铁路罐车高压水射流电气自动化清洗设计与应用

刘宪利，牛光远，康吉生

（1.吉林石化公司乙烯厂；2.吉林石化公司高碳醇厂，吉林 吉林 132022）

1 序言

目前我国铁路罐车清洗工艺操作方式主要有两种：一种方法是传统的人工清洗工艺，即蒸汽薰蒸、低压新鲜水冲洗、热风烘干；另一种方法是机械清洗法。由于前者存在规模小、能耗高、效率低、环境污染严重、对操作工的人身危害大等缺点，许多大型企业和石油产品中转站采用了机械清洗方法。

铁路罐车机械清洗系统是铁路化工罐车用的清洗设备，通过机械传动将装有喷嘴的高压三维清洗喷头送入罐车内部，使其对罐车内壁保持适当的靶距，高效自动地进行高压水射流清洗。高压水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式，是一项迅速崛起的新技术、新工艺，是以高压水射流为核心，集机、泵、液、自动化控制为一体的综合系统，具有结构简单、操作方便、自动化程度高等优点，其产品品质突出反映在可靠性、成套性，达到安全、节能、环保的效果。

铁路罐车高压水机械清洗法与传统蒸汽洗法相比：工作效率提高5～8倍，清洗成本下降了60%，大大减少由于蒸煮铁路罐车而产生有毒气体造成的大气污染，从而极大改善了清洗工人作业环境，减轻劳动强度，清洗质量明显提高。

2 改造方案

铁路罐车自动化高压水射流清洗系统主要原理是洗罐机将三维清洗喷头送至铁路罐车内的驻留点，在各个驻留点处，通过三维清洗喷头将高压水喷射到罐壁上，利用水的打击、冲蚀、楔劈、切割和铲除作用，将铁锈和杂质等清洗干净，同时可以变换角度和方位达到全面清洗的目的。

该设备结构有高压水清洗系统、污油污水系统、PLC控制系统、牵引及对位系统、真空系统、鼓风烘干系统、长管呼吸系统及其他附属系统设备。设备简单可靠，操作方便、自动化程度高，对好罐口后，可以实现全自动化一键式操作作业。

高压清洗机主要由行程开关、水平进给机构（带减速机、电机和C形管）、机架、配重块、转向传动机构、三维清洗喷头、摇臂、自动抽污油污水机构等部件组成。三维清洗喷头连接在C形弯管端头，摇臂在水平进给减速机的作用下，将C形弯管送人罐车内，同时在行程开关和程序的控制下，三维清洗喷头在罐车内有4个清洗停留驻点。当罐车单边清洗结束后，三维清洗喷头退回到罐口，这时候通过转向传动机构，使水平进给机构旋转180°，然后清洗罐车的另外一边。自动抽污油污水机构将抽污水不锈钢管自动送到罐车底部，外部抽污油污水管子与不锈钢管通过快速接头连接，通过真空系统可以抽取污油和污水。高压清洗机配套设备：防爆仪表接线箱、防爆配电箱（在三维定位机上）。

图1 喷嘴360度清洗路线图

3 改造设计

三维清洗喷头安装在高压清洗机C形弯管的下端，高压清洗机则装在立柱式三维定位机上。当需要清洗罐车时，可移动三维定位机使高压清洗机底盘对准罐车罐口，慢慢下降使高压清洗机底盘压在罐车罐口上，三维清洗喷头则落入罐车中。

清洗时，首先通过电机和一系列减速使C形弯管旋转90°，然后通过减速机使C形弯管摆动，将三维清洗喷头送入罐车一端的深处。三维清洗喷头在送入的过程中，有四个清洗停留点。在清洗过程中，根据需要设定清洗停留点数和每点清洗时间（送入和退出过程中，保持清洗状态）；当罐车一端清洗完毕后，先将C形弯管上的三维清洗喷头退回至罐口处，再通过电机和一系列减速反向旋转C形弯管180°，清洗罐车的另一端。罐车清洗结束后，再将C形弯管上的三维清洗喷头退回至罐口处，反向旋转C形弯管90°，再升起三维定位机到初始位（最高位），准备下一台罐车的清洗。清洗系统的水压可达34.5MPa，理论流量为110L/min。高压水从三维清洗喷头上两偏心设置的喷嘴喷出，形成的力偶带动喷嘴旋转，通过固定在喷嘴轴上的齿轮传动又使三维清洗喷头壳体作回转运动。因此喷出的水柱能在罐内包络喷射方向各处。三维清洗喷头水平进给，保证三维清洗喷头在罐车中心线附近水平移动，保证罐车内壁等靶距清洗，精确定位节省清洁的水以及相关的能源的浪费，并能加快清洁的速度，提高清洗清洁度，能够清洗比较难清洗的罐车。

清洗流程：三维定位机在初始位——调整三维定位机前后左右位置使高压清洗机对准罐口——三维定位机下降至罐口（自动或人工确定罐口对位）——高压清洗机由零位旋转至Ⅰ位——启动高压泵——打开调压阀，选择合适清洗压力和清洗时间——高压清洗机C形管由上至下开始分4点（或者3点）清洗——完成后C形管转动三维清洗喷头反向清洗，回到罐口——清洗机转至Ⅱ位——高压清洗机C形管由上至下开始分4点（或者3点）清洗——完成后C形管转动三维清洗喷头反向清洗，回到罐口——关闭高压泵——高压清洗机转至零位——三维定位机升至初始位。

设备工作移动范围：在自动控制系统程序控制下，三维定位机铁路轨道中心线移动距离为±1000mm，水平移动距离为350mm，升降移动距离为2500mm；清洗转角180°；三维清洗喷头自罐口中心伸进的最大水平距离约为4200mm。

高压清洗机的运行分为：自动、点动和手动三种。自动和点动由室内操纵台控制，手动由栈台上的防爆操作台控制。

3.1 工作原理及流程

该技术核心为高压射流技术和机器人。共包含5个子系统：高压清洗系统、抽液及抽水系统、自动控制系统、长管空气呼吸器防护系统、废气净化系统。

高压清洗系统为核心系统，包括供水装置、高压泵、自动调压装置、高压清洗机、三维洗罐器及三维吊车等部分。供水装置供水经高压泵增压至20～30MPa，通过高压清洗机和三维洗罐器将水喷射到罐车内壁，对罐车内壁上的残余物料及铁锈等产生一种打击、冲蚀、切割、楔劈和铲除的作用，将污垢清除，达到清洗的目的。

3.2 流程说明

当机车牵引未清洗罐车到位后，交由牵引车牵引罐车对位。罐车就位后，先观察罐车内剩余物料情况，如果残料较多，先抽残再清洗；冬季，如果罐车内残料较多，并且残料结冰较严重，应先用蒸汽加热并抽残后，再进行清洗作业。

当第一、二节罐车清洗作业完成后，由牵引车牵引至下2台位进行打扫。当罐车打扫完成并且上2台位的罐车清洗完毕后，可牵引至下2台位进行烘干，上2台位清洗完毕的罐车牵引至此台位进行打扫。烘干后的罐车牵引至下2个台位进行补烘干和检查。

清洗过程开始后，同样利用真空泵将废水抽至污水罐。当罐内水位达到预设液位或一节罐车清洗完毕时，自动打开压空管路电磁阀，关闭真空管路电磁阀，停真空泵，将罐内污水压至污水处理系统。

3.3 实施效果

铁路罐车高压水射流自动清洗系统，该设备结构有高压水清洗系统、污油污水系统、PLC控制系统、牵引及对位系统、真空系统、鼓风烘干系统、长管呼吸系统及其他附属系统设备。设备简单可靠、操作方便、自动化程度高，对好罐口后，可以实现全自动化一键式操作作业。与国外同类技术相比，该项技术具有工艺更加合理、自动化程度更高等优势，而工程造价远远低于国外同类产品。