某石化公司鐵運部輕油車間擔負著公司75%以上的煉油產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,充裝產品種類達23種,是保證產品后路暢通的重要環節。公司現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、鶴管滴漏油等問題,導致鶴管故障率較高,行走系統故障較為突出。

小鶴管的品種較多,用途十分廣泛,無論裝車或卸車作業都需要安裝一定數量的小鶴管。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,行車速度過快,容易與固定鋼架發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。

據統計,2012年上半年,臺二小鶴管崗位共發生16次小鶴管對不上位現象,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,出現變形。

(2)氣缸內氣壓大時,因現有齒輪軸、齒條材質不同,齒輪軸未經過熱處理,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,常出現齒條“打滑”現象,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精對位。

(3)水平移動小車因氣壓憋壓,產生的沖擊力造成導油鶴管結構變形或密封經常泄漏失效、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,運動中產生大的間隙,影響氣缸運行的平穩性。

(4)現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生滴漏。

歸納上述故障原因,主要是鶴管行走部分出現的問題,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進行了技術開發,新開發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,保證全部系統統一自動化控制,減少人為調整環節,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、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運動速度[1] 。在機械運行中,要求氣動執行元件能實現平穩的進給運動,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),可以發揮液壓傳動穩定、運動速度均勻的優點。

(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式和并聯式兩種。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式阻尼缸。

液壓缸和氣缸串聯成一個整體,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,油液只能經阻尼缸速度調節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] 。

調節閥的開口量,可調節活塞桿的運動速度,從而實現進給運動。當壓縮空氣經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。活塞桿與驅動齒條連接,驅動小車左右平移。該阻尼缸利用阻尼小孔代替一般節流閥,達到簡化設備節約成本的目的。

(3)該型氣液阻尼缸特點:結構得到簡化,泄漏環節減少。由于取消了單向節流閥和補油回路,整個系統得到簡化,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;調節簡單方便,利于自動控制。通過改變調節閥的開度,即可調節流量,從而控制活塞的運動速度,而且可以實現雙向調節,有利于實現自動控制。

在現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,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。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失誤率,提高了自動化操作程度。

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

(2)小鶴管行走小車系統通過液壓油的粘度與流量控制氣缸的運行速度與平穩性,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度,徹底消除了齒輪軸被打壞引起的齒條“打滑”現象。

(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)將分散控制系統改為集中聯鎖控制系統,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,減少了一次上槽車作業的步驟,降低了職工上下槽車帶來的安全風險。

(6)接油系統投用后,鶴管壁掛油得到有效回收,小鶴管下方沒有了油漬,減少油品裝車損耗,避免環境污染,提高經濟效益,實現綠色環保安全裝車。

(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。可以避免鶴管滴油造成油品浪費。據粗略計算,臺二24套接油系統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。對位時間對比如下表3。

由表3可知:改進后對位時間每節車可節省約130 s,2015年臺二共裝車14 521節,貨車使用費為每節每小時20 RMB￥,全年共節約貨車使用費為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、滴漏油回收系統經過近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境污染及行走氣缸故障,在生產作業過程中發揮了很好的作用。