动车运用所压力容器及后处理设备选型与配置方法研究

马腾

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

摘  要：动车运用所主要负责动车组日常运用检修，检修库中三层平台渡板的起落控制、动车组设备舱的吹扫除尘、动车组滤网的除尘等作业，均需要压缩空气作为不间断风源，因此动车运用所空压站内压力容器及后处理设备的选型与合理配置是保障动车组检修作业的关键。压力容器及后处理设备的配置不合理，会带来严重的能源浪费，甚至引发压力容器爆炸等安全事故。该文通过对压力容器及后处理设备各组成部分存在的问题和隐患进行逐项分析，通过参数匹配、数值推算、工作原理等方法，使压力容器容积选型、压力容器设计压力值选型、压缩空气干燥机选型与配置等环节得出最优解决方案，为安全生产提供保障，降低生产成本，杜绝安全事故的发生。

关键词：动车运用所   压缩空气   压力容器爆炸   安全事故

中图分类号：U26                            文献标识码：A文章编号：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

動车运用所空压站压力容器及相关后处理设备主要由止回阀、截止阀、储气罐、初级管道过滤器、冷冻式干燥机（或吸附式干燥机）、精级过滤器、分气缸、压缩空气管路等组成[1]。具体组成示意图如图1所示。

1  压力容器及相关后处理设备选型、配置存在的问题

（1）压力容器容积选型不当。容积选择过大，增加成本投入，不满足现场空间安装;容积选择过小，会造成空压机频繁启停，损耗电能，而且加重空气压缩机工作负担，最终导致设备损坏。

（2）压力容器设计压力值选择不当。设计压力值选择过低，易导致压力容器爆炸;设计压力值选择过高，增加成本投入。

（3）压力容器附属压力表选型、配置不当。造成压力表损坏、精度不达标、影响压力值读取。

（4）压力容器附属安全阀的选型、安装不当。造成安装不便，极易损坏或造成压力容器爆炸[2]。

（5）压缩空气干燥机的选型不当。增加维护成本及维护工作量。

2  解决方案

2.1 压力容器容积选型

压力容器的容积必须与空气压缩机的产气量相匹配，一般最低不得低于空气压缩机产气量的1/10。例如：空气压缩机的产气量为10 nm3/min，则压力容器的容积不得小于1 m3。

2.2 压力容器压力值选型算法研究

压力容器出厂设计文件中包含两种压力值：一是最高允许工作压力值，二是设计压力值，这两种压力值为压力容器出厂时的本身属性[3]。其中最高允许工作压力值为压力容器在设计温度条件下工作，容器顶部允许的最高工作压力值;设计压力值为压力容器在相应设计温度下，理论上，顶部可以承受的最大压力值。而使用单位实际生产需要的最大压力值称为最高工作压力值，最高工作压力值根据现场实际需要由使用单位自行确定。最高工作压力值、最高允许工作压力值、设计压力值三者的关系应满足：最高工作压力值<最高允许工作压力<设计压力值。实际工作中，压力容器选择最高允许工作压力值越大越有利于安全生產，但还需考虑成本投入。为选择适配的压力容器压力值，可结合最高工作压力值，进行推算，最终得出压力容器压力选型参考值，具体算法如下。

以动车运用所储气罐最高工作压力值是0.85 MPa（属于压力容器类型中的低压等级）为例。

（1）压力容器安全阀整定泄放压力值区间计算。

0.85MPa×1.05=0.89MPa

0.85MPa×1.1=0.93MPa

安全阀整定泄放压力值区间为0.89～0.93 MPa。

（2）为避免压力容器爆炸危险，压力容器最高允许工作压力值应大于安全阀整定泄放压力值。因此，压力值关系式为：

设计压力值>最高允许工作压力值>0.93 MPa（取区间最大值）。

（3）低压等级容器压力值范围是0.1～1.6 MPa，结合生产安全及成本投入双重考虑，选择此区间最大值，即1.6 MPa。

（4）综上推算，选择设计压力值为1.6 MPa的压力容器为宜。

2.3 压力容器附属压力表选型、配置

压力表选型应考虑以下因素：压力表适用介质、压力表量程、压力表表盘直径、压力表精度等级。动车运用所空压机间内压力容器存储介质为压缩空气，因此应选择介质为空气的压力表;压力表量程应为最高工作压力的1.5～3倍，一般选择最高工作压力2倍量程的压力表;压力表表盘直径不得小于100 mm;固定式压力容器压力表精度等级依据设计压力值确定，设计压力小于1.6 MPa的压力容器，其压力表精度不得低于2.5级;设计压力大于等于1.6 MPa的压力容器，其压力表精度不得低于1.6级[4-6]。

2.4 压力容器附属安全阀的选型、安装

安全阀分为弹簧式安全阀和杠杆式安全阀两大类，其中弹簧式安全阀的特点是重量较轻、结构紧凑且简单、有比较高的灵敏度、对于安装的位置没有限制;杆式安全阀体积庞大，不适用于作为动车运用所空压机间内压力容器的泄压保护装置。动车运用所空压机间内储气罐安全阀应安装在压力容器的顶部，且安装之前应送至地方市场监督管理局对其起跳压力值进行整定校验，整定压力值应小于最高允许工作压力值。

2.5 压缩空气干燥机的选型

用于动车运用所三层平台渡板、气动工具吹扫作业等一般选用冷冻式干燥机，原因如下：（1）冷冻式干燥机价格便宜，成本低，且易于维护，能耗低，出气效率高。冷冻式干燥机主要工作单元由压缩机、蒸发器、冷凝器等组成，由在蒸发器中循环流动的冷媒对压缩空气进行降温、去除水分，进口压缩空气全部由出气口输出，设备结构简单[7]。（2）吸附式干燥机价格偏贵，成本高，存在能耗浪费。吸附筒中的滤芯需要定期更换，维护保养繁琐，且吸附筒制造标准为《压力容器》（GB 150-2011），属于特种设备，须由地方市场监督管理部门进行登记、注册、监督检验及定期检验，后期维护费用较高。吸附式干燥机工作单元由A塔和B塔两个部分组成，A、B交替工作，A塔吸附工作时，B塔被动脱附，以便吹干滤芯。A塔经干燥后的气体并没有全部流向生产，而是仍有约14%左右的气体分支流向B塔，用于B塔脱附，造成能耗增加[8]。

2.6 分气缸选型

因分气缸体积小，同时考虑其主要功能为分流压缩空气，为方便安装、后期使用维护，一般选择卧式。其他方面选型方法与压力容器一致。

3  结语

压力容器作为特种设备，其制造、安装、维修、操作、使用、维护保养均在国家及地方市场监督管理局监管范围之内。特种设备运行质量与人身安全息息相关，全国多地曾发生压力容器爆炸事故，造成了严重的生命及财产损失。作为配置大量压力容器及后处理设备的铁路车辆检修部门，严格规范管理好压力容器的各个环节，是安全生产的关键。

参考文献

[1] 王纪兵，侍吉清，陈轩，等.压力容器目视检测缺陷分析[M].北京：中国石化出版社，2020：27-273.

[2] 周震.安全阀[M].北京：中国标准出版社，2020：35-89.

[3] 喻健良，闫兴清，伊军，等.压力容器安全技术[M].北京：化学工业出版社，2018：12-281.

[4] 蔡茂林，石岩，朱未晴.压缩空气系统节能技术实用手册[M].北京：机械工业出版社，2019：40-123.

[5] 郭达.入口空气参数对空压机系统性能影响试验研究[D].大连：大连理工大学，2018.

[6] 乐瑞.空压机组能耗诊断及节能技术在纺织领域的应用研究[D].西安：西安工程大学，2018.

[7] 吴业正，李红旗，张华.制冷压缩机[M].北京：机械工业出版社，2017：20-85.

[8] 宋健斐，张春梅，李志安，等.压力容器与压力管道技术基础[M].北京：中国石化出版社有限公司，2020：11-265.