煤炭铁路运输抑尘现状的分析与改进措施

程隆冒 上海铁路局上海铁路装卸服务（集团）有限公司

1 煤炭铁路运输扬尘损失和危害

1.1 煤炭铁路运输扬尘的损失

我国煤炭资源相对比较丰富，既是产煤和进口第一大国，也是消耗第一大国，煤炭在国民经济发展中起到举足轻重的作用。但是，煤炭在运输、存放等环节（特别遇到风大时）不仅产生大量扬尘污染，还伴随大量煤炭资源损失。根据调研分析，煤炭在铁路运输过程中产生的损耗约为1.2%，以此推算，2010年全路煤炭运量为200043万t，损失约2 400万t，按600元/t计，损失约144亿元。

1.2 煤炭铁路运输扬尘的危害

1.2.1 污染周遍环境

在列车会车或行驶在曲线地段及停车制动时，由于相对气流的作用，煤尘会随风扬动，煤粉扬尘造成的可吸入颗粒物浓度高，长此以往造成空气污染，同时威胁沿线百姓的身体健康。

1.1.2 破坏生态环境

大量煤粉扬尘附着于货运沿线农作物及林业植物叶片，严重影响其光合作用的吸收转换，致使农作物减产、生态植被长势削弱、生物多样性减少，严重威胁当地的生态环境安全。

1.2.3 影响铁路运输安全

一是在运煤列车与旅客列车会车时，相对速度大，产生的气流漩涡会造成煤炭飞落，击打旅客列车窗玻璃，甚至可能危及旅客安全。二是列车在隧道内行驶时，空间狭小，空气不流通，大量的煤尘散落并悬浮于空气中，对长期从事隧道作业的人员身体健康造成损害。三是煤尘长期大量附着于铁路设施，加剧了道床的板结、机车及汽车散热网孔的堵塞、接触网放电以及通信、信号、供电等设备的破坏，缩短设备使用寿命。

2 煤炭铁路运输抑尘喷洒方式分析

2009年以来，上海铁路局陆续建成煤炭抑尘站23个，其中：对喷式5个、摆臂式9个、简易龙门式1个，流动喷洒站8个（流动车10台），基本实现煤炭发送主要区域全覆盖，年煤炭铁路运输1.2亿t。

2.1 抑尘喷洒方式优缺点对比分析

根据喷洒形式主要分为固定式和移动式，其中固定式包括对喷式、摆臂式和龙门式三种，移动式主要有移动喷洒车。

2.1.1 对喷式

优点：一是设置于铁路限界外，使用安全，适用于电化与非电化区段；二是满足车速度≤30 km/h的任何线路使用；三是列车钩档联接部分停喷效果好，机车次位货物车辆全覆盖；四是故障率小，维修方便、安全；五是节省原料，喷洒时产生的抑尘液能够回流且无污染。

缺点：一是需在线路两侧安装喷洒架，管路需过轨，增加施工难度，施工周期长；二是设备、控制部分及土建费用投资相对较高；三是要求线间距须达6.5 m以上。

2.1.2 摆臂式

优点：一是喷洒效果最好，喷洒均匀；二是喷洒流量适应范围广（5-30 km/h速度线路）；三是喷洒装置设在线路一侧基础，喷洒管道不需穿越线路，相对对喷式施工难度小，对铁路运输干扰小。

缺点：一是安全隐患大，喷洒时摆臂进入限界；二是故障率大，喷洒过程中频繁使用摆动、升降喷洒臂动作，故障概率大，摆臂一旦无法回位时，则存在行车故事隐患，对列车造成损坏；三是不能实现机车次位车辆全覆盖；四是无回流装置，浪费原料；五是维修不方便、不安全。

2.1.3 龙门式

优点：喷洒均匀，喷洒效果好，喷洒流量便于控制。

缺点：一是只适应非电化区段；二是要求线间距须达6.5 m以上；三是喷洒时侵入限界，存在安全隐患；四是需在线路两侧安装喷洒架，管路需过轨，增加施工难度，施工周期长；五是无回流装置。

2.1.4 移动喷洒车

优点：一是喷洒机动性大，移动方便，一台移动喷洒车可满足若干各点（线）喷洒作业。

缺点：除具备摆臂式的缺点外，移动喷洒不能实施全天候喷淋，并受道路交通安全等因素的制约，应用范围较小。

3 抑尘喷洒存在的问题和改进措施

3.1 抑尘喷洒及设备设施存在的隐患和问题

3.1.1 抑尘喷洒装置侵限，给行车安全带来很大隐患和风险

一是由于摆臂式喷洒装置作业过程中必须在机后进行90°摆动，喷洒臂方可进入车辆上方喷洒，因此设备侵入限界，在升降、转臂过程中，尤其是喷洒过程中突遇到棚车或已装载超敞车车帮货物时需立即将转臂回转过来停止喷洒，稍有不慎就可能打坏机车车辆或损坏设备，存在安全隐患。二是摆臂为液压升降，虽然液压系统安装了回流和卸压装置，但如发生故障，列车间隔时间短或人员疏忽，摆臂未及时收回，仍存在行车隐患；三是摆臂未起升时离轨面高度为3 300 mm，升起后高度为4 100 mm，虽然装置底座加高800 mm，且规定“不允许摆臂下降喷洒作业”，但实际摆臂因升降缸磨损和偏重造成端部下沉200 mm左右，摆臂与机车最高位置实际只有200 mm空间，形成事实隐患。四是流动抑尘车在喷洒过程中的安全隐患与摆臂式喷洒装置相同，并增加了由于抑尘车移动或停车不当造成车体侵限的安全风险。同样，龙门式装置下降后进行喷洒也存在这一安全隐患。

3.1.2 列车通过速度高，喷洒效果差

一是列车通过抑尘点速度过快造成喷洒量不足。各种喷洒形式对列车通过速度都有要求，路局在各抑尘站开通运营时行文公布各抑尘站速度限制，固定式抑尘站列车通过速度≤30 km/h，移动式速度≤5 km/h，有的车站纳入站细，设置了限速标志并对列车通过进行限制，但有站点车速还是太快，如青龙山、望峰岗固定站和宁波移动点车速为40~50km/h，喷洒效果或覆盖面都不达标。二是流动抑尘车因喷洒流量靠抑尘车发动机油门控制，发电机油门的变化，直接影响喷洒质量，易造成喷洒不均匀，喷洒效果不达标。

3.1.3 废液回收不及时，造成原料浪费和环境污染

一是摆臂式车辆钩档停喷是靠光电系统识别车辆并反馈给可编程控制器（PLC），控制伺服电机带动圈筒翻转存储喷洒液实现停喷，期间喷洒液仍然泵出，第二辆车到达后，PLC再次反馈信号圈筒翻转，存储液体全部倒出，造成车辆初始抑尘液过多，浪费量约为整车用量8%左右，按理论用量测算一列车浪费约50~80元左右。二是摆臂式喷头多、压力大，形成喷洒夹角大于车辆宽度，液体喷洒到车辆外部，对线路、环境造成污染。三是极少量外溅的煤尘和抑尘溶液散落在线路上，虽然各抑尘站都进行了喷洒线路硬面防水处理，但未实施废液集中回收处理，造成线路积水、扣件腐锈，给安全带来隐患。

3.1.4 控制系统不完善，自动化、智能化水平低

一是抑尘液质量无法实现喷洒联控。固定式喷洒过程中，光电检测系统识别机车通过后，发出信号给PLC按给定频率启动喷洒泵开始运行。给定频率与列车通过车速对应信号，反馈信号给PLC，控制变频器调节输出频率来调整喷泵流量达到设计喷洒标准，喷洒过程实现自动化，但缺少抑尘液质量检测系统，对抑尘液质量无法实现喷洒联控。二是喷洒过程没有车号识别系统并作为一个匹配模块与PLC进行集成。三是整个系统与完全实现自动喷洒、抑尘液质量联控、数据自动采取及传输、安全智能控制等自动化、智能化、集成化还有一定差距。

3.1.5 抑尘剂搅拌不均匀

目前，局管内抑尘剂都是固体粉剂，经预融加料机进入搅拌罐，加水搅拌，由于搅拌设备是上置式，电机带动叶片，搅拌时产生下压力和漩涡流实施抑尘剂搅拌，但由于搅拌罐罐体直径、高度较大，在罐体底部和罐壁易造成搅拌不均。同时液体放置一段时期产生沉淀，另外预融不充分时对粉剂溶解也造成影响，很多抑尘量大抑尘站，搅拌、储液罐都有很厚的沉淀物。

3.2 设备设施改进措施

3.2.1 改进搅拌及喷洒设备设施，限制列车速度

一是针对搅拌不匀造成沉淀问题，可将上置式搅拌设备改成沉入可调式搅拌（搅拌电机（叶片）固定在罐体内壁滑道上，通过钢丝绳上下升降可调式搅拌），消除搅拌罐底部死角。二是针对摆臂升起后偏重及升降缸长期磨损和锈蚀（升降柱与缸体间隙加大）造成摆臂前端下沉影响行车安全问题，可对设备进行局部改造，消除安全隐患。可进行两种方式改进，一种方法是在摆臂后部增加配重，使支撑柱两端尽量平衡，以减轻摆臂前端下沉程度，但这种方式增加液压举升重量；另一种方法式在升降缸外壁与摆臂花架之间加装液压装置，进行支撑或拉平摆臂，这种方式需对原液压管路进行改造或增加一个液压缸。三是针对抑尘废液集中收集问题，可在原线路硬面防水处理的基础上，在线路两侧增设挡墙、排水沟、积水井，安装潜污泵、管道，将抑尘废液集中收集处理。四是限制列车通过速度。车务、机务部门需密切配合，列车通过抑尘站点时，应及时通知抑尘站点工作人员，严格按照抑尘站点公布的速度限制行驶。

3.2.2 改造改进喷洒方式，消除安全隐患

上述分析表明，摆臂作业中存在行车安全隐患，同时存在浪费原料和污染，长远来看应进行技术改造，在条件许可的情况下，喷洒部分改为对喷式，安全性高，喷洒效果好，并满足电化与非电化线路要求。此外，喷洒中无升降、旋转等动作，易实现自动化。如对摆臂式改造，只需对控制系统和外部喷洒设备改造（包括管路穿线路）即可。从安全上完全消除行车安全隐患；从技术上具有可行性，并为系统自动化和集成化打下基础；从经济效益上看，单点投入约20万元左右，但每列车可节约50~80元，两年内完全可收回投入。

3.2.3 系统集成升级，实现喷洒自动化，智能化

既有抑尘喷洒控制系统虽能满足使用，但离整个作业过程离真正自动化、智能化的要求还有一定差距。如：喷洒作业需人操作；抑尘液质量无联控；车号无识别和采集系统等。这都需要对现行系统进行升级和集成。首先解决喷洒作业自动化，对喷洒监视管理、中间控制、现场执行系统进行分工，使之能够在使用前对设备进行自检，当列车通过时，光电检测识别牵引机车通过后，发出信号给PLC控制传动减速箱，同时PLC控制计变频器，给定电机不同频率，进行流量和恒压的控制，实现自动喷洒和钩档停喷，并于车辆通过后自动切换清洗，真正实现喷洒全自动。同时加装抑尘液质量检测传感器，分析质量，并与整个系统PLC集成，形成联控。此外增加车号识别和采集系统，采用铁路现行车号识别系统，做到数据同步采集。这些都与PLC有关，随着PLC的向着大网络化、高性能、优良兼容性和多功能发展，向下可以与多个PLC框架相连，向上可以与工业计算机、以太网、MAP网相连构成自动化集成系统，真正实现从制液、喷洒、采集到监控全过程自动化、智能化。