关于铁路油罐车密闭蒸汽清洗设备的研究

徐 刚，郭 浩，孙绍杰

(中国铁路北京局集团有限公司 丰台车辆段，北京 100070)

1 研究背景

《铁路货车厂修规程》和《铁路货车段修规程》要求：毒品车须按规定洗刷并有洗刷合格证明；装用易燃、危化物品罐车须经洗罐作业。中国铁路北京局集团有限公司丰台车辆段石楼检修区域担负着中国铁路北京局集团有限公司路用铁路罐车及企业自备罐车的厂修、段修工作，拥有14个洗车台位，采用国内通用的敞口蒸汽洗罐工艺，年均洗车能力6 000余辆。敞口蒸汽洗罐工艺的弊端有：(1)如图1所示，在清洗过程中，大量的挥发性油气扩散到大气中，造成空气污染；(2)洗车过程中罐口蒸汽喷射产生的噪声大于85 dB，噪声大，产生噪声污染，对作业人员的身心健康造成伤害；(3)清洗下来的黏油等油脂黏着力较强，在明沟内流动时部分会黏着在沟壁，长此以往会向地下土壤渗漏，造成土壤污染。

图1 敞口蒸汽洗车

2012年国家环境保护部发布了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，明确了包括京津冀等13个环境保护重点控制区的环保要求。在2013年北京市清洁空气行动计划中明确将“挥发性有机物”纳入总量控制项目，并制定减排核算细则。为贯彻落实《大气污染防治行动计划》，北京市明确了本市空气质量改善目标，提出了八大污染减排工程、六大实施保障措施和三大全民参与行动。其中要求全面开展加油站、储油库和油罐车油气回收治理，大力削减挥发性有机物排放。

2013年环保部发布《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》(公告2013年第31号)，明确对VOCs污染防治应遵循源头和过程控制与末端治理相结合的综合防治原则,并规定：采用先进的清洁生产技术，对于设备与管线组件、工艺排气、废水处理等过程产生的含VOCs废气污染进行防治。

2016年，密闭蒸汽洗车技术被列为中国铁路总公司北京铁路局科技研究开发计划引导课题(2016CC17)；同年8月，进入制订设计方案和样机制造阶段；同年12月20日，14台位的铁路油罐车密闭清洗设备开始安装调试。2017年4月，样机在石楼检修区域洗罐站开始试运转(图2)；2017年8月1日，设备通过了北京局集团科学技术委员会办公室组织的技术评审(京铁集团公司技审字[2017]第81号)。该设备设计精巧，功能齐全，安全可靠，自动化水平高，总体达到国内领先水平。截至2020年底，共清洗罐车20 424辆，运行情况良好。

图2 石楼检修区域洗罐站铁路油罐车密闭清洗设备及现场

2 油罐车清洗技术发展现状

2.1 国外油罐车清洗技术

国外油罐车清洗方法主要有人工清洗、干冰清洗、化学清洗、高压水射流清洗和蒸汽清洗等，其中，高压水射流清洗技术占有工业清洗领域较大份额。在罐车清洗技术方面，具有代表性的国家为日本和美国。

日本对罐车(塔罐类)主要清洗方法有化学清洗、高压水射流清洗、湿式喷射清洗、吸引清洗、电解研磨等。从清洗后的情况看，化学清洗和高压水射流清洗后罐车均存在损伤等各种故障(缺陷)。

美国最先进的罐车清洗技术是使用ETEC公司开发的新一代生物产品BioEnviroSolve(简称BES溶剂)进行清洗。BES溶剂对石油的乳化、溶解和分散能力大大超过原来的产品，能轻易地将原油、重油和其他石油产品溶解、分散和从罐壁剥离。

欧洲国家如德国、英国、意大利是开发应用高压水射流清洗技术较早的国家。高压水射流清洗存在局部清洗不干净和冬天易出现管线冻堵问题。

2.2 国内油罐车清洗技术

国内油罐车清洗绝大多数采用敞口蒸汽洗罐工艺，直接将蒸车小鹤管和真空抽吸管插入罐内，打开蒸汽阀门对罐车内部加热蒸洗，然后对蒸洗残液进行抽吸，并在清水二次清洗后烘干。该工艺优点是使用设备简易，操作简单。虽然可以引进高压水射流清洗技术，但是该技术一次性投资高，操作相对专业，维护难度大，不能满足航煤特洗及重油油罐车清洗要求，且耗水量大，故在国内推广进展缓慢。

3 铁路油罐车清洗方式对比分析

(1) 干冰清洗法(又称冷喷)。以压缩空气作为动力，通过专用的喷射清洗机将干冰颗粒喷射到被清洗物体表面，使其升华、熔化，使污垢、油污、残留杂质等迅速冷冻、脆化和剥离，且同时随气流清除。该方法不会对被清洗物体表面特别是金属表面造成任何伤害，也不会影响金属表面的光洁度。但是干冰清洗设备复杂，投资大，清洗罐车需要大量的干冰，费用昂贵。

(2) 化学清洗法。化学清洗法是用化学药品或其他溶剂通过化学反应清除物体表面油污的方法，如酸洗、碱洗等。采用化学药品浸泡清洗不仅会因排放的水溶液中含有化学药品而造成环境污染，而且为防止清洗中的药品对罐壁造成腐蚀破坏，清洗时还需要使用适当的缓蚀剂保护被清洗设备，清洗罐壁上黏附的残留药液需要消耗大量的清水清洗。

(3) 高压水射流清洗法。高压水射流清洗一般采用冷水作为工作介质，在北方地区冬季就无法作业；另外，高压水射流清洗不仅需要消耗大量的水资源，而且洗罐后含油废水回收和处理的成本较大，同时在清洗过程中对罐车内壁的破坏大，容易将罐车内壁的保护层破坏掉。高压水射流清洗设备一次性投资及维修成本高。

(4) 密闭蒸汽洗车法。密闭蒸汽洗车技术是一种先进的罐车清洗技术，具有环保、高效、节能降耗的优点。

4 铁路油罐车密闭蒸汽洗车技术

4.1 研究目标

铁路油罐车密闭蒸汽洗车技术围绕以下目标开展研究：

(1) 节约能源。减少蒸汽用量，提高蒸汽热能使用率，降低洗车成本。

(2) 减少油气挥发。采取密闭方式解决蒸汽洗车时混合气体排放问题，改善现场环境。

(3) 提高洗车效率。提高罐内温度，缩短蒸洗时间，提高洗车作业效率。

(4) 提高清洁生产水平。采取密闭管道对洗车废水进行收集。

(5) 降低洗车噪声。

4.2 结构组成

铁路油罐车密闭蒸汽清洗设备样机由悬臂系统、升降系统、密闭系统、锁紧系统、进汽及排污系统、仪表检测系统和安全保障系统构成(图3)。其中悬臂系统实现设备的左右旋转；升降系统实现密闭盖的上下运动；密闭系统实现密闭洗车时罐口与洗车装置的密封、锁紧以及洗车后解锁；进汽及排污系统控制洗车时的进汽量及利用正压排出罐内残液；仪表检测系统实时检测罐内参数情况，安全保障系统保证洗车安全。波纹管补偿器的补偿作用及硅胶密封垫的压力形变使得系统能够消除因人孔水平度不均匀及形状变化引起的漏气。铁路油罐车密闭蒸汽清洗设备结构设计紧凑，既保证了各部件的运动调节空间，又实现了整个系统的气密性。

图3 铁路油罐车密闭蒸汽清洗设备结构组成

4.3 技术创新点

(1) 采用多自由度铰链传动技术与耐高温硅胶密封垫、波纹管补偿器相配合，使装置密闭系统满足不同规格的罐口密封要求，确保系统密封效果完好耐用，使蒸汽在罐内充分利用。

(2) 采用PLC可编程控制+三级压力检测仪表，将罐内压力控制在70 kPa以内，保证罐内压力符合设备安全要求。利用罐内的29～49 kPa的压力通过排污系统排出残液，蒸洗时不需要真空抽吸系统及其他动力源。

(3) 利用三维吊装技术保证洗车设备与罐口的方便对接及拆卸，且不影响铁路运输安全。

(4) 控制中心根据采集的压力、温度数据进行比对计算，控制蒸汽进量及间歇喷水时间，使蒸洗温度在80～110 ℃之间按设定曲线工作，彻底清除罐壁油污。

(5) 蒸洗时密闭系统处于非机械运行状态，无机械噪声产生，对油罐口的完全密封解决了蒸汽在罐口喷射的噪声问题，将噪声降低到65 dB以下。

(6) 罐壁温度、压力与蒸汽进汽量自动调节，方便系统操作，防止超压，保证了洗车安全。

(7) 整套系统有安全的防静电措施，并配备故障检测系统，能对出现的问题报警并根据报警等级进行联锁控制。

5 经济效益分析

铁路油罐车密闭蒸汽清洗设备为铁路油罐车清洗带来了如下实效：

(1) 每辆罐车可节省蒸汽用量3.1 t,按低压蒸汽量156元/t计算，可节省费用480余元，累计节约费用980.352万元。

(2) 无蒸汽挥发扩散，提高了蒸汽热能使用率，节约蒸汽70%以上。

(3) 利用罐内正压排出清洗产生的残液，无需真空抽吸系统，节约了电能。

(4) 将罐内温度提高20～30 ℃(最高可达到110 ℃)，缩短了蒸洗时间，提高了洗车作业效率。

(5) 通过密闭管道将洗车含油污水收集至污油罐，大大改善了现场工作环境。

(6) 洗车时间仅为20～30 min/辆，提高洗车效率2倍以上，节约一半的工时。

(7) 检测结果表明，敞口洗车罐口处VOCs平均浓度为3.65×104～7.28×104mg/m3，采用密闭清洗工艺后，VOCs平均浓度为1.95～4.05 mg/m3，向周边环境挥发油气量减少99%以上，不仅环境得到了极大改善，而且每年可减少大量的排污费用。

目前，该成果已在中国铁路北京局集团有限公司石家庄车辆段阳泉洗罐站推广1台位、中石化天津分公司推广4台位、中石化济南分公司推广3台位、中石油玉门炼油厂推广4台位、中石化金陵分公司推广12台位、中国铁路济南局集团有限公司推广4台位。国内现有铁路洗罐站300多家，普遍采用敞口蒸汽洗罐工艺，随着该成果推广面的不断扩大，所产生的经济效益和社会效益将十分显著，对推动减少大气污染和噪声污染，改善环境起到积极作用。