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汽车装卸鹤管气阻问题及其解决措施

2024/7/17 10:19:48　字体：大中小　浏览 70

      油罐车在高温季节和高原地区接卸汽油时经常产生汽车装卸鹤管气阻现象,导致罐车下部的油料不能下卸。针对这一问题,分析了汽车装卸鹤管气阻产生的机理,提出了汽车装卸鹤管气阻的几种校核方法。根据分析与研究结果,提出了提高当地大气压力、减小液体的气化压力、降低汽车装卸鹤管油料的流速和汽车装卸鹤管阻力损失等消除汽车装卸鹤管气阻的措施。
      目前,国内铁路轻油罐车接卸油料均采用上部卸油法,即通过汽车装卸鹤管从油罐车上部用泵或虹吸自流的方法卸油。在高温季节和高原地区,以此种方法接卸汽油经常产生汽车装卸鹤管气阻现象,导致油罐车下部的油料不能下卸。气阻现象严重影响了油库的正常工作及铁路运输,增加了不安全因素,造成严重的经济损失。
一、汽车装卸鹤管气阻产生的机理
      汽车装卸鹤管中的油料在真空状态下流动,汽车装卸鹤管高点的真空度大。如果汽车装卸鹤管高点的绝对压力等于或小于油料的汽化压力,油料即开始汽化,逸出的气泡随同油料流进泵内,使泵发生汽蚀。汽化严重时,在汽车装卸鹤管的高处形成大量油蒸气,阻塞液流,产生气阻。汽车装卸鹤管中容易产生气阻的地方是其高点,在保证汽车装卸鹤管高点处不产生气阻的情况下,从汽车装卸鹤管高点至油罐车液面的大垂直高度为:2[hx]max=---hw(1)式中pa—当地大气压,Pa;γ—输送油料的重度,N/m3;pv—输送油料在当地高油温下的汽化压力,Pa;vh—汽车装卸鹤管油料的流速,m/s;g—重力加速度,9.81m/s2;hw—汽车装卸鹤管阻力损失,m。两种汽车装卸鹤管的卸油示意图见图1。由图1可以看出,汽车装卸鹤管易产生气阻的危险点是C点,按式(1)计算出的hw应是汽车装卸鹤管ac间的阻力损失。当[hx]max≥ab时(ab为汽车装卸鹤管高点至油罐车底部的垂直高度),汽车装卸鹤管不发生气阻;当[hx]max<ab时,汽车装卸鹤管将产生气阻。由此可以看出,解决汽车装卸鹤管的气阻问题实际上就是要增大[hx]max,或者减小ab,使得[hx]max大于ab。
二、汽车装卸鹤管气阻校核的目的与方法
1、汽车装卸鹤管气阻校核的目的
      汽车装卸鹤管气阻校核的目的是使卸油者了解在当地高温季节接卸汽油时是否会产生气阻现象,产生气阻的低油温是多少,以便合理安排和组织卸油工作。
2、汽车装卸鹤管气阻校核的方法

利用式(1)计算当地高油温时汽车装卸鹤管大流量工况下的[hx]max。在保证汽车装卸鹤管高点处不产生气阻的情况下,如果[hx]max≥4m(汽车装卸鹤管高点至油罐车底部的垂直高度),汽车~~装卸鹤管~~不产生气阻;如果[hx]max<4m,汽车装卸鹤管将产生气阻。将[hx]max=4m代入式(1),即可求出不产生气阻时的大汽化压力pv,查出其对应的油温即为不发生气阻的高油温。
3、汽车装卸鹤管气阻校核实例
昆明地区某油库接卸70号车用汽油,密度ρ=720kg/m3,运动粘度ν=0.6×10-6m2/s,汽车装卸鹤管大流量Q=58m3/h,汽车~~装卸鹤管~~流速vh=2.05m/s,汽车装卸鹤管的水力坡度i=0.0505,计算长度为9m(L=5m,Ld=4m),当地高油温39℃,该温度下70号车用汽油的汽化压力pv=65704.6Pa,当地大气压pa=80218.4Pa,现进行汽车装卸鹤管气阻校核,汽车装卸鹤管气阻校核示意图见图2。
图2汽车装卸鹤管气阻校核示意图

      将已知数据代入式(1)得到:2[hx]max=---hw=80204965804.6-2251-0.0505×9=1.39(m)计算表明,在昆明地区接收温度为39℃的70号车用汽油,当油罐车液面与汽车装卸鹤管高点的垂直高度为1.39m时,汽车装卸鹤管即产生气阻。这时油罐车的液面距底部的高度为2.61m,即油罐车中还有2.61m高的油料无法下卸。
      目前,消除汽车装卸鹤管气阻的措施之一是降低油温,从而降低油料的汽化压力。在设备和流量不变的情况下,油温降到多少摄氏度就可以避免产生气阻,这是一个需要分析的问题。现取[hx]max=4m代入式(1),求出70号车用汽油不产生气阻时的大汽化压力pv,得到:
pv=pa-γ[hx]max-ρ-γhw=8.18×1000×9.81-720×9.81×4-720.052-720×9.81×0.0505×9=47269.9(Pa)根据上述计算结果,查70号车用汽油的汽化压力曲线图〔2〕,得出在该汽化压力下所对应的温度为28℃,即在当地接收70号车用汽油时,油温低于28℃就可以避免产生汽车装卸鹤管气阻。
三、消除汽车装卸鹤管气阻现象的措施
      上述分析结果表明,消除汽车装卸鹤管气阻实质上就是要使[hx]max≥ab。而ab的值是固定的,因此,只能从增大[hx]max上寻找突破口。分析式(1)可以看出,要增大[hx]max,就要增大pa,减小pv、vh及hw。因此,消除汽车装卸鹤管气阻的措施应考虑以下几个方面。
1、增大pa的措施
      (1)密闭充气加压卸油法卸油时,作用在油罐车液面上的是大气压,为了增大液面压力,汽车装卸鹤管与油罐车上口之间需要进行密封,并向油罐车内通入压缩空气,液面的表压不应大于0.05MPa。这一方法称为压力卸油或压力卸车,因密封操作比较烦琐,而且还给油罐车与汽车装卸鹤管对位增加了难度,现在已很少采用。
      (2)气动、液动潜油泵卸油法这两种方法虽不增大液面压力,但因潜油泵的增压作用而使汽车装卸鹤管内油料处于较高压力下流动,从而消除了气阻及汽蚀现象,这与增大液面压力的作用相同。

      气动潜油泵卸油法存在两个较大的弱点,一是不能长时间连续工作,二是气压系统不易密封,现已很少采用。
      液动潜油泵卸油装置主要由液动潜油泵和液压站两部分构成,见图3。液动潜油泵由液压马达和离心泵组成,其结构见图4。液压站由防爆电动机、液压油泵、油箱、溢流阀及管路附件组成。液压站是液动潜油泵的动力源,将电能转换成液压能,液压油通过油管驱动潜油泵液压马达,液压马达带动离心泵运转。
图3液动潜油泵卸油装置
      1—液压站;2—压油管;3—回油管;4—栈桥;5—操纵元件;6—汽车装卸鹤管;7—胶管;8—罐车;9—油泵
图4液动潜油泵结构图
      1—泵体;2—叶轮;3—轴套;4—机械密封;5—泵盖;6—输油管;7—马达液动潜油泵技术比较成熟,从根本上解决了气阻、汽蚀问题,使用效果较好,其缺点是要进行较大幅度的工艺改造,投资费用较高及设备安装操作复杂,检查维护工作量较大。常用潜油泵的性能参数见表1。
表1常用潜油泵的性能参数
泵型号
YQY45-6
YQY60-40YQY100-10 流量(m3/h)
45
60
100 扬程(m)
6
40
10 转速(r/min)
1650
2850
1800 泵口径(mm)
90
90
90 质量(kg)
10
15
13 功率(kW)
3.018.5
7.5
2、减小pv的措施
      降低油温液体的汽化压力pv随温度的下降而减小,因此,降低油温可以减小汽化压力pv,降低油温的主要措施如下。
      ①夜间或凌晨卸油。这是高温季节很多油库目前采用的主要方法。该方法不需要增加任何设备,缺点是延长了油罐车在油库内的停留时间,且晚上作业不方便。
      ②人工冷却。在油罐车上喷洒凉水,使之降温。该方法需要增加设备并消耗冷却水,且效果一般。
      ③混油降油温。油罐车中的油料卸至某一高度后,将储罐中温度较低的凉油回流到油罐车中掺合后再卸油,操作时应注意防止油罐车溢油。
倒序混层卸油法

      该方法是根据油罐车内油料温度上高下低的分布规律,采用倒序混层卸油装置进行卸油的一种方法。先下卸油罐车上层的高温油料,而后下卸油罐车下部的低温油料,从而合理利用油料液位与温度之间的特殊关系,有效消除了传统卸油工艺中卸油后期产生的气阻。
      根据测量,油罐车内部的油温为上层高、下层低,而且只在上半部有变化,中、下部很少变化,可近似认为油温为常数,一般不超过35℃。传统卸油工艺是将汽车装卸鹤管插入油罐车的底部,油料从汽车装卸鹤管下端的进口经汽车装卸鹤管卸出,先被卸出的是油罐车下部的油料,后卸出的是表面油料。因此,这种卸油过程明显存在高液位时卸低温油料,而低液位时卸高温油料的问题。由于这种卸油工艺不合理,在卸油后期,油罐车内的油料温度高而液位低,导致汽车装卸鹤管上部的剩余压力低于油料的汽化压力,因此,在高温季节极易产生气阻而无法卸净油料。
      倒序混层卸油装置的基本构造见图5。该装置由内套筒、外套筒、浮子及下部控制机构等组成,可直接固定在汽车装卸鹤管上。倒序混层卸油的过程为,开始卸油时,外套筒随浮子处于上部,油料从浮子与外套筒之间的流道进入,经套筒与汽车装卸鹤管之间的环状流道进入汽车装卸鹤管。与此同时,部分温度低的油料也会进入中部内、外套筒之间的流道,起到混层降温的作用,以防止因上部油温过高在此造成气阻。随着卸油过程的进行,液面不断下降,浮子和外套筒也随着下降,当浮子下降至一定高度(一般为1.2～1.3m)时,外套筒下缘触及下部流道控制机构的顶杆在重力作用下,密封环被提起,使油料从内套筒下部进入汽车装卸鹤管,直至卸完。
图5倒序混层卸油装置的构造
      倒序混层卸油法的特点为,结构简单,设计合理,维修保障简单易行,安装使用方便,不需外部动力,费用低,寿命长,运行安全可靠。该方法的缺点是,在高原地区(大气压较低),当油罐车内的油料温度过高时,气阻还会产生。

3、减小vh和hw的措施
      (1)降低泵的排出阀开度或降低电机转速,减小泵的流量。
      (2)增加同时收油的汽车~~装卸鹤管~~数量后,每根汽车装卸鹤管的流速和阻力损失均会降低,但是,如果同时运行的汽车~~装卸鹤管~~数量过多,也会增加操作难度。
      (3)在满足操作条件的前提下,应尽量降低汽车~~装卸鹤管~~高度,缩短长度,减少管路附件,增大管径。减小vh和hw的措施只能作为一种辅助性措施,而单独使用往往达不到预期目的。
      国内油料储运界对汽车装卸鹤管气阻问题进行了多年的研究和探索,提出过许多解决问题的方法,但目前仍存在许多不足之处。因此,应当在充分了解每项措施的原理、效果及优缺点的基础上,结合本单位的实际情况,采取有效的消除汽车装卸鹤管气阻的措施。

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