內燃機務段(折返段)一體化卸發油新設備研究

丁 莉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 現狀及存在的問題

(1)卸油、發油系統現狀

用于內燃機車、內燃調車機車上油整備的機務段、折返段，均設有與其規模相適應的柴油庫、卸油系統、發油系統。根據不同規模的柴油庫，配置的卸油系統組成:卸油泵(1主1備)，單鶴管～12鶴管卸油棧橋，掃底油泵，以及卸油管路、閥門、流量計等。配置的發油系統組成:發油泵(1主1備)，1～4個發放柱，1～8個加油槍(臺位)，以及發油管路、閥門等，其中卸油泵、掃底油泵、發油泵、閥門、流量計集中在油泵間，各泵的啟停由油泵間控制室控制。

目前普遍采用的卸油工藝流程為:油罐車→卸油鶴管(卸油棧臺)→集油管路→連接管路→油泵間卸油泵(掃底油泵)→連接管路→油罐。普遍采用的發油(加油)工藝流程為:油罐→連接管路→油泵間發油泵→連接管路→發放柱→加油槍→機車油箱。

油泵間控制室作為卸發油系統的控制中心，當卸油棧臺上的操作人員操作鶴管全部對位油罐車卸油口后，通知油泵間控制室的操作人員啟動卸油泵，當人工觀察卸到第一個油罐的底部時關閉該鶴管(在未吸空之前)，直至依次完成各油罐的卸車作業，當人工觀察卸到最后一罐車底部(在未吸空之前)，通知油泵間控制室的操作人員停止卸油泵，啟動掃底油泵依次完成各油罐清底停泵;機車加油由發放柱的操作人員操作加油槍對準機車油箱后，通知油泵間控制室的操作人員啟動發油泵，人工觀察機車油箱加滿后通知油泵間控制室的操作人員停止發油泵。

目前有些機務段(折返段)，為方便現場人員操作，在卸油棧臺和發放柱現場增加了遠程控制終端，除油泵間控制外又增加了一路現場控制，現場操作人員可根據現場情況隨時停止油泵間的卸、發油泵。

(2)存在的問題

①卸油、發油系統龐大

受段平面影響，通常油泵間距離卸油棧臺、發放柱、油庫較遠，配置的卸、發油管路長、彎道多，要滿足系統卸油需要，就要求卸油泵具有較大的吸程，要滿足系統加油需要，就要求發油泵具有較大的揚程，以克服系統阻力，對吸程不滿足要求的卸油泵需配置真空系統或灌泵系統，對揚程不滿足要求的發油泵需選擇大揚程發油泵，因此造成卸油、發油系統龐大，卸油、發油質量不高。

②卸油、發油系統自控水平低

既有的卸油發油系統，卸發油泵的啟、停是通過現場操作人員觀測油罐車是否卸空、機車油箱是否加滿來確定，卸油、加油作業與泵的啟停無自動控制關系，油泵間、作業現場多點控制，控制點之間無聯鎖控制關系，控制水平低、控制安全性差，一旦出現吸空、誤操作即引發安全事故。

③計量水平低

近年來，內燃機車用油作為機務段成本支出，越來越受到鐵路局重視，因支出較大已列入各鐵路局物資管理系統，不僅卸油要求準確計量，加油也要求定車計量，并輸入機車運用整備管理系統。既有的卸油、發油系統為普通的容積式流量計，因其測量原理與構成特點與流體的流動狀態無關，故在流體黏性隨季節發生變化時其測量精度隨之變化，因此已被現場人工測尺和微機定量加油機取代?，F場人工測尺和微機定量加油機，因與系統無法形成控制聯動關系，又沒有網絡接口，無法實現信息化管理。

④卸發油過程安全設計水平低

油泵控制間作為密閉的卸油發油控制中心，《石油庫設計規范》(GB25303—2007)對工藝、建筑、暖通、設備、電氣、給排水、消防、通信等諸多專業都有嚴格的要求，涉及專業多、管線多，防靜電、防爆、防油氣、防火要求高，目前的卸發油過程安全設計是采用一條接地線的方式連接到火車儲油罐的底部，以消除卸油時產生的靜電;采用發油管道直接連接地線的方式，以消除發油時產生的靜電。該設計的缺點是:沒有靜電接地保護器報警措施，以確定卸發油作業連接地線是否良好;沒有針對介質流速快與慢變化的檢測裝置，將事故控制在事前。因為不同流速下的介質產生的靜電積聚是不同的，緊靠接地線的方法是不可靠的;如果流速瞬間過快，其產生靜電積聚將是正常流速的數倍之多，很可能引起瞬間爆炸導致安全事故。因此僅僅靠連接地線來保證安全，一旦出現超流速、接地松動，極易造成安全事故。

2 一體化卸油發油系統新工藝、新設備的提出

近年來我單位參加了多項中石化、中石油等路外倉儲企業鐵路專用線的設計，路外倉儲企業一般以盈利為目的，周轉量大、存儲量大、裝卸量大、鶴位多，多為鐵路或管道卸、鐵路或公路裝，為減少占地，均采用棧臺、泵集中布置;為提高裝車速度，對于大裝車量的裝卸設施，采用密閉液下自動定量裝車;對于大卸車量的裝卸設施，因同時卸車鶴位較多，很難實現自動卸車。

而內燃機務段(折返段)為自管自用，周轉量小、鶴位少，一般為鐵路卸油給機車加油，通常每10～15 d鐵路卸油1次，每1～1.5 h機車加油1次，每次加油10～15 min，且油罐車在卸油時機車不能加油，因此對于這種卸油頻率低加油頻率高的作業，縮短卸油作業時間以換取加油作業時間，是提高機車整備作業效率的最好途徑。通過對路外企業裝卸設施的研究，同時針對內燃機務段(折返段)自身特點及存在的問題，提出內燃機務段(折返段)“一體化卸發油裝置”的構想:集鶴管、棧臺、卸發油泵、計量、防靜電接地、監視、報警、聯鎖、信息記錄于一體的“一體化卸發油裝置”，通過傳感器、電動閥、卸發油泵、質量流量計、微機加油機、操作終端實現油品卸油和加油的自動計量與控制，通過溫度壓力變送器、靜電保護器、防爆攝像機、顯示屏、控制軟件實現卸油和加油過程的安全控制與聯鎖。

一體化卸發油裝置具有:卸油發油設備模塊化集合，既取消油泵間，將油泵間設備(泵、控制臺、閥、流量計等)與卸油棧臺合并，既減少了占地又優化了系統配置;卸油發油過程自動化控制，因卸車鶴位少，采用依次卸車自動控制，發油過程隨整備機車加油完畢可自動切斷，取消油泵間控制，將卸油控制由棧臺鶴管操作人員統一控制，發油控制由發放柱操作人員統一控制，既較少了人員配置又提高了控制水平;卸油發油量質量化計量，采用雙轉子流量計，可隨介質黏度變化自動折算;卸油發油過程安全自動檢測，采用流速傳感器、轉子泵控制器、靜電保護器，來顯示、消除、釋放靜電，確保卸發油過程安全。

一體化卸發油裝置卸油工藝流程為:油罐車→鶴管→集油管路→一體化卸發油裝置(卸油泵、掃底油泵)→卸油管路→油罐。一體化卸發油裝置發油工藝流程為:油罐→發油管路→一體化卸發油裝置(發油泵)→發油管路→發放柱→加油槍→機車油箱。該工藝優化了卸發油泵與系統的匹配，集成了高性能的轉子泵、質量流量計、電動球閥、微機加油機及安全控制系統，提高了系統卸發油的可靠性和自控水平，真正實現了卸發油的自動計量、自動控制。結合段內機車運用整備管理系統，可實現機車加油、走行公里、耗油的自動統計，結合段內物資管理系統信息通道，可實現卸油量與加油量的自動統計和傳輸。

以內燃折返段為例，圖1分別示意老工藝與新工藝從布局上的直觀變化。

圖1 老工藝與新工藝對比(單位:m)

從圖1中可以看出，新工藝較老工藝占地面積少，卸發油管路短，管路彎道少，因此系統阻力較老工藝要小;卸發油泵位于棧臺下，整體布局緊湊，卸發油工藝順暢，可靠性高，因此系統配置較老工藝要小。

3 新、老卸發油工藝系統計算與對比、分析與試驗

(1)系統計算與對比

以內燃折返段為例，假設6個卸油鶴位，2 h卸完6個罐車6×70 m3，按照4個加油槍同時加油，15 min加滿機車油箱4×11 kL=44 m3，設卸油鶴管高4 m，油罐高10 m，則計算卸、發油系統如下。

①卸油系統:鶴管DN100，管路φ150，管內經濟流速2.5 m/s。

老工藝鶴管至泵的入口距離180 m，泵的出口距離油罐150 m，吸程為7.2 m，揚程為20 m;新工藝鶴管至泵的入口距離40 m，泵的出口距離油罐220 m，吸程為5.9 m，揚程為24 m。

②發油系統:發放柱高度2.0 m，主管路 φ150 mm，管路經濟流速2.5 m/s。

老工藝油罐距泵的入口距離150 m，泵的出口距離發放柱445 m，吸程4 m，揚程34 m;新工藝油罐距泵的入口距離220 m，泵的出口距離發放柱300 m，吸程5 m，揚程23 m。

(2)分析與廠內試驗

從系統計算比較可以得出，卸油系統新工藝吸程比老工藝吸程小，揚程與老工藝差別不大，加油系統新工藝吸程與老工藝差別不大，揚程比老工藝小，由于加油系統吸入管道基本靠系統自流灌泵，而且泵的揚程選擇范圍較大，因此卸發油系統最關鍵的問題是卸油泵的吸程問題。針對這個問題在廠里進行了試驗，試驗條件:進口管路DN150鋼管長80 m，DN100的金屬軟管30 m，高度4 m，出口管路DN150鋼管長5 m;以XHB80旋轉活塞泵(流量為61 m3/h，吸程8 m，揚程范圍0～40 m，電機功率11 kW)，XJB200-150-125旋進轉子泵(流量75～200 m3/h，吸程8 m，揚程范圍28～52 m，電機功率30 kW)為實物進行試驗。試驗步驟及結果如下。

①用XHB80旋轉活塞泵(兼作掃倉泵)前置，10 s后軟管處吸上油，2 min后出口處開始排油，3 min后油流穩定，流量50 m3/h，吸程7 m，揚程20 m。

②關閉XHB泵，啟動XJB泵，能正常使用，流量120 m3/h，揚程25 m。

根據試驗結果，可以得出對于6鶴位卸油，可在3 min內達到穩定的依次卸油工況，在3 h之內完成6個罐車的自動卸油。若完成老工藝卸油，必須采用大功率卸油泵、大直徑卸油管路，以克服系統阻力。

4 “一體化卸發油裝置”設備組成

(1)設備組成

該設備包括:卸油棧臺、卸油鶴管、卸油發油、掃底油泵、自動計量控制系統、視頻監控報警系統、防靜電聯鎖接地系統。主要由流量計、控制閥、溫度壓力變送器、靜電溢油及靜電消除器等安全裝置，卸發油泵、掃底油泵、鶴管、棧臺、防爆大屏幕顯示及防爆等級ExdIIBT4、防護等級IP65的觸摸式現場操作終端等構成。

(2)設備功能

具有卸油、發油、倒罐、自動計量、自動控制及信息傳輸功能;根據需要具有多鶴位依次自動卸油、多臺位同時加油的功能;具有卸油就地自動控制和加油遠程控制功能;具有卸油過程遠程視頻監控功能;具有流量、溫度、壓力、可燃氣體、靜電信號的采集、處理功能;具有防靜電、消除人體靜電、靜電報警、緊急停車、防靜電聯鎖控制等安全功能;具有現場閥門、液位開關、泵運行狀態、接地開關狀態及故障狀態顯示功能。

(3)設備特點

在工廠內預先制造和預先測試好，包括所有的框架、電氣、配管、噴漆、儀器儀表、控制終端、安全報警系統、空氣過濾、計算機控制軟件。緊湊型的設計，裝卸泵系統設備位于棧臺下部，節約占地空間。防靜電溢出、消除人體靜電、接地及緊急停車系統綜合于一體，保障安全。一體化解決方案，避免不必要的浪費，精度有保證?？膳c油庫自動化系統、路局物資管理系統實現無縫對接。棧臺的設計以及所選用的設備完全可以根據客戶現場要求而定?？s短工程周期，大量減少現場工作，包括焊接、調試等費用。維護方便，降低后期維護成本。支持本地發油、遠程發油及 IC卡發油模式。

(4)設備主要技術指標

電源:AC220V;

通訊方式:RS485或TCP/IP;

顯示方式:1路主液晶顯示屏，n路輔助液晶顯示;

IC卡模式:可選;

輸入方式:觸摸式;

鍵盤壽命:無限次;

系統功率:＜500 W(不含卸發油泵，卸發油泵功率根據需要配置);

卸油、發油流量:根據需要配置;

系統報警響應時間:＜2 ms;

系統平均無故障時間:20 000 h;

工作溫度:(-20～+60)℃;

防爆等級:ExdⅡBT4;

防護等級:IP65;

具備掉電參數保護;

卸油、發油記錄:200條;

卸油、發油路數:根據需要配置。

5 結論

(1)試驗與理論計算表明，一體化卸發油工藝能夠滿足內燃機務段(折返段)卸發油需要，能夠取代以往的卸發油工藝。但卸發油管路需要根據段平面(油庫、卸油線、整備場)布置以及卸發油工藝要求，具體項目具體計算確定。

(2)新的卸發油工藝以“一體化卸發油裝置”替代了油泵間，取消了因油泵間引起的建筑、暖通、給排水、電力、通信、消防等配套設施。設備在廠內調試完成，現場拼裝并對接卸發油管路、信息電纜線、電源電纜線即可試運行，縮短了調試時間，提高了安裝、調試、驗收效率。

(3)設備可根據地區不同的環境要求、用戶要求，選配不同的泵、儀表及控制元件，即可滿足南方高溫、潮濕環境和北方寒冷環境的使用要求。

(4)目前一體化卸發油裝置已在多個項目中設計并選用。

［1]TB10004—2008，鐵路機務設備設計規范［S].

［2]TB10063—2007，鐵路工程防火設計規范［S].

［3]GB50074—2002，石油庫設計規范［S].

［4]GB50316—2000，工業金屬管道設計規范［S].

［5]GB50116—2008，火災自動報警系統設計規范［S].

［6]GB50348—2004，安全防范工程技術規范［S].

［7]GB50187—93，工業企業總平面設計規范［S].

［8]SH3005—1999，石油化工自動化儀表選型設計規范［S].

［9]SH/T3107—2000，石油化工液體物料鐵路裝卸車設施設計規范［S].

［10]GB50058—92，爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范［S].