移動式鐵路粘油罐車卸油裝置研究

文/梁 軍 王建華 張贊牢

油庫粘油罐車用于運輸潤滑油、潤滑脂等高粘油品，高粘油品粘度高、管輸阻力大，必須進行加熱降粘。目前粘油降粘大多采用蒸汽加熱降粘方式，這種方式作業時間長，熱效率低，生產成本高，維護管理費用高，機動性差，成為油庫鐵路粘油罐車卸油作業的不利因素。

油庫鐵路粘油罐車的卸油作業具有季節性、間斷性、小批量的特點，為滿足油庫鐵路粘油罐車快速、機動的卸油需求，提高應急保障能力，研制了移動式鐵路粘油罐車卸油裝置，并在油庫中使用，取得了很好的卸油效果。

1.工藝流程

移動式鐵路粘油罐車卸油系統的工藝流程是：由鼓風機組產生壓力，推動熱空氣發生器產生的高溫熱空氣進入粘油罐車的加熱夾層，對粘油罐車中的粘油進行局部加熱。粘油罐車的下卸器出口與高粘泵連接，實施粘油罐車的卸油作業，并把粘油送入粘油儲油罐。移動式鐵路粘油罐車卸油系統工藝流程如圖1所示。

2.熱力計算

2.1 粘油罐車加熱總熱量

我國粘油罐車（G12型和G17型）的下半部分設置有夾層加熱裝置。采用熱空氣加熱方式時，熱空氣進口溫度設定為150℃，排出溫度設定為50℃，環境溫度設定為0℃（粘油罐車在暖房中卸油）。熱量交換包括熱空氣向粘油的傳熱量（Q1）、罐車夾層向環境的散熱量（Q2）及粘油罐車上部散熱（可忽略）。

（1）熱空氣傳熱量。熱空氣向粘油罐車的傳熱量按下式計算：

Q1=K1·F1·Δt1

式中，Q1熱空氣向油罐車粘油的傳熱量，W；K1為熱空氣至油品的總傳熱系數，取150W/（m2·℃）；F1為油罐車底部局部加熱面積，取3m2；Δt1為粘油加熱輸送的最低終了溫度（取50℃）與油品初始溫度（取10℃）的溫差，取40℃。數據代入上式可得：Q1=18kW。

（2）罐車散熱量。罐車夾層向環境的散熱量按下式計算：

Q2=K2·F2·Δt2

式中，Q2罐車夾層向環境散熱量，W；K2為熱空氣至環境的總傳熱系數，取29W/（m2·℃）；F2為局部加熱面積，取3m2；Δt2為熱空氣平均溫度（取 100℃）與環境溫度（取0℃）的溫差，取100℃。數據代入上式可得：Q2=8.7kW。

因此，粘油罐車加熱所需的總熱量為：

Q=Q1+Q2=26.7kW

2.2 熱空氣的熱焓

50℃時空氣的熱焓：

H50=1.01t+0.001d（2501+1.85t）

式中，H50為 50℃空氣的熱焓，kJ/kg；t為空氣溫度，50℃；d為在 1000mbar時0℃飽和空氣的含濕量，取3.82g/kg；1.85為常溫下水蒸汽的定壓質量比熱，kJ/（kg·K）。數據代入上式可得：

H50=60.41kJ/kg

同理可得150℃時空氣的熱焓：H150=162.11（kJ/kg）

于是可知，熱空氣的熱焓差為：

ΔH=H150-H50=101.7（kJ/kg）

2.3 空氣質量流量和體積流量

質量流量按下式計算：

Q=ΔH·Qm

代入數據可得質量流量：Qm=0.2625（kg/s）

體積流量按下式計算：

QV=Qm/ρ

代入數據可得體積流量（熱空氣密度 ρ =1.27kg/m3）：QV=0.2067m3/s （ 或12.4m3/min）

2.4 熱空氣發生器選型計算

熱空氣發生器選用無錫國瑞熱控電氣有限公司生產的通道式電加熱器，這種電加熱器結構緊湊，安裝方便，熱效率高。通道式電加熱器的進口空氣溫度設定為0℃飽和空氣，則電加熱器功率：

P=c·Qm·Δt

式中，P為通道式電加熱器功率，kW；c為空氣的比熱容，取1.01kJ/（kg·K）；Δt為進出口空氣的溫差，150K。

代入數據可得通道式電加熱器功率：P=39.77Kw

根據計算結果，通道式電加熱器選型DH-M-B-40。型號中，M為中溫型加熱器，加熱溫度不大于260℃；B為中風速，通道內風速不大于3m/s；40為電加熱功率40kW。外型尺寸860mm×260mm×185mm（長×寬×高）。

3.水力計算

3.1 空氣流量計算

以等壓狀態計算空氣流量：T1=273K，P1=101.25kPa，QV1=12.4m3/min，ρ1=1.27kg/m3；T2=423K，P2=101.25kPa。

則：QV1/T1=QV2/T2

計算可得：QV2=19.21（m3/min），ρ2=0.820kg/m3

3.2 熱空氣管道阻力計算

熱空氣管道阻力按下式計算[3]：動機功率30kW。

式中，P為管道壓力損失，Pa；ρ為熱空氣密度，0.820kg/m3；λ為水力摩阻系數；L為管道計算長度，取30m；D為管道內徑，m；v 為管道內空氣流速，m/s；g 為重力加速度，9.81m/s2；s為管道進出口高差（可忽略），m。

熱空氣管道選用Ф89×4無縫鋼管，代入數據可得管道阻力損失：

P=5353.04（Pa）

3.3 鼓風機選型

根據上述計算結果，鼓風機選型C15-1.5，主要性能參數為：進口流量15m3/min，進口壓力98070Pa，出口壓力（升壓）49.04kPa，主軸轉速2950r/min，原

4.移動式鐵路粘油罐車卸油裝置設計

移動式鐵路粘油罐車卸油裝置采用集成組裝式結構，鼓風機和通道式電加熱器組裝在底座上，在底座上安裝電源控制柜，底座安裝在掛車底盤上或其它移動式裝備上，移動靈活、操作方便，如圖2所示。

5.結 語

（1）熱力計算確定了鐵路粘油罐車的加熱量需求，同時確定了熱空氣發生器的工作流量和加熱功率。

（2）水力計算確定了熱空氣的管道輸送阻力和鼓風機組的升壓要求，確定了鼓風機組的流量與壓力的匹配要求。

（3）研制了移動式鐵路粘油罐車卸油裝置，裝置結構緊湊，機動靈活，對快速接卸鐵路粘油罐車具有積極的推廣使用價值。