且安全性比氣動(dòng)潛油泵好。

2.2.5 下部裝卸油鶴管

鐵路油罐車下部卸油鶴管由法蘭接口、回轉(zhuǎn)器、內(nèi)臂、平衡器、外臂、支承彈簧、快速接頭等組成，能適應(yīng)各種不同類型油罐車編組的需要。

3 鶴管氣阻

3.1 氣阻的產(chǎn)生機(jī)理

油料在油品運(yùn)輸、接卸過(guò)程中會(huì)有空氣混入，而空氣的溶解度受溫度和大氣壓的影響，溫度高、壓力大，溶解度也隨之增大。當(dāng)在卸油過(guò)程中，卸油溫度下的大氣壓壓力高于鶴管中一點(diǎn)（一般式鶴管的最高點(diǎn)）的剩余壓力時(shí)，溶解度發(fā)生改變，空氣會(huì)從油品中重新析出，在鶴管的某一點(diǎn)聚集成一個(gè)氣泡。另外，由于此時(shí)該溫度下的大氣壓高于鶴管中剩余壓力，油品將繼續(xù)蒸發(fā)，當(dāng)該溫度下油品的飽和蒸汽壓高于鶴管的剩余壓力時(shí)，油品蒸發(fā)會(huì)更加劇烈。這樣油品中溶解又被析出的空氣、輸送過(guò)程中夾帶的空氣、以及蒸發(fā)的油品蒸氣聚集在鶴管的最高點(diǎn)形成氣袋，造成氣阻現(xiàn)象，妨礙卸油的正常進(jìn)行。卸油工藝設(shè)備如圖1所示：

圖1中的C點(diǎn)是鶴管中最容易產(chǎn)生氣阻的地方，由上述原理可知，要防止在卸油過(guò)程中C點(diǎn)產(chǎn)生氣阻必需要使C點(diǎn)的剩余壓力大于該條件下油品的飽和蒸氣壓。即

H_sy>H_y

（1）

式中：H_sy——鶴管中C點(diǎn)的剩余壓力，m液柱;

H_y——某溫度下的油品的飽和蒸氣壓力，m液柱。

H_sy可以表示成：

（2）

式中：H_α——某溫度下的大氣壓，m液柱;

ΔZ——油罐車右邊到C點(diǎn)的標(biāo)高，m;

h——鶴管吸入口到C點(diǎn)間的水力摩阻損失;

V_c——C點(diǎn)的流速，m/s

式（1）是理想狀態(tài)下得出的理論結(jié)果，現(xiàn)實(shí)情況下，產(chǎn)生氣阻的原因較多、情況也較為復(fù)雜，鶴管自身的密封性能以及油品的組成差異都會(huì)引發(fā)氣阻的變化。因?yàn)橛衅睿砸肫钕禂?shù)，對(duì)式（1）進(jìn)行修正：

ΔH一般取2-2.4m油柱。

3.2 產(chǎn)生氣阻的因素

3.2.1 油品的自身性質(zhì)

同等狀態(tài)下，輕質(zhì)油品飽和蒸氣壓比重質(zhì)油品飽和蒸氣壓高，這種性質(zhì)會(huì)使運(yùn)輸輕質(zhì)油品的鶴管入口處的汽化壓力高于該處的最低液流壓力，從而產(chǎn)生一定量的氣泡，而氣泡的產(chǎn)生就是氣阻現(xiàn)象發(fā)生的原因之一。此外，同等情況下輕質(zhì)油品的蒸發(fā)速率相較于重質(zhì)油品更快，蒸發(fā)損耗更大，導(dǎo)致蒸發(fā)的油品氣體體積更大。這些產(chǎn)生的氣泡與蒸發(fā)的油蒸氣以及油品輸送中攜帶的空氣聚集并在鶴管的某一點(diǎn)（一般是管道的最高點(diǎn)）集中，形成氣阻，導(dǎo)致斷流。

3.2.2 鶴管的安裝高度及自身結(jié)構(gòu)

鶴管安裝高度過(guò)高、管徑過(guò)細(xì)都會(huì)使油品到達(dá)管道最高點(diǎn)時(shí)的最高剩余壓力不足，因?yàn)楦叨茸兏吆凸軓阶兗?xì)都會(huì)使沿程摩阻變大，鶴管最高點(diǎn)剩余壓力不足會(huì)有氣泡產(chǎn)生，且若低于該情況下油品的飽和蒸氣壓，就可能會(huì)引發(fā)氣阻。

3.2.3 槽車內(nèi)油溫分布不均勻

鐵路常用的卸油辦法是把鶴管與槽車下端相連，使油品從下往上卸出。而油溫的分布規(guī)律恰好是從下及上油溫不斷升高。因?yàn)檫@樣的油溫分布特性，使得到了卸油的后期，罐車上部溫度較高油品伴隨著底部油品的卸出而下降至底部，由于位能降低，溫度較高油品容易在鶴管當(dāng)中發(fā)生汽化，氣袋增加，流量減小，增加氣阻形成的可能性。

3.3 氣阻的危害

氣阻不是一下子在管道中產(chǎn)生的，隨著不利因素的積聚，油溫高，卸油環(huán)境溫度高，卸油過(guò)程中不斷降低的油品位能，導(dǎo)致在某一時(shí)刻、某一點(diǎn)，油品的剩余壓力小于該油品飽和蒸氣壓，最終形成氣阻斷流，而氣阻將帶來(lái)一系列問(wèn)題：工作時(shí)間延長(zhǎng)，工作人員工作量變大等。

4 鶴管氣阻的預(yù)防措施

4.1 改變鶴管結(jié)構(gòu)

4.1.1 改變鐵路鶴管的結(jié)構(gòu)形式

目前采用的鐵路鶴管突出的問(wèn)題是彎頭數(shù)量多、活動(dòng)接頭處漏氣點(diǎn)多，立管比較高，作業(yè)范圍受“龍頭”編組的影響，經(jīng)常需要移動(dòng)罐車位置保證對(duì)位作業(yè)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)利用軟管可以很好地解決兩個(gè)問(wèn)題——一是鶴管長(zhǎng)度減小，沿程摩阻減少;二是鶴管安裝高度降低，有效降低了氣阻發(fā)生的概率，且活動(dòng)接頭少，漏氣點(diǎn)少。目前卸油工藝中，也會(huì)在集油管附近備用一根應(yīng)急輸油膠管，在發(fā)生氣阻時(shí)，臨時(shí)采用膠管卸油的方式。但膠管無(wú)法代替金屬管的最大原因是膠管老化、腐蝕速度過(guò)快，而且不易被發(fā)現(xiàn)，一旦有滲漏點(diǎn)出現(xiàn)而未被察覺(jué)，造成的后果是極其嚴(yán)重的。所以，如果可以設(shè)計(jì)出金屬軟管代替?zhèn)鹘y(tǒng)鶴管，對(duì)氣阻的克服應(yīng)該是非常有利的。

4.1.2 增大卸油鶴管的管徑

鶴管常用管徑易產(chǎn)生較大的阻力，若可以增大鶴管直徑，那么鶴管阻力相對(duì)可以降低許多。但是管徑的增大使得制作工藝更為復(fù)雜，且對(duì)工藝本身要求更高，操作難度加大。所以要結(jié)合工藝要求及操作困難程度合理增大鐵路鶴管的直徑。

4.2 降溫法卸油

當(dāng)前普遍使用的降溫法有晚間卸油，淋水降溫，回沖冷油等。晚間卸油在一定程度上可以控制氣阻的產(chǎn)生，但同時(shí)增加了卸油時(shí)間，與鐵路調(diào)度產(chǎn)生矛盾，同時(shí)加大了員工的工作強(qiáng)度。淋水降溫法需要耗費(fèi)大量水資源，同時(shí)易對(duì)罐車罐體表面產(chǎn)生腐蝕。另外，長(zhǎng)時(shí)間淋水對(duì)鐵路路基的穩(wěn)定將產(chǎn)生不利影響。

4.3 潛油泵卸油工藝

4.3.1 液動(dòng)潛油泵

其本質(zhì)是完成從電能到機(jī)械能到液壓能再回到機(jī)械能的一系列能量轉(zhuǎn)化，利用液壓站將所需能量傳達(dá)到罐車?yán)铩?/p>

4.3.2 電動(dòng)潛油泵

采用電動(dòng)潛油泵取代常規(guī)鶴管，可以有效降低檢修和維護(hù)頻率，增加使用年限，大大降低成本，減少了污染環(huán)境的可能性，且密封性好不易造成泄露，能耗降低為液動(dòng)潛油泵的33%使其綜合成本低。

4.4 低氣壓卸油工藝

該工藝就是將罐車密閉，通過(guò)壓縮空氣或惰性氣體，對(duì)液面施加一定壓力以提高大氣壓，從而提高管道各點(diǎn)的剩余壓力。

4.5 分層卸油工藝

分層卸油工藝是指上部油品上卸，下部油品下卸，盡可能降低氣阻產(chǎn)生的可能性。要實(shí)現(xiàn)分層卸油工藝，其關(guān)鍵是應(yīng)設(shè)計(jì)出一種浮力大、局部損失小的浮筒，同時(shí)要求浮筒與鶴管起伏靈活，隨著液位的下降，鶴管也逐漸下降，最后卸下罐車底部油溫較低的油品，由此達(dá)到分層卸油克服氣阻的目的。

5 結(jié)論

目前，各種克服氣阻的方法很多，如利用潛油泵卸油、加壓卸油、分層卸油、降溫法卸油等等，但都還在實(shí)驗(yàn)研究中。目前較為普遍使用的方法是采用液動(dòng)潛油泵。

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