楊曉武，李偉達，陳玉萍

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙 410014）

近年來，隨著我國硫酸產(chǎn)量不斷提高，硫酸價格持續(xù)走低，硫酸的出路問題日漸成為困擾制酸企業(yè)的重要難題[1]，除少數(shù)沿海企業(yè)通過船舶運輸硫酸出口外，大部分企業(yè)硫酸仍主要通過汽車運輸。受運輸成本的限制，汽車運輸銷售半徑有限，不能將硫酸遠(yuǎn)距離運送到有需求的區(qū)域，對內(nèi)陸地區(qū)的企業(yè)，無法低成本地將硫酸輸送到港口出口，這都極大影響了硫酸的銷售。因此，采用鐵路對硫酸進行運輸，降低運輸成本，成為不錯的選擇，特別是對部分冶煉企業(yè)，由于其本身建設(shè)有礦石的鐵路運輸線，對其進行擴充，新建硫酸運輸線是非常合適的。目前，對火車裝酸設(shè)施的應(yīng)用還較少，對其設(shè)計未引起足夠重視，造成現(xiàn)有的裝酸工藝和裝酸設(shè)備都停留在較低水平，存在裝酸效率低、環(huán)保安全性差、人工操作強度高等缺點。因此，筆者以某內(nèi)陸地區(qū)銅冶煉企業(yè)新建的火車裝酸設(shè)施設(shè)計為例，對火車裝酸設(shè)施的設(shè)計進行探討并提出展望以供交流。

1 設(shè)計條件

某銅冶煉企業(yè)新建火車裝酸設(shè)施，設(shè)計裝酸規(guī)模1 000 kt/a硫酸，其中w(H2SO4)93%硫酸和w(H2SO4)98%硫酸的量根據(jù)實際需求情況變化。鐵路站場軌道線平面示意見圖1。

圖1 鐵路站場軌道線平面示意

圖1中的3號線和4號線為2條專門的火車裝酸軌道線，軌道線中心距為6.5 m，裝酸棧橋擬布置在2條軌道線的中間，采用雙側(cè)裝酸形式，每個鶴管同時兼顧兩側(cè)鐵路槽車的裝酸，且每個鶴管均能根據(jù)需要充裝w(H2SO4)93%硫酸和w(H2SO4)98%硫酸。

該企業(yè)目前硫酸運輸?shù)幕疖嚥圮囉蠫11K型、G11AK型、G11SK型和GS70型，其中主要為GS70型，且將逐漸過渡到全部采用GS70型濃硫酸槽車，GS70型槽車參數(shù)見表1[2]。

表1 GS70型槽車主要參數(shù)表

2 火車裝酸設(shè)施的設(shè)計

2.1 工藝流程

目前，汽車裝酸設(shè)施的常用流程是成品酸地下槽的濃硫酸通過地下槽泵輸送到硫酸高位槽，然后通過硫酸高位槽放酸到汽車槽車，硫酸高位槽容積剛好略大于汽車槽車容積，這樣能有效避免汽車槽車裝酸過量的問題，同時硫酸高位槽設(shè)置稱重裝置或出口酸管安裝流量計，由此可確定裝入槽車的酸的質(zhì)量。對火車裝酸設(shè)施而言，為提高鶴管的裝酸效率，往往采用雙側(cè)裝酸型式，火車裝酸棧橋一般設(shè)置在2條軌道線中間，棧橋?qū)挾扔邢?，無法設(shè)置高位槽，因此需要通過自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)定量裝酸。在鶴管入口設(shè)置體積累積流量計，將體積累積流量計和鶴管入口閥門聯(lián)鎖，當(dāng)槽車的裝酸量達到設(shè)定值時停止裝酸，在鶴管出口垂直管上設(shè)置液位報警，當(dāng)槽車內(nèi)液位超過設(shè)定值時報警聯(lián)鎖，防止槽車滿罐，以確保裝酸過程的安全?；疖囇b酸設(shè)施主要包括送酸系統(tǒng)、鶴管、棧橋和公用工程，其工藝流程見圖2。

圖2 火車裝酸設(shè)施工藝流程

2.2 鶴管設(shè)計

鶴管的設(shè)計首先在于確定鶴管的臺數(shù)和尺寸，參考HG/T 21608—2012《液體裝卸臂工程技術(shù)要求》，液體裝卸臂（即鶴管）的臺數(shù)N可按下式計算：

式中：G——年裝卸物料量，kg/a；

K——鐵路運輸不均衡系數(shù)；

m——火車槽車日作業(yè)批數(shù)；

V1——槽車的平均容積，m3/輛；

τ——年操作天數(shù)d/a；

ρ——裝卸車時液體介質(zhì)的密度，kg/m3；

C——液體裝卸臂的裝卸能力；

ε——槽車灌裝系數(shù)。

通過計算，同時結(jié)合業(yè)主需求，最終選定采用30個鶴位。鶴管材質(zhì)采用316L，規(guī)格選用DN150，可保證單個槽車0.5 h內(nèi)裝酸完畢。

鶴管是火車裝酸設(shè)施的中心設(shè)備，其運行的好壞對火車裝酸設(shè)施至關(guān)重要。由于火車本身操控性遠(yuǎn)不如汽車靈活，可能導(dǎo)致鶴管和火車槽車裝酸口之間對位有時存在一定困難。因此，一般選用旋轉(zhuǎn)半徑大的鶴管，以增加鶴管的包絡(luò)線范圍，降低鶴管對位的難度，并能一定程度上適應(yīng)各種不同車型的裝車。采用半自動電動鶴管，電機及減速機構(gòu)共同驅(qū)動內(nèi)臂及外臂的水平轉(zhuǎn)動，極大降低了操作難度。鶴管到槽車的垂直管為三級套管，通過電機及減速機構(gòu)帶動鋼絲繩的提升實現(xiàn)垂直管的收縮。

2.3 棧橋設(shè)計

鶴管間距與槽車長度有關(guān)，各槽車車型不一致，槽車長度也不一致，由于該廠主力車型為GS70型，據(jù)此設(shè)計鶴管間距為12 m，總的棧橋長度為360 m。棧橋的起點距裝車軌道線擋車器的距離設(shè)置為35 m以滿足規(guī)范要求。

棧橋橋面高度設(shè)計為3.8 m，橋面寬度設(shè)計為2.5 m，確保既便于操作，又不會侵入《鐵路危險貨物辦理站、專用線（專用鐵路）貨運安全設(shè)備設(shè)施暫行技術(shù)條件》[鐵運（2010）105號]中規(guī)定的限界。

棧橋采用單立柱支撐結(jié)構(gòu)以便于設(shè)備及管道布置，橋面上布置鶴管及附屬設(shè)施，橋面下一側(cè)布置管道，另一側(cè)用于通行，棧橋每隔60 m設(shè)置一個上下斜梯。在每個鶴位附近，設(shè)置從棧橋通向兩側(cè)火車槽車頂?shù)幕顒犹荩畔禄顒犹?，旋轉(zhuǎn)搭到火車槽車上時，即在棧橋和槽車之間形成了一個通道，可使人安全通過，當(dāng)作業(yè)完成后，拉動鏈繩，使活動梯回到垂直收攏狀態(tài)。此外，每個鶴位附近設(shè)置一個滅火器箱和一個石灰存儲箱，其中石灰用于硫酸泄漏中和使用。

火車裝酸棧橋平面布置圖（局部）見圖3，火車裝酸棧橋剖視圖見圖4。

圖3 火車裝酸棧橋平面布置（局部）

圖4 火車裝酸棧橋剖視圖

2.4 公用系統(tǒng)設(shè)計

在每個鶴管位設(shè)置一個軟管站，軟管站接工藝水管、壓縮空氣管和返酸管。工藝水用于棧橋的沖洗，壓縮空氣管和返酸管用于檢修或有其他需求時可將槽車內(nèi)的濃硫酸壓送到裝酸地下槽。

棧橋底部地面設(shè)置地溝，兩端各設(shè)置一個地坑，用于收集雨水及生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的污水，地坑內(nèi)污水通過地坑泵輸送到全廠污水處理系統(tǒng)處理。

火車裝酸設(shè)施現(xiàn)場不設(shè)置控制室，通過汽車裝酸設(shè)施控制室或全廠控制室進行控制操作。

2.5 主要設(shè)備表

火車裝酸設(shè)施的主要設(shè)備見表2。

表2 火車裝酸設(shè)施的主要設(shè)備

3 總結(jié)與展望

采用多鶴位半自動火車裝酸設(shè)施具有裝酸效率高、環(huán)保安全性好的優(yōu)點，極大地降低了人工操作強度。同時，采用體積累計流量計和液位報警的組合方式，實現(xiàn)了裝酸過程的定量化，確保了裝酸過程的安全性，但該火車裝酸設(shè)施還存在著自動化程度不足的缺點。

火車裝酸設(shè)施的技術(shù)發(fā)展依賴于鶴管技術(shù)的發(fā)展，目前，針對硫酸裝車的鶴管還停留在手動或半自動化的階段，依賴于人工對鶴管進行對位，且很多時候需要人工觀察槽車的液位以防止?jié)M罐，火車裝酸系統(tǒng)的操作控制依賴于控制室的遠(yuǎn)程協(xié)作。因此，還需對鶴管進行改進，使其能實現(xiàn)自動對位、現(xiàn)場操作控制等功能，目前，具備這樣功能的火車自動裝車系統(tǒng)已在煉油廠火車裝卸中使用，其由上位計算機管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)、火災(zāi)自動消防系統(tǒng)、槽車鶴管自動對位系統(tǒng)等組成，并經(jīng)生產(chǎn)實踐證明該系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性高以及裝車精度高等特性[3]，在火車裝酸設(shè)施中具有借鑒和推廣作用。采用自動火車裝酸設(shè)施，使裝酸過程的運行和管理與加油站加油一樣方便快捷可靠，將會是裝酸設(shè)施的一次重大進步和革新，裝酸設(shè)施會朝著更自動化的方向發(fā)展。