油品鐵路火車裝車鶴管VOCs治理改造

      煉化公司油品鐵路裝車結(jié)束后鶴管垂直管末端長時間出現(xiàn)滴油跡象，浪費裝車油品同時也會污染環(huán)境。在裝車過程中密閉裝車鶴管密封帽也會出現(xiàn)密封不嚴等情況，對大氣環(huán)境造成一定危害。通過勘查現(xiàn)場、分析上述問題原因，改良現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，消除火車裝車鶴管末端滴油，降低裝車油氣揮發(fā)量，減少鐵路火車大鶴管裝車作業(yè)對環(huán)境的污染，實現(xiàn)密閉裝車鶴管VOCs環(huán)境治理改造目的。
1、火車裝車鶴管硬管延伸機構(gòu)改造治理
      鐵路裝車大鶴管系統(tǒng)為WD-200B型液下密閉裝車鶴管，鶴管結(jié)構(gòu)如圖1所示。鶴管中段由一根金屬軟管連接，金屬軟管（規(guī)格DN200）長3200mm、兩端法蘭連接，金屬軟管結(jié)構(gòu)形式可以彌補鶴管對位槽車口左右行產(chǎn)生的位移串動量（圖2）。鐵路槽車大鶴管裝車設(shè)備在裝車結(jié)束后需進行空油操作，即將裝油鶴管提升至罐車口附近，利用管線內(nèi)殘油自流卸入罐內(nèi)，金屬軟管結(jié)構(gòu)特點造成內(nèi)部必然會形成凹陷，整體水平度無法保證統(tǒng)一、出現(xiàn)波峰波谷，這會導(dǎo)致油品殘存在金屬軟管內(nèi)部，受環(huán)境溫度變化、過往火車振動等影響，油品逐漸從軟管內(nèi)流出、滴落至地面。
圖1鶴管立體結(jié)構(gòu)
圖2現(xiàn)場實際裝配
      經(jīng)過分析確定密閉裝車鶴管滴油的原因，制定下一步整改措施，替代金屬軟管結(jié)構(gòu)形式。通過橫向比較，同行業(yè)鐵路裝車大鶴管均為金屬軟管連接結(jié)構(gòu)形式，終在實際生產(chǎn)過程中受鐵路裝車懸臂式小鶴管結(jié)構(gòu)啟發(fā)，鶴管為硬管連接結(jié)構(gòu)形式，通過兩個轉(zhuǎn)動結(jié)完成垂直管與槽車口的水平對位，猜想可否通過轉(zhuǎn)動結(jié)實現(xiàn)大鶴管垂直管的水平對位。通過建立模型，在桌面上驗證是否可以實現(xiàn)鶴管固定軌道上的水平位移對位（圖3）。經(jīng)過多次實驗和測繪對比，確定改造后的連接結(jié)構(gòu)形式為“轉(zhuǎn)動結(jié)三聯(lián)組件”，由3個90。轉(zhuǎn)動結(jié)與直管段組成硬管延伸結(jié)構(gòu)，代替現(xiàn)有的金屬軟管（圖4）。
圖3硬管延伸機構(gòu)
      改造后密閉裝車鶴管裝車控油效率、質(zhì)量均得到提升，硬管連接段無存油直接表征為垂直管末端分油頭處無油品滴落，控油時間由改造前60s縮短至20s，整列裝車作業(yè)時間縮短30min，在解決滴油環(huán)境污染問題同時明顯提升裝車作業(yè)時效。
2、鶴管密封帽改造治理
2.1密封帽改造技術(shù)背景
圖4改造后硬管延伸機構(gòu)安裝現(xiàn)場
      目前鐵路槽車密閉裝車鶴管結(jié)構(gòu)形式以板式密封帽為主，外加氣缸動力壓緊密封帽，氣缸可直接作用在密封帽頂端提供軸向壓緊力，也可以作用在拉緊機構(gòu)，由拉緊機構(gòu)供給密封帽軸向應(yīng)力，終使密封帽與槽車空緊密貼合，達到密閉裝車安全環(huán)保要求。
      煉化公司鐵路裝車棧橋鶴管密封結(jié)構(gòu)均為板式密封帽，壓緊動力結(jié)構(gòu)有3種形式，分別為依靠密封帽自重提供軸向壓緊力、氣缸直接作用在密封帽頂端提供軸向應(yīng)力、氣缸聯(lián)動三爪卡鉤借力槽車內(nèi)壁提供軸向拉緊力。其中，三爪卡鉤形式的密閉裝車鶴管日常使用中故障率極高，密封系統(tǒng)大量損壞造成敞口裝車作業(yè)，終導(dǎo)致棧橋被迫停用。
      三爪卡鉤式鶴管主要是利用裝車垂直管下落進入槽車，帶動槽車口密封裝置隨之下落，板式密封帽坐落在槽車口后氣缸作用三爪卡鉤展開，爪端與槽車內(nèi)罐壁緊密作用，三爪卡鉤受反作用向下的軸向應(yīng)力，板式密封帽聯(lián)動被壓縮，達到密封裝車條件。考慮到這種密封裝置探入槽車口起到導(dǎo)向作用的鋁制圓筒直徑與槽車口的直徑相當、傳動裝置渦輪蝸桿的活動余量相對較小、冬季潤滑油脂凝固會發(fā)生傳動裝置急停急動、以風(fēng)源為驅(qū)動力的驅(qū)動系統(tǒng)動力源不穩(wěn)定等客觀因素，導(dǎo)致鋁制密封帽對位槽車口的過程中與槽車口頻發(fā)剛性碰撞，導(dǎo)致密封帽支撐架、環(huán)形緩沖圈、三爪卡鉤大量損壞，裝車系統(tǒng)無法實現(xiàn)密閉作業(yè)工況要求。
      針對以上實際問題，將密封裝置改造為一種找正裝置小，利用風(fēng)源注入氣囊膨脹，在槽車口直管段進行密封的系統(tǒng)。減少使用三爪卡鉤等傳動系統(tǒng)，簡化操作程序，以內(nèi)密封的方式增強密封系統(tǒng)靈動性與嚴密性，達到防止油料飛濺和形成爆炸性可燃氣體的目的。
2.2密封帽失效原因分析
2.2.1人為因素
      密封帽由裝車操作人員手動控制液壓動作按鈕，對位下放至槽車罐口，操作人員的技能熟練程度及個人素質(zhì)直接影響密封帽對位槽車口的對中情況，每名裝車人員多年實踐工作后養(yǎng)成自己的一套操作手法，如下放鶴管操作習(xí)慣偏左或偏右、是否采用兩次對位操作等，這些人為因素會造成密封帽與槽車口對中度存在偏差、縫隙。
2.2.2設(shè)備因素
      汽油密閉裝車鶴管的密封帽使用過程中與槽車口頻繁碰撞，行程機械損傷，在揮發(fā)油氣腐蝕及室外環(huán)境共同作用下，密封帽下端面必然出現(xiàn)不同程度老化、破損，這種情況下密封帽即使與槽車口對中度較好，密封面也無法完全封。另外，在長期使用過程中火車槽車口的罐口上端面會出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，這也會導(dǎo)致二者貼合面產(chǎn)生縫隙。
2.2.3環(huán)境因素
      東北地區(qū)冬季室外環(huán)境變惡劣，低溫環(huán)境造成設(shè)備傳動部件遲緩，設(shè)備密封面頻發(fā)失效漏油，各類室外閥門閥芯卡澀、開關(guān)不暢，夜間降雪天氣下操作人員視線受影響，無法準確判斷操作位置，惡劣的作業(yè)環(huán)境造成設(shè)備操作精度下降，密封帽對位不良產(chǎn)生縫隙。
2.2.4客觀因素
      火車密閉裝車鶴管在裝車作業(yè)過程中為連續(xù)作業(yè)模式，即罐區(qū)裝車泵在不暫停的條件下裝車作業(yè)要連續(xù)進行，雙側(cè)大鶴管交替進油裝車，保證在爬車牽引下一節(jié)槽車對位時間段內(nèi)，另一側(cè)大鶴管必須處于進油裝車狀態(tài)，否則罐區(qū)裝車泵會出現(xiàn)憋泵，電機終端保護器過載跳閘。所以大鶴管操作人員受罐區(qū)裝車泵連續(xù)運轉(zhuǎn)限制，鶴管對位操作不允許耗時過長，操作人員想通過多次調(diào)整鶴管左右行位置，從而提高密封帽與槽車口對中度，在實際裝車作業(yè)過程中客觀因素不允許。
2.3密封帽失效危害
2.3.1污染環(huán)境
      裝車油氣從密封帽與槽車口縫隙揮發(fā)至環(huán)境空氣中，對周邊大氣造成一定污染，這種裝車狀況無法實現(xiàn)密閉裝車作業(yè)，造成配套油氣回收裝置無法對油氣較好地進行回收、環(huán)保處理，不滿足GB31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》。
2.3.2危害裝置安全
      密封帽與罐口存在的縫隙增加油品霧化及蒸發(fā)，夏季高溫環(huán)境下增大靜電閃爆風(fēng)險。與此同時環(huán)境中空氣可從縫隙隨油氣進入油氣回收裝置，對工藝處理造成一定影響，存在較大的安全隱患。
2.3.3損害員工健康
      在整個裝車過程中從密封帽與槽車口泄漏油的氣融入空氣，油氣在生產(chǎn)環(huán)境中以蒸氣的形式經(jīng)呼吸道吸入人體，通過血液循環(huán)到人的大腦，對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用，長期可能會引起慢性中毒�，F(xiàn)場裝車員工也會出現(xiàn)頭發(fā)變白、皮膚糙裂、血壓忽高忽低等身體亞健康狀況。
2.4密封帽改造方案
2.4.1一代氣囊密封帽改造
      分析后認為現(xiàn)有密封帽的結(jié)構(gòu)形式是失效的根本原因，為此研發(fā)了圖5所示的新式氣囊式密封帽，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)勢彌補人為操作因素，從根本上解決問題。該密封系統(tǒng)與輸油鶴管采用法蘭連接的方式固定，主要由4個部分組成：
      ①密封帽的主體支撐架，主要作用為安裝氣囊及錐型保護膠墩；
      ②環(huán)形耐油氣囊，氣囊充壓后徑向膨脹與槽車口精密貼合，為密封系統(tǒng)的核心部件；
      ③密封裝置底端的圓錐形膠墩，在密封裝置下落過程中具有導(dǎo)向、緩沖作用，可以有效保護氣囊受損、延長設(shè)備使用壽命；
      ④為氣囊提供氣源的配套系統(tǒng)，由減壓閥、放空閥、金屬軟管、壓力表等部件組成。
圖5氣囊式密封帽
      現(xiàn)場試用氣囊密封帽，現(xiàn)場環(huán)境油氣揮發(fā)量顯著降低，但使用儀器檢測依然存在微量滲漏情況，并且鶴管對位下放操作造成一定的不便（圖6）。
圖6氣囊密封性實驗
2.4.2二代氣囊密封帽改造
      通過在罐口的內(nèi)壁與法蘭固定體之間設(shè)置氣囊，既可以實現(xiàn)輸油垂直管與罐口的良好密封，同時在法蘭固定體的下端設(shè)置防碰體，有效保護氣囊不受損壞。氣囊密封蓋具有結(jié)構(gòu)簡單、改造方便，密封效果好，對位操作方便、油氣泄漏率極低的特點（圖7）。
      氣囊放氣后為V弧形狀方便下放及上提鶴管，充氣后為鼓圓形狀、形成極佳的密封副（圖8）。優(yōu)點是膨脹系數(shù)大，單邊膨脹50mm，能滿足各種車型使用。上有平面鋁板，能消除對位撞圖7氣囊密封蓋結(jié)構(gòu)擊產(chǎn)生火花。有錐形防碰、導(dǎo)向機構(gòu)，對位時，當錐形鋁導(dǎo)向進入車內(nèi)，氣囊充氣后鶴管自動對中，同時如鶴管對偏位，還可保護氣囊不被撞壞。氣囊有耐油、耐苯、耐老化、使用壽命長、防靜電功能。蓋板上安裝壓緊密封裝置，雙層密封結(jié)構(gòu)更好的防治油氣溢出。
圖8氣囊的排氣狀態(tài)和氣囊充氣狀態(tài)
2.5密封帽改造效果
      新型密封帽結(jié)構(gòu)核心原理為囊式充氣膨脹密封技術(shù)，氣囊與特制保持架裝配組對下放至槽車罐車口位置。利用氮氣對收縮狀態(tài)氣囊進行沖壓，氣囊膨脹與罐車口內(nèi)壁緊密貼合，實現(xiàn)密閉裝車作業(yè)。人為操作鶴管下放時，密封帽與罐車口對中度的允許偏差量放寬，氣囊膨脹后依靠其膨脹系數(shù)可以自動補償對中偏差量，設(shè)備密閉性能可靠、操作便捷。密封氣囊充壓自動補償間隙功能可以快速、有效地達到密閉裝車條件，操作簡單無需反復(fù)對位。
      現(xiàn)場罐車充裝時，設(shè)備監(jiān)測中心監(jiān)測人員使用手持氫火焰離子化檢測儀在罐口0cm處檢測，VOCs排放值均≤2000μmol/mol。監(jiān)測結(jié)果符合《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》中5.3.4規(guī)定的泄漏確認條件，“泄漏的認定出現(xiàn)以下情況，則認定發(fā)生了泄漏：a）有機氣體和揮發(fā)性有機液體流經(jīng)的設(shè)備與管線組件，采用氫火焰離子化檢測儀（以甲烷或丙烷為校正氣體），泄漏檢測值大于等于2000μmol/mol�！钡囊�求。經(jīng)過實踐證明，本套密封帽設(shè)備能夠滿足現(xiàn)階段石油煉化行業(yè)內(nèi)VOCs環(huán)境治理相關(guān)規(guī)范要求。