冬季煤炭運(yùn)輸防凍車技術(shù)研究

高 澤，劉璟麗

（國能銷售集團(tuán)華北能源貿(mào)易有限公司，北京 100045）

0 引言

凍車指的是煤炭?jī)鼋Y(jié)或者凍結(jié)粘連在車輛底板與兩端位置，需采取特殊工具卸車的車輛。防凍車技術(shù)一般是指在冬季為了防止運(yùn)輸期間煤炭發(fā)生凍結(jié)而使用的裝卸車保障措施。一般情況下，冬季煤炭運(yùn)輸?shù)姆纼銎谠?1月初至第二年的3月底，具體情況應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際天氣條件，對(duì)防凍期的預(yù)測(cè)適當(dāng)提前或者延后。

1 冬季煤炭運(yùn)輸敞車的防凍技術(shù)要求

按照冬季煤炭運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，對(duì)精洗煤的運(yùn)輸提前噴灑防凍液，使其在運(yùn)輸時(shí)不會(huì)發(fā)生凍車的現(xiàn)象。以C80型鋁鋼材質(zhì)的敞車為例，這類車的車型構(gòu)造對(duì)于冬季防凍提出了明確的技術(shù)要求，需在防凍和防腐兩個(gè)方面采取相應(yīng)措施，要求防凍液必須有著較強(qiáng)的抗凍能力，冰點(diǎn)應(yīng)在-45℃以下，同時(shí)對(duì)銅、鐵以及鋁等材料有著較強(qiáng)的抗腐蝕能力。此外，冬季煤炭運(yùn)輸敞車防凍液的應(yīng)用不能對(duì)煤炭產(chǎn)生影響，產(chǎn)品成本不宜過高，表1為冬季煤炭運(yùn)輸敞車防凍液主要技術(shù)指標(biāo)[1]。

表1 冬季煤炭運(yùn)輸敞車防凍液主要技術(shù)指標(biāo)

鐵路在冬季運(yùn)輸期間產(chǎn)生凍車的影響因素可分為以下4種：①防凍液存在質(zhì)量問題，例如，性能指標(biāo)無法達(dá)到預(yù)期要求，防凍效果不理想。②未提前掌握煤炭的實(shí)際煤質(zhì)情況，沒有確定其中的含水量，防凍液噴灑不足，影響防凍效果。裝卸車站點(diǎn)與運(yùn)輸期間氣候溫度在0℃以下，煤炭含水率在4%以上，此時(shí)需要及時(shí)對(duì)煤炭噴灑防凍液。③未有效掌握運(yùn)輸期間的溫度或者運(yùn)輸時(shí)段，防凍液實(shí)際噴灑量達(dá)不到預(yù)期要求。噴灑位置不當(dāng)，沒有提前做好防凍液設(shè)備的檢查維護(hù)。④運(yùn)輸時(shí)間較長(zhǎng)，防凍液使用效果下降，冬季煤炭運(yùn)輸組織不合理，裝車速度過慢，沿途運(yùn)輸?shù)⒄`時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致防凍液難以發(fā)揮預(yù)期作用[2]。

2 冬季煤炭運(yùn)輸防凍車技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

2.1 科學(xué)判定煤炭含水量，做好凍煤和煤泥的上車卡控

2.1.1 煤炭含水量的控制

首先，確定冬季煤炭運(yùn)輸時(shí)的站臺(tái)裝車煤炭含水情況。安排相應(yīng)崗位人員確定含水量，在裝車之前了解這批煤炭的含水量，冬季短途運(yùn)輸與站臺(tái)存放時(shí)如果出現(xiàn)雨雪天氣，或者因外來水源引發(fā)煤炭材料含水量發(fā)生改變，此時(shí)應(yīng)及時(shí)與貨運(yùn)人員聯(lián)系，以便修正煤炭含水量參數(shù)。

其次，確定筒倉裝車含水量。從選煤廠入手，需要在煤炭裝車之前向噴灑作業(yè)人員、貨運(yùn)監(jiān)督人員提交煤炭化驗(yàn)單，以便相應(yīng)人員依據(jù)化驗(yàn)單的相關(guān)內(nèi)容確定含水量信息。

最后，做好煤炭含水量的卡控工作。裝車站需掌握不具備噴灑作業(yè)條件下的煤炭含水情況，當(dāng)煤炭的含水量在13%以下、氣溫在-10℃以下時(shí)，應(yīng)禁止對(duì)煤炭進(jìn)行裝車與運(yùn)輸[3]。

2.1.2 凍煤和煤泥上車卡控

在卡控作業(yè)環(huán)節(jié)，需明確以下作業(yè)要點(diǎn)：①做好凍煤塊上站卡控工作。掌握上煤作業(yè)操作要點(diǎn)，了解上煤渠道，根據(jù)具體的煤種與煤質(zhì)確定材料的含水量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的凍結(jié)煤塊與煤泥，提前做好碾壓與破碎處理，篩選之后才能裝車，防止有較大的凍煤塊上站后給運(yùn)輸防凍帶來影響。②做好凍煤塊上車卡控工作。要求貨運(yùn)人員掌握凍煤塊的實(shí)時(shí)清理狀態(tài)，找出20 mm以上的凍煤塊，了解其對(duì)到站卸車的不利影響，將當(dāng)前凍煤情況告知相關(guān)人員。③合理控制煤泥配比。在冬季運(yùn)煤的防凍車過程中，不允許摻入煤泥，這是因?yàn)槭艿皆O(shè)備的技術(shù)限制，煤泥無法有效分離，此時(shí)必須減少煤泥實(shí)際配比量，依靠壓濾設(shè)備對(duì)煤泥提前脫水，控制好含水量后再裝車。除此之外，還應(yīng)在卡控環(huán)節(jié)提前噴灑抑塵劑，如圖1所示。

圖1 煤炭噴灑抑塵劑

2.2 配制高性能防凍液

實(shí)際上，防凍液主要包含降凝劑、緩蝕劑等材料，需要按照防凍液的具體使用條件，以及煤炭在冬季運(yùn)輸?shù)难赝绢A(yù)設(shè)溫度情況，遵循一定的比例將降凝劑、緩蝕劑與水混合攪拌，最終配制成高性能防凍液。其中降凝劑可以有效降低溶液冰點(diǎn)，常見的降凝劑包括有機(jī)型降凝劑與無機(jī)型降凝劑兩種，這是防凍液的溶質(zhì)；緩蝕劑可以減少溶液對(duì)于各類設(shè)備的腐蝕，保護(hù)儲(chǔ)液設(shè)備與噴灑設(shè)備，同時(shí)避免防凍液對(duì)車廂造成的腐蝕性影響，最大限度延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。除了降凝劑與緩蝕劑，防凍液內(nèi)還包含了一些輔料，這些輔料可以調(diào)整防凍液的pH和黏度值。

在配置防凍液時(shí)，應(yīng)從生產(chǎn)成本角度出發(fā)，選擇成本較低的無機(jī)型降凝劑，如氯化鈣降凝劑，具體的試驗(yàn)情況如表2所示。通過表2數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯化鈣含量逐漸增加時(shí)，冰點(diǎn)也會(huì)下降，氯化鈣含量處于40%時(shí)，冰點(diǎn)可以達(dá)到-50℃，此時(shí)效果最佳。隨著氯化鈣含量的進(jìn)一步增加，冰點(diǎn)開始上升，此時(shí)會(huì)析出溶質(zhì)，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)氯化鈣含量的合理控制，使其處于適當(dāng)?shù)暮??？紤]運(yùn)輸沿途的最低溫度，做好氯化鈣占比控制，防止成本浪費(fèi)。但是以氯化鈣為防凍液的溶質(zhì)會(huì)對(duì)金屬材料產(chǎn)生腐蝕作用，所以還需要加入緩蝕劑，發(fā)揮其對(duì)金屬的抗腐蝕能力[4]。

表2 氯化鈣冰點(diǎn)試驗(yàn)

以冰點(diǎn)測(cè)試為基礎(chǔ)，使用高取代基纖維素醚作為輔料，發(fā)揮對(duì)材料的增稠作用，再使用硼砂作為緩蝕用的輔料，稱量一部分固體樣品，使其在常溫狀態(tài)下攪拌后加入容器，溶解之后再靜置20 min，最終得到的是呈淺黃色的防凍液。當(dāng)高取代基纖維素醚的含量保持在0.07%的時(shí)候，材料增稠掛壁明顯；當(dāng)硼砂材料的含量處于1.5%時(shí)，此時(shí)材料對(duì)于金屬的防腐蝕效果最理想，這時(shí)材料的pH處于中性，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)情況如表3所示。這一方法配置的防凍液無論是冰點(diǎn)還是密度，都與相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)相符合，不僅可以得到良好的防凍車效果，還能減少原料使用成本，保障煤炭在冬季的高效運(yùn)輸。

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2.3 提升防凍液噴灑質(zhì)量

2.3.1 做好防凍液質(zhì)量全面檢查

經(jīng)研究得知，煤炭運(yùn)輸?shù)膶?shí)際防凍效果會(huì)受到防凍液材料質(zhì)量的影響，所以應(yīng)加強(qiáng)對(duì)材料質(zhì)量的嚴(yán)格控制，要求防凍液冰點(diǎn)處于-46℃以下，黏稠度保持在6 MPa·s左右，將防凍液配送到裝車站的位置時(shí)必須同時(shí)出具相應(yīng)質(zhì)量檢查報(bào)告，做好監(jiān)控管理工作。做好殘煤和凍煤的粉碎與清理，完成碾壓破碎工作，要求破碎后的煤塊粒徑小于25 cm，翻車機(jī)卸車的時(shí)候會(huì)遇到漏斗堵塞的情況，此時(shí)應(yīng)提前準(zhǔn)備機(jī)械設(shè)備，遇到凍車問題時(shí)采取解凍措施，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)空車偏重與偏載等情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便更好地消除各種安全隱患。

2.3.2 按規(guī)定實(shí)施噴灑作業(yè)

要求進(jìn)行防凍液噴灑的作業(yè)人員必須經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，掌握防凍車使用方法與防凍液技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)了解各種溫度下的具體防凍液使用量。防凍液的噴灑作業(yè)要點(diǎn)如下：①噴灑之前詳細(xì)記錄流量計(jì)的讀數(shù)，為后續(xù)噴灑作業(yè)提供充足的數(shù)據(jù)參考。②做好1～3車的防凍液噴灑流量監(jiān)控，同時(shí)將其和單車噴灑流量相比較，如果遇到噴灑力量不足的情況，需對(duì)噴灑裝置的運(yùn)行壓力進(jìn)行調(diào)整，確保噴灑流量與預(yù)期技術(shù)要求相符合。③有效固定防凍液的噴灑流量，在全車噴灑完成后，讀取此時(shí)流量計(jì)的讀數(shù)，減去噴灑前的流量計(jì)讀數(shù)，再與防凍液比重相乘，所得到的數(shù)值就是當(dāng)前車輛的防凍液實(shí)際噴灑作業(yè)量。如果噴灑量低于設(shè)定值，應(yīng)做好補(bǔ)噴作業(yè)。④要求工作人員做好相應(yīng)記錄，及時(shí)記錄煤炭含水量、流量計(jì)讀數(shù)與防凍液噴灑量，為噴灑工藝的改進(jìn)提供科學(xué)參考依據(jù)[4]。圖2為防凍液噴灑現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)景。

圖2 防凍液噴灑現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)景

2.3.3 凍車高風(fēng)險(xiǎn)煤種防凍液噴灑工藝改造

要求冬季煤炭運(yùn)輸必須滿足極寒狀態(tài)下的防凍車運(yùn)輸要求，集運(yùn)站緩沖倉的入料口1200 mm膠帶機(jī)處于3.2 m/s轉(zhuǎn)速時(shí)的煤流量為0.4 t/s，此時(shí)噴灑防凍液大概需要1.5 L/s，1 t煤需要噴入3.8 L左右的防凍液，這對(duì)于煤流量來說噴灑量較少，這種噴灑工藝可以降低煤的凍結(jié)強(qiáng)度，但忽略了煤和車廂四周的凍結(jié)問題。計(jì)劃以原有緩沖倉入料口的防凍液噴灑為基礎(chǔ)，從防凍液的輸送管路引一條支路，再將其分成2組流向，其中一組流向需要在裝車溜槽的兩側(cè)位置安裝DN25 mm通徑的噴嘴，使煤與車廂側(cè)之間形成防凍膜；另外一組流向會(huì)在裝車溜槽的后部位置安裝DN32 mm通徑的噴嘴，落煤時(shí)再關(guān)閉噴灑，整個(gè)區(qū)域內(nèi)會(huì)覆蓋防凍液，以解決車底板凍結(jié)問題。

2.4 適當(dāng)縮短冬季煤炭運(yùn)輸時(shí)間

加快煤炭裝車的實(shí)際進(jìn)度，在裝車時(shí)要求平行展開裝車與加固車門作業(yè)，優(yōu)化調(diào)車作業(yè)組織，實(shí)現(xiàn)重車與空車的快取快動(dòng)，從而有效縮短裝車作業(yè)的實(shí)際時(shí)間。除此之外，及時(shí)進(jìn)行掛運(yùn)上線，加強(qiáng)煤炭裝車站與列車調(diào)度中心的聯(lián)系，按照規(guī)定縮短車輛不必要的停留時(shí)間。保證各方面信息渠道的暢通，在裝車站與卸車站之間建立協(xié)調(diào)溝通制度，了解實(shí)際進(jìn)度情況，確保冬季煤炭裝卸平衡，防止卸車積壓[5]。

2.5 提高源頭裝車質(zhì)量

加大重點(diǎn)貨物裝車管理力度，對(duì)于含水量大于13%的煤泥，禁止使用浴盆車完成轉(zhuǎn)運(yùn)，在其中加入干煤，降低煤炭材料含水量，同時(shí)安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)控。及時(shí)清理殘煤與凍煤，將其粉碎處理，裝車前翻轉(zhuǎn)貨物，如果發(fā)現(xiàn)凍煤，應(yīng)做好碾壓處理，必要時(shí)需粉碎，要求凍煤的粒徑不能超過25 cm，防止卸車時(shí)凍煤堵住漏斗。及時(shí)上報(bào)凍車問題，采取有效的解凍措施，壓縮處理時(shí)間，做好貨運(yùn)計(jì)量，保障源頭裝車質(zhì)量的提升。

3 結(jié)語

總而言之，做好煤炭運(yùn)輸?shù)亩痉纼龉ぷ髦陵P(guān)重要，要發(fā)揮防凍液的積極作用，推動(dòng)煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的現(xiàn)代化發(fā)展，強(qiáng)化防凍效果。因此，要優(yōu)化防凍液的材料配比，做好防凍作業(yè)的工藝改造，根據(jù)實(shí)際天氣條件把控煤炭含水量，不斷優(yōu)化運(yùn)輸條件，從而提高煤炭運(yùn)輸效率。