動車運用所壓力容器配置方法研究

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摘要：動車運用所主要負責動車組日常運用檢修，檢修庫中三層平臺渡板的起落控制、動車組設備艙的吹掃除塵、動車組濾網的除塵等作業，均需要壓縮空氣作為不間斷風源，因此動車運用所空壓站內壓力容器及后處理設備的選型與合理配置是保障動車組檢修作業的關鍵。壓力容器及后處理設備的配置不合理，會帶來嚴重的能源浪費，甚至引發壓力容器爆炸等安全事故。該文通過對壓力容器及后處理設備各組成部分存在的問題和隱患進行逐項分析，通過參數匹配、數值推算、工作原理等方法，使壓力容器容積選型、壓力容器設計壓力值選型、壓縮空氣干燥機選型與配置等環節得出最優解決方案，為安全生產提供保障，降低生產成本，杜絕安全事故的發生。

關鍵詞：動車運用所；壓縮空氣；壓力容器爆炸；安全事故

動車運用所空壓站壓力容器及相關后處理設備主要由止回閥、截止閥、儲氣罐、初級管道過濾器、冷凍式干燥機（或吸附式干燥機）、精級過濾器、分氣缸、壓縮空氣管路等組成[1]。具體組成示意圖如圖1所示。

1壓力容器及相關后處理設備選型、配置存在的問題

（1）壓力容器容積選型不當。容積選擇過大，增加成本投入，不滿足現場空間安裝；容積選擇過小，會造成空壓機頻繁啟停，損耗電能，而且加重空氣壓縮機工作負擔，最終導致設備損壞。（2）壓力容器設計壓力值選擇不當。設計壓力值選擇過低，易導致壓力容器爆炸；設計壓力值選擇過高，增加成本投入。（3）壓力容器附屬壓力表選型、配置不當。造成壓力表損壞、精度不達標、影響壓力值讀取。（4）壓力容器附屬安全閥的選型、安裝不當。造成安裝不便，極易損壞或造成壓力容器爆炸[2]。（5）壓縮空氣干燥機的選型不當。增加維護成本及維護工作量。

2解決方案

2.1壓力容器容積選型

壓力容器的容積必須與空氣壓縮機的產氣量相匹配，一般最低不得低于空氣壓縮機產氣量的1/10。例如：空氣壓縮機的產氣量為10nm3/min，則壓力容器的容積不得小于1m3。

2.2壓力容器壓力值選型算法研究

壓力容器出廠設計文件中包含兩種壓力值：一是最高允許工作壓力值，二是設計壓力值，這兩種壓力值為壓力容器出廠時的本身屬性[3]。其中最高允許工作壓力值為壓力容器在設計溫度條件下工作，容器頂部允許的最高工作壓力值；設計壓力值為壓力容器在相應設計溫度下，理論上，頂部可以承受的最大壓力值。而使用單位實際生產需要的最大壓力值稱為最高工作壓力值，最高工作壓力值根據現場實際需要由使用單位自行確定。最高工作壓力值、最高允許工作壓力值、設計壓力值三者的關系應滿足：最高工作壓力值＜最高允許工作壓力＜設計壓力值。實際工作中，壓力容器選擇最高允許工作壓力值越大越有利于安全生產，但還需考慮成本投入。為選擇適配的壓力容器壓力值，可結合最高工作壓力值，進行推算，最終得出壓力容器壓力選型參考值，具體算法如下。以動車運用所儲氣罐最高工作壓力值是0.85MPa（屬于壓力容器類型中的低壓等級）為例。（1）壓力容器安全閥整定泄放壓力值區間計算。0.85MPa×1.05＝0.89MPa0.85MPa×1.1＝0.93MPa安全閥整定泄放壓力值區間為0.89～0.93MPa。（2）為避免壓力容器爆炸危險，壓力容器最高允許工作壓力值應大于安全閥整定泄放壓力值。因此，壓力值關系式為：設計壓力值＞最高允許工作壓力值＞0.93MPa（取區間最大值）。（3）低壓等級容器壓力值范圍是0.1～1.6MPa，結合生產安全及成本投入雙重考慮，選擇此區間最大值，即1.6MPa。（4）綜上推算，選擇設計壓力值為1.6MPa的壓力容器為宜。

2.3壓力容器附屬壓力表選型、配置

壓力表選型應考慮以下因素：壓力表適用介質、壓力表量程、壓力表表盤直徑、壓力表精度等級。動車運用所空壓機間內壓力容器存儲介質為壓縮空氣，因此應選擇介質為空氣的壓力表；壓力表量程應為最高工作壓力的1.5～3倍，一般選擇最高工作壓力2倍量程的壓力表；壓力表表盤直徑不得小于100mm；固定式壓力容器壓力表精度等級依據設計壓力值確定，設計壓力小于1.6MPa的壓力容器，其壓力表精度不得低于2.5級；設計壓力大于等于1.6MPa的壓力容器，其壓力表精度不得低于1.6級[4-6]。

2.4壓力容器附屬安全閥的選型、安裝

安全閥分為彈簧式安全閥和杠桿式安全閥兩大類，其中彈簧式安全閥的特點是重量較輕、結構緊湊且簡單、有比較高的靈敏度、對于安裝的位置沒有限制；桿式安全閥體積龐大，不適用于作為動車運用所空壓機間內壓力容器的泄壓保護裝置。動車運用所空壓機間內儲氣罐安全閥應安裝在壓力容器的頂部，且安裝之前應送至地方市場監督管理局對其起跳壓力值進行整定校驗，整定壓力值應小于最高允許工作壓力值。

2.5壓縮空氣干燥機的選型

用于動車運用所三層平臺渡板、氣動工具吹掃作業等一般選用冷凍式干燥機，原因如下：（1）冷凍式干燥機價格便宜，成本低，且易于維護，能耗低，出氣效率高。冷凍式干燥機主要工作單元由壓縮機、蒸發器、冷凝器等組成，由在蒸發器中循環流動的冷媒對壓縮空氣進行降溫、去除水分，進口壓縮空氣全部由出氣口輸出，設備結構簡單[7]。（2）吸附式干燥機價格偏貴，成本高，存在能耗浪費。吸附筒中的濾芯需要定期更換，維護保養繁瑣，且吸附筒制造標準為《壓力容器》（GB150-2011），屬于特種設備，須由地方市場監督管理部門進行登記、注冊、監督檢驗及定期檢驗，后期維護費用較高。吸附式干燥機工作單元由A塔和B塔兩個部分組成，A、B交替工作，A塔吸附工作時，B塔被動脫附，以便吹干濾芯。A塔經干燥后的氣體并沒有全部流向生產，而是仍有約14%左右的氣體分支流向B塔，用于B塔脫附，造成能耗增加[8]。

2.6分氣缸選型

因分氣缸體積小，同時考慮其主要功能為分流壓縮空氣，為方便安裝、后期使用維護，一般選擇臥式。其他方面選型方法與壓力容器一致。

3結語

壓力容器作為特種設備，其制造、安裝、維修、操作、使用、維護保養均在國家及地方市場監督管理局監管范圍之內。特種設備運行質量與人身安全息息相關，全國多地曾發生壓力容器爆炸事故，造成了嚴重的生命及財產損失。作為配置大量壓力容器及后處理設備的鐵路車輛檢修部門，嚴格規范管理好壓力容器的各個環節，是安全生產的關鍵。

參考文獻

[1]王紀兵,侍吉清,陳軒,等.壓力容器目視檢測缺陷分析[M].北京:中國石化出版社,2020:27-273.

[2]周震.安全閥[M].北京:中國標準出版社,2020:35-89.

[3]喻健良,閆興清,伊軍,等.壓力容器安全技術[M].北京:化學工業出版社,2018:12-281.

[4]蔡茂林,石巖,朱未晴.壓縮空氣系統節能技術實用手冊[M].北京:機械工業出版社,2019:40-123.

[5]郭達.入口空氣參數對空壓機系統性能影響試驗研究[D].大連:大連理工大學,2018.

[6]樂瑞.空壓機組能耗診斷及節能技術在紡織領域的應用研究[D].西安:西安工程大學,2018.

[7]吳業正,李紅旗,張華.制冷壓縮機[M].北京:機械工業出版社,2017:20-85.

[8]宋健斐,張春梅,李志安,等.壓力容器與壓力管道技術基礎[M].北京:中國石化出版社有限公司,2020:11-265.

作者：馬騰 單位：中國鐵路北京局集團有限公司北京動車段