火车装酸设施的设计探讨

杨晓武，李伟达，陈玉萍

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410014）

近年来，随着我国硫酸产量不断提高，硫酸价格持续走低，硫酸的出路问题日渐成为困扰制酸企业的重要难题[1]，除少数沿海企业通过船舶运输硫酸出口外，大部分企业硫酸仍主要通过汽车运输。受运输成本的限制，汽车运输销售半径有限，不能将硫酸远距离运送到有需求的区域，对内陆地区的企业，无法低成本地将硫酸输送到港口出口，这都极大影响了硫酸的销售。因此，采用铁路对硫酸进行运输，降低运输成本，成为不错的选择，特别是对部分冶炼企业，由于其本身建设有矿石的铁路运输线，对其进行扩充，新建硫酸运输线是非常合适的。目前，对火车装酸设施的应用还较少，对其设计未引起足够重视，造成现有的装酸工艺和装酸设备都停留在较低水平，存在装酸效率低、环保安全性差、人工操作强度高等缺点。因此，笔者以某内陆地区铜冶炼企业新建的火车装酸设施设计为例，对火车装酸设施的设计进行探讨并提出展望以供交流。

1 设计条件

某铜冶炼企业新建火车装酸设施，设计装酸规模1 000 kt/a硫酸，其中w(H2SO4)93%硫酸和w(H2SO4)98%硫酸的量根据实际需求情况变化。铁路站场轨道线平面示意见图1。

图1 铁路站场轨道线平面示意

图1中的3号线和4号线为2条专门的火车装酸轨道线，轨道线中心距为6.5 m，装酸栈桥拟布置在2条轨道线的中间，采用双侧装酸形式，每个鹤管同时兼顾两侧铁路槽车的装酸，且每个鹤管均能根据需要充装w(H2SO4)93%硫酸和w(H2SO4)98%硫酸。

该企业目前硫酸运输的火车槽车有G11K型、G11AK型、G11SK型和GS70型，其中主要为GS70型，且将逐渐过渡到全部采用GS70型浓硫酸槽车，GS70型槽车参数见表1[2]。

表1 GS70型槽车主要参数表

2 火车装酸设施的设计

2.1 工艺流程

目前，汽车装酸设施的常用流程是成品酸地下槽的浓硫酸通过地下槽泵输送到硫酸高位槽，然后通过硫酸高位槽放酸到汽车槽车，硫酸高位槽容积刚好略大于汽车槽车容积，这样能有效避免汽车槽车装酸过量的问题，同时硫酸高位槽设置称重装置或出口酸管安装流量计，由此可确定装入槽车的酸的质量。对火车装酸设施而言，为提高鹤管的装酸效率，往往采用双侧装酸型式，火车装酸栈桥一般设置在2条轨道线中间，栈桥宽度有限，无法设置高位槽，因此需要通过自动控制系统来实现定量装酸。在鹤管入口设置体积累积流量计，将体积累积流量计和鹤管入口阀门联锁，当槽车的装酸量达到设定值时停止装酸，在鹤管出口垂直管上设置液位报警，当槽车内液位超过设定值时报警联锁，防止槽车满罐，以确保装酸过程的安全。火车装酸设施主要包括送酸系统、鹤管、栈桥和公用工程，其工艺流程见图2。

图2 火车装酸设施工艺流程

2.2 鹤管设计

鹤管的设计首先在于确定鹤管的台数和尺寸，参考HG/T 21608—2012《液体装卸臂工程技术要求》，液体装卸臂（即鹤管）的台数N可按下式计算：

式中：G——年装卸物料量，kg/a；

K——铁路运输不均衡系数；

m——火车槽车日作业批数；

V1——槽车的平均容积，m3/辆；

τ——年操作天数d/a；

ρ——装卸车时液体介质的密度，kg/m3；

C——液体装卸臂的装卸能力；

ε——槽车灌装系数。

通过计算，同时结合业主需求，最终选定采用30个鹤位。鹤管材质采用316L，规格选用DN150，可保证单个槽车0.5 h内装酸完毕。

鹤管是火车装酸设施的中心设备，其运行的好坏对火车装酸设施至关重要。由于火车本身操控性远不如汽车灵活，可能导致鹤管和火车槽车装酸口之间对位有时存在一定困难。因此，一般选用旋转半径大的鹤管，以增加鹤管的包络线范围，降低鹤管对位的难度，并能一定程度上适应各种不同车型的装车。采用半自动电动鹤管，电机及减速机构共同驱动内臂及外臂的水平转动，极大降低了操作难度。鹤管到槽车的垂直管为三级套管，通过电机及减速机构带动钢丝绳的提升实现垂直管的收缩。

2.3 栈桥设计

鹤管间距与槽车长度有关，各槽车车型不一致，槽车长度也不一致，由于该厂主力车型为GS70型，据此设计鹤管间距为12 m，总的栈桥长度为360 m。栈桥的起点距装车轨道线挡车器的距离设置为35 m以满足规范要求。

栈桥桥面高度设计为3.8 m，桥面宽度设计为2.5 m，确保既便于操作，又不会侵入《铁路危险货物办理站、专用线（专用铁路）货运安全设备设施暂行技术条件》[铁运（2010）105号]中规定的限界。

栈桥采用单立柱支撑结构以便于设备及管道布置，桥面上布置鹤管及附属设施，桥面下一侧布置管道，另一侧用于通行，栈桥每隔60 m设置一个上下斜梯。在每个鹤位附近，设置从栈桥通向两侧火车槽车顶的活动梯，放下活动梯，旋转搭到火车槽车上时，即在栈桥和槽车之间形成了一个通道，可使人安全通过，当作业完成后，拉动链绳，使活动梯回到垂直收拢状态。此外，每个鹤位附近设置一个灭火器箱和一个石灰存储箱，其中石灰用于硫酸泄漏中和使用。

火车装酸栈桥平面布置图（局部）见图3，火车装酸栈桥剖视图见图4。

图3 火车装酸栈桥平面布置（局部）

图4 火车装酸栈桥剖视图

2.4 公用系统设计

在每个鹤管位设置一个软管站，软管站接工艺水管、压缩空气管和返酸管。工艺水用于栈桥的冲洗，压缩空气管和返酸管用于检修或有其他需求时可将槽车内的浓硫酸压送到装酸地下槽。

栈桥底部地面设置地沟，两端各设置一个地坑，用于收集雨水及生产过程中可能产生的污水，地坑内污水通过地坑泵输送到全厂污水处理系统处理。

火车装酸设施现场不设置控制室，通过汽车装酸设施控制室或全厂控制室进行控制操作。

2.5 主要设备表

火车装酸设施的主要设备见表2。

表2 火车装酸设施的主要设备

3 总结与展望

采用多鹤位半自动火车装酸设施具有装酸效率高、环保安全性好的优点，极大地降低了人工操作强度。同时，采用体积累计流量计和液位报警的组合方式，实现了装酸过程的定量化，确保了装酸过程的安全性，但该火车装酸设施还存在着自动化程度不足的缺点。

火车装酸设施的技术发展依赖于鹤管技术的发展，目前，针对硫酸装车的鹤管还停留在手动或半自动化的阶段，依赖于人工对鹤管进行对位，且很多时候需要人工观察槽车的液位以防止满罐，火车装酸系统的操作控制依赖于控制室的远程协作。因此，还需对鹤管进行改进，使其能实现自动对位、现场操作控制等功能，目前，具备这样功能的火车自动装车系统已在炼油厂火车装卸中使用，其由上位计算机管理系统、网络通信系统、现场控制系统、火灾自动消防系统、槽车鹤管自动对位系统等组成，并经生产实践证明该系统具有可靠性高、稳定性高以及装车精度高等特性[3]，在火车装酸设施中具有借鉴和推广作用。采用自动火车装酸设施，使装酸过程的运行和管理与加油站加油一样方便快捷可靠，将会是装酸设施的一次重大进步和革新，装酸设施会朝着更自动化的方向发展。