用防凍液代替內燃機冷卻水的可行性研究

劉忠欣馬樹布劉桂田

（1.濟南鐵路局濟南西機務段技術科臨沂派駐，山東 臨沂 276004；

2.濟南鐵路局濟南西機務段化驗室臨沂派駐，山東 臨沂 276004）

用防凍液代替內燃機冷卻水的可行性研究

劉忠欣1馬樹布2劉桂田1

（1.濟南鐵路局濟南西機務段技術科臨沂派駐，山東 臨沂 276004；

2.濟南鐵路局濟南西機務段化驗室臨沂派駐，山東 臨沂 276004）

本文對目前全路內燃機車冷卻水的構成、去離子水的生產成本、藥劑購置成本、冷卻水使用周期、廢水排放對環境的污染情況，冬季防寒期間機車打溫燃油消耗成本進行了研究分析，提出了用乙二醇、丙二醇和去離子水等配制的防凍液代替內燃機車冷卻水的新思路：用防凍液代替冷卻水可以降低內燃機車冷卻水水處理費用，節約冬季燃油防寒開支，并能節省大量防寒人員勞務支出，能基本杜絕冬季機車主要部件凍裂故障的發生。

內燃機車；冷卻水；藥劑；廢水；防凍液

現狀全國鐵路總公司目前大約有10000多臺各型內燃機車在運營，主要用于客、貨運運輸和編組站調車及小運轉等工作，依據車型不同每臺內燃機車的冷卻水系統裝有800L～1300L的冷卻水。冷卻水使用高純去離子水和高效緩蝕阻垢劑配制而成。高純去離子水的質量要求很高，其生產工藝是自來水先經過機械過濾器，再經過電滲析排除水中90%以上的溶解鹽，再經過兩級陰、陽離子交換器出來，才有可能合格。產水率僅為30%，水浪費嚴重。因此它的生產成本依據規模大小每噸在幾百元至近千元不等，高效緩蝕阻垢劑是一種復合藥劑，目前使用的是3#等新型配方，價格已由初期的幾十元一份（配一噸水的藥劑量）漲到1600元一份，冷卻水的藥劑水溶解性不好，配制時需要加熱并長時間開循環泵循環才能達到均勻。冷卻水的主要功用是給機車柴油機的缸頭、缸套、活塞等部件降溫并防止該系統水路的相關設備發生電化學及化學腐蝕。冷卻水的換水周期依據檢測指標而定，主要檢測指標是硬度、總溶解鹽、pH值、氯離子含量和外觀等，其中有一項指標不合格即判定冷卻水為不合格，即應更換新的冷卻水，換水周期一般在2～18個月之間。內燃機車每次修程（時間跨度大約2～3個月）都要化驗冷卻水水質。使用不合格的冷卻水將導致系統結垢、腐蝕，嚴重時將導致機車缸體穴蝕漏水而提前報廢。長期以來，由于基層單位管理人員認識不到位，設施不配套，法制觀念淡薄，主要還是有關方面宣傳教育不足、監管不到位，目前各機車使用單位（鐵路機務段）的不合格冷卻水絕大多數都是直接排放到下水系統的，即便有極少數單位能排放到污水系統進行了收集，也很少能做到處理化驗達標再排放的。不合格的冷卻水中的亞硝酸鹽含量超過國家廢水排放標準的數百倍。亞硝酸鹽是致癌無機物，對人和水中生物都有強烈的毒害作用。冷卻水的隨意排放給當地地表水造成了嚴重傷害。

冬季北方地區天氣寒冷，冷卻水易結冰。每年因機車部件管路結冰凍壞的機車設備總是難以避免，實在讓人心疼。有時即使設備沒凍壞，單就查找結冰處所和解凍就要費不少功夫。因此每年冬季來臨前全路所有機車乘務員、機車檢修人員和有關管理人員都要全面接受防寒過冬專業知識培訓考試，考試合格后才能上崗作業。各級機車管理部門為防止冬季凍壞機車設備每年秋、冬季通常都要下發1～2次電報命令或文件要求所屬機車運用單位將處于臨時備用、等候、整備、臨修和檢修等停留狀態的內燃機車冷卻水水溫保持在不低于30℃并嚴格檢查考核。為此位于華北平原地區的內燃機車在冬季防寒期間需每隔4h打溫1h，消耗機車燃油約50公升，以DF4系列內燃機車為例，1臺內燃機車停留備用一天防寒保溫需消耗燃油數量：24÷（4+1）×50=240（公升），折合市場價格：240升×6元/公升=1440元，而位于嚴寒地區的東北和西北地區，內燃機車防寒燃油消耗量將加倍，即每臺內燃機車每天防寒保溫需消耗機車燃油480公升，折合市場價格2880元。據統計，鐵路總公司每年冬季因各種原因需全日做防寒保溫的內燃機車臺數約占支配機車總臺數的15%，還有相當多一部分機車因停留時間超過4小時需臨時做防寒的暫且不算，則單一個防寒期（當年11月1日至次年3月31日），全鐵路總公司內燃機車防寒保溫消耗的低凝點燃油數量：10000×15%×（240+480）÷2×150=81000000（公升），折合市場價：81000000升×6元/公升=486000000元，這么多的機車優質燃油燃燒產生了大量廢氣，不但污染了當地大氣環境，而且這些燃油也是一筆巨大的國家財富。由于冷卻水的沸點較低，易蒸發，尤其是夏季蒸發更多。長交路內燃機車和外地調車內燃機車經常需要在工作地點補充冷卻水，但往往是當地不具備補水條件，乘務員有時不得不補充自來水，結果是一方面加快了冷卻水系統水垢的結生速度，影響了動力系統的冷卻效果，另一方面又加快了換水頻率，增大了污水排放量，除直接增加內燃機車冷卻水費用外還導致更多的有害廢水進入地表水系統。與此同時，沸點偏低的冷卻水在柴油機正常工作過程中也很容易因局部溫度高和機械設備劇烈震動而發生局部水分迅速氣化現象，其氣化過程中形成的氣泡隨冷卻水流動，當氣泡開始崩裂的瞬間能量很大，巨大的氣流崩裂能量將加劇崩裂附近的機械部件穴蝕。穴蝕是內燃機車冷卻水系統很難及早發現、難以杜絕又危害極大的腐蝕類型之一。

試驗嘗試用乙二醇、丙二醇、去離子水等按一定比例可以配制不同冷凝點的防凍液，其冷凝點能達到-45℃甚至更低，能滿足我國最寒冷地區對防凍液凝點的要求。該防凍液的特點是沸點高、吸水性強、毒性低、不燃燒、可回收。一次加注好，除非系統漏水不需補充。筆者曾用兩個同樣的蒸發皿在夏季盛放了同樣多的去離子水和自配的防凍液放在化驗臺上觀察比較，結果是去離子水一周后蒸發盡，而防凍液的體積在整個夏季未見變化。用該防凍液與新配的合格冷卻水做的在室溫條件下金屬腐蝕對比試驗也取得了很好效果：所有浸泡在防凍液中的試驗銅片、鋁片和鐵片在連續一周的時間內外觀無任何變化，重量也沒有變化，均優于浸泡在合格冷卻水中的對比試樣。筆者于2003年購買了一輛新出廠的捷達轎車，車牌號是魯QW2610，為檢驗防凍液在汽車上的實際使用效果，筆者于2006年秋季放掉原廠所帶的防凍液，更換成自配的防凍液使用到2011年秋季更新防凍液，期間未添加也未發現任何異常，2011年秋季更換的防凍液至今仍在使用，未見任何異常。筆者認為汽車冷卻水系統與內燃機車冷卻水系統原理相同，結構相似，材質相近，工作環境雷同。我們大膽揣想這種防凍液就是用到內燃機車上也能得到好的效果：防凍液的指標監測簡單，主要是冷凝點、pH值和外觀。防凍液的成本不貴：45#防凍液成本價和冷卻水的價格基本一樣，25#及以下的防凍液成本價比冷卻水的價格還便宜。使用防凍液常年不用補充冷卻液，解決了長交內燃機車、駐外調車內燃機車的補水難題。使用防凍液代替冷卻水在冬季當發生柴油機不能啟機的故障時可以不用放水，既避免了放水帶來的水處理成本增加、環境污染，又節省了大量工作量。使用防凍液冬季防寒期間不僅可以節省大量人力成本支出，節省大量優質燃油消耗，減少廢氣排放而且可以讓一大批人騰出很大精力來專注于冬季因天氣惡劣而導致的諸多不利于安全生產的其他生產要素中，確保安全生產。此項在內燃機車上用防凍液代替冷卻水的研究建議也能擴展到地方工程機械、軍工機械和航運船舶機械中。防凍液是21世紀初隨著汽車工業的飛速發展逐漸進入大眾視野的：筆者2001年曾擁有一輛四輪農用車，冬季每天收車后必須放凈冷卻水，早上出車前需準備2～3暖壺熱水才能啟動發動機，有時還需要找人幫忙推車，受盡煩惱與折磨，要是當時知道有汽車防凍液可以取代冷卻水，我將和中彩一樣高興。隨著高檔汽車出廠配備防凍液開始，防凍液逐漸被汽車司機所認識和接受，其應用范圍進一步迅速擴展到廠礦企業中的機械設備冷卻水應用方面。據筆者所知，目前許多家用中央空調的冷卻系統里面的冷卻液就是防凍液，為此不用擔心家中無人時凍壞設備。而且超出筆者的想象的是，目前市場上已經出現了號稱終生不用更換防凍液的汽車防凍液，先不管他們是否言過其實，至少他們為我們推開了一扇窗，讓我們看到了用防凍液代替內燃機車冷卻水也不是不可能。

結論

用防凍液代替內燃機車上的冷卻水是可行的，缺少的僅是一次實際上車實驗的機會。現在有些企業主要是國企單位許多處于一定位置上的決策人員或墨守成規、安于現狀或忙于日常事務，根本無暇顧及新產品新材料新實驗。多數人不積極、不愿意帶頭嘗試有可能帶來顛覆意義的新方法、新技術、新產品，更不愿意為此承擔一丁點風險，實在不是鼓舞人心的事情。出現這種現象的原因是多方面的，其中許多原因都是缺少利益共享、缺少創新激勵機制，長期工作生活習慣養成的，值得高級管理人員的深思。

［1］李曉，譚凱，譚建偉.發動機冷卻水余熱利用技術的專利情況分析［J］.北京汽車，2011（6）：5-8.

［2］趙坤，徐曉梅，楊保平，等.汽車發動機防凍液研究進展［J］.甘肅石油和化工，2012（3）：13-17.

［3］王磊，韓志永，付嘉鵬.某微車發動機氣缸進防凍液問題分析及對策［A］.河南省汽車工程學會.第九屆河南省汽車工程技術研討會論文集［C］.河南省汽車工程學會：2012：3.

U46

A