某石化公司鐵運部輕油車間擔負著公司75%以上的煉油產(chǎn)品鐵路槽車充裝任務,主要充裝品種有汽油、柴油和噴氣燃料等,充裝產(chǎn)品種類達23種,是保證產(chǎn)品后路暢通的重要環(huán)節(jié)。公司現(xiàn)有成品油火車裝車棧臺5個,全部是小鶴管裝車棧臺,小鶴管裝車鶴位共154個。隨著使用年限的增長,平移式液下密閉小鶴管在裝車過程中存在行走氣缸行走速度不平穩(wěn)、鶴管滴漏油等問題,導致鶴管故障率較高,行走系統(tǒng)故障較為突出。

小鶴管的品種較多,用途十分廣泛,無論裝車或卸車作業(yè)都需要安裝一定數(shù)量的小鶴管。裝車小鶴管按動作方式分為回轉式和平移式,按鶴管垂直段伸進罐車的長度分為液下式和高位式,按介質的流變狀態(tài)分為單相液體流和液相、氣相兩相流小鶴管(見表1)。

臺二、臺三用小鶴管為CX.HJDN100型桁架式液下密閉裝車小鶴管。該型小鶴管主要由氣缸、鋁筒、行走部分、支架等幾部分組成,結構見圖1。

(1)行走氣缸漏風,氣壓動力不足,致使行走小車移動緩慢對位不準確,甚至不走。

(2)小鶴管在水平移動精對位時,行走氣缸齒條部分“打滑”,并發(fā)出“咯吱”的響聲,行走小車不移動。

(3)鶴管水平移動小車運行不穩(wěn),行車速度過快,容易與固定鋼架發(fā)生碰撞或油缸劇烈振動。

(4)氣溫升高或裝車至最后一批時,停泵掌握不及時,使裝油管線漲壓、閥門內漏,造成鶴管滴油。

(5)小鶴管水平移動行程短,鶴管行走小車速度過快,對位過程中因新型槽車等原因,造成個別鶴管偏離槽車冒口距離長,需人工推動鶴管重新對位或無法裝車。

據(jù)統(tǒng)計,2012年上半年,臺二小鶴管崗位共發(fā)生16次小鶴管對不上位現(xiàn)象,2014年上半年,每月都有此類情況(見表2)。

(1)由表2看出,密封圈是影響水平移動精對位的主要因素。行走氣缸底部漏風,造成行走小車移動緩慢,主要原因為行走氣缸的動能全部為風能,1至3月天氣冷,O型密封圈彈性差,在活塞桿的傳動過程中易受損、老化;活塞桿表面噴鍍層剝落,致使密封圈損壞;小鶴管在長期使用過程中,行走氣缸受熱脹冷縮影響,出現(xiàn)變形。

(2)氣缸內氣壓大時,因現(xiàn)有齒輪軸、齒條材質不同,齒輪軸未經(jīng)過熱處理,運行過程中齒輪軸易被齒條打壞,使齒輪軸與齒條嚙合間隙過大,所以,常出現(xiàn)齒條“打滑”現(xiàn)象,當齒輪軸2個輪齒以上被打壞時,水平移動小車行走較為困難,必須依靠2個操作工推動小車才能實現(xiàn)精對位。

(3)水平移動小車因氣壓憋壓,產(chǎn)生的沖擊力造成導油鶴管結構變形或密封經(jīng)常泄漏失效、控制閥內漏造成鶴管滴漏油。且當前行走定位系統(tǒng)使用已有30 a之久,原來的傳動部件老化磨損嚴重,行走小車固定鋼梁變形,齒輪軸與齒條不能合適嚙合,運動中產(chǎn)生大的間隙,影響氣缸運行的平穩(wěn)性。

(4)現(xiàn)有小鶴管水平移動有效行程為2 m,原有槽車車長為12 m,新型槽車每節(jié)比原來的槽車長0.2 m,臺位如果全對新型車,因水平移動有效行程短,造成鶴管對位難度大。

(5)油品在小鶴管輸油筒內外壁隨時間推移逐漸滴落。

(6)輸油管U型管部分存油,鶴管提升、左右移動時液位改變后產(chǎn)生滴漏。

歸納上述故障原因,主要是鶴管行走部分出現(xiàn)的問題,為綜合解決這一突出問題,2015年6月,公司與西安某石化機械有限公司合作,就小鶴管安全清潔裝車系統(tǒng)進行了技術開發(fā),新開發(fā)的小鶴管行走氣缸在輕油車間臺二進行了試用,并取得了很好的效果。

結合臺二小鶴管配置情況,選擇氣液阻尼缸代替原有氣動行走氣缸驅動鶴管做水平移動。氣液阻尼缸采用壓縮空氣作為動力源,通過氣缸和油缸的結合使用,用合適的氣路控制系統(tǒng),保證全部系統(tǒng)統(tǒng)一自動化控制,減少人為調整環(huán)節(jié),滿足勻速、即停要求,滿足小鶴管對位要求,減輕職工勞動強度。

(1)氣液阻尼缸工作原理:氣液阻尼缸是由氣缸和液壓缸組合而成,它充分利用了氣壓傳動反應快、動作迅速和液壓傳動運動平穩(wěn)、停位精確的特點,利用油液的不可壓縮性和控制油液排量來獲得氣缸的平穩(wěn)運動速度[1] 。在機械運行中,要求氣動執(zhí)行元件能實現(xiàn)平穩(wěn)的進給運動,單純采用氣缸難以滿足。在這種情況下,氣液阻尼缸可以發(fā)揮其特長,利用氣缸驅動液壓缸,液壓油除起阻尼作用外,還能增加氣缸的剛性(因為油幾乎不可壓縮),可以發(fā)揮液壓傳動穩(wěn)定、運動速度均勻的優(yōu)點。

(2)氣液阻尼缸結構:氣液阻尼缸按其組合方式的不同可分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。受臺二鶴管安裝空間及技術條件限制,臺二鶴管水平移動采用串聯(lián)式阻尼缸。

液壓缸和氣缸串聯(lián)成一個整體,兩個活塞固定在一根活塞桿上。當氣缸左端供氣時,氣缸帶動液壓缸活塞同時向右運動,此時液壓缸左腔排油,油液只能經(jīng)阻尼缸速度調節(jié)小孔緩慢流入液壓缸右腔,對整個活塞桿的運動起阻尼作用[2] 。

調節(jié)閥的開口量,可調節(jié)活塞桿的運動速度,從而實現(xiàn)進給運動。當壓縮空氣經(jīng)換向閥從氣缸右腔進入時,液壓缸右腔排油,通過小孔返回左腔,活塞能快速返回原來位置?；钊麠U與驅動齒條連接,驅動小車左右平移。該阻尼缸利用阻尼小孔代替一般節(jié)流閥,達到簡化設備節(jié)約成本的目的。

(3)該型氣液阻尼缸特點:結構得到簡化,泄漏環(huán)節(jié)減少。由于取消了單向節(jié)流閥和補油回路,整個系統(tǒng)得到簡化,所用元器件減少,同時消除了由于液壓元器件所帶來的泄漏隱患;調節(jié)簡單方便,利于自動控制。通過改變調節(jié)閥的開度,即可調節(jié)流量,從而控制活塞的運動速度,而且可以實現(xiàn)雙向調節(jié),有利于實現(xiàn)自動控制。

在現(xiàn)有小鶴管基礎上增加接油盤,采用旋轉氣缸、旋轉臂,帶動油品托盤自適應動作。當小鶴管要進行裝油準備前,旋轉氣缸提前動作,通過旋轉臂帶動油品托盤旋轉180℃,脫離原位置,然后小鶴管進行裝油的相關操作,完成裝油操作后,小鶴管恢復原始狀態(tài),此時旋轉氣缸帶動油品托盤回轉180℃,恢復原位置。由于管線憋壓、鶴管壁掛油等,當有油品滴漏時,油品落進油品托盤中,通過油品托盤底部的接管,與防壓線相連,回收至放壓罐。全部動作自動完成,不需要時間等待,不需要人工干涉。

原有小鶴管操作系統(tǒng)較為分散,升降鶴管需要職工在槽車上操作,不利于安全生產(chǎn)。本次改造,將鶴管水平移動、升降,接油斗轉動氣路集成安裝至氣動控制柜中。水平移動剎車、鶴管升降、接油斗轉動進行聯(lián)鎖控制,杜絕員工誤操作導致設備損壞。有效降低了手工作業(yè)失誤率,提高了自動化操作程度。

(1)新型氣液阻尼缸系統(tǒng)結構、安裝垂直度及水平度均滿足現(xiàn)有鶴管本體要求,與現(xiàn)有鶴管匹配。氣缸等部件動靜密封點無泄漏,消除了原有小車運行不穩(wěn),沖擊力大等造成泄漏的因素。

(2)小鶴管行走小車系統(tǒng)通過液壓油的粘度與流量控制氣缸的運行速度與平穩(wěn)性,氣缸和油缸的結合使用,降低了氣缸的運行速度,同時保證氣缸在低速時的運行平穩(wěn)度,徹底消除了齒輪軸被打壞引起的齒條“打滑”現(xiàn)象。

(3)氣液阻尼缸滿足了水平移動小車隨意位置即停要求,保證了小鶴管的準確定位,消除了原小車水平移動時因慣性導致的對位不準確現(xiàn)象,崗位職工不再需要上槽車推動鶴管進行精對位。

(4)小鶴管行走氣缸改造后,氣液阻尼缸代替原有氣缸驅動,鶴管水平移動有效行程由原來的2 m增加為2.4 m,有效行程增加了0.4 m,滿足了近年來新型槽車車長的對位要求,對位準確率達100%。

(5)將分散控制系統(tǒng)改為集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng),職工只需在操作面板上進行操作,提升鶴管時不需要再上槽車進行升降作業(yè),減少了一次上槽車作業(yè)的步驟,降低了職工上下槽車帶來的安全風險。

(6)接油系統(tǒng)投用后,鶴管壁掛油得到有效回收,小鶴管下方?jīng)]有了油漬,減少油品裝車損耗,避免環(huán)境污染,提高經(jīng)濟效益,實現(xiàn)綠色環(huán)保安全裝車。

(1)通過改造,鶴管壁掛油造成的滴油可通過滴漏油回收接油系統(tǒng)與臺位真空罐相連,真空罐內污油通過191號管線送往重油清污油罐?？梢员苊恸Q管滴油造成油品浪費。據(jù)粗略計算,臺二24套接油系統(tǒng)的增上每年可多回收污油10m3。煤油比重為0.8 g/cm3,每年可多回收污油8t,按每噸污油4 000 RMB￥,每年可產(chǎn)生效益為3.2×104RMB￥。

(2)接油盤增加前,每裝完一批車后,都要通過放壓系統(tǒng)將鶴管內的存油放入真空罐,放壓罐內的油品按污油進行回收。接油盤增上后,只需將壁掛油回收即可。每年可減少污油產(chǎn)生42.39 t,差價每噸按4 000 RMB￥,每年效益為16.956×104RMB￥。

(3)通過改造,2015年1至5月,小鶴管行走氣缸故障率為0,使裝車停時得到有效縮短。以往裝車前,因小鶴管對位有效行程短,水平移動對位不準確,氣缸笨重,當槽車冒口偏離對位行程時,需要人工推水平移動氣缸。采用集中控制后,職工在操作平臺上進行操作,減少一次上車步驟,在減少裝車停時的同時增加了安全系數(shù)。對位時間對比如下表3。

由表3可知:改進后對位時間每節(jié)車可節(jié)省約130 s,2015年臺二共裝車14 521節(jié),貨車使用費為每節(jié)每小時20 RMB￥,全年共節(jié)約貨車使用費為1.05×104RMB￥。

通過對臺二小鶴管水平移動氣缸進行改造,臺二每年可增加效益21.206×104RMB￥

臺二增上的氣液阻尼水平氣缸、滴漏油回收系統(tǒng)經(jīng)過近1 a的運行檢驗,得到了良好的運用,解決了小鶴管行走氣缸故障及鶴管滴漏油問題,2015年下半年,臺三桁架式小鶴管水平移動氣缸、接油設施在臺二應用的基礎上進一步改造,徹底解決了鶴管滴漏油造成的環(huán)境污染及行走氣缸故障,在生產(chǎn)作業(yè)過程中發(fā)揮了很好的作用。