動車運用所壓力容器及后處理設(shè)備選型與配置方法研究

馬騰

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-7782

摘? 要：動車運用所主要負責(zé)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(shè)備艙的吹掃除塵、動車組濾網(wǎng)的除塵等作業(yè)，均需要壓縮空氣作為不間斷風(fēng)源，因此動車運用所空壓站內(nèi)壓力容器及后處理設(shè)備的選型與合理配置是保障動車組檢修作業(yè)的關(guān)鍵。壓力容器及后處理設(shè)備的配置不合理，會帶來嚴重的能源浪費，甚至引發(fā)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(shè)備各組成部分存在的問題和隱患進行逐項分析，通過參數(shù)匹配、數(shù)值推算、工作原理等方法，使壓力容器容積選型、壓力容器設(shè)計壓力值選型、壓縮空氣干燥機選型與配置等環(huán)節(jié)得出最優(yōu)解決方案，為安全生產(chǎn)提供保障，降低生產(chǎn)成本，杜絕安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：動車運用所? ?壓縮空氣? ?壓力容器爆炸? ?安全事故

中圖分類號：U26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）09（a）-0038-03

Study on Selection and Configuration Method of Pressure Vessels and Post-processing Equipment in EMU

Operation Station

MA Teng

（Beijing EMU， China Railway Beijing Bureau Group Co.， Ltd.， Beijing， 102613 China）

Abstract： The EMU operation station is mainly responsible for the daily operation and maintenance of the EMU.Compressed air is required as an uninterrupted air source for the control of the landing of the three-layer platform ferry in the maintenance warehouse， the sweeping and dust removal of the EMU equipment compartment， and the dust removal of the EMU filter. Therefore， the selection and reasonable configuration of the pressure vessel and post-processing equipment in the air compressor station of the EMU are the key to ensuring the maintenance of the EMU. The unreasonable configuration of pressure vessels and post-processing equipment will cause serious energy waste and even cause safety accidents such as pressure vessel explosions. This article analyzes the problems and hidden dangers of each component of the pressure vessel and post-processing equipment item by item， and selects the pressure vessel volume， pressure vessel design pressure value， and compression through parameter matching， numerical calculation， and working principles. Air dryer selection and configuration and other links have reached the optimal solution to provide guarantee for safe production， reduce production costs， and prevent safety accidents.

Key Words： EMU; Compressed air; Pressure vessel explosion; Safety incident

動車運用所空壓站壓力容器及相關(guān)后處理設(shè)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(guān)后處理設(shè)備選型、配置存在的問題

（1）壓力容器容積選型不當(dāng)。容積選擇過大，增加成本投入，不滿足現(xiàn)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(dān)，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞。

（2）壓力容器設(shè)計壓力值選擇不當(dāng)。設(shè)計壓力值選擇過低，易導(dǎo)致壓力容器爆炸;設(shè)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(dāng)。造成壓力表損壞、精度不達標(biāo)、影響壓力值讀取。

（4）壓力容器附屬安全閥的選型、安裝不當(dāng)。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(dāng)。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(chǎn)氣量相匹配，一般最低不得低于空氣壓縮機產(chǎn)氣量的1/10。例如：空氣壓縮機的產(chǎn)氣量為10 nm3/min，則壓力容器的容積不得小于1 m3。

2.2 壓力容器壓力值選型算法研究

壓力容器出廠設(shè)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(shè)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(shè)計溫度條件下工作，容器頂部允許的最高工作壓力值;設(shè)計壓力值為壓力容器在相應(yīng)設(shè)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(chǎn)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(jù)現(xiàn)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(shè)計壓力值三者的關(guān)系應(yīng)滿足：最高工作壓力值<最高允許工作壓力<設(shè)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(chǎn)，但還需考慮成本投入。為選擇適配的壓力容器壓力值，可結(jié)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0.85 MPa（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(qū)間計算。

0.85MPa×1.05=0.89MPa

0.85MPa×1.1=0.93MPa

安全閥整定泄放壓力值區(qū)間為0.89～0.93 MPa。

（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(yīng)大于安全閥整定泄放壓力值。因此，壓力值關(guān)系式為：

設(shè)計壓力值>最高允許工作壓力值>0.93 MPa（取區(qū)間最大值）。

（3）低壓等級容器壓力值范圍是0.1～1.6 MPa，結(jié)合生產(chǎn)安全及成本投入雙重考慮，選擇此區(qū)間最大值，即1.6 MPa。

（4）綜上推算，選擇設(shè)計壓力值為1.6 MPa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(yīng)考慮以下因素：壓力表適用介質(zhì)、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(nèi)壓力容器存儲介質(zhì)為壓縮空氣，因此應(yīng)選擇介質(zhì)為空氣的壓力表;壓力表量程應(yīng)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100 mm;固定式壓力容器壓力表精度等級依據(jù)設(shè)計壓力值確定，設(shè)計壓力小于1.6 MPa的壓力容器，其壓力表精度不得低于2.5級;設(shè)計壓力大于等于1.6 MPa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(jié)構(gòu)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(nèi)壓力容器的泄壓保護裝置。動車運用所空壓機間內(nèi)儲氣罐安全閥應(yīng)安裝在壓力容器的頂部，且安裝之前應(yīng)送至地方市場監(jiān)督管理局對其起跳壓力值進行整定校驗，整定壓力值應(yīng)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(yè)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(fā)器、冷凝器等組成，由在蒸發(fā)器中循環(huán)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(yǎng)繁瑣，且吸附筒制造標(biāo)準(zhǔn)為《壓力容器》（GB 150-2011），屬于特種設(shè)備，須由地方市場監(jiān)督管理部門進行登記、注冊、監(jiān)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(jīng)干燥后的氣體并沒有全部流向生產(chǎn)，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(jié)語

壓力容器作為特種設(shè)備，其制造、安裝、維修、操作、使用、維護保養(yǎng)均在國家及地方市場監(jiān)督管理局監(jiān)管范圍之內(nèi)。特種設(shè)備運行質(zhì)量與人身安全息息相關(guān)，全國多地曾發(fā)生壓力容器爆炸事故，造成了嚴重的生命及財產(chǎn)損失。作為配置大量壓力容器及后處理設(shè)備的鐵路車輛檢修部門，嚴格規(guī)范管理好壓力容器的各個環(huán)節(jié)，是安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

參考文獻

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