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装卸鹤管中气阻产生的原因及预防措施

2024/1/24 16:11:50　字体：大中小　浏览 103

装卸鹤管中气阻产生的原因及预防措施

     了解国内铁路卸油的实际情况可以发现，在气温较高的时候卸油极易产生气阻现象，阻碍卸油工作的进行。针对这一问题，研究气阻产生机理，提出相应的预防措施。
1现状
     当前，我国铁路装卸油系统根据卸油位置的不同可分为两种：一是从罐车上方进行卸油，二是从罐车下方进行卸油。铁路上部卸油作业时，从罐车上部将装卸鹤管插入油品中，通过泵或者虹吸自流卸油。铁路下部卸油作业时，装卸油管与罐车下部卸油器相连，同样通过泵或者自流把油料卸下。同时，下部卸油由于不需要真空引流，所以不会出现气阻断流的现象。但由于铁路输送的大多数为轻油，而轻油罐车不设下泄器。所以，在我国，铁路输油卸油的选方法为上部卸油，即利用装卸鹤管，从油罐车上部用泵或虹吸自流的方法卸油，当装卸鹤管内产生气阻现象后，影响油品正常转输，工作时间变长，且油料挥发带来的损耗增大，严重时甚至会造成油品断流而无法进行正常的卸油操作。在油库的日常工作以及铁路运输过程中，气阻现象的发生阻碍了工作的正常运行，油品断流还存在一定的危险成分,可能导致严重的经济损失。因此，在铁路油品运输、接卸工作中，预防气阻的产生十分有必要。
2装卸鹤管
2.1装卸鹤管定义
     装卸鹤管是铁路油罐车上部装卸油品的用设备，主要由固定立管、水平管、垂直管、旋转接头和力矩平衡装置等组成。它采用旋转接头与刚性管道及弯头，避免了老式软管易老化、易泄露等缺点，成为铁路油罐车与栈桥储运管线之间的连接设备，具有很高的灵活性、安全性，且使用寿命很长。
2.2常用装卸鹤管类型
2.2.1气动密闭装车装卸鹤管
     此类装卸鹤管的操作动力为压缩空气，操作轻松灵活，装车时挥发性油气可通过气相管收集，减少对环境的污染，且配备气控系统，可杜绝跑油事故。
2.2.2气动潜油泵卸油装卸鹤管
     它可以较好地解决夏季由于高温产生气阻导致卸油困难的问题，但其安全性不如液压潜油泵高。
2.2.3铁路油罐车防溢装油装卸鹤管
     它有一级防溢和二级防溢两种类型，大的优点是可以避免油罐车跑冒油和人员误操作。
2.2.4液动潜油泵卸油装卸鹤管
     它可以较好地解决卸油作业易产生气阻问题，且安全性比气动潜油泵好。
2.2.5下部装卸油装卸鹤管
     铁路油罐车下部卸油装卸鹤管由法兰接口、回转器、内臂、平衡器、外臂、支承弹簧、快速接头等组成，能适应各种不同类型油罐车编组的需要。
3装卸鹤管气阻
3.1气阻的产生机理
     油料在油品运输、接卸过程中会有空气混入，而空气的溶解度受温度和大气压的影响，温度高、压力大，溶解度也随之增大。当在卸油过程中，卸油温度下的大气压压力高于装卸鹤管中一点（一般式装卸鹤管的高点）的剩余压力时，溶解度发生改变，空气会从油品中重新析出，在装卸鹤管的某一点聚集成一个气泡。另外，由于此时该温度下的大气压高于装卸鹤管中剩余压力，油品将继续蒸发，当该温度下油品的饱和蒸汽压高于装卸鹤管的剩余压力时，油品蒸发会更加剧烈。这样油品中溶解又被析出的空气、输送过程中夹带的空气、以及蒸发的油品蒸气聚集在装卸鹤管的高点形成气袋，造成气阻现象，妨碍卸油的正常进行。卸油工艺设备如图1所示：
图一卸油工艺设备图

图1中的C点是装卸鹤管中容易产生气阻的地方，由上述原理可知，要防止在卸油过程中C点产生气阻必需要使C点的剩余压力大于该条件下油品的饱和蒸气压。即Hsy>Hy式中：Hsy——装卸鹤管中C点的剩余压力，m液柱；Hy——某温度下的油品的饱和蒸气压力，m液柱。Hsy还可以表示成：（2）式中：Ha——某温度下的大气压，m液柱；ΔZ——油罐车右边到C点的标高，m；h——装卸鹤管吸入口到C点间的水力摩阻损失；Vc——C点的流速，m/s式（1）是理想状态下得出的理论结果，现实情况下，产生气阻的原因较多、情况也较为复杂，装卸鹤管自身的密封性能以及油品的组成差异都会引发气阻的变化。因为有偏差，所以引入偏差系数，对式（1）进行修正：ΔH一般取2-2.4m油柱。
3.2产生气阻的因素

3.2.1油品的自身性质
     同等状态下，轻质油品饱和蒸气压比重质油品饱和蒸气压高，这种性质会使运输轻质油品的装卸鹤管入口处的汽化压力高于该处的低液流压力，从而产生一定量的气泡，而气泡的产生就是气阻现象发生的原因之一。此外，同等情况下轻质油品的蒸发速率相较于重质油品更快，蒸发损耗更大，导致蒸发的油品气体体积更大。这些产生的气泡与蒸发的油蒸气以及油品输送中携带的空气聚集并在装卸鹤管的某一点（一般是管道的高点）集中，形成气阻，导致断流。
3.2.2装卸鹤管的安装高度及自身结构
     装卸鹤管安装高度过高、管径过细都会使油品到达管道高点时的高剩余压力不足，因为高度变高和管径变细都会使沿程摩阻变大，装卸鹤管高点剩余压力不足会有气泡产生，且若低于该情况下油品的饱和蒸气压，就可能会引发气阻。
3.2.3槽车内油温分布不均匀
     铁路常用的卸油办法是把装卸鹤管与槽车下端相连，使油品从下往上卸出。而油温的分布规律恰好是从下及上油温不断升高。因为这样的油温分布特性，使得到了卸油的后期，罐车上部温度较高油品伴随着底部油品的卸出而下降至底部，由于位能降低，温度较高油品容易在装卸鹤管当中发生汽化，气袋增加，流量减小，增加气阻形成的可能性。

3.3气阻的危害
     气阻不是一下子在管道中产生的，随着不利因素的积聚，油温高，卸油环境温度高，卸油过程中不断降低的油品位能，导致在某一时刻、某一点，油品的剩余压力小于该油品饱和蒸气压，终形成气阻断流，而气阻将带来一系列问题：工作时间延长，工作人员工作量变大等。
4装卸鹤管气阻的预防措施
4.1改变装卸鹤管结构
4.1.1改变铁路装卸鹤管的结构形式
     目前采用的铁路装卸鹤管突出的问题是弯头数量多、活动接头处漏气点多，立管比较高，作业范围受“龙头”编组的影响，经常需要移动罐车位置保证对位作业。在实验过程中，我们发现利用软管可以很好地解决两个问题——一是装卸鹤管长度减小，沿程摩阻减少；二是装卸鹤管安装高度降低，有效降低了气阻发生的概率，且活动接头少，漏气点少。目前卸油工艺中，也会在集油管附近备用一根应急输油胶管，在发生气阻时，临时采用胶管卸油的方式。但胶管无法代替金属管的大原因是胶管老化、腐蚀速度过快，而且不易被发现，一旦有渗漏点出现而未被察觉，造成的后果是极其严重的。所以，如果可以设计出金属软管代替传统装卸鹤管，对气阻的克服应该是非常有利的。
4.1.2增大卸油装卸鹤管的管径
     装卸鹤管常用管径易产生较大的阻力，若可以增大装卸鹤管直径，那么装卸鹤管阻力相对可以降低许多。但是管径的增大使得制作工艺更为复杂，且对工艺本身要求更高，操作难度加大。所以要结合工艺要求及操作困难程度合理增大铁路装卸鹤管的直径。
4.2降温法卸油
     当前普遍使用的降温法有晚间卸油，淋水降温，回冲冷油等。晚间卸油在一定程度上可以控制气阻的产生，但同时增加了卸油时间，与铁路调度产生矛盾，同时加大了员工的工作强度。淋水降温法需要耗费大量水资源，同时易对罐车罐体表面产生腐蚀。另外，长时间淋水对铁路路基的稳定将产生不利影响。
4.3潜油泵卸油工艺
4.3.1液动潜油泵
     其本质是完成从电能到机械能到液压能再回到机械能的一系列能量转化，利用液压站将所需能量传达到罐车里。
4.3.2电动潜油泵
     采用电动潜油泵取代常规装卸鹤管，可以有效降低检修和维护频率，增加使用年限，大大降低成本，减少了污染环境的可能性，且密封性好不易造成泄露，能耗降低为液动潜油泵的33%使其综合成本低。
4.4低气压卸油工艺
     该工艺就是将罐车密闭，通过压缩空气或惰性气体，对液面施加一定压力以提高大气压，从而提高管道各点的剩余压力。
4.5分层卸油工艺
     分层卸油工艺是指上部油品上卸，下部油品下卸，尽可能降低气阻产生的可能性。要实现分层卸油工艺，其关键是应设计出一种浮力大、局部损失小的浮筒，同时要求浮筒与装卸鹤管起伏灵活，随着液位的下降，装卸鹤管也逐渐下降，后卸下罐车底部油温较低的油品，由此达到分层卸油克服气阻的目的。
     目前，各种克服气阻的方法很多，如利用潜油泵卸油、加压卸油、分层卸油、降温法卸油等等，但都还在实验研究中。目前较为普遍使用的方法是采用液动潜油泵。

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