铁路机务段、车辆段节能分析

李晓兵

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处 ，天津 300251)

铁路机务段、车辆段节能分析

李晓兵

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处 ，天津 300251)

为了达到从源头控制铁路机务段、车辆段投入运行后的年综合能耗，本文根据铁路机务段、车辆段设施设备能耗现状及构成的特点，以实际工程项目为例，对机务段及车辆段选址、机务段及车辆段总平面布置、用电及用油设施设备的能耗进行了节能分析，通过以上分析可为相关工程的节能设计提供参考和借鉴。

铁路机务段、车辆段设施；能耗；总平面布置；用电及用油设施；节能分析

铁路机务段、车辆段工程既是铁路基础设施，也是固定资产投资项目，更是能源消耗的主要对象。在项目前期规划中对以上工程设计从源头控制其投入运行后的年综合能耗，是实现节能减排约束性指标的重要方法。本文结合铁路机务段、车辆段设施设备的能耗现状及构成特点，提出各能源消耗主体的节能分析内容，并运用于具体的机务段、车辆段工程中。

1 节能设计的现状

目前，铁路机务段、车辆段设施设备节能设计主要依据《铁路机务设备设计规范》(TB10004)、《铁路客车车辆设备设计规范》(TB10029)、《铁路货车车辆设备设计规范》(TB10031)、《机械工业工程节能设计规范》(GB 50910)及《铁路工程节能设计规范》(TB10016)的有关规定，在此基础上，选择适宜的机务段及车辆段位置，机务段、车辆段的总平面布置，机务段、车辆段等各车间工艺设计及设备选型，以达到节约能源的目的。

2 节能分析的主要内容

铁路机务段、车辆段设施设备通常由机务段及车辆段选址、机务段及车辆段总平面布置、整备和检修设施设备组成，而该系统的能源消耗种类主要是电能、燃油等。

根据以上机务段、车辆段设施的特点，对以下内容进行节能分析。

(1)机务段及车辆段选址。

(2)机务段及车辆段总平面布置。

(3)用电设备。

(4)用油设施。

3 节能分析

3.1 机务段、车辆段选址

为了减少机车、车辆出入段的走行距离，减少不必要的能源消耗，从节能方面考虑，要求机务段、车辆段要靠近车站布置，缩短与车站之间的走行距离；其位置结合车流作业的方向，设在车流出入作业多的一段，可减少大部分机车、车辆的无效走行距离，对减少机车空走能耗非常有利。

以“伊和吉林至珠恩嘎达布其线铁路工程”为例，分析机务折返段选址对能耗的影响。

该项目珠恩嘎达布其为边境口岸站，处于机车交路的末端，机务段位于宽轨到发场与准轨到发场之间，近期位于车站北端，其南端与车站相连。两方案主要优缺点见表1。

由表1可知，若机务折返段位于车站北端靠近蒙古国方向，入段机车从国内方向驶来，首先要经过车站到发线1 050m，然后经过出入段线，方可入段进入整备待班线，出段过程则相反，机车出段走行距离距离较长。若将折返段与货场同侧置于车站南端，则到达机车入段走行距离长，还存在车站调车、机车出入段作业均集中于车站一端咽喉区，咽喉区作业紧张，交叉干扰大，增加机车在车站内等待时间以及起停次数等缺点，同样会增加油耗。

表1 折返段选址方案对比表

方案车站北端(设计推荐)车站南端优点对车站调车作业干扰小，车站两端作业量平衡。到达机车入段走行距离短出发机车出段走行距离短缺点出发机车出段走行距离较长，增加机车空走能耗到达机车入段走行距离长，车站作业量集中于一端，交叉干扰大，增加机车作业等待或起停能耗

3.2 机务段、车辆段总平面布置

优化机务段、车辆段总平面布置，合理确定运用、检修工艺流程，使机车、车辆在段内运行合理，避免机车车辆在段内不必要的调车作业，可节约牵引能耗。

以“哈尔滨站改造工程”为例，分析哈南机务段平面布置对能耗的影响。

哈南机务段改建情况如图1：

拆除既有J17、J18、J19、J11、J12和J13股道和新建贯通式J34、J6、J7、J37、J38和J39的贯通式整备线(约2km)，使机务段内机车整备和检修作业流程更为顺畅，减少机车折角次数和站内作业走行距离，降低机车走行时间约6min(改建前从入整备库到出检修库时间为26min，改建后从入整备库到出检修库时间为20min)。

图1 哈尔滨南机务段改建总平面图

《列车牵引计算规程》[1]规定电力机车出入段每小时100kW·h，经计算，改建后的哈南机务段总平面单列车节约走行能耗为10kW·h，日节约走行能耗为1 650kW·h(日整备车次165列)，按全年365天运行计，得出总平面布置优化后年节电量与投资回收期对照见表2。

表2 总平面布置优化后年节电量与投资回收期分析

新建线路长度/m年节约运行时间/h年节约耗电量/(104kW·h)实际电价/〔元/(kW·h)〕年电费/万元新建线路长度成本/万元静态回收期/a(h)20006022 560 2250 9557 211001 75(10527)

由表2可知，改建优化后的机务段平面布置，节约了机车出入段的时间，节能效果显著。

3.3 用电设备

各类用电设备包括专用检修设备和通用设备；

3.3.1 专用检修设备

机务段、车辆段专用检修设备主要有清洗机、抛丸除锈设备、电焊机、车轮车床、不落轮镟车床、移车台、喷漆烘干设备和调梁机等。

目前随着铁路建设的发展，机务段、车辆段的检修、检测设备也得到创新和发展，设备种类不断增多，检修手段也日趋完善。这不仅保证了检修质量，也减轻了工人的劳动强度。由于铁路检修设备大多属于非标设备，设备的电能消耗为机务段、车辆段能耗的重点，因此在设计时应注重采用新工艺、新技术和新设备，并注意调整由于设计工艺变化和采用新设备引起的工艺和设备不匹配问题。要注意及时淘汰技术落后耗能高的设备。设备选用时要特别注意选用经中国铁路总公司或有关部门鉴定，符合国家节能要求的产品。

(1)各类专用设备应合理配置电机功率和台数，对容量大、启动频繁的电力拖动设备，应使用变频调速、自动化控制等电子节能技术。

(2)电加热、干燥设备应采用远红外、感应加热等节能技术，在应用远红外技术时，要遵从波谱匹配原理。

(3)内燃机车水阻试验设备应采用旋转变流机组或可控硅逆变装置将电能回收利用。

(4)客车整备所和动车运用所目前均配备外皮洗刷设备。外皮洗刷设备不仅能耗高用水量也大，设计节能需考虑建设污水处理站等设施，做到水的重复利用。例如：16辆编组动车组外皮洗刷每列约需用水13 m3，若重复使用只需补水3 m3。

3.3.2 通用设备

通用设备包括空气压缩机、起重机械、水泵等设备。

3.3.2.1 空气压缩机

压缩机的主要节能技术有如下几个方面：压力流量控制技术、提高压缩机自身效率、压缩机中央集中控制系统、压缩机采用变频调速技术、压缩空气系统管路优化、压缩机热回收技术和压缩空气干燥工艺改进技术[2]。

压缩机的电热消耗分布如图2所示，除去辐射到环境中和存于压缩空气自身的热量外，剩余94%的能量均可以采用余热回收的方式加以利用。

图2 空气压缩机能耗图

回收后的压缩机余热用途广泛，主要有如下几个方面[3-4]：

(1)制取热水，用于洗澡等

如机务段、车辆段内检修车间的检修工人等，可将回收的压缩机余热加热自来水到50～60℃，供工人洗澡使用。

(2)采暖用热

很多地区冬季需要供热采暖，而这部分热量往往是利用锅炉加热提供的；现回收压缩机的余热用于采暖，不但节省了能源的消耗，还可以减少机务段及车辆段内锅炉的容量，进一步降低设备上的投资。

以110kW压缩机为例，用于压缩空气的消耗的电能约占轴功率的15%，即16.5kW，转化余热浪费的电能约占轴功率的85%，即93.5kW；1h浪费热量1.91×104kJ，1天12h浪费热量22.93×104kJ，1年365天浪费热量8 370.76×104kJ；如果选用配套热回收系统大约可以回收余热50%左右，即占压缩机轴功率的40%左右，则110kW压缩机每年可回收热量35 040×50%=20.35×104kW·h，相当于每年节省标煤25t。

从以上分析得出压缩机采用热回收系统后的年节电量与投资回收期对照见表3。

表3 压缩机采用热回收系统的年节电量与投资回收期分析

负载/kW年运行时间/h年节约耗电量/(104kW·h)实际电价/[元/(kW·h)]年电费/万元热回收系统采购成本/万元静态回收期/a(h)110438020 350 9519 33150 78(3399)

由表3可知，压缩机采用热回收系统后，节电量较多，投资回收期较短，节能效果显著。

3.3.2.2 起重机械

起重机主要的节能技术有如下几个方面：材料、结构、电气等因素。

(1)材料节能

采用铝合金结构的桥式起重机和门式起重机，自重可减轻30%～60%；采用高强尼龙滑轮代替钢质滑轮可延长滑轮寿命3～5倍，自重可减轻87.5%，且导热、绝缘、自润滑、弹性和抗冲击性能均优于钢质滑轮；滚动轴承采用氮化硅和碳化硅高陶瓷轴承，耐高温，摩擦系数小，能耗少。

(2)结构节能

起重机结构自重大，金属结构约占整机成本的1/3、重量的40%～70%，重型起重机可达90%以上，减轻桥架的自重、采用桥架运行机构及减轻起升机构的重量不但可以节省原材料，而且也相应减轻了机构的负荷和降低支承结构的造价[5]。

(3)电气节能

选用节能电机、采用变频调速和能量回收装置。

回收从势能转换的电能，通过起重机的供电装置向公共供电网络回送，可达到节能的目的。据估算，重量为430t的重物每下降1m，可向电网回馈电1kW·h。以“上海港集装箱码头的货柜处理量”估算，1台集装箱起重机1年的势能回收发电量可达60 000kW·h以上[6-7]。

3.3.2.3 水泵

泵类产品的设计效率由于设计方法、材料和制造工艺等因素的影响而存在着一定的差距，主要的节能技术是尽量采用高效率设备并使他们能在多数时间内运行于高效率区。

表4给出了某进口品牌水泵采用高效电动机的年节电量与投资回收期分析。一台电动机负载为45kW的水泵，电动机效率仅仅提高1.17%，年运行3 600h，就能节电近2 086kW·h[8]。

表4 水泵采用高效电动机的年节电量与投资回收期分析

负载/kW电动机效率/%每小时耗电量/kW年运行时间/h实际电价/[元/(kW·h)]年电费/元年电费差/元水泵采购成本/元采购成本差/元静态回收期/a(h)4593 548 12836000 951645982086900020000 96(3451)94 747 51836000 9516251211000

与采用高效率设备相比，通过合理设计，使设备在多数时间内运行于高效率区，往往节能更显著且性价比更高。

3.4 用油设施

油品的能耗，包括内燃机车牵引能耗、其它燃油动力车辆能耗、装卸机械、部分润滑油脂及机具的动力消耗；其节能的重点主要有以下几个方面。

3.4.1 油库选址及平面布置

石油库库址的选择，宜靠近机车整备场，并使产、运销各个环节的综合能耗最小。

石油库平面布置应布局紧凑、功能分区、流向合理、缩短物流距离，工艺流程应在满足生产要求的前提下，力求简化、减少周转、流程顺畅，并合理利用地形高差实现自流输送，减少能源消耗。

3.4.2 降低设备能耗

油泵的类型和型号应根据油品的性质和工艺要求合理选用高效率的泵，选用泵的效率不应低于60%，输送量100～300m3/h的泵，其效率不应低于65%。油品管道的直径宜按“经济管径”计算确定，并应根据泵的动力特性和管道特性的匹配进行调整。

3.4.3 减少油品损耗

管道上低点放空和检修用法兰等的附件数量，应减少到最低程度，机务段应设废油回收装置。

3.4.4 增强隔热效果

严寒和寒冷地区机务段油库储油罐及输送管道应采用保温隔热措施。保温管道上的阀门、法兰等附件均应保温，可保证油品入罐后仍有较高的温度，减缓油品温度的降低，可以大大降低燃油成本。

4 结论

铁路机务段、车辆段设施设备节能是铁路基础设施节能工作的重点，开展铁路机务段、车辆段设施设备节能分析是一项崭新的课题，需要多专业、多学科的协调配合，通过以上分析可对其设施在运行期的耗能进行客观、科学的节能分析，为相关工程的节能设计提供参考和借鉴。

[1] TB/T 1407—1998，列车牵引计算规程[S].

[2] 周佃民.压缩空气系统节能技术综述[J].节能技术与产品，2010(10)：36-40.

[3] 张浩，闵圣恺.空气压缩机的热回收改造实践[J].电机系统节能，2009(2)：8-10.

[4] 胡慧莉，陈力，周建军.浅谈压缩空气系统节能技术 [J].规划与设计，2013(2)：21-22.

[5] 李竹森，罗君文.起重机节能技术概述及展望[J].中国水运，2014(5)：145-146.

[6] 葛翔，陈裕峰.起重机能耗状况的实测与分析[J].起重运输机械，2010(3)：6-9.

[7] 王松雷.桥门式起重机节能设计研究[J].建筑机械，2010(9)：61-65.

[8] 伍小亭.暖通空调节能设计思考[J].暖通与空调，2012(7)：8-9.

Railway Vehicles Facilities Energy-saving Analysis

LI Xiaobing

(TheThirdRailwaySurvey&DesignInstituteGroupCorporationMechanicalPowerAndEnvironmentalEngineeringDepartmentEIASection,Tianjin300251,China)

In order to control at the source of annual comprehensive energy consumption since railway vehicles facilities and equipment put into operation, this article made an energy-saving analysis. It is according to the present energy consumption situation and construction characteristics of railway vehicles, facilities and equipment, taking the actual project as examples, analysis the energy consumption of locomotive depot and location, locomotive general layout, electricity and oil consumption facilities and equipment. This analysis can provide reference for related energy-saving design of engineering project.

railway locomotive, vehicles and facilities; energy consumption, general layout; electricity and oil consumption facilities; energy-saving analysis

2016-09-12；

2016-09-21

李晓兵(1975—)，男，天津人，研究生，高级工程师，主要从事铁路工程项目节能评估方面的工作。

2095-1671(2016)05-0235-05

TK01+<8 class="emphasis_bold">8 文献标志码：B8

B