影響防凍液噴淋系統冬季車皮低凍黏率關鍵因素

高瑞峰， 包全民， 高貴文， 郭建珠， 邵 和

(1.國家能源集團神華準煤生產服務中心，內蒙古 鄂爾多斯 010399；2.太原理工大學，山西 太原 030024)

1 冬季火車運煤車皮防凍措施的必要性

我國煤炭資源80%以上分布在新疆、內蒙古、山西、陜西，全國四大煤田均分布于西部和北部地區。而煤炭消費主要在東部地區，錯位性的資源分布與消費布局決定了我國煤炭資源“北煤南運，西煤東運”格局。現階段鐵路運輸仍然是主要的煤炭運輸方式，在我國北方冬季煤炭鐵路運輸過程中，由于煤炭生產加工過程都含有一定的水分，極易導致煤塊結冰與車皮底部或四壁凍結，給煤炭卸載工作帶來不便，鐵路運輸作為煤炭物流運輸的重要環節，結塊的煤炭直接進倉會造成堵倉或導致下一運輸環節物料運輸不均勻等故障，不僅影響正常工業流程的進行，更重要的影響是使得鐵路運輸效能大大降低，大量寶貴的運輸資源浪費在車輛重新編組和調配中，再加上重新處理費用更是“觸目驚心”；實現防凍液降低車皮凍黏率意義重大，是業內冬季運輸需要重點解決的老大難問題。

2 防凍液噴淋防凍基本機理

圖1為單一水分子結構圖；水在攝氏零下溫度時，易凍結為固體，凍結時體積會膨脹，膨脹的結果就是水分子間的距離會擴大；

基于水凍結機理，利用無水鈣易于吸收水分子機理，無水氯化鈣成品，其反應方程式見式(1)。

(1)

圖1 單一水分子結構圖

基于無水鈣這一良好的吸附水分子性能，完全可以填補水分子在結冰時拉大的距離空間，使無水鈣分子填補水在攝氏零下溫度時產生的分子間隙，這樣水就不會結冰了，還會處于液態狀；如圖2所示，為典型的二水鈣分子結合圖。

圖2 典型的二水鈣分子結合圖

防凍液車皮噴淋防凍基本機理就是在車廂四壁和底部噴灑一層防凍液，使得煤中的水分子與車箱不能直接接觸或者接觸的水分子受防凍液控制不會產生凍結，這樣車皮凍黏現象就不會發生。

3 凍黏率高居不下的原因

提高噴灑均勻度，量的控制無疑是重要的，是防凍的基本問題。當車皮凍黏率低于1%后，繼續降低難度很大，成本劇增，車皮凍黏率降低成效有限，噴淋質量鈍化特征明顯，管理費用居高不下，凍黏率也相對居高不下，似乎凍黏率繼續下降的實現與噴灑質量關聯性不大，而且成本似乎也不支持繼續降低，繼續降低凍黏率前提下運行成本也高的離奇，凍黏率高居不下成為業界共性難題。

筆者通過多年的實踐，探索發現凍黏率越低與防凍液質量相關性越強，防凍液質量的提高對凍黏率的進一步降低影響作用明顯。首先應解決在氣候條件變化劇烈的情況下，如何通過質量的匹配性來適應氣候急劇變化的需求，冬季防凍液是多種化合物的混合物。防凍原理是依靠無水鈣或者是二水鈣填充了水分子之間的空隙，從而實現水分子不能固化為冰；分散劑甲醇用途是使得無水鈣或者是二水鈣均布；纖維素的作用是使得冬季防凍液黏稠度增稠這樣實現列車四壁上能掛更多的防凍液液體；通過上述方法基本解決了氣候溫度變化突變的干擾因素。如圖3所示，為分散劑的均布作用和纖維素的增稠效果示意圖。通過質量控制這一關鍵因素實現了凍黏率小于0.1%，似乎凍黏問題得以解決，好像達到了極限，正確率為99.9%，如圖4所示，為極端溫度變化條件下防凍液液體變化圖。

圖3 分散劑的均布作用和纖維素的增稠效果示意圖

圖4 極端溫度變化條件下防凍液液體變化圖

但是凍黏問題還會無規律出現，問題有時還會反復出現，千分之一的凍黏率，還是危害很大，港口好幾百人的處理黏結問題隊伍，加上間接費用的高居不下，讓公司上下認為應該突破業內這一問題悖論，“冬季人會生凍瘡，車皮極寒就會生凍黏”，敢不敢攻克業界這一共性，公司從制度上首先進行了深層次改革，將防凍液從市場價運行管理轉變為成本運行管理方式，解決了噴灑質量、數量與成本掛鉤的兩難選擇窘迫困境，制度上為這一問題的解決創造了有利條件。凍黏率是一負指標，凍黏率越低與防凍液質量相關性越強，但是質量因素在一定范圍內0.1%的相關性規律性明顯，繼續降低凍黏率前提下運行成本也高的離奇，進入質量降低凍黏率成本怪圈；與溫度關聯性很大但是是可控的，給人一個新的啟示凍黏率與防凍液的動態質量密切相關，進一步分析還有多個非質量因素指標影響因子存在，關鍵點是實現有益因子的可控并讓其發揮效能，同時需要剔除其它因素對低凍黏率指標的影響，很明顯噴灑冷凍液系統是離散工業系統，也是復雜工業系統，做到精準控制必須有專用裝備將離散的各個工業場景有效關聯，借助于無線網絡測控技術平臺，建立防凍液噴淋全生產流程實時動態計量技術和管理體系，實行防凍液從生產端始到港口卸載終一站式動態標簽式管理方式才能滿足工業現場車皮低凍黏率的要求。

4 凍黏率質量與時間的動態關系控制管理體系

借助于無線網絡測控技術平臺，建立防凍液噴淋全生產流程實時動態計量技術和管理體系，實行防凍液從生產端開始到港口卸載，一站式動態標簽式管理方式，實現了凍黏率質量與時間的動態關系控制管理。熱效應的時間累積效應是把利刃，分散劑甲醇，增稠劑纖維素，無水鈣有聚集性和擴散性傾向，時間久了冬季防凍液質量指標會下降，借助于無線測控技術平臺的，通過精確的動態計量技術，完善公司上下一致的精細計量管理體系；我們把防凍液從生產開始到出廠就貼上動態標簽，到輸送罐車，到噴灑罐車，再到噴灑過程，到車皮裝煤，到港口卸載，全程動態標簽化計量管理。2017年冬季所有凍黏車輛均是因鐵路運輸時間超長造成的事故，但是這一因素產生的凍黏率占比是很小的，僅為幾列車的個別車廂，當年實現的凍黏率是很低的，全年凍黏率為十萬分之一；2018年全路段凍黏率為零的創紀錄事件。

5 其他影響因素的剔除

防凍液噴灑經濟指標的控制一直是實施運行單位必不可少的運行指標之一，在多年實踐應用中逐步認識到這一指標對凍黏率進一步下降控制技術的推進不僅沒有益處，而且還有誤導。防凍液成本控制與低凍黏率進一步降低本質上是兩個相矛盾的指標，萬分之幾的降低率不是僅僅受制于成本這一因素所決定的，而這之間沒有本質關聯。噴灑防凍液市場成本為2 000元/t，節約幾十噸，還不夠凍黏一列車的清理費用，再附加上運輸效率和調度這兩項費用更是驚人，防凍液噴灑經濟指標的控制一直作為實施運行單位必不可少的運行指標之一去考核，沒有可操作的技術和經濟意義，對凍黏率進一步降低有害無益，取消這一指標勢在必行，基于上述理念和思路，通過零利潤法將防凍液的管理從利潤體系中剔除，為防凍液噴灑效果這一工作環節的可靠性評估體系的建立，確立了可信且可操作的置信空間。現在，相對于同行業防凍液2 000元/t的運行費用，我們將防凍液成本控制在300元/t范圍內；這一措施不僅使得成本得到控制而且在冬季煤炭外運總量年年增加的情況下，但是噴灑總成本取得基本維持不變這一管理最佳效果，連續多年相較上一年度成本費用節支近80余萬元，難能可貴的是低凍黏率指標是在小于0.001%條件下實現的。

6 結語

從生產到運輸，再到噴灑，再到鐵路運輸，再到港口卸載的各個環節的標簽管理體系，實現了冬季煤炭鐵路運輸車皮凍黏率趨于零這一成績，充分顯示了計量動態在線跟蹤這一管理目標，精確的計量就像給防凍液貼了標簽一樣，從生產環節開始，直到港口卸載，全壽命期跟蹤動態管理，達到了這一業界管理目標的奇跡。

成本上也大大降低，相比2015年業界防凍液成本加利潤2 000元/t，不僅因噸煤防凍液使用量減少使得直接成本每年降低300多萬元，而且相對2 000元業界平均成本，僅以成本運行法300元/t實際運行帶來得間接利潤為1 700元/t，實際產生間接經濟效益核算為3 000萬元以上，2016、2017、2018三年累計產生的直接間接經濟效益為1億元以上。