鶴管中氣阻產生的原因及預防措施

沈鑫萍 高建豐

[摘要]了解國內鐵路卸油的實際情況可以發現，在氣溫較高的時候卸油極易產生氣阻現象，阻礙卸油工作的進行。針對這一問題，研究氣阻產生機理，提出相應的預防措施。

[關鍵詞]鶴管;氣阻;預防措施

[中圖分類號]U294.82

[文獻標識碼]A

1 現狀

當前，我國鐵路裝卸油系統根據卸油位置的不同可分為兩種：一是從罐車上方進行卸油，二是從罐車下方進行卸油。鐵路上部卸油作業時，從罐車上部將鶴管插入油品中，通過泵或者虹吸自流卸油。鐵路下部卸油作業時，裝卸油管與罐車下部卸油器相連，同樣通過泵或者自流把油料卸下。同時，下部卸油由于不需要真空引流，所以不會出現氣阻斷流的現象。但由于鐵路輸送的大多數為輕油，而輕油罐車不設下泄器。所以，在我國，鐵路輸油卸油的首選方法為上部卸油，即利用鶴管，從油罐車上部用泵或虹吸自流的方法卸油，當鶴管內產生氣阻現象后，影響油品正常轉輸，工作時間變長，且油料揮發帶來的損耗增大，嚴重時甚至會造成油品斷流而無法進行正常的卸油操作。在油庫的日常工作以及鐵路運輸過程中，氣阻現象的發生阻礙了工作的正常運行，油品斷流還存在一定的危險成分，可能導致嚴重的經濟損失。因此，在鐵路油品運輸、接卸工作中，預防氣阻的產生十分有必要。

2 鶴管

2.1 鶴管定義

鶴管是鐵路油罐車上部裝卸油品的專用設備，主要由固定立管、水平管、垂直管、旋轉接頭和力矩平衡裝置等組成。它采用旋轉接頭與剛性管道及彎頭，避免了老式軟管易老化、易泄露等缺點，成為鐵路油罐車與棧橋儲運管線之間的連接設備，具有很高的靈活性、安全性，且使用壽命很長。

2.2 常用鶴管類型

2.2.1 氣動密閉裝車鶴管

此類鶴管的操作動力為壓縮空氣，操作輕松靈活，裝車時揮發性油氣可通過氣相管收集，減少對環境的污染，且配備氣控系統，可杜絕跑油事故。

2.2.2 氣動潛油泵卸油鶴管

它可以較好地解決夏季由于高溫產生氣阻導致卸油困難的問題，但其安全性不如液壓潛油泵高。

2.2.3 鐵路油罐車防溢裝油鶴管

它有一級防溢和二級防溢兩種類型，最大的優點是可以避免油罐車跑冒油和人員誤操作。

2.2.4 液動潛油泵卸油鶴管

它可以較好地解決卸油作業易產生氣阻問題，且安全性比氣動潛油泵好。

2.2.5 下部裝卸油鶴管

鐵路油罐車下部卸油鶴管由法蘭接口、回轉器、內臂、平衡器、外臂、支承彈簧、快速接頭等組成，能適應各種不同類型油罐車編組的需要。

3 鶴管氣阻

3.1 氣阻的產生機理

油料在油品運輸、接卸過程中會有空氣混入，而空氣的溶解度受溫度和大氣壓的影響，溫度高、壓力大，溶解度也隨之增大。當在卸油過程中，卸油溫度下的大氣壓壓力高于鶴管中一點（一般式鶴管的最高點）的剩余壓力時，溶解度發生改變，空氣會從油品中重新析出，在鶴管的某一點聚集成一個氣泡。另外，由于此時該溫度下的大氣壓高于鶴管中剩余壓力，油品將繼續蒸發，當該溫度下油品的飽和蒸汽壓高于鶴管的剩余壓力時，油品蒸發會更加劇烈。這樣油品中溶解又被析出的空氣、輸送過程中夾帶的空氣、以及蒸發的油品蒸氣聚集在鶴管的最高點形成氣袋，造成氣阻現象，妨礙卸油的正常進行。卸油工藝設備如圖1所示：

圖1中的C點是鶴管中最容易產生氣阻的地方，由上述原理可知，要防止在卸油過程中C點產生氣阻必需要使C點的剩余壓力大于該條件下油品的飽和蒸氣壓。即

H_sy>H_y

（1）

式中：H_sy——鶴管中C點的剩余壓力，m液柱;

H_y——某溫度下的油品的飽和蒸氣壓力，m液柱。

H_sy可以表示成：

（2）

式中：H_α——某溫度下的大氣壓，m液柱;

ΔZ——油罐車右邊到C點的標高，m;

h——鶴管吸入口到C點間的水力摩阻損失;

V_c——C點的流速，m/s

式（1）是理想狀態下得出的理論結果，現實情況下，產生氣阻的原因較多、情況也較為復雜，鶴管自身的密封性能以及油品的組成差異都會引發氣阻的變化。因為有偏差，所以引入偏差系數，對式（1）進行修正：

ΔH一般取2-2.4m油柱。

3.2 產生氣阻的因素

3.2.1 油品的自身性質

同等狀態下，輕質油品飽和蒸氣壓比重質油品飽和蒸氣壓高，這種性質會使運輸輕質油品的鶴管入口處的汽化壓力高于該處的最低液流壓力，從而產生一定量的氣泡，而氣泡的產生就是氣阻現象發生的原因之一。此外，同等情況下輕質油品的蒸發速率相較于重質油品更快，蒸發損耗更大，導致蒸發的油品氣體體積更大。這些產生的氣泡與蒸發的油蒸氣以及油品輸送中攜帶的空氣聚集并在鶴管的某一點（一般是管道的最高點）集中，形成氣阻，導致斷流。

3.2.2 鶴管的安裝高度及自身結構

鶴管安裝高度過高、管徑過細都會使油品到達管道最高點時的最高剩余壓力不足，因為高度變高和管徑變細都會使沿程摩阻變大，鶴管最高點剩余壓力不足會有氣泡產生，且若低于該情況下油品的飽和蒸氣壓，就可能會引發氣阻。

3.2.3 槽車內油溫分布不均勻

鐵路常用的卸油辦法是把鶴管與槽車下端相連，使油品從下往上卸出。而油溫的分布規律恰好是從下及上油溫不斷升高。因為這樣的油溫分布特性，使得到了卸油的后期，罐車上部溫度較高油品伴隨著底部油品的卸出而下降至底部，由于位能降低，溫度較高油品容易在鶴管當中發生汽化，氣袋增加，流量減小，增加氣阻形成的可能性。

3.3 氣阻的危害

氣阻不是一下子在管道中產生的，隨著不利因素的積聚，油溫高，卸油環境溫度高，卸油過程中不斷降低的油品位能，導致在某一時刻、某一點，油品的剩余壓力小于該油品飽和蒸氣壓，最終形成氣阻斷流，而氣阻將帶來一系列問題：工作時間延長，工作人員工作量變大等。

4 鶴管氣阻的預防措施

4.1 改變鶴管結構

4.1.1 改變鐵路鶴管的結構形式

目前采用的鐵路鶴管突出的問題是彎頭數量多、活動接頭處漏氣點多，立管比較高，作業范圍受“龍頭”編組的影響，經常需要移動罐車位置保證對位作業。在實驗過程中，我們發現利用軟管可以很好地解決兩個問題——一是鶴管長度減小，沿程摩阻減少;二是鶴管安裝高度降低，有效降低了氣阻發生的概率，且活動接頭少，漏氣點少。目前卸油工藝中，也會在集油管附近備用一根應急輸油膠管，在發生氣阻時，臨時采用膠管卸油的方式。但膠管無法代替金屬管的最大原因是膠管老化、腐蝕速度過快，而且不易被發現，一旦有滲漏點出現而未被察覺，造成的后果是極其嚴重的。所以，如果可以設計出金屬軟管代替傳統鶴管，對氣阻的克服應該是非常有利的。

4.1.2 增大卸油鶴管的管徑

鶴管常用管徑易產生較大的阻力，若可以增大鶴管直徑，那么鶴管阻力相對可以降低許多。但是管徑的增大使得制作工藝更為復雜，且對工藝本身要求更高，操作難度加大。所以要結合工藝要求及操作困難程度合理增大鐵路鶴管的直徑。

4.2 降溫法卸油

當前普遍使用的降溫法有晚間卸油，淋水降溫，回沖冷油等。晚間卸油在一定程度上可以控制氣阻的產生，但同時增加了卸油時間，與鐵路調度產生矛盾，同時加大了員工的工作強度。淋水降溫法需要耗費大量水資源，同時易對罐車罐體表面產生腐蝕。另外，長時間淋水對鐵路路基的穩定將產生不利影響。

4.3 潛油泵卸油工藝

4.3.1 液動潛油泵

其本質是完成從電能到機械能到液壓能再回到機械能的一系列能量轉化，利用液壓站將所需能量傳達到罐車里。

4.3.2 電動潛油泵

采用電動潛油泵取代常規鶴管，可以有效降低檢修和維護頻率，增加使用年限，大大降低成本，減少了污染環境的可能性，且密封性好不易造成泄露，能耗降低為液動潛油泵的33%使其綜合成本低。

4.4 低氣壓卸油工藝

該工藝就是將罐車密閉，通過壓縮空氣或惰性氣體，對液面施加一定壓力以提高大氣壓，從而提高管道各點的剩余壓力。

4.5 分層卸油工藝

分層卸油工藝是指上部油品上卸，下部油品下卸，盡可能降低氣阻產生的可能性。要實現分層卸油工藝，其關鍵是應設計出一種浮力大、局部損失小的浮筒，同時要求浮筒與鶴管起伏靈活，隨著液位的下降，鶴管也逐漸下降，最后卸下罐車底部油溫較低的油品，由此達到分層卸油克服氣阻的目的。

5 結論

目前，各種克服氣阻的方法很多，如利用潛油泵卸油、加壓卸油、分層卸油、降溫法卸油等等，但都還在實驗研究中。目前較為普遍使用的方法是采用液動潛油泵。

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