煤炭鐵路運輸抑塵現狀的分析與改進措施

程隆冒 上海鐵路局上海鐵路裝卸服務（集團）有限公司

1 煤炭鐵路運輸揚塵損失和危害

1.1 煤炭鐵路運輸揚塵的損失

我國煤炭資源相對比較豐富，既是產煤和進口第一大國，也是消耗第一大國，煤炭在國民經濟發展中起到舉足輕重的作用。但是，煤炭在運輸、存放等環節（特別遇到風大時）不僅產生大量揚塵污染，還伴隨大量煤炭資源損失。根據調研分析，煤炭在鐵路運輸過程中產生的損耗約為1.2%，以此推算，2010年全路煤炭運量為200043萬t，損失約2 400萬t，按600元/t計，損失約144億元。

1.2 煤炭鐵路運輸揚塵的危害

1.2.1 污染周遍環境

在列車會車或行駛在曲線地段及停車制動時，由于相對氣流的作用，煤塵會隨風揚動，煤粉揚塵造成的可吸入顆粒物濃度高，長此以往造成空氣污染，同時威脅沿線百姓的身體健康。

1.1.2 破壞生態環境

大量煤粉揚塵附著于貨運沿線農作物及林業植物葉片，嚴重影響其光合作用的吸收轉換，致使農作物減產、生態植被長勢削弱、生物多樣性減少，嚴重威脅當地的生態環境安全。

1.2.3 影響鐵路運輸安全

一是在運煤列車與旅客列車會車時，相對速度大，產生的氣流漩渦會造成煤炭飛落，擊打旅客列車窗玻璃，甚至可能危及旅客安全。二是列車在隧道內行駛時，空間狹小，空氣不流通，大量的煤塵散落并懸浮于空氣中，對長期從事隧道作業的人員身體健康造成損害。三是煤塵長期大量附著于鐵路設施，加劇了道床的板結、機車及汽車散熱網孔的堵塞、接觸網放電以及通信、信號、供電等設備的破壞，縮短設備使用壽命。

2 煤炭鐵路運輸抑塵噴灑方式分析

2009年以來，上海鐵路局陸續建成煤炭抑塵站23個，其中：對噴式5個、擺臂式9個、簡易龍門式1個，流動噴灑站8個（流動車10臺），基本實現煤炭發送主要區域全覆蓋，年煤炭鐵路運輸1.2億t。

2.1 抑塵噴灑方式優缺點對比分析

根據噴灑形式主要分為固定式和移動式，其中固定式包括對噴式、擺臂式和龍門式三種，移動式主要有移動噴灑車。

2.1.1 對噴式

優點：一是設置于鐵路限界外，使用安全，適用于電化與非電化區段；二是滿足車速度≤30 km/h的任何線路使用；三是列車鉤檔聯接部分停噴效果好，機車次位貨物車輛全覆蓋；四是故障率小，維修方便、安全；五是節省原料，噴灑時產生的抑塵液能夠回流且無污染。

缺點：一是需在線路兩側安裝噴灑架，管路需過軌，增加施工難度，施工周期長；二是設備、控制部分及土建費用投資相對較高；三是要求線間距須達6.5 m以上。

2.1.2 擺臂式

優點：一是噴灑效果最好，噴灑均勻；二是噴灑流量適應范圍廣（5-30 km/h速度線路）；三是噴灑裝置設在線路一側基礎，噴灑管道不需穿越線路，相對對噴式施工難度小，對鐵路運輸干擾小。

缺點：一是安全隱患大，噴灑時擺臂進入限界；二是故障率大，噴灑過程中頻繁使用擺動、升降噴灑臂動作，故障概率大，擺臂一旦無法回位時，則存在行車故事隱患，對列車造成損壞；三是不能實現機車次位車輛全覆蓋；四是無回流裝置，浪費原料；五是維修不方便、不安全。

2.1.3 龍門式

優點：噴灑均勻，噴灑效果好，噴灑流量便于控制。

缺點：一是只適應非電化區段；二是要求線間距須達6.5 m以上；三是噴灑時侵入限界，存在安全隱患；四是需在線路兩側安裝噴灑架，管路需過軌，增加施工難度，施工周期長；五是無回流裝置。

2.1.4 移動噴灑車

優點：一是噴灑機動性大，移動方便，一臺移動噴灑車可滿足若干各點（線）噴灑作業。

缺點：除具備擺臂式的缺點外，移動噴灑不能實施全天候噴淋，并受道路交通安全等因素的制約，應用范圍較小。

3 抑塵噴灑存在的問題和改進措施

3.1 抑塵噴灑及設備設施存在的隱患和問題

3.1.1 抑塵噴灑裝置侵限，給行車安全帶來很大隱患和風險

一是由于擺臂式噴灑裝置作業過程中必須在機后進行90°擺動，噴灑臂方可進入車輛上方噴灑，因此設備侵入限界，在升降、轉臂過程中，尤其是噴灑過程中突遇到棚車或已裝載超敞車車幫貨物時需立即將轉臂回轉過來停止噴灑，稍有不慎就可能打壞機車車輛或損壞設備，存在安全隱患。二是擺臂為液壓升降，雖然液壓系統安裝了回流和卸壓裝置，但如發生故障，列車間隔時間短或人員疏忽，擺臂未及時收回，仍存在行車隱患；三是擺臂未起升時離軌面高度為3 300 mm，升起后高度為4 100 mm，雖然裝置底座加高800 mm，且規定“不允許擺臂下降噴灑作業”，但實際擺臂因升降缸磨損和偏重造成端部下沉200 mm左右，擺臂與機車最高位置實際只有200 mm空間，形成事實隱患。四是流動抑塵車在噴灑過程中的安全隱患與擺臂式噴灑裝置相同，并增加了由于抑塵車移動或停車不當造成車體侵限的安全風險。同樣，龍門式裝置下降后進行噴灑也存在這一安全隱患。

3.1.2 列車通過速度高，噴灑效果差

一是列車通過抑塵點速度過快造成噴灑量不足。各種噴灑形式對列車通過速度都有要求，路局在各抑塵站開通運營時行文公布各抑塵站速度限制，固定式抑塵站列車通過速度≤30 km/h，移動式速度≤5 km/h，有的車站納入站細，設置了限速標志并對列車通過進行限制，但有站點車速還是太快，如青龍山、望峰崗固定站和寧波移動點車速為40~50km/h，噴灑效果或覆蓋面都不達標。二是流動抑塵車因噴灑流量靠抑塵車發動機油門控制，發電機油門的變化，直接影響噴灑質量，易造成噴灑不均勻，噴灑效果不達標。

3.1.3 廢液回收不及時，造成原料浪費和環境污染

一是擺臂式車輛鉤檔停噴是靠光電系統識別車輛并反饋給可編程控制器（PLC），控制伺服電機帶動圈筒翻轉存儲噴灑液實現停噴，期間噴灑液仍然泵出，第二輛車到達后，PLC再次反饋信號圈筒翻轉，存儲液體全部倒出，造成車輛初始抑塵液過多，浪費量約為整車用量8%左右，按理論用量測算一列車浪費約50~80元左右。二是擺臂式噴頭多、壓力大，形成噴灑夾角大于車輛寬度，液體噴灑到車輛外部，對線路、環境造成污染。三是極少量外濺的煤塵和抑塵溶液散落在線路上，雖然各抑塵站都進行了噴灑線路硬面防水處理，但未實施廢液集中回收處理，造成線路積水、扣件腐銹，給安全帶來隱患。

3.1.4 控制系統不完善，自動化、智能化水平低

一是抑塵液質量無法實現噴灑聯控。固定式噴灑過程中，光電檢測系統識別機車通過后，發出信號給PLC按給定頻率啟動噴灑泵開始運行。給定頻率與列車通過車速對應信號，反饋信號給PLC，控制變頻器調節輸出頻率來調整噴泵流量達到設計噴灑標準，噴灑過程實現自動化，但缺少抑塵液質量檢測系統，對抑塵液質量無法實現噴灑聯控。二是噴灑過程沒有車號識別系統并作為一個匹配模塊與PLC進行集成。三是整個系統與完全實現自動噴灑、抑塵液質量聯控、數據自動采取及傳輸、安全智能控制等自動化、智能化、集成化還有一定差距。

3.1.5 抑塵劑攪拌不均勻

目前，局管內抑塵劑都是固體粉劑，經預融加料機進入攪拌罐，加水攪拌，由于攪拌設備是上置式，電機帶動葉片，攪拌時產生下壓力和漩渦流實施抑塵劑攪拌，但由于攪拌罐罐體直徑、高度較大，在罐體底部和罐壁易造成攪拌不均。同時液體放置一段時期產生沉淀，另外預融不充分時對粉劑溶解也造成影響，很多抑塵量大抑塵站，攪拌、儲液罐都有很厚的沉淀物。

3.2 設備設施改進措施

3.2.1 改進攪拌及噴灑設備設施，限制列車速度

一是針對攪拌不勻造成沉淀問題，可將上置式攪拌設備改成沉入可調式攪拌（攪拌電機（葉片）固定在罐體內壁滑道上，通過鋼絲繩上下升降可調式攪拌），消除攪拌罐底部死角。二是針對擺臂升起后偏重及升降缸長期磨損和銹蝕（升降柱與缸體間隙加大）造成擺臂前端下沉影響行車安全問題，可對設備進行局部改造，消除安全隱患。可進行兩種方式改進，一種方法是在擺臂后部增加配重，使支撐柱兩端盡量平衡，以減輕擺臂前端下沉程度，但這種方式增加液壓舉升重量；另一種方法式在升降缸外壁與擺臂花架之間加裝液壓裝置，進行支撐或拉平擺臂，這種方式需對原液壓管路進行改造或增加一個液壓缸。三是針對抑塵廢液集中收集問題，可在原線路硬面防水處理的基礎上，在線路兩側增設擋墻、排水溝、積水井，安裝潛污泵、管道，將抑塵廢液集中收集處理。四是限制列車通過速度。車務、機務部門需密切配合，列車通過抑塵站點時，應及時通知抑塵站點工作人員，嚴格按照抑塵站點公布的速度限制行駛。

3.2.2 改造改進噴灑方式，消除安全隱患

上述分析表明，擺臂作業中存在行車安全隱患，同時存在浪費原料和污染，長遠來看應進行技術改造，在條件許可的情況下，噴灑部分改為對噴式，安全性高，噴灑效果好，并滿足電化與非電化線路要求。此外，噴灑中無升降、旋轉等動作，易實現自動化。如對擺臂式改造，只需對控制系統和外部噴灑設備改造（包括管路穿線路）即可。從安全上完全消除行車安全隱患；從技術上具有可行性，并為系統自動化和集成化打下基礎；從經濟效益上看，單點投入約20萬元左右，但每列車可節約50~80元，兩年內完全可收回投入。

3.2.3 系統集成升級，實現噴灑自動化，智能化

既有抑塵噴灑控制系統雖能滿足使用，但離整個作業過程離真正自動化、智能化的要求還有一定差距。如：噴灑作業需人操作；抑塵液質量無聯控；車號無識別和采集系統等。這都需要對現行系統進行升級和集成。首先解決噴灑作業自動化，對噴灑監視管理、中間控制、現場執行系統進行分工，使之能夠在使用前對設備進行自檢，當列車通過時，光電檢測識別牽引機車通過后，發出信號給PLC控制傳動減速箱，同時PLC控制計變頻器，給定電機不同頻率，進行流量和恒壓的控制，實現自動噴灑和鉤檔停噴，并于車輛通過后自動切換清洗，真正實現噴灑全自動。同時加裝抑塵液質量檢測傳感器，分析質量，并與整個系統PLC集成，形成聯控。此外增加車號識別和采集系統，采用鐵路現行車號識別系統，做到數據同步采集。這些都與PLC有關，隨著PLC的向著大網絡化、高性能、優良兼容性和多功能發展，向下可以與多個PLC框架相連，向上可以與工業計算機、以太網、MAP網相連構成自動化集成系統，真正實現從制液、噴灑、采集到監控全過程自動化、智能化。