火车装车鹤管VOCs治理改造

铁路装车大鹤管系统为WD-200B型液下密闭装车大鹤管，鹤管结构如图1所示。鹤管中段由一根金属软管连接，金属软管（规格DN200）长3200 mm、两端法兰连接，金属软管结构形式可以弥补鹤管对位槽车口左右行产生的位移串动量（图2）。铁路槽车大鹤管装车设备在装车结束后需进行空油操作，即将装油鹤管提升至罐车口附近，利用管线内残油自流卸入罐内，金属软管结构特点造成内部必然会形成凹陷，整体水平度无法保证统一、出现波峰波谷，这会导致油品残存在金属软管内部，受环境温度变化、过往火车振动等影响，油品逐渐从软管内流出、滴落至地面。

经过分析确定鹤管滴油的原因，制定下一步整改措施，替代金属软管结构形式。通过横向比较，同行业铁路装车大鹤管均为金属软管连接结构形式，最终在实际生产过程中受铁路装车悬臂式小鹤管结构启发，鹤管为硬管连接结构形式，通过两个转动结完成垂直管与槽车口的水平对位，猜想可否通过转动结实现大鹤管垂直管的水平对位。通过建立模型，在桌面上验证是否可以实现鹤管固定轨道上的水平位移对位（图3）。经过多次实验和测绘对比，确定改造后的连接结构形式为“转动结三联组件”，由9345334个90°转动结与直管段组成硬管延伸结构，代替现有的金属软管（图4）。

改造后鹤管装车控油效率、质量均得到提升，硬管连接段无存油直接表征为垂直管末端分油头处无油品滴落，控油时间由改造前60 s缩短至20 s，整列装车作业时间缩短30 min，在解决滴油环境污染问题同时明显提升装车作业时效。

目前铁路槽车密闭装车鹤管结构形式以板式密封帽为主，外加气缸动力压紧密封帽，气缸可直接作用在密封帽顶端提供轴向压紧力，也可以作用在拉紧机构，由拉紧机构供给密封帽轴向应力，最终使密封帽与槽车空紧密贴合，达到密闭装车安全环保要求。

大庆炼化公司铁路装车栈桥鹤管密封结构均为板式密封帽，压紧动力结构有3种形式，分别为依靠密封帽自重提供轴向压紧力、气缸直接作用在密封帽顶端提供轴向应力、气缸联动三爪卡钩借力槽车内壁提供轴向拉紧力。其中，三爪卡钩形式的密闭装车鹤管日常使用中故障率极高，密封系统大量损坏造成敞口装车作业，最终导致栈桥被迫停用。

三爪卡钩式鹤管主要是利用装车垂直管下落进入槽车，带动槽车口密封装置随之下落，板式密封帽坐落在槽车口后气缸作用三爪卡钩展开，爪端与槽车内罐壁紧密作用，三爪卡钩受反作用向下的轴向应力，板式密封帽联动被压缩，达到密封装车条件。考虑到这种密封装置探入槽车口起到导向作用的铝制圆筒直径与槽车口的直径相当、传动装置涡轮蜗杆的活动余量相对较小、冬季润滑油脂凝固会发生传动装置急停急动、以风源为驱动力的驱动系统动力源不稳定等客观因素，导致铝制密封帽对位槽车口的过程中与槽车口频发刚性碰撞，导致密封帽支撑架、环形缓冲圈、三爪卡钩大量损坏，装车系统无法实现密闭作业工况要求。

针对以上实际问题，将密封装置改造为一种找正装置小，利用风源注入气囊膨胀，在槽车口直管段进行密封的系统。减少使用三爪卡钩等传动系统，简化操作程序，以内密封的方式增强密封系统灵动性与严密性，达到防止油料飞溅和形成爆炸性可燃气体的目的。

密封帽由装车操作人员手动控制液压动作按钮，对位下放至槽车罐口，操作人员的技能熟练程度及个人素质直接影响密封帽对位槽车口的对中情况，每名装车人员多年实践工作后养成自己的一套操作手法，如下放鹤管操作习惯偏左或偏右、是否采用两次对位操作等，这些人为因素会造成密封帽与槽车口对中度存在偏差、缝隙。

汽油装车鹤管的密封帽使用过程中与槽车口频繁碰撞，行程机械损伤，在挥发油气腐蚀及室外环境共同作用下，密封帽下端面必然出现不同程度老化、破损，这种情况下密封帽即使与槽车口对中度较好，密封面也无法完全封。另外，在长期使用过程中火车槽车口的罐口上端面会出现不平整现象，这也会导致二者贴合面产生缝隙。

东北地区冬季室外环境变恶劣，低温环境造成设备传动部件迟缓，设备密封面频发失效漏油，各类室外阀门阀芯卡涩、开关不畅，夜间降雪天气下操作人员视线受影响，无法准确判断操作位置，恶劣的作业环境造成设备操作精度下降，密封帽对位不良产生缝隙。

火车装车大鹤管在装车作业过程中为连续作业模式，即罐区装车泵在不暂停的条件下装车作业要连续进行，双侧大鹤管交替进油装车，保证在爬车牵引下一节槽车对位时间段内，另一侧大鹤管必须处于进油装车状态，否则罐区装车泵会出现憋泵，电机终端保护器过载跳闸。所以大鹤管操作人员受罐区装车泵连续运转限制，鹤管对位操作不允许耗时过长，操作人员想通过多次调整鹤管左右行位置，从而提高密封帽与槽车口对中度，在实际装车作业过程中客观因素不允许。

装车油气从密封帽与槽车口缝隙挥发至环境空气中，对周边大气造成一定污染，这种装车状况无法实现密闭装车作业，造成配套油气回收装置无法对油气较好地进行回收、环保处理，不满足GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》。

密封帽与罐口存在的缝隙增加油品雾化及蒸发，夏季高温环境下增大静电闪爆风险。与此同时环境中空气可从缝隙随油气进入油气回收装置，对工艺处理造成一定影响，存在较大的安全隐患。

在整个装车过程中从密封帽与槽车口泄漏油的气融入空气，油气在生产环境中以蒸气的形式经呼吸道吸入人体，通过血液循环到人的大脑，对神经系统产生毒害作用，长期可能会引起慢性中毒。现场装车员工也会出现头发变白、皮肤糙裂、血压忽高忽低等身体亚健康状况。

分析后认为现有密封帽的结构形式是失效的根本原因，为此研发了图5所示的新式气囊式密封帽，利用结构优势弥补人为操作因素，从根本上解决问题。该密封系统与输油鹤管采用法兰连接的方式固定，主要由5334个部分组成：(1)密封帽的主体支撑架，主要作用为安装气囊及锥型保护胶墩；(2)环形耐油气囊，气囊充压后径向膨胀与槽车口精密贴合，为密封系统的核心部件；(3)密封装置最底端的圆锥形胶墩，在密封装置下落过程中具有导向、缓冲作用，可以有效保护气囊受损、延长设备使用寿命；(4)为气囊提供气源的配套系统，由减压阀、放空阀、金属软管、压力表等部件组成。

现场试用气囊密封帽，现场环境油气挥发量显著降低，但使用仪器检测依然存在微量渗漏情况，并且鹤管对位下放操作造成一定的不便（图6）。

通过在罐口的内壁与法兰固定体之间设置气囊，既可以实现输油垂直管与罐口的良好密封，同时在法兰固定体的下端设置防碰体，有效保护气囊不受损坏。气囊密封盖具有结构简单、改造方便，密封效果好，对位操作方便、油气泄漏率极低的特点（图7）。

气囊放气后为V弧形状方便下放及上提鹤管，充气后为鼓圆形状、形成极佳的密封副（图8）。优点是膨胀系数大，单边膨胀50 mm，能满足各种车型使用。上有平面铝板，能消除对位撞击产生火花。有锥形防碰、导向机构，对位时，当锥形铝导向进入车内，气囊充气后鹤管自动对中，同时如鹤管对偏位，还可保护气囊不被撞坏。气囊有耐油、耐苯、耐老化、使用寿命长、防静电功能。盖板上安装压紧密封装置，双层密封结构更好的防治油气溢出。

新型密封帽结构核心原理为囊式充气膨胀密封技术，气囊与特制保持架装配组对下放至槽车罐车口位置。利用氮气对收缩状态气囊进行冲压，气囊膨胀与罐车口内壁紧密贴合，实现密闭装车作业。人为操作鹤管下放时，密封帽与罐车口对中度的允许偏差量放宽，气囊膨胀后依靠其膨胀系数可以自动补偿对中偏差量，设备密闭性能可靠、操作便捷。密封气囊充压自动补偿间隙功能可以快速、有效地达到密闭装车条件，操作简单无需反复对位。

现场罐车充装时，设备监测中心监测人员使用手持氢火焰离子化检测仪在罐口0 cm处检测，VOCs (Volatile Organic Compounds，挥发性有机物）排放值均≤2000μmol/mol。监测结果符合《石油炼制工业污染物排放标准》中5.3.4规定的泄漏确认条件，“泄漏的认定出现以下情况，则认定发生了泄漏：a）有机气体和挥发性有机液体流经的设备与管线组件，采用氢火焰离子化检测仪（以甲烷或丙烷为校正气体），泄漏检测值大于等于2000μmol/mol。”的要求。经过实践证明，本套密封帽设备能够满足现阶段石油炼化行业内VOCs环境治理相关规范要求。