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(tǒng)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(guī)模小、能耗高、效率低、環(huán)境污染嚴重、對操作工的人身危害大等缺點，許多大型企業(yè)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(tǒng)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?shù)陌芯啵咝ё詣拥剡M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(tǒng)，具有結構簡單、操作方便、自動化程度高等優(yōu)點，其產品品質突出反映在可靠性、成套性，達到安全、節(jié)能、環(huán)保的效果。

鐵路罐車高壓水機械清洗法與傳統(tǒng)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(yè)環(huán)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(tǒng)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(tǒng)、污油污水系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、牽引及對位系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、鼓風烘干系統(tǒng)、長管呼吸系統(tǒng)及其他附屬系統(tǒng)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(xiàn)全自動化一鍵式操作作業(yè)。

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(tǒng)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(shù)和每點清洗時間（送入和退出過程中，保持清洗狀態(tài)）；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(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)：高壓清洗系統(tǒng)、抽液及抽水系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、長管空氣呼吸器防護系統(tǒng)、廢氣凈化系統(tǒng)。

高壓清洗系統(tǒng)為核心系統(tǒng)，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(yè)。

當?shù)谝弧⒍?jié)罐車清洗作業(yè)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(jié)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(tǒng)。

3.3 實施效果

鐵路罐車高壓水射流自動清洗系統(tǒng)，該設備結構有高壓水清洗系統(tǒng)、污油污水系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、牽引及對位系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、鼓風烘干系統(tǒng)、長管呼吸系統(tǒng)及其他附屬系統(tǒng)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(xiàn)全自動化一鍵式操作作業(yè)。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(yōu)勢，而工程造價遠遠低于國外同類產品。