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◎本报记者 张景阳 通 讯 员 李宝乐

记者10月18日从包头稀土高新区获悉,北方创业有限责任公司(以下简称北方创业)自主研制的70吨级电加热型沥青罐车已出样车,各方面性能优于既有火管加热沥青罐车。

“目前,电加热技术在我国铁路货车上的应用尚属空白,研发70吨级电加热型沥青罐车是我们团队开拓性的创新,在项目的实施过程中,我们结合电加热关键技术研究成果,申报了电加热装置及罐车相关专利4项。”北方创业研发中心项目主管屠剑告诉记者。

传统火焰加热方式污染严重

北方创业副总经理高志雄给记者讲解了沥青的运输常识。沥青铁路运输方式为高温液态装车,罐内沥青随着运输时间的增加温度逐渐下降,由于沥青介质自身特性,导致其黏度增大、流动性变差,甚至凝结成固态,运输车辆到站后无法直接进行卸载作业,需要再将沥青加热到一定温度才行。

目前,国内铁路沥青罐车加热方式均为火焰加热,罐体内置火管,燃烧器中产生的高温烟气经由火管对罐内沥青进行加热。

“这种明火加热方式设备简单、操作容易,但存在加热效率低、沥青受热不均匀、加温套管烧损严重、火管易阻塞、火焰温度不可控、操作危险性高等问题,特别是加热过程中产生的大量烟气严重污染了环境。”高志雄说。

据屠剑介绍,从20世纪50年代开始,苏联、日本和欧美等国家便开始着手研究电加热方法和设备,并于60年代逐渐推广应用于粘油罐车等粘油设备。美国的相关企业都已对沥青储罐进行电加热技术革新,采用的电加热技术主要为辐射管式,辐射管内布线圈或电加热管。

“在欧洲、日本等公路相对较发达的国家和地区,沥青搅拌站使用电加热成为标准配置。”屠剑说道。

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由于我国环境保护、安全管理的力度越来越大,既有沥青罐车燃油火焰加热所产生的废气、排放废物等在大部分卸货点已经开始受到严格的控制,迫于环保的压力,急需对铁路沥青罐车加热系统进行改进,以满足环保要求,更好地服务于沥青运输市场。

为此,北方创业开展了70吨级电加热型沥青罐车研制。“铁路沥青罐车采用智能电加热方式替代火管加热方式,进一步满足了用户使用需求,提升了车辆装备技术水平,顺应了国家环境保护发展方向。”高志雄说道。

电加热兼顾运输需求和环保

据屠剑介绍,他们需要综合考虑沥青铁路运输需要和环保要求,要解决选用电能作为加热的能源,实现加热过程烟气零排放、环境零污染;解决沥青受热不均匀的问题,加热过程需可控制温度,保证沥青产品质量;要做到电加热系统操作安全、简单,方便检修维护等。

屠剑坦言,团队开展70吨级沥青罐车电加热关键技术,主要涉及沥青介质的传热特性研究、电加热装置部组件设计研究、电加热系统与铁路沥青罐车的匹配性研究、电加热智能控制技术研究等,掌握电加热关键核心技术,突破铁路沥青罐车电加热技术瓶颈,提高车辆加热卸料环保性能和安全可靠性。

“研发过程并不简单,我们首先完成了沥青介质相变特性、导热系数、热阻、粘温关系和热滞效应等物理特性研究,获得沥青介质物性参数。”屠剑说,在试验模型的设计中,罐体长度和直径与整车罐体的比例尺为1∶3,整车罐体加热与试验罐体加热时的换热机理以及流动场理论上相同,满足换热及流动特征数相似的条件。通过相似试验研究了罐体内部沥青介质自然对流传热流动机理,掌握了沥青介质的温度变化及温度场分布,进一步验证了在沥青罐车采用电加热技术的可行性。

70吨级电加热型沥青罐车在国内既有GL70型沥青罐车基础上创新采用电加热方式取代火管加热方式,以电能为驱动能源,实现了沥青介质加热卸料过程的绿色、环保。

高志雄表示:“该车与既有GL70型沥青罐车主体结构、技术参数相同,沿罐体纵向对称布置6根加热套管,采用总功率为140kW的电加热器,加热温度不超过550℃。”通过加热性能试验验证,70吨级电加热型沥青罐车与GL70型沥青罐车相比,加热速度提高30%,平均加热成本降低60%以上。

西南交通大学博士生导师戴焕云介绍,70吨级电加热型沥青罐车研制严格按照产品设计开发流程,先后通过了中国国家铁路集团有限公司组织的设计方案评审和样车技术评审,样车进行了车体静强度试验、车辆冲击试验、电加热器模态测试、装卸料及加热性能试验等,试验结果均满足相关标准和规范要求,保证了产品质量满足设计要求,70吨级电加热型沥青罐车处于国内先进水平。

今年9月,中石化炼销公司与北方创业签订《助力实现“碳达峰、碳中和”国家目标承诺,提升轨道装备技术合作框架协议》,根据合作框架协议,双方将在铁路沥青运输领域开展深层次合作,利用各自企业品牌与资源优势,进行70吨级电加热型沥青罐车推广。

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