铁路煤炭运输防冻车方法探究及应用分析

朱文君

摘要：为积极应对北方冬季气温变化对运输组织的影响，提高装卸车效率，进一步适应铁路货运改革新要求，确保正常运输秩序，实现货物运输增量和行车安全，切实加强铁路煤炭运输防冻车管理工作。本文探究了一种高效的煤炭运输防冻剂和改良的喷洒工艺，具有优良的防冻性、环保性、经济性和防腐防锈性，应用效果极佳，推广性强。

Abstract： In order to actively respond to the impact of winter temperature changes in the north on transportation organizations， improve the efficiency of loading and unloading trucks， further adapt to the new requirements of railway freight reform， ensure normal transportation order， realize the increase of freight transportation and driving safety， and effectively strengthen the management of railway coal transportation antifreeze vehicles， this article explores an efficient coal transport antifreeze and improved spraying process， which has excellent antifreeze， environmental protection， economy and corrosion and rust resistance， excellent application effect and strong promotion.

关键词：铁路运输;煤炭;防冻液;喷洒工艺

0  引言

冬季铁路煤炭运输受气温变化、煤炭属性、车型车种、防冻液质量、喷洒作业程序、装车组织、运输卸车组织等因素影响，易发生冻结，难以卸车，严重影响企业效益和车辆周转[1]。多年来，铁路相关部门和装车企业主要通过提前组织部署、强化设备整治、严控防冻液质量、规范作业程序、抓好卸车组织、优化运输组织、严格责任考核等措施开展防冻车工作。准能煤炭经销公司所属肖家煤炭集运站主要担负准能集团外购煤和力量煤业大饭铺煤矿自产煤装车发运任务，因其煤炭含水量高（平均13%）、煤泥分离不彻底、万吨单元列车分批装车、待取待挂待送时间长、配空不当，防冻车任务艰巨。通过探索和实践，本文主要从我站防冻液配比质量和喷洒工艺优化两个关键环节入手，论述如何解决高风险货源的防冻车问题。

1  装车企业面对冻车高风险煤种的管控难点

1.1 防冻液配制没有统一的技术标准，产品性能相差较大

目前，防冻液已成为煤炭在铁路运输过程中防冻车的重要手段。合格的防冻液不但具有优良的防冻效果，而且无毒或低毒、对车辆无腐蚀、避免造成环保问题[2]。随着防冻液在山西、陕西和内蒙古等地的大范围推广使用，通过市场调研由于没有统一的配制标准，大多数防冻液产品原料单一，配比不合理，单一追求冰点指标，忽略粘度、金属腐蚀性及皮肤刺激度要求，金属腐蚀性强、环境污染严重，产品性能相差较大，极易造成环境污染、冻车，影响运输效率，成本居高不下[3]。

1.2 防冻液喷洒成套设备工艺陈旧，对高含水、高煤泥掺比煤种防冻效果不明显

《散装颗粒货物运输用防冻液技术条件》（TB/B 3208-2008）规定：散装颗粒货物装车前，要将防冻液喷洒于空车底部、四面车帮内侧;装车时向货物中喷洒足量的防冻液[4]。经调研山能重装泰安煤机公司，其在国内自主建设的200余座快速定量装车站均采用空车车厢内壁和缓冲仓入料口喷洒工艺，尤其分布于新疆、陕西、山西、内蒙古等北方严寒地区的装车站占120余座，占比近60%。

空车车皮均匀喷洒位距溜槽装车位约有24m间距，车辆行进用时约94s，在此期间车厢内壁已喷洒的防冻液因挂壁效果不佳滑落并从车底排水孔流出，侧帮内壁与煤层端面间的防冻有效率不足70%，极易形成兜状冻结板块;车底板无汇水功能，C80车辆底板前端约有8m2区域受瞬时落煤急速冲击将原已脆弱的防冻液覆盖层再次冲散向后延展，该区域成为无防冻功能的空白区，极易形成约30mm厚冻结板块，如图1所示。此类问题，绝大多数防冻液喷洒成套设备均无法有效解决。

2  采用的研究方法及技术路线

铁路运输防冻液具有降低溶液冰点的作用，可以使冻煤间冰晶溶解热降低、结晶力减弱，使冰晶呈针状、丝状的多晶集合体，使冰块的坚固性大幅降低，在运输过程中使煤和煤、煤和车厢内表面的冻结力度减少，即使在很低的温度下运输只需翻车机正常的振动频率作用即可翻卸干净煤炭[5]，也解决了冬季煤炭冻车的困难，提高生产效率。

2.1 高性能防冻液配制方法研究

防冻液主要由降凝剂、缓蚀剂及辅料等组成。根据使用条件和沿途预设最低温度不同，按照一定的比例将其与水充分混合、溶解、搅拌并沉淀。降凝剂的主要作用为降低溶液的冰点，分为有机型和无机型两种，也是防冻液最主要的溶质;缓蚀剂的主要作用为减少溶液对配制设备、储液设备、喷洒设备、输液管路、火车车厢和钢轨等的腐蚀，延长设备使用周期;辅料的主要作用为微调pH值、粘度等指标。

本次配制方法探究通过理论研究、实践总结、实验对比分析、检验检测、现场应用的模式开展工作。

①考虑到生产成本的关系，選用价廉易得的无机型CaCl2为降凝剂，试验过程如表1。由该表可以看出随着氯化钙含量的增加冰点也随之降低，其降低冰点的能力是特别明显的，当氯化钙含量达到40%左右时冰点在-50℃左右，效果最佳。当氯化钙含量继续增大时冰点却随之上升，呈相反态势，溶质随之析出，所以并不是氯化钙含量越高越好，同时也要综合考虑沿途最低温度，控制好氯化钙占比，避免造成成本上的浪费。采用氯化钙作为防冻液溶质存在的主要弊端是对金属具有一定的腐蚀性，需要进一步添加缓蚀剂等材料。

②在冰点实验的基础上，选用高取代基纤维素醚为增稠辅料，选用硼砂为缓蚀辅料，称取固体样品在常温并伴有搅拌的条件下将固体样品缓慢加入容器，使其充分溶解后静置15-20分钟即可得到浅黄色防冻液成品。经过实验测试高取代基纤维素醚含量在0.07%左右时增稠挂壁效果最佳，硼砂含量在1.5%左右时金属腐蚀效果最低且pH值偏中性。过程如表2。

该方法配制出的防冻液经实验室化验冰点、粘度、密度、PH值等主要性能指標符合《散装颗粒货物运输用防冻液技术条件》（TB/T 3208-2008），后委托第三方送专业检测机构检测，结论合格。2018-2019年防冻期内，该配比防冻液在肖家煤炭集运站投产使用，和往年对比取得了非常好的防冻车效果，且原料成本也有了大幅的减少，企业取得了巨大的经济效益和社会效益。同时，对该防冻液喷洒前后的煤质进行了化验，灰分、挥发分和发热量等指标均没有影响[6]。

2.2 冻车高风险煤种防冻液喷洒工艺改造

近几年，根据港口卸车冻煤信息反馈，冻煤主要集中在车厢初期落煤冲击区和车帮两侧下部水分沉积区，一定程度上山能重装泰安煤机公司研发的防冻液喷洒工艺不能完全满足北方极寒天气下的防冻车需求。据了解，太原铁路局管内铁路运输煤炭大多为水洗煤，由于洗选工艺陈旧、煤与煤泥分离不彻底、综采实施抑尘喷水等措施造成含水量居高不下;列车在途运行时间较长，常有途中保留、集中到达、排队卸车和万吨单元列车分批装车组合的情况，尤其是浴盆式C80货车防冻车压力更为明显。

经过现场调研，肖家集运站缓冲仓入料口1200mm的胶带机在3.2m/s的转速下煤流量为0.4t/s，防冻液喷洒量为1.5L/s，即吨煤喷入了约3.8L防冻液，该喷洒量相对煤流量来说是极少的。该工艺设计的主要目是为了降低煤与煤之间的冻结强度，而忽略了煤与车皮的冻结问题。据统计，肖家集运站2017和2018年冻车事件主要发生形态为煤与车皮冻结，准旗周边装车站也为此类情况。所以，喷洒工艺改造就很有必要。

本课题保留原缓冲仓入料口喷洒工艺，又从防冻液输送主管引出一支路，该支路再次分为2组流向，1组流向装车溜槽两侧加装的2个通径DN25mm的喷嘴，溜槽落煤时同步开启，使煤和车厢侧帮间渗透形成一层“防冻膜”，解决煤与车帮两侧下部水分沉积区内表面的冻结问题;另1组流向装车溜槽后部中间位加装的1个通径DN32mm的喷嘴，溜槽与车厢对位即可先开启溜槽中间喷嘴，待落煤时关闭喷洒，而该区域已覆盖防冻液，主要解决受落煤冲击吹散车底板已喷洒防冻液而冻结的问题。喷嘴的开启和关闭通过2台先导式电磁阀控制，通过集控室集中控制，在不同全水分、不同煤泥掺比、不同的煤流量和不同的机车牵引速度下，人工合理控制相应喷头启闭和流量[7]。改造后防冻液喷洒工艺如图2所示。

改造后，原防冻液配制系统可满足新配制标准下原料的入料和搅拌工作，新标准下配制的防冻液可满足喷洒系统的压力、粘度、密度及流量需求，新改造后的溜槽防冻液喷洒工艺与原有管路系统衔接得当、搭配合理，满足生产需求，如图3所示。

在进行上述工艺改造后，为有效解决冻车问题，装车企业还需做好以下几项工作：

①健全防冻车管理制度，制定防冻车管理办法，明确防冻液相关技术指标，优化防冻液喷洒工艺，完善防冻车应急预案。

②明确工作职责。责任单位要成立相应的组织机构，明确主管领导、责任部门，细化站段及各站区日常组织和协调机制，形成高效联动、有效应对、快速反应机制。

③防冻液供应商具备合法有效的工商营业执照和其它必需的法律证明文件，具备独立生产能力，且生产场地、设备、工艺流程、生产全过程管理、人员培训等满足供应要求，具备配套的质量检测设备，完善的质量控制体系，有效的质量保证手段。

④抓好人员培训。以防冻车管理办法为学习重点，组织做好防冻培训工作，做到铁路管理人员、作业人员和企业相关人员全部参加培训，未经培训合格不得上岗。

⑤落实喷洒标准。一是装车站装车前要严格掌握煤炭外水含量，按照预设温度，确定防冻液喷洒量，认真检查车底，确认车内是否存有残货，发现残货要彻底清理干净后再装车。防冻液喷洒器具喷头、管路、流量计、压力表等完好有效;防冻液喷洒系统实现车内、煤中分表计量;安装流量控制阀门，适应不同型号货车、货物不同外含水量、不同温度条件、不同粘度值的可调节喷洒要求，具有足够压力对敞车车地板、端侧墙内壁及四个底角进行足量、均匀、全覆盖喷洒。

⑥压缩重车停时。要加强与铁路相关部门的联系，按规定提前预报调度员预计装完时间，积极联系机车组织挂运，减少车辆在站停留时间，尽量避免途中保留和重车集中到达。

⑦追踪重点列车。对浴盆式C80货车、使用K型车装运煤炭的货车、途中运行时间超过30小时的货车以及万吨单元列车分批装车的重点列车进行逐列追踪监控。

3  主要研究成果及性能指标分析

主要研究成果有两项：一是研究出了一种针对极寒天气下高煤炭全水分、高煤泥掺比及远距离铁路运输的防冻液配比标准;二是创造性的实施了一种快速定量装车溜槽加装喷洒管路且实现了集控、分时启闭、独立控制的新工艺。该课题实施前，肖家集运站2018年防冻期发生3-5次较为严重的冻车事件，每列车平均有15.2吨粘帮粘底的轻微冻煤，上述两项成果应用后，2019年未发生冻车事件，在经济效益、安全效益和社会效益方面取得了巨大的成效。

3.1 经济效益

新研究出的防冻液配比不但冰点、粘度、密度、pH值、环保性能等主要指标符合《散装颗粒货物运输用防冻液技术条件》（TB/T 3208-2008）要求，而且较原配比每万吨列CaCl2用量有了明显降低。据统计，2018年应用原配比万吨列平均CaCl2用量为13.6吨，2019年应用新配比万吨列平均CaCl2用量为11.0吨，减少2.6吨。CaCl2用量对比见图4。