鐵路煤炭運輸防凍車方法探究及應(yīng)用分析

朱文君

摘要：為積極應(yīng)對北方冬季氣溫變化對運輸組織的影響，提高裝卸車效率，進一步適應(yīng)鐵路貨運改革新要求，確保正常運輸秩序，實現(xiàn)貨物運輸增量和行車安全，切實加強鐵路煤炭運輸防凍車管理工作。本文探究了一種高效的煤炭運輸防凍劑和改良的噴灑工藝，具有優(yōu)良的防凍性、環(huán)保性、經(jīng)濟性和防腐防銹性，應(yīng)用效果極佳，推廣性強。

Abstract： In order to actively respond to the impact of winter temperature changes in the north on transportation organizations， improve the efficiency of loading and unloading trucks， further adapt to the new requirements of railway freight reform， ensure normal transportation order， realize the increase of freight transportation and driving safety， and effectively strengthen the management of railway coal transportation antifreeze vehicles， this article explores an efficient coal transport antifreeze and improved spraying process， which has excellent antifreeze， environmental protection， economy and corrosion and rust resistance， excellent application effect and strong promotion.

關(guān)鍵詞：鐵路運輸;煤炭;防凍液;噴灑工藝

0? 引言

冬季鐵路煤炭運輸受氣溫變化、煤炭屬性、車型車種、防凍液質(zhì)量、噴灑作業(yè)程序、裝車組織、運輸卸車組織等因素影響，易發(fā)生凍結(jié)，難以卸車，嚴(yán)重影響企業(yè)效益和車輛周轉(zhuǎn)[1]。多年來，鐵路相關(guān)部門和裝車企業(yè)主要通過提前組織部署、強化設(shè)備整治、嚴(yán)控防凍液質(zhì)量、規(guī)范作業(yè)程序、抓好卸車組織、優(yōu)化運輸組織、嚴(yán)格責(zé)任考核等措施開展防凍車工作。準(zhǔn)能煤炭經(jīng)銷公司所屬肖家煤炭集運站主要擔(dān)負準(zhǔn)能集團外購煤和力量煤業(yè)大飯鋪煤礦自產(chǎn)煤裝車發(fā)運任務(wù)，因其煤炭含水量高（平均13%）、煤泥分離不徹底、萬噸單元列車分批裝車、待取待掛待送時間長、配空不當(dāng)，防凍車任務(wù)艱巨。通過探索和實踐，本文主要從我站防凍液配比質(zhì)量和噴灑工藝優(yōu)化兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，論述如何解決高風(fēng)險貨源的防凍車問題。

1? 裝車企業(yè)面對凍車高風(fēng)險煤種的管控難點

1.1 防凍液配制沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品性能相差較大

目前，防凍液已成為煤炭在鐵路運輸過程中防凍車的重要手段。合格的防凍液不但具有優(yōu)良的防凍效果，而且無毒或低毒、對車輛無腐蝕、避免造成環(huán)保問題[2]。隨著防凍液在山西、陜西和內(nèi)蒙古等地的大范圍推廣使用，通過市場調(diào)研由于沒有統(tǒng)一的配制標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)防凍液產(chǎn)品原料單一，配比不合理，單一追求冰點指標(biāo)，忽略粘度、金屬腐蝕性及皮膚刺激度要求，金屬腐蝕性強、環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品性能相差較大，極易造成環(huán)境污染、凍車，影響運輸效率，成本居高不下[3]。

1.2 防凍液噴灑成套設(shè)備工藝陳舊，對高含水、高煤泥摻比煤種防凍效果不明顯

《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》（TB/B 3208-2008）規(guī)定：散裝顆粒貨物裝車前，要將防凍液噴灑于空車底部、四面車幫內(nèi)側(cè);裝車時向貨物中噴灑足量的防凍液[4]。經(jīng)調(diào)研山能重裝泰安煤機公司，其在國內(nèi)自主建設(shè)的200余座快速定量裝車站均采用空車車廂內(nèi)壁和緩沖倉入料口噴灑工藝，尤其分布于新疆、陜西、山西、內(nèi)蒙古等北方嚴(yán)寒地區(qū)的裝車站占120余座，占比近60%。

空車車皮均勻噴灑位距溜槽裝車位約有24m間距，車輛行進用時約94s，在此期間車廂內(nèi)壁已噴灑的防凍液因掛壁效果不佳滑落并從車底排水孔流出，側(cè)幫內(nèi)壁與煤層端面間的防凍有效率不足70%，極易形成兜狀凍結(jié)板塊;車底板無匯水功能，C80車輛底板前端約有8m2區(qū)域受瞬時落煤急速沖擊將原已脆弱的防凍液覆蓋層再次沖散向后延展，該區(qū)域成為無防凍功能的空白區(qū)，極易形成約30mm厚凍結(jié)板塊，如圖1所示。此類問題，絕大多數(shù)防凍液噴灑成套設(shè)備均無法有效解決。

2? 采用的研究方法及技術(shù)路線

鐵路運輸防凍液具有降低溶液冰點的作用，可以使凍煤間冰晶溶解熱降低、結(jié)晶力減弱，使冰晶呈針狀、絲狀的多晶集合體，使冰塊的堅固性大幅降低，在運輸過程中使煤和煤、煤和車廂內(nèi)表面的凍結(jié)力度減少，即使在很低的溫度下運輸只需翻車機正常的振動頻率作用即可翻卸干凈煤炭[5]，也解決了冬季煤炭凍車的困難，提高生產(chǎn)效率。

2.1 高性能防凍液配制方法研究

防凍液主要由降凝劑、緩蝕劑及輔料等組成。根據(jù)使用條件和沿途預(yù)設(shè)最低溫度不同，按照一定的比例將其與水充分混合、溶解、攪拌并沉淀。降凝劑的主要作用為降低溶液的冰點，分為有機型和無機型兩種，也是防凍液最主要的溶質(zhì);緩蝕劑的主要作用為減少溶液對配制設(shè)備、儲液設(shè)備、噴灑設(shè)備、輸液管路、火車車廂和鋼軌等的腐蝕，延長設(shè)備使用周期;輔料的主要作用為微調(diào)pH值、粘度等指標(biāo)。

本次配制方法探究通過理論研究、實踐總結(jié)、實驗對比分析、檢驗檢測、現(xiàn)場應(yīng)用的模式開展工作。

①考慮到生產(chǎn)成本的關(guān)系，選用價廉易得的無機型CaCl2為降凝劑，試驗過程如表1。由該表可以看出隨著氯化鈣含量的增加冰點也隨之降低，其降低冰點的能力是特別明顯的，當(dāng)氯化鈣含量達到40%左右時冰點在-50℃左右，效果最佳。當(dāng)氯化鈣含量繼續(xù)增大時冰點卻隨之上升，呈相反態(tài)勢，溶質(zhì)隨之析出，所以并不是氯化鈣含量越高越好，同時也要綜合考慮沿途最低溫度，控制好氯化鈣占比，避免造成成本上的浪費。采用氯化鈣作為防凍液溶質(zhì)存在的主要弊端是對金屬具有一定的腐蝕性，需要進一步添加緩蝕劑等材料。

②在冰點實驗的基礎(chǔ)上，選用高取代基纖維素醚為增稠輔料，選用硼砂為緩蝕輔料，稱取固體樣品在常溫并伴有攪拌的條件下將固體樣品緩慢加入容器，使其充分溶解后靜置15-20分鐘即可得到淺黃色防凍液成品。經(jīng)過實驗測試高取代基纖維素醚含量在0.07%左右時增稠掛壁效果最佳，硼砂含量在1.5%左右時金屬腐蝕效果最低且pH值偏中性。過程如表2。

該方法配制出的防凍液經(jīng)實驗室化驗冰點、粘度、密度、PH值等主要性能指標(biāo)符合《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》（TB/T 3208-2008），后委托第三方送專業(yè)檢測機構(gòu)檢測，結(jié)論合格。2018-2019年防凍期內(nèi)，該配比防凍液在肖家煤炭集運站投產(chǎn)使用，和往年對比取得了非常好的防凍車效果，且原料成本也有了大幅的減少，企業(yè)取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，對該防凍液噴灑前后的煤質(zhì)進行了化驗，灰分、揮發(fā)分和發(fā)熱量等指標(biāo)均沒有影響[6]。

2.2 凍車高風(fēng)險煤種防凍液噴灑工藝改造

近幾年，根據(jù)港口卸車凍煤信息反饋，凍煤主要集中在車廂初期落煤沖擊區(qū)和車幫兩側(cè)下部水分沉積區(qū)，一定程度上山能重裝泰安煤機公司研發(fā)的防凍液噴灑工藝不能完全滿足北方極寒天氣下的防凍車需求。據(jù)了解，太原鐵路局管內(nèi)鐵路運輸煤炭大多為水洗煤，由于洗選工藝陳舊、煤與煤泥分離不徹底、綜采實施抑塵噴水等措施造成含水量居高不下;列車在途運行時間較長，常有途中保留、集中到達、排隊卸車和萬噸單元列車分批裝車組合的情況，尤其是浴盆式C80貨車防凍車壓力更為明顯。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，肖家集運站緩沖倉入料口1200mm的膠帶機在3.2m/s的轉(zhuǎn)速下煤流量為0.4t/s，防凍液噴灑量為1.5L/s，即噸煤噴入了約3.8L防凍液，該噴灑量相對煤流量來說是極少的。該工藝設(shè)計的主要目是為了降低煤與煤之間的凍結(jié)強度，而忽略了煤與車皮的凍結(jié)問題。據(jù)統(tǒng)計，肖家集運站2017和2018年凍車事件主要發(fā)生形態(tài)為煤與車皮凍結(jié)，準(zhǔn)旗周邊裝車站也為此類情況。所以，噴灑工藝改造就很有必要。

本課題保留原緩沖倉入料口噴灑工藝，又從防凍液輸送主管引出一支路，該支路再次分為2組流向，1組流向裝車溜槽兩側(cè)加裝的2個通徑DN25mm的噴嘴，溜槽落煤時同步開啟，使煤和車廂側(cè)幫間滲透形成一層“防凍膜”，解決煤與車幫兩側(cè)下部水分沉積區(qū)內(nèi)表面的凍結(jié)問題;另1組流向裝車溜槽后部中間位加裝的1個通徑DN32mm的噴嘴，溜槽與車廂對位即可先開啟溜槽中間噴嘴，待落煤時關(guān)閉噴灑，而該區(qū)域已覆蓋防凍液，主要解決受落煤沖擊吹散車底板已噴灑防凍液而凍結(jié)的問題。噴嘴的開啟和關(guān)閉通過2臺先導(dǎo)式電磁閥控制，通過集控室集中控制，在不同全水分、不同煤泥摻比、不同的煤流量和不同的機車牽引速度下，人工合理控制相應(yīng)噴頭啟閉和流量[7]。改造后防凍液噴灑工藝如圖2所示。

改造后，原防凍液配制系統(tǒng)可滿足新配制標(biāo)準(zhǔn)下原料的入料和攪拌工作，新標(biāo)準(zhǔn)下配制的防凍液可滿足噴灑系統(tǒng)的壓力、粘度、密度及流量需求，新改造后的溜槽防凍液噴灑工藝與原有管路系統(tǒng)銜接得當(dāng)、搭配合理，滿足生產(chǎn)需求，如圖3所示。

在進行上述工藝改造后，為有效解決凍車問題，裝車企業(yè)還需做好以下幾項工作：

①健全防凍車管理制度，制定防凍車管理辦法，明確防凍液相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)化防凍液噴灑工藝，完善防凍車應(yīng)急預(yù)案。

②明確工作職責(zé)。責(zé)任單位要成立相應(yīng)的組織機構(gòu)，明確主管領(lǐng)導(dǎo)、責(zé)任部門，細化站段及各站區(qū)日常組織和協(xié)調(diào)機制，形成高效聯(lián)動、有效應(yīng)對、快速反應(yīng)機制。

③防凍液供應(yīng)商具備合法有效的工商營業(yè)執(zhí)照和其它必需的法律證明文件，具備獨立生產(chǎn)能力，且生產(chǎn)場地、設(shè)備、工藝流程、生產(chǎn)全過程管理、人員培訓(xùn)等滿足供應(yīng)要求，具備配套的質(zhì)量檢測設(shè)備，完善的質(zhì)量控制體系，有效的質(zhì)量保證手段。

④抓好人員培訓(xùn)。以防凍車管理辦法為學(xué)習(xí)重點，組織做好防凍培訓(xùn)工作，做到鐵路管理人員、作業(yè)人員和企業(yè)相關(guān)人員全部參加培訓(xùn)，未經(jīng)培訓(xùn)合格不得上崗。

⑤落實噴灑標(biāo)準(zhǔn)。一是裝車站裝車前要嚴(yán)格掌握煤炭外水含量，按照預(yù)設(shè)溫度，確定防凍液噴灑量，認真檢查車底，確認車內(nèi)是否存有殘貨，發(fā)現(xiàn)殘貨要徹底清理干凈后再裝車。防凍液噴灑器具噴頭、管路、流量計、壓力表等完好有效;防凍液噴灑系統(tǒng)實現(xiàn)車內(nèi)、煤中分表計量;安裝流量控制閥門，適應(yīng)不同型號貨車、貨物不同外含水量、不同溫度條件、不同粘度值的可調(diào)節(jié)噴灑要求，具有足夠壓力對敞車車地板、端側(cè)墻內(nèi)壁及四個底角進行足量、均勻、全覆蓋噴灑。

⑥壓縮重車停時。要加強與鐵路相關(guān)部門的聯(lián)系，按規(guī)定提前預(yù)報調(diào)度員預(yù)計裝完時間，積極聯(lián)系機車組織掛運，減少車輛在站停留時間，盡量避免途中保留和重車集中到達。

⑦追蹤重點列車。對浴盆式C80貨車、使用K型車裝運煤炭的貨車、途中運行時間超過30小時的貨車以及萬噸單元列車分批裝車的重點列車進行逐列追蹤監(jiān)控。

3? 主要研究成果及性能指標(biāo)分析

主要研究成果有兩項：一是研究出了一種針對極寒天氣下高煤炭全水分、高煤泥摻比及遠距離鐵路運輸?shù)姆纼鲆号浔葮?biāo)準(zhǔn);二是創(chuàng)造性的實施了一種快速定量裝車溜槽加裝噴灑管路且實現(xiàn)了集控、分時啟閉、獨立控制的新工藝。該課題實施前，肖家集運站2018年防凍期發(fā)生3-5次較為嚴(yán)重的凍車事件，每列車平均有15.2噸粘幫粘底的輕微凍煤，上述兩項成果應(yīng)用后，2019年未發(fā)生凍車事件，在經(jīng)濟效益、安全效益和社會效益方面取得了巨大的成效。

3.1 經(jīng)濟效益

新研究出的防凍液配比不但冰點、粘度、密度、pH值、環(huán)保性能等主要指標(biāo)符合《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》（TB/T 3208-2008）要求，而且較原配比每萬噸列CaCl2用量有了明顯降低。據(jù)統(tǒng)計，2018年應(yīng)用原配比萬噸列平均CaCl2用量為13.6噸，2019年應(yīng)用新配比萬噸列平均CaCl2用量為11.0噸，減少2.6噸。CaCl2用量對比見圖4。