罐車加熱技術發展概況

朱新新

【摘? 要】作為大型運輸容器，罐車主要用于裝運氣態、液態和粉狀貨物，其中有很多液態介質物品在環境溫度較低時粘度大或易凝固，流動性較差，為了使凝固的物品融化或減少這些油品的粘度，在罐車上設置加熱裝置以實現快速干凈的卸料是非常有必要的。本文從多個方面對罐車加熱技術進行了梳理和介紹。

【關鍵詞】罐車;加熱

隨著物流行業的不斷發展，罐車作為鐵路運輸的主要大型運輸容器，主要用于裝運氣態、液態和粉狀貨物，在所運送的貨物中，有許多液體介質貨物，如粘油、瀝青、石蠟、混凝土等物品在環境溫度較低時粘度大且容易凝固，流動性差，這在一定程度上降低了貨物的卸載效率。為了將凝固的粘油融化或降低粘油的粘度，快速干凈的卸載貨物，同時保證該加熱系統能適用于鐵路車輛的運行環境以滿足鐵路貨運要求，在罐車上設置加熱裝置以對罐車進行加熱至關重要。

針對罐車加熱裝置，從其加熱方式上可分為兩大類：罐內加熱、罐外加熱;從加熱熱源類型上又可分為兩大類：常規熱源、新型熱源;從其加熱控制方式上可分為：人工控制、智能控制;從加熱范圍上可分為：整體加熱、局部加熱。具體可見圖2。

在罐車上設置加熱結構最早見于1921年美國EOBERTH GOLD公司的申請，采用在罐體設置直型蒸汽加熱管的形式來加熱罐車，由于直型加熱管存在傳熱不均勻從而導致罐內物品加熱不均勻的缺陷，1926年美國ASH HORACE對此進行了改進，將直型加熱管改為蛇形盤管式加熱管并設置于罐車的底部，這種結構對熱膨脹的自適應較好，在罐內分布均勻，加熱效率高，因此得到迅速應用并成為主流內加熱結構。此后數十年來，隨著罐車設計的不斷發展，內加熱結構形式上變化不大，主要是對加熱管組數、線數的變化以及對局部結構的改進設計和完善。到上世紀七、八十年代，內加熱盤管結構依然是鐵路罐車加熱系統的主流，但同時其自身存在的一些弊端也顯現出來，如一旦加熱管路破損后介質容易泄漏、不易清洗和維修等，罐車的加熱結構有逐漸采用外加熱管路的趨勢，同時伴隨采用隔熱設計，即附加設有保溫設施，如1976年日本SHIN MEIWA IND 公司采用罐外加熱的方式來克服罐內加熱存在的缺陷，1982年美國CEMAN SPECIAL CONTAINER公司在罐車外部設置換熱夾套以實現對罐車的加熱，八十年代后罐外加熱逐漸成為罐車加熱的主流，但是，外加熱盤管結構對工藝制造水平要求非常高，如焊接后罐體變形的控制、焊縫的擦傷、整體熱處理等，且外加溫套存在結構笨重，熱能利用率低，蒸汽能源浪費嚴重的問題，移動式罐內加熱裝置及電阻式加熱裝置在一定程度上克服了部分缺陷。隨著物流行業的不斷發展，對載運物品的要求越來越高，現有的每一種加熱方式都存在著不同的優點與缺點，例如內加熱管式加熱雖然加熱效率高且結構簡單，但是加熱管內置不易清洗與檢修，若意外損壞會導致介質損失從而污染環境;外夾套式加熱雖然能夠均勻加熱且便于日常維修，但是結構自重大、制造成本和工藝復雜，熱能浪費嚴重，在全球能源日趨緊張的今天，不符合節能的要求;電加熱加熱時間短、熱效率高，但是耗電量大且需要成套設備，因此，根據運輸對象的類型、運輸成本以及運輸距離的遠近來選擇最合適的加熱方式或者幾種方式的組合。

傳統的加熱熱源主要有兩種：一種是燃燒煤、油、氣等礦物燃料來對罐車進行加熱，該方法不僅消耗大量的能源，在燃燒過程中會產生嚴重的大氣污染，對環境造成極大危害;另一種是使用電能，而電能作為二次能源，通常也是由燃燒礦物燃料來產生，該方法不僅會消耗大量的能源，同時也存在能源浪費即環境污染問題。隨著人們環保意識的不斷加強，實現可持續發展的“綠色熱源”是人們所不斷重視的，太陽能、風能等可再生能源成為了首選，發動機尾氣在回收利用也得到國足夠在重視，熱量在循環利用也被應用于該領域中。考慮到不同熱源利用在局限性，采用多種熱源聯合使用在方式也得到了廣泛研究，如風光電的聯合使用、光電復合加熱。

為了控制儲油罐內的溫度，工人常采用的手動調節加熱盤管的換熱介質的排量，排量調大即罐內溫度升高，排量調小即罐內溫度降低，由于罐內的溫度無法隨時掌握，因此，閥門的調節有很大的盲目性，尤其是到了夏季，晝夜溫差較大，工人無法按照晝夜的溫差去調節閥門，造成油氣的揮發和能源的浪費，同時還帶來一定的安全隱患和環境污染。為此，在罐車加熱引入傳感元件以實現對罐車內溫度的實時持續監控，之后，隨著對監控精度的要求的不斷提高，傳感元件的設置位置與類型也得到了不斷的適應性改進。

傳統的瀝青儲罐加熱裝置，通常是在儲罐的底部布置加熱盤管并在底部設置抽油管，使用時，需要將整罐瀝青全部加熱到130℃左右才能向外輸送瀝青，這種整車加熱的方式只適合大量和連續的輸送瀝青，而且還應在一次加熱的情況下將全罐瀝青發送完畢，這樣會造成極大的能源浪費，顯然不符合我國降低能耗的政策。由于加熱裝置是針對全罐加熱，即使是使用少量的瀝青，也需要很長的加熱時間才能夠完成瀝青的熔化，不但大量浪費加熱能源，也不能夠實現實時的隨需隨取，對于多次不定量的瀝青需求來說，不夠方便快捷。為了實現有針對性的對油或瀝青進行加熱，需要多少加熱多少，局部加熱的加熱方式得到了廣泛研究與應用，常見的局部加熱方式有罐中罐和頂部加熱方式。

單就我國而言，對鐵路罐車加熱裝置的研究始于上世紀50年代，最初是采用外置加溫套的結構形式，進而發展到內置加熱盤管形式。隨著我國物流行業的不斷發展，對罐車加熱裝置的研究也出現了多元化。我國罐車加熱研究雖然起步較晚，但是發展速度迅猛，比較重要的企業包括中國國際海運集裝箱股份有限公司、中集罐式儲運設備制造有限公司、中國石油天然氣股份有限公司等。