鐵路罐車高壓水射流電氣自動化清洗設計與應用

劉憲利，牛光遠，康吉生

（1.吉林石化公司乙烯廠；2.吉林石化公司高碳醇廠，吉林 吉林 132022）

1 序言

目前我國鐵路罐車清洗工藝操作方式主要有兩種：一種方法是傳統的人工清洗工藝，即蒸汽薰蒸、低壓新鮮水沖洗、熱風烘干；另一種方法是機械清洗法。由于前者存在規模小、能耗高、效率低、環境污染嚴重、對操作工的人身危害大等缺點，許多大型企業和石油產品中轉站采用了機械清洗方法。

鐵路罐車機械清洗系統是鐵路化工罐車用的清洗設備，通過機械傳動將裝有噴嘴的高壓三維清洗噴頭送入罐車內部，使其對罐車內壁保持適當的靶距，高效自動地進行高壓水射流清洗。高壓水射流是能量轉變與應用的最簡單的一種形式，是一項迅速崛起的新技術、新工藝，是以高壓水射流為核心，集機、泵、液、自動化控制為一體的綜合系統，具有結構簡單、操作方便、自動化程度高等優點，其產品品質突出反映在可靠性、成套性，達到安全、節能、環保的效果。

鐵路罐車高壓水機械清洗法與傳統蒸汽洗法相比：工作效率提高5～8倍，清洗成本下降了60%，大大減少由于蒸煮鐵路罐車而產生有毒氣體造成的大氣污染，從而極大改善了清洗工人作業環境，減輕勞動強度，清洗質量明顯提高。

2 改造方案

鐵路罐車自動化高壓水射流清洗系統主要原理是洗罐機將三維清洗噴頭送至鐵路罐車內的駐留點，在各個駐留點處，通過三維清洗噴頭將高壓水噴射到罐壁上，利用水的打擊、沖蝕、楔劈、切割和鏟除作用，將鐵銹和雜質等清洗干凈，同時可以變換角度和方位達到全面清洗的目的。

該設備結構有高壓水清洗系統、污油污水系統、PLC控制系統、牽引及對位系統、真空系統、鼓風烘干系統、長管呼吸系統及其他附屬系統設備。設備簡單可靠，操作方便、自動化程度高，對好罐口后，可以實現全自動化一鍵式操作作業。

高壓清洗機主要由行程開關、水平進給機構（帶減速機、電機和C形管）、機架、配重塊、轉向傳動機構、三維清洗噴頭、搖臂、自動抽污油污水機構等部件組成。三維清洗噴頭連接在C形彎管端頭，搖臂在水平進給減速機的作用下，將C形彎管送人罐車內，同時在行程開關和程序的控制下，三維清洗噴頭在罐車內有4個清洗停留駐點。當罐車單邊清洗結束后，三維清洗噴頭退回到罐口，這時候通過轉向傳動機構，使水平進給機構旋轉180°，然后清洗罐車的另外一邊。自動抽污油污水機構將抽污水不銹鋼管自動送到罐車底部，外部抽污油污水管子與不銹鋼管通過快速接頭連接，通過真空系統可以抽取污油和污水。高壓清洗機配套設備：防爆儀表接線箱、防爆配電箱（在三維定位機上）。

圖1 噴嘴360度清洗路線圖

3 改造設計

三維清洗噴頭安裝在高壓清洗機C形彎管的下端，高壓清洗機則裝在立柱式三維定位機上。當需要清洗罐車時，可移動三維定位機使高壓清洗機底盤對準罐車罐口，慢慢下降使高壓清洗機底盤壓在罐車罐口上，三維清洗噴頭則落入罐車中。

清洗時，首先通過電機和一系列減速使C形彎管旋轉90°，然后通過減速機使C形彎管擺動，將三維清洗噴頭送入罐車一端的深處。三維清洗噴頭在送入的過程中，有四個清洗停留點。在清洗過程中，根據需要設定清洗停留點數和每點清洗時間（送入和退出過程中，保持清洗狀態）；當罐車一端清洗完畢后，先將C形彎管上的三維清洗噴頭退回至罐口處，再通過電機和一系列減速反向旋轉C形彎管180°，清洗罐車的另一端。罐車清洗結束后，再將C形彎管上的三維清洗噴頭退回至罐口處，反向旋轉C形彎管90°，再升起三維定位機到初始位（最高位），準備下一臺罐車的清洗。清洗系統的水壓可達34.5MPa，理論流量為110L/min。高壓水從三維清洗噴頭上兩偏心設置的噴嘴噴出，形成的力偶帶動噴嘴旋轉，通過固定在噴嘴軸上的齒輪傳動又使三維清洗噴頭殼體作回轉運動。因此噴出的水柱能在罐內包絡噴射方向各處。三維清洗噴頭水平進給，保證三維清洗噴頭在罐車中心線附近水平移動，保證罐車內壁等靶距清洗，精確定位節省清潔的水以及相關的能源的浪費，并能加快清潔的速度，提高清洗清潔度，能夠清洗比較難清洗的罐車。

清洗流程：三維定位機在初始位——調整三維定位機前后左右位置使高壓清洗機對準罐口——三維定位機下降至罐口（自動或人工確定罐口對位）——高壓清洗機由零位旋轉至Ⅰ位——啟動高壓泵——打開調壓閥，選擇合適清洗壓力和清洗時間——高壓清洗機C形管由上至下開始分4點（或者3點）清洗——完成后C形管轉動三維清洗噴頭反向清洗，回到罐口——清洗機轉至Ⅱ位——高壓清洗機C形管由上至下開始分4點（或者3點）清洗——完成后C形管轉動三維清洗噴頭反向清洗，回到罐口——關閉高壓泵——高壓清洗機轉至零位——三維定位機升至初始位。

設備工作移動范圍：在自動控制系統程序控制下，三維定位機鐵路軌道中心線移動距離為±1000mm，水平移動距離為350mm，升降移動距離為2500mm；清洗轉角180°；三維清洗噴頭自罐口中心伸進的最大水平距離約為4200mm。

高壓清洗機的運行分為：自動、點動和手動三種。自動和點動由室內操縱臺控制，手動由棧臺上的防爆操作臺控制。

3.1 工作原理及流程

該技術核心為高壓射流技術和機器人。共包含5個子系統：高壓清洗系統、抽液及抽水系統、自動控制系統、長管空氣呼吸器防護系統、廢氣凈化系統。

高壓清洗系統為核心系統，包括供水裝置、高壓泵、自動調壓裝置、高壓清洗機、三維洗罐器及三維吊車等部分。供水裝置供水經高壓泵增壓至20～30MPa，通過高壓清洗機和三維洗罐器將水噴射到罐車內壁，對罐車內壁上的殘余物料及鐵銹等產生一種打擊、沖蝕、切割、楔劈和鏟除的作用，將污垢清除，達到清洗的目的。

3.2 流程說明

當機車牽引未清洗罐車到位后，交由牽引車牽引罐車對位。罐車就位后，先觀察罐車內剩余物料情況，如果殘料較多，先抽殘再清洗；冬季，如果罐車內殘料較多，并且殘料結冰較嚴重，應先用蒸汽加熱并抽殘后，再進行清洗作業。

當第一、二節罐車清洗作業完成后，由牽引車牽引至下2臺位進行打掃。當罐車打掃完成并且上2臺位的罐車清洗完畢后，可牽引至下2臺位進行烘干，上2臺位清洗完畢的罐車牽引至此臺位進行打掃。烘干后的罐車牽引至下2個臺位進行補烘干和檢查。

清洗過程開始后，同樣利用真空泵將廢水抽至污水罐。當罐內水位達到預設液位或一節罐車清洗完畢時，自動打開壓空管路電磁閥，關閉真空管路電磁閥，停真空泵，將罐內污水壓至污水處理系統。

3.3 實施效果

鐵路罐車高壓水射流自動清洗系統，該設備結構有高壓水清洗系統、污油污水系統、PLC控制系統、牽引及對位系統、真空系統、鼓風烘干系統、長管呼吸系統及其他附屬系統設備。設備簡單可靠、操作方便、自動化程度高，對好罐口后，可以實現全自動化一鍵式操作作業。與國外同類技術相比，該項技術具有工藝更加合理、自動化程度更高等優勢，而工程造價遠遠低于國外同類產品。