電加熱技術讓瀝青運輸實現“綠色”轉型

業界 | 2021-10-21 13:17:27
時間:2021-10-21 13:17:27   /   來源: 科技日報      /   點擊數:()

記者10月18日從包頭稀土高新區獲悉,北方創業有限責任公司(以下簡稱北方創業)自主研制的70噸級電加熱型瀝青罐車已出樣車,各方面性能優于既有火管加熱瀝青罐車。

“目前,電加熱技術在我國鐵路貨車上的應用尚屬空白,研發70噸級電加熱型瀝青罐車是我們團隊開拓性的創新,在項目的實施過程中,我們結合電加熱關鍵技術研究成果,申報了電加熱裝置及罐車相關專利4項。”北方創業研發中心項目主管屠劍告訴記者。

傳統火焰加熱方式污染嚴重

北方創業副總經理高志雄給記者講解了瀝青的運輸常識。瀝青鐵路運輸方式為高溫液態裝車,罐內瀝青隨著運輸時間的增加溫度逐漸下降,由于瀝青介質自身特性,導致其黏度增大、流動性變差,甚至凝結成固態,運輸車輛到站后無法直接進行卸載作業,需要再將瀝青加熱到一定溫度才行。

目前,國內鐵路瀝青罐車加熱方式均為火焰加熱,罐體內置火管,燃燒器中產生的高溫煙氣經由火管對罐內瀝青進行加熱。

“這種明火加熱方式設備簡單、操作容易,但存在加熱效率低、瀝青受熱不均勻、加溫套管燒損嚴重、火管易阻塞、火焰溫度不可控、操作危險性高等問題,特別是加熱過程中產生的大量煙氣嚴重污染了環境。”高志雄說。

據屠劍介紹,從20世紀50年代開始,蘇聯、日本和歐美等國家便開始著手研究電加熱方法和設備,并于60年代逐漸推廣應用于粘油罐車等粘油設備。美國的相關企業都已對瀝青儲罐進行電加熱技術革新,采用的電加熱技術主要為輻射管式,輻射管內布線圈或電加熱管。

“在歐洲、日本等公路相對較發達的國家和地區,瀝青攪拌站使用電加熱成為標準配置。”屠劍說道。

由于我國環境保護、安全管理的力度越來越大,既有瀝青罐車燃油火焰加熱所產生的廢氣、排放廢物等在大部分卸貨點已經開始受到嚴格的控制,迫于環保的壓力,急需對鐵路瀝青罐車加熱系統進行改進,以滿足環保要求,更好地服務于瀝青運輸市場。

為此,北方創業開展了70噸級電加熱型瀝青罐車研制。“鐵路瀝青罐車采用智能電加熱方式替代火管加熱方式,進一步滿足了用戶使用需求,提升了車輛裝備技術水平,順應了國家環境保護發展方向。”高志雄說道。

電加熱兼顧運輸需求和環保

據屠劍介紹,他們需要綜合考慮瀝青鐵路運輸需要和環保要求,要解決選用電能作為加熱的能源,實現加熱過程煙氣零排放、環境零污染;解決瀝青受熱不均勻的問題,加熱過程需可控制溫度,保證瀝青產品質量;要做到電加熱系統操作安全、簡單,方便檢修維護等。

屠劍坦言,團隊開展70噸級瀝青罐車電加熱關鍵技術,主要涉及瀝青介質的傳熱特性研究、電加熱裝置部組件設計研究、電加熱系統與鐵路瀝青罐車的匹配性研究、電加熱智能控制技術研究等,掌握電加熱關鍵核心技術,突破鐵路瀝青罐車電加熱技術瓶頸,提高車輛加熱卸料環保性能和安全可靠性。

“研發過程并不簡單,我們首先完成了瀝青介質相變特性、導熱系數、熱阻、粘溫關系和熱滯效應等物理特性研究,獲得瀝青介質物性參數。”屠劍說,在試驗模型的設計中,罐體長度和直徑與整車罐體的比例尺為1∶3,整車罐體加熱與試驗罐體加熱時的換熱機理以及流動場理論上相同,滿足換熱及流動特征數相似的條件。通過相似試驗研究了罐體內部瀝青介質自然對流傳熱流動機理,掌握了瀝青介質的溫度變化及溫度場分布,進一步驗證了在瀝青罐車采用電加熱技術的可行性。

70噸級電加熱型瀝青罐車在國內既有GL70型瀝青罐車基礎上創新采用電加熱方式取代火管加熱方式,以電能為驅動能源,實現了瀝青介質加熱卸料過程的綠色、環保。

高志雄表示:“該車與既有GL70型瀝青罐車主體結構、技術參數相同,沿罐體縱向對稱布置6根加熱套管,采用總功率為140kW的電加熱器,加熱溫度不超過550℃。”通過加熱性能試驗驗證,70噸級電加熱型瀝青罐車與GL70型瀝青罐車相比,加熱速度提高30%,平均加熱成本降低60%以上。

西南交通大學博士生導師戴煥云介紹,70噸級電加熱型瀝青罐車研制嚴格按照產品設計開發流程,先后通過了中國國家鐵路集團有限公司組織的設計方案評審和樣車技術評審,樣車進行了車體靜強度試驗、車輛沖擊試驗、電加熱器模態測試、裝卸料及加熱性能試驗等,試驗結果均滿足相關標準和規范要求,保證了產品質量滿足設計要求,70噸級電加熱型瀝青罐車處于國內先進水平。

今年9月,中石化煉銷公司與北方創業簽訂《助力實現“碳達峰、碳中和”國家目標承諾,提升軌道裝備技術合作框架協議》,根據合作框架協議,雙方將在鐵路瀝青運輸領域開展深層次合作,利用各自企業品牌與資源優勢,進行70噸級電加熱型瀝青罐車推廣。

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