XZ-SJ型伸缩式铁路油罐车加热器的设计

铁路车务   2013-06-24 08:51:18  2浏览 作者: 张国琛 杨君德 丛吉远 冯宝林

    摘要:  为解决无加热装置铁路油罐车在北方冬季使用时,因油品冷凝而无法卸出的问题,设计了x z_SJ型伸缩式加热器,放入油罐车内部对冷凝油品进行加热。该加热器进入罐车后自动分开向两端延伸,最大限度的扩大了加热范围和缩小了与罐车两端的距离。因此,这种加热方法与传统的外部蒸汽加热方法相比,可大大缩短加热时间,显著提高加热效率。同时保护了栈桥环境并节省了大量能源,另外,针对不同的油品冷凝状态,设计了上分式和下分式两种分开结构,详细的论述了该加热器的结构设计和加热面积的计算,以及两台下分式加热器的实际测试结果,并对试验结果进行了分析。x z—sJ型伸缩式加热器的使用可有效地解决北方冬季无加热装置油罐车长途运输卸车问题。

    关键词:  加热器,油罐车,栈桥

    北方冬季使用无加热装置的油罐车运输0}}柴油等油品时,常因在途中停留时间稍长,到达铁路卸油栈桥时油已冷凝而无法卸出,给卸油工作带来很大困难,并影响了其它油品的正常装卸。因此,以往铁路卸油栈桥在遇到这种情况时,常采用蒸汽外部加热的方法对油罐车加热。这种方法劳动强度大、加热时间长,大量的冷凝水破坏了栈桥环境,并且由于加热效率很低而极大地浪费了能源。

    鉴于上述情况,设计研究了一种伸缩式加热器。该加热器使用蒸汽通过加热管在油罐车内部加热,由油罐车入孑L进入后分开向两端延伸,最大限度的扩大了加热区域,从而大大提高了加热效率,缩短了加热时间。

1  加热器伸缩结构的设计

    伸缩式加热器应满足下列动作要求:(1)以较小的外形尺寸由人孑L进入油罐车后自动分开并向两端伸展;(2)加热完毕,向上拉起时,加热器先在车内自动并拢缩小尺寸,然后从人孔中拉出。为完成上述动作要求,设计了两种伸缩结构方案。

1.1  下分式

    下分式加热器结构示意图如图1所示。加热器主体由两组完全相同的蛇形管组成,在蛇形管的底部装有滑动铜轮。当加热器由入孔进入油罐车落入车底后,作用在压缩弹簧上的压力消失,压缩弹簧推动滑块向下滑动,并通过伸缩顶杆推动蛇形管向两侧滑开,最后达到工作位置洳图2)。加热完毕后,向上拉起拉杆时,由于加热器的重量逐渐加到压缩弹簧上,伸缩顶杆推动滑块向上滑动,两组蛇形管逐渐并拢,当加热器离开车底悬空后,加热器的外形尺寸收缩到最小,最后由拉杆将其从油罐车内拉出。

1.2上分式

上分式加热器结构示意图如图3所示,加热器两组蛇形管的下端装在同一根转轴上(上部外形尺寸略大于下部),加热器由入孔进入油罐车后,支承铜轮落在罐底,悬吊加热器的钢丝绳随即松弛,蛇形管在其自身重力的作用下向两侧缓缓倾倒至限位处,即为工作位置洳图4)。加热完毕后向上拉紧钢丝绳,两组蛇形管通过拉杆逐渐合拢在一起,收缩到最小尺寸后从入孔拉出。

    上述两种分开方式都能满足加热器的动作要求。前种方式与后种方式相比具有伸展距离长,稳定性及加热效果好等优点,但对于含石蜡较多的油品,因其冷凝时在罐底会析出一层蜡,使铜轮滑动阻力增加,分开困难,此时应选用后一方案。

2加热器加热面积的计算

    由于该加热器为移动式操作(加热完毕后要收回到栈桥上),应尽量减轻重量和缩小体积。因此该加热器设计中的一个重要内容是确定满足加热要求时的最小加热面积。

2.1  单位时间内加热油品所需总热量的计算

由于该加热器是置于油品中心由内向外加热,所以在整个加热过程中,特别是在较长的加热初始阶段,油品通过油罐车四壁向外散失的热量很少,为简化计算起见,本设计忽略这部分热量损失,而在后面的加热面积计算中增加5%富裕量,作为补偿。因此式(1)可简化为:

铁路卸油栈桥常采用饱和蒸汽作为热源,在一般情况下更重视加热速度而不考虑冷凝水在加热器中过冷,此时,加热器出口蒸汽温度和加热器入口蒸汽温度可视为相等,都等于工作压力下的饱和温度,即t1=t2,将上述条件及式(5)代入(6)得:

  考虑前述加热过程中向外散失热量的补充裕量5%,则xz_SJ加热器的加热面积最终确定为:F=1.9+1.9×5%=2.0 m 2。

3试验结果及分析

    为了检验上述伸缩结构动作的可靠性及加热效果,于1997年9月在大连石化公司铁路栈桥对2台加热器进行了实际测试。

3.1试验设备及条件

    样机:2 m 2加热面积,下分式结构;油罐车:G 60车型,装油量50×1 03 kg;油品:0#柴油,初始温度24.5℃;其它条件:蒸汽温度1 60℃,环境温度1 8℃。

3.2试验结果

    (1)加热器伸缩结构多次重复分开和收缩,动作可靠。在使用时应注意避免加热器铜轮落入油罐车底部集油坑内,如发生上述现象,将加热器重新提起稍加偏置再重新放下,加热器即可顺利打开。

    (2)在上述试验条件下,油品升温情况经多次测试,结果为平均每小时升温1.86℃。

3.3分析与讨论

    (1)试验时蒸汽温度(160℃)小于设计温度(170℃),油罐车油量(50×103 kg)大于设计平均油量(45×103 kg)。由公式(7)计算得出,在试验条件下需要的加热量增加了约18%。

    (2)由于试验时油温较高,油品中的石蜡尚没有凝固,因此在试验条件下还没有消耗石蜡融解所需的那部分热量,由公式(7)可知约占设计所需加热量的37%。

    实测结果每小时温升1.86℃,没能达到设计要求2℃/h,再综合上述两项分析,该加热器在冬季实际使用时,不能在设计规定的时间内完成加热任务,约差20%,这可能是公式c7)中系数Kn的计算选择偏大所造成的。在实际使用时可通过延长加热时间(约1 h)来加以弥补。另外,在以后加热器的改进中可适当增加散热面积。

4结论

    以往使用油罐车外部蒸汽的加热方法,在相同条件下,加热油品至所需温度需1整天甚至更长时间,而采用伸缩式加热器在油罐车内部对油品进行加热,可在5~6 h内完成,并且蒸汽用量仅为前者的1/3或更少。因此,采用该加热器可大大缩短加热时间,显著提高加热效率,并节省了大量能源,另外可使铁路栈桥具有全天候的卸油能力。x z_sJ伸缩式加热器的使用可有效地解决北方冬季0#柴油等油品长途运输后的卸车问题。

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