高海拔地区成品油扫舱装置设计

吴林虎

（中国石油工程建设有限公司青海分公司，甘肃 敦煌736202）

1 问题的提出

西藏、青海等省区受气候条件的限制，成品油市场需求主要由储备油库及铁路运输保障，成品油保障任务主要由铁路接卸库承担。藏区某铁路接卸库（以下称该铁路接卸库）总罐容3.4×104m3，为目前西藏最大的铁路接卸集散油库。2017 年，该铁路接卸库成品油周转量达到了6.87×105t，汽油突破2.4×105t，油库的周转次数达25 次。

笔者所在公司承接了藏区几个成品油库的前期设计工作，在已建的同处高原的该铁路接卸库的调研中了解到，铁路卸油扫舱工艺采用容积式泵（滑片泵）扫舱工艺，在汽油扫舱作业时存在扫舱时间长、不彻底等问题，导致夏季及秋季铁路卸油作业工作效率大幅降低，严重阻滞了槽车周转，同时，扫舱底油清除不彻底还给油库带来了较大的经济损失。

2 现有扫舱装置分析

2.1 现有扫舱工艺及装置存在的问题

铁路油槽车卸油最理想的方法是底部卸油，但由于多种因素制约，目前我国铁路运输轻油卸车均采用上部卸油工艺。

铁路槽车扫舱最早使用真空泵, 该泵扫舱时油气挥发,存在安全隐患，从而逐步被淘汰。目前，成品油库使用最多的是滑片泵，该泵虽然密闭扫舱，但存在效率低、耗能大、噪声大、维修频率和费用高等一系列问题[1]。

国内近年来推广应用的卸油工艺为潜油泵—离心泵—滑片泵（扫舱）工艺，该铁路接卸库火车卸油工艺就是采用潜油泵—离心泵—滑片泵（扫舱）工艺，其缺点是价格昂贵、效率较低。

由于地处高原，海拔3650m，大气压（64.5kPa）仅为平原地区的65%，在夏季汽油槽车扫舱时，管路最高点会出现工作压力低于油品饱和蒸汽压的情况，从而发生管路气阻断流现象，尤其在夏季接卸汽油时更易产生气阻，扫舱泵空转抽气，不仅造成油品大量挥发损耗，对大气产生污染，同时扫舱速度降低，造成卸油时间延长，槽车压线，制约了油库的高效周转，限制了其生产能力，扫舱不彻底也带来了较大的经济损失。这种现象在每年的5～9 月尤为严重。据了解，该铁路接卸库在夏天进行卸油时，单罐扫舱时间达到30min 以上，最终残油可达150～200L，卸油作业经常持续到凌晨。

为此，技术人员使用多种方法和设备，诸如闭密卸油系统、真空引油系统等，但大多未能彻底解决这一难题。业主也曾多次对扫舱系统进行了技术改造，包括缩短管路长度、更换高性能扫舱泵、将扫舱泵设置在卸油栈桥，但效果均不明显。考虑该铁路接卸库在成品油供应中的重要性，有必要对其扫舱工艺进行改进，以解决扫舱效率低、扫舱不彻底的问题，从而提高铁路卸油速度，确保油库高效运行，进一步发挥其应有的重要作用。

2.2 原因分析

2.2.1 基础数据

不同海拔高度下的大气压见表1。

表1 不同海拔高度下的大气压

2.2.2 扫舱摩阻计算水力分析

不同操作温度下汽油扫舱作业摩阻见表2。

表2 不同操作温度下汽油扫舱作业摩阻

从表2 分析可以看出，扫舱泵设置在卸油栈桥上，扫舱软管计算当量长度10m，扫舱流速控制在2m 以内，当汽油操作温度低于15℃时，扫舱管路高点不会发生气化现象，扫舱系统正常工作。当汽油操作温度高于15℃、小于20℃时，管路高点由于汽油饱和蒸气压增大，将会发生气化现象，扫舱泵抽吸气液两相流，扫舱速度及效率下降。当操作温度达到20℃时，扫舱泵抽吸的基本上是气体，扫舱系统无法正常工作。

该铁路接卸库所在的A 城市的气候属高原温带半干旱季风气候区，全年日照时间3000h 以上，太阳辐射强，昼夜温差较大，历史最高气温29.6℃，最低气温-16.5℃，年平均气温7.4℃。表3 为2 个高原城市4～10 月的平均气温。

表32 个高原城市4～10 月平均气温

从表3 可以看出，每年的5～9 月，A 城市日平均最高气温达到了20℃，说明该铁路接卸库在这段时间会出现由于汽油饱和蒸汽压高而无法正常进行扫舱工作的问题，而且时间长达5 个月，严重影响油库高效运转效率。

同时，如采用目前的扫舱工艺，B 城市油库将面临同样的问题。

3 设计方案工艺原理

铁路油槽车卸油工艺设计中，最关键的问题是如何防止气阻的产生[2]。

在高海拔地区，现有真空抽吸方式采用隔膜泵进行扫舱，泵置于卸油操作平台上，吸程达到近4m，在此基础上还需要克服近20m 管线的摩阻方可进入进罐管路，其吸入管路工况相对恶劣。对目前扫舱工艺进行改进，就必须突破由于大气压低造成的管路气化断流局限性，才能有效避免管路发生气液两相流，从而确保扫舱泵效。

在本项目研究中，采用了槽车内置泵扫舱工艺，改变了传统靠自吸能力进行扫舱的理念，而是采用悬臂将扫舱泵置于槽车底部，改善扫舱泵入口水力条件，避免泵吸入管路出现高负压工况，避免管路油品发生气化，有效消除管路气液两相流，确保扫舱泵高效运行。

4 新型扫舱装置研究结果

4.1 总体结构

总体采用立柱+三角形悬臂结构，立柱固定在卸油平台的立柱上，三角形悬臂结构通过轴承座固定在立柱顶端，扫舱泵悬挂在三角架的远端（见图1）。

工作时，通过绞盘将扫舱泵通过入孔进入槽车内，采用气动驱动扫舱泵工作，废气、底油通过附着于泵体的油管、气管排出槽车外部。

图1 总体结构

4.2 主要构件

1）选择尺寸、排量、性能匹配的气动隔膜泵作为扫舱泵（见图2）。

图2 扫舱泵示意图

2）采用操作便捷的摇臂装置完成泵橇的移动及复位。

3）采用齿条传动装置，摇臂设置手动绞盘，完成泵橇的起吊和精确定位。

4）扫舱泵吸入管路采用特制的弹性吸入管，确保管路与集油槽紧密配合。

5）泵橇底座采用铜合金材料，避免碰撞产生火花。

6）吸入管路设置连接橡胶软管的快装接头，可满足不同类型槽车的扫舱要求。

4.3 试验结果

1）在底油数量为100～200L 的情况下，试验装置扫舱净用时为3～5min。

2）在底油数量为100～200L 的情况下，在所测定的数据中，底油数量对单次平均扫舱速度有较大影响，单次扫舱平均速度为30～40L/min，在油面有保障时速度可达60L/min，表现为前期扫舱管道内为满管，而后2min 为半管直至断流。

3）试验装置运行期间未出现故障，噪声（操作平台处）稳定在74～75dB，显示试验装置具有一定的运行可靠性。

4.4 试验效果对比分析

1)现有装置在气温20℃以上时，在高海拔地区扫舱时间约30min/节，研制的悬臂扫舱装置扫舱时间不大于5min/节，可节约大量的工作时间。

2）现有装置扫舱底油残余量一般不小于20L，悬臂扫舱装置扫舱底油残余量小于2L，可大幅度提高收率。

3）悬臂扫舱装置改变了扫舱泵的吸入条件，杜绝了管路气化断流现象，运行期间抽吸入口不倾斜，抽吸彻底。

4）悬臂扫舱装置采用压缩空气作为动力源，保证了运行安全，有效减少空运行发热，避免烧泵。

5）可操作性好，方便操作，减少操作者劳动强度。

5 结语

1）旋转摇臂扫舱装置能够适应高海拔、高温工作环境，避免了管路气化断流现象，在气温达到20℃时，测试的扫舱用时缩减为原用时的20%左右，而且可以实现全天候扫舱，扫舱效率显著提升。

2）扫舱泵实现了小型化、耗气量低、操作便捷，折算相同规模的电驱泵，功率仅为1.5kW，系统能耗下降约80%。

3）扫舱泵放置在槽车底部，底油扫舱彻底，初步测算每月可节油25t，经济效益显著。

4）悬臂扫舱装置改变泵入口的工作压力，能够保证管路各点工作压力远大于油品的饱和蒸气压，避免了管路发生气化断流现象。

5）悬臂扫舱装置结构简单、紧凑，可用于对高海拔地区成品扫舱装置的改造、替换，能有效解决目前高海拔地区成品油库扫舱难题。