某石化公司鐵運(yùn)部輕油車間擔(dān)負(fù)著公司75%以上的煉油產(chǎn)品鐵路槽車充裝任務(wù),主要充裝品種有汽油、柴油和噴氣燃料等,充裝產(chǎn)品種類達(dá)23種,是保證產(chǎn)品后路暢通的重要環(huán)節(jié)。公司現(xiàn)有成品油火車裝車棧臺(tái)5個(gè),全部是小鶴管裝車棧臺(tái),小鶴管裝車鶴位共154個(gè)。隨著使用年限的增長,平移式液下密閉小鶴管在裝車過程中存在行走氣缸行走速度不平穩(wěn)、鶴管滴漏油等問題,導(dǎo)致鶴管故障率較高,行走系統(tǒng)故障較為突出。

小鶴管的品種較多,用途十分廣泛,無論裝車或卸車作業(yè)都需要安裝一定數(shù)量的小鶴管。裝車小鶴管按動(dòng)作方式分為回轉(zhuǎn)式和平移式,按鶴管垂直段伸進(jìn)罐車的長度分為液下式和高位式,按介質(zhì)的流變狀態(tài)分為單相液體流和液相、氣相兩相流小鶴管(見表1)。

臺(tái)二、臺(tái)三用小鶴管為CX.HJDN100型桁架式液下密閉裝車小鶴管。該型小鶴管主要由氣缸、鋁筒、行走部分、支架等幾部分組成,結(jié)構(gòu)見圖1。

(1)行走氣缸漏風(fēng),氣壓動(dòng)力不足,致使行走小車移動(dòng)緩慢對(duì)位不準(zhǔn)確,甚至不走。

(2)小鶴管在水平移動(dòng)精對(duì)位時(shí),行走氣缸齒條部分“打滑”,并發(fā)出“咯吱”的響聲,行走小車不移動(dòng)。

(3)鶴管水平移動(dòng)小車運(yùn)行不穩(wěn),行車速度過快,容易與固定鋼架發(fā)生碰撞或油缸劇烈振動(dòng)。

(4)氣溫升高或裝車至最后一批時(shí),停泵掌握不及時(shí),使裝油管線漲壓、閥門內(nèi)漏,造成鶴管滴油。

(5)小鶴管水平移動(dòng)行程短,鶴管行走小車速度過快,對(duì)位過程中因新型槽車等原因,造成個(gè)別鶴管偏離槽車冒口距離長,需人工推動(dòng)鶴管重新對(duì)位或無法裝車。

據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年上半年,臺(tái)二小鶴管崗位共發(fā)生16次小鶴管對(duì)不上位現(xiàn)象,2014年上半年,每月都有此類情況(見表2)。

(1)由表2看出,密封圈是影響水平移動(dòng)精對(duì)位的主要因素。行走氣缸底部漏風(fēng),造成行走小車移動(dòng)緩慢,主要原因?yàn)樾凶邭飧椎膭?dòng)能全部為風(fēng)能,1至3月天氣冷,O型密封圈彈性差,在活塞桿的傳動(dòng)過程中易受損、老化;活塞桿表面噴鍍層剝落,致使密封圈損壞;小鶴管在長期使用過程中,行走氣缸受熱脹冷縮影響,出現(xiàn)變形。

(2)氣缸內(nèi)氣壓大時(shí),因現(xiàn)有齒輪軸、齒條材質(zhì)不同,齒輪軸未經(jīng)過熱處理,運(yùn)行過程中齒輪軸易被齒條打壞,使齒輪軸與齒條嚙合間隙過大,所以,常出現(xiàn)齒條“打滑”現(xiàn)象,當(dāng)齒輪軸2個(gè)輪齒以上被打壞時(shí),水平移動(dòng)小車行走較為困難,必須依靠2個(gè)操作工推動(dòng)小車才能實(shí)現(xiàn)精對(duì)位。

(3)水平移動(dòng)小車因氣壓憋壓,產(chǎn)生的沖擊力造成導(dǎo)油鶴管結(jié)構(gòu)變形或密封經(jīng)常泄漏失效、控制閥內(nèi)漏造成鶴管滴漏油。且當(dāng)前行走定位系統(tǒng)使用已有30 a之久,原來的傳動(dòng)部件老化磨損嚴(yán)重,行走小車固定鋼梁變形,齒輪軸與齒條不能合適嚙合,運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生大的間隙,影響氣缸運(yùn)行的平穩(wěn)性。

(4)現(xiàn)有小鶴管水平移動(dòng)有效行程為2 m,原有槽車車長為12 m,新型槽車每節(jié)比原來的槽車長0.2 m,臺(tái)位如果全對(duì)新型車,因水平移動(dòng)有效行程短,造成鶴管對(duì)位難度大。

(5)油品在小鶴管輸油筒內(nèi)外壁隨時(shí)間推移逐漸滴落。

(6)輸油管U型管部分存油,鶴管提升、左右移動(dòng)時(shí)液位改變后產(chǎn)生滴漏。

歸納上述故障原因,主要是鶴管行走部分出現(xiàn)的問題,為綜合解決這一突出問題,2015年6月,公司與西安某石化機(jī)械有限公司合作,就小鶴管安全清潔裝車系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)開發(fā),新開發(fā)的小鶴管行走氣缸在輕油車間臺(tái)二進(jìn)行了試用,并取得了很好的效果。

結(jié)合臺(tái)二小鶴管配置情況,選擇氣液阻尼缸代替原有氣動(dòng)行走氣缸驅(qū)動(dòng)鶴管做水平移動(dòng)。氣液阻尼缸采用壓縮空氣作為動(dòng)力源,通過氣缸和油缸的結(jié)合使用,用合適的氣路控制系統(tǒng),保證全部系統(tǒng)統(tǒng)一自動(dòng)化控制,減少人為調(diào)整環(huán)節(jié),滿足勻速、即停要求,滿足小鶴管對(duì)位要求,減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

(1)氣液阻尼缸工作原理:氣液阻尼缸是由氣缸和液壓缸組合而成,它充分利用了氣壓傳動(dòng)反應(yīng)快、動(dòng)作迅速和液壓傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、停位精確的特點(diǎn),利用油液的不可壓縮性和控制油液排量來獲得氣缸的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)速度[1] 。在機(jī)械運(yùn)行中,要求氣動(dòng)執(zhí)行元件能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),單純采用氣缸難以滿足。在這種情況下,氣液阻尼缸可以發(fā)揮其特長,利用氣缸驅(qū)動(dòng)液壓缸,液壓油除起阻尼作用外,還能增加氣缸的剛性(因?yàn)橛蛶缀醪豢蓧嚎s),可以發(fā)揮液壓傳動(dòng)穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)速度均勻的優(yōu)點(diǎn)。

(2)氣液阻尼缸結(jié)構(gòu):氣液阻尼缸按其組合方式的不同可分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。受臺(tái)二鶴管安裝空間及技術(shù)條件限制,臺(tái)二鶴管水平移動(dòng)采用串聯(lián)式阻尼缸。

液壓缸和氣缸串聯(lián)成一個(gè)整體,兩個(gè)活塞固定在一根活塞桿上。當(dāng)氣缸左端供氣時(shí),氣缸帶動(dòng)液壓缸活塞同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),此時(shí)液壓缸左腔排油,油液只能經(jīng)阻尼缸速度調(diào)節(jié)小孔緩慢流入液壓缸右腔,對(duì)整個(gè)活塞桿的運(yùn)動(dòng)起阻尼作用[2] 。

調(diào)節(jié)閥的開口量,可調(diào)節(jié)活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度,從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)壓縮空氣經(jīng)換向閥從氣缸右腔進(jìn)入時(shí),液壓缸右腔排油,通過小孔返回左腔,活塞能快速返回原來位置?；钊麠U與驅(qū)動(dòng)齒條連接,驅(qū)動(dòng)小車左右平移。該阻尼缸利用阻尼小孔代替一般節(jié)流閥,達(dá)到簡化設(shè)備節(jié)約成本的目的。

(3)該型氣液阻尼缸特點(diǎn):結(jié)構(gòu)得到簡化,泄漏環(huán)節(jié)減少。由于取消了單向節(jié)流閥和補(bǔ)油回路,整個(gè)系統(tǒng)得到簡化,所用元器件減少,同時(shí)消除了由于液壓元器件所帶來的泄漏隱患;調(diào)節(jié)簡單方便,利于自動(dòng)控制。通過改變調(diào)節(jié)閥的開度,即可調(diào)節(jié)流量,從而控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度,而且可以實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié),有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

在現(xiàn)有小鶴管基礎(chǔ)上增加接油盤,采用旋轉(zhuǎn)氣缸、旋轉(zhuǎn)臂,帶動(dòng)油品托盤自適應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)小鶴管要進(jìn)行裝油準(zhǔn)備前,旋轉(zhuǎn)氣缸提前動(dòng)作,通過旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)油品托盤旋轉(zhuǎn)180℃,脫離原位置,然后小鶴管進(jìn)行裝油的相關(guān)操作,完成裝油操作后,小鶴管恢復(fù)原始狀態(tài),此時(shí)旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)油品托盤回轉(zhuǎn)180℃,恢復(fù)原位置。由于管線憋壓、鶴管壁掛油等,當(dāng)有油品滴漏時(shí),油品落進(jìn)油品托盤中,通過油品托盤底部的接管,與防壓線相連,回收至放壓罐。全部動(dòng)作自動(dòng)完成,不需要時(shí)間等待,不需要人工干涉。

原有小鶴管操作系統(tǒng)較為分散,升降鶴管需要職工在槽車上操作,不利于安全生產(chǎn)。本次改造,將鶴管水平移動(dòng)、升降,接油斗轉(zhuǎn)動(dòng)氣路集成安裝至氣動(dòng)控制柜中。水平移動(dòng)剎車、鶴管升降、接油斗轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行聯(lián)鎖控制,杜絕員工誤操作導(dǎo)致設(shè)備損壞。有效降低了手工作業(yè)失誤率,提高了自動(dòng)化操作程度。

(1)新型氣液阻尼缸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安裝垂直度及水平度均滿足現(xiàn)有鶴管本體要求,與現(xiàn)有鶴管匹配。氣缸等部件動(dòng)靜密封點(diǎn)無泄漏,消除了原有小車運(yùn)行不穩(wěn),沖擊力大等造成泄漏的因素。

(2)小鶴管行走小車系統(tǒng)通過液壓油的粘度與流量控制氣缸的運(yùn)行速度與平穩(wěn)性,氣缸和油缸的結(jié)合使用,降低了氣缸的運(yùn)行速度,同時(shí)保證氣缸在低速時(shí)的運(yùn)行平穩(wěn)度,徹底消除了齒輪軸被打壞引起的齒條“打滑”現(xiàn)象。

(3)氣液阻尼缸滿足了水平移動(dòng)小車隨意位置即停要求,保證了小鶴管的準(zhǔn)確定位,消除了原小車水平移動(dòng)時(shí)因慣性導(dǎo)致的對(duì)位不準(zhǔn)確現(xiàn)象,崗位職工不再需要上槽車推動(dòng)鶴管進(jìn)行精對(duì)位。

(4)小鶴管行走氣缸改造后,氣液阻尼缸代替原有氣缸驅(qū)動(dòng),鶴管水平移動(dòng)有效行程由原來的2 m增加為2.4 m,有效行程增加了0.4 m,滿足了近年來新型槽車車長的對(duì)位要求,對(duì)位準(zhǔn)確率達(dá)100%。

(5)將分散控制系統(tǒng)改為集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng),職工只需在操作面板上進(jìn)行操作,提升鶴管時(shí)不需要再上槽車進(jìn)行升降作業(yè),減少了一次上槽車作業(yè)的步驟,降低了職工上下槽車帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(6)接油系統(tǒng)投用后,鶴管壁掛油得到有效回收,小鶴管下方?jīng)]有了油漬,減少油品裝車損耗,避免環(huán)境污染,提高經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保安全裝車。

(1)通過改造,鶴管壁掛油造成的滴油可通過滴漏油回收接油系統(tǒng)與臺(tái)位真空罐相連,真空罐內(nèi)污油通過191號(hào)管線送往重油清污油罐。可以避免鶴管滴油造成油品浪費(fèi)。據(jù)粗略計(jì)算,臺(tái)二24套接油系統(tǒng)的增上每年可多回收污油10m3。煤油比重為0.8 g/cm3,每年可多回收污油8t,按每噸污油4 000 RMB￥,每年可產(chǎn)生效益為3.2×104RMB￥。

(2)接油盤增加前,每裝完一批車后,都要通過放壓系統(tǒng)將鶴管內(nèi)的存油放入真空罐,放壓罐內(nèi)的油品按污油進(jìn)行回收。接油盤增上后,只需將壁掛油回收即可。每年可減少污油產(chǎn)生42.39 t,差價(jià)每噸按4 000 RMB￥,每年效益為16.956×104RMB￥。

(3)通過改造,2015年1至5月,小鶴管行走氣缸故障率為0,使裝車停時(shí)得到有效縮短。以往裝車前,因小鶴管對(duì)位有效行程短,水平移動(dòng)對(duì)位不準(zhǔn)確,氣缸笨重,當(dāng)槽車冒口偏離對(duì)位行程時(shí),需要人工推水平移動(dòng)氣缸。采用集中控制后,職工在操作平臺(tái)上進(jìn)行操作,減少一次上車步驟,在減少裝車停時(shí)的同時(shí)增加了安全系數(shù)。對(duì)位時(shí)間對(duì)比如下表3。

由表3可知:改進(jìn)后對(duì)位時(shí)間每節(jié)車可節(jié)省約130 s,2015年臺(tái)二共裝車14 521節(jié),貨車使用費(fèi)為每節(jié)每小時(shí)20 RMB￥,全年共節(jié)約貨車使用費(fèi)為1.05×104RMB￥。

通過對(duì)臺(tái)二小鶴管水平移動(dòng)氣缸進(jìn)行改造,臺(tái)二每年可增加效益21.206×104RMB￥

臺(tái)二增上的氣液阻尼水平氣缸、滴漏油回收系統(tǒng)經(jīng)過近1 a的運(yùn)行檢驗(yàn),得到了良好的運(yùn)用,解決了小鶴管行走氣缸故障及鶴管滴漏油問題,2015年下半年,臺(tái)三桁架式小鶴管水平移動(dòng)氣缸、接油設(shè)施在臺(tái)二應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造,徹底解決了鶴管滴漏油造成的環(huán)境污染及行走氣缸故障,在生產(chǎn)作業(yè)過程中發(fā)揮了很好的作用。