自动定位桁架鹤管系统故障原因及改进措施

某油气储运站库主要通过铁路槽车完成凝析油等轻质油品的充装外销任务，建有96套装车鹤位，采用自动定位桁架鹤管系统，经过栈桥实际装车应用，自动定位桁架鹤管系统内部伸缩管在升降过程中频繁出现卡阻、钢丝绳断裂等问题，故障率较高，影响轻质油装车作业效率及安全。

凝析油火车罐车自动定位桁架鹤管系统主要由可编程逻辑控制器（PLC）控制器、气相曲臂、液相曲臂、桁架轨道、电机、桁架小车、激光对位传感器、伸缩管（5节）、集气帽、液位及静电检测报警器等构成[3]。

原理：自动定位桁架鹤管（见图1）系统在火车轨道中心的正上方设置桁架轨道，安装移动小车及鹤管，以电机为动力源驱动小车及鹤管沿轨道水平来回移动，利用激光检测对火车罐车罐体表面进行非接触式测量，经过PLC控制器的精准计算，引导鹤管自动运行对位到罐口中心，进而实现鹤管与罐车的自动对位。在准确找到罐口后，通过电机带动钢丝绳牵引鹤管内部伸缩管下降至罐车底部，密封帽随伸缩管下降至罐口并压实，启泵后联锁控制电动阀开阀进油充装，到充装量联锁关闭电动阀并牵引伸缩管上升至罐口，控油后完全回位完成充装操作。

自动定位桁架鹤管内五节伸缩管在对位完毕下降时，频繁出现卡阻，导致伸缩管无法完全延展至罐车底部，不能实现液下装车，静电荷聚集影响装车安全及效率。

牵引伸缩管的钢丝绳在最底部U型夹处频繁断裂，伸缩管瞬间跌落至罐车内，若此时火车正在拉重推空或鹤管下部有人，存在较大安全隐患。

据统计，2013年至2018年累计出现12次鹤管伸缩管升降卡阻、6次钢丝绳断裂问题。见表1。

鹤管伸缩节设计、制造缺陷。鹤管内伸缩节壁厚约2mm,5节伸缩节完全展开下到罐车底部总长度约5.2m，在进油时受冲击力，伸缩管间产生晃动，导致伸缩管内外壁磨损、轻微变形（经游标卡尺测量，第四节外壁圆直径有约3mm的误差），长此以往变形必将超过伸缩管之间的允许间隙，出现频繁卡阻。

鹤管安装缺陷。鹤管安装时未精确测量垂直度，经实际测量，17#、18#、21#、22#、23#鹤管最外层保护管不垂直，约偏差5mm，导致鹤管内各个伸缩节长期受力、变形。

钢丝绳超负荷受力。在伸缩管升降频繁卡阻的影响下，钢丝绳超负荷受力，且固定钢丝绳底部的U型夹安装不符合规范，存在交替布置、数量不足3个、夹间距离不足问题，导致钢丝绳产生变形，降低钢丝绳承重等级，长期超负荷受力断裂。

伸缩管变形卡阻、钢丝绳断裂等故障问题直接影响装车安全及效率。为解决该问题，经过现场改进并安装运行，取得了很好的效果。

更改内伸缩套管壁厚。开模具定制了伸缩垂管，将内部4节伸缩套管壁厚由原先的2mm全部改为3mm，增加强度，垂管长2000mm，同轴度≤0.3mm，防止在使用过程中出现失圆和消除卡阻。针对安装密封帽的最外层伸缩套管采用碳钢材质，加工后镀铬，壁厚由2mm调整为4.5mm，更改后其强度，圆柱度，表面光洁度都有显著改善。

安装过程中严格控制鹤管垂直度。对鹤管三通连接管加工工艺进行改进，对该部件法兰、气相弯头的焊接采用工装控制其精度，中间液相连接管与垂管连接接口的螺纹改为焊后加工，提高该接口与法兰的垂直度、与外固定管的同轴度精度，在安装时严格控制影响鹤管垂直度的小车桁架轨道水平度，确保在设计误差允许范围内，避免垂管在升降过程中出现由于倾斜导致的卡阻现象。

更改钢丝绳的装卡方式，将原有的钢丝绳卡卡紧方式改为楔形接头+钢丝绳卡紧方式，增大钢丝绳卡紧的受力面积。固定钢丝绳底部的铅垂，防止其与钢丝绳发生相对转动，消除应力集中现象，避免环铅锤切钢丝绳。

通过改造，自动定位桁架鹤管系统伸缩管变形卡阻、钢丝绳断裂等故障问题得到解决，鹤管自动对位后可自动升降内伸缩管至罐底，不受铁路罐车人孔盖打开仰角及开盖方向的限制，密封帽可完全压实在罐口，进而实现完全密闭及液下装车，排除油气挥发对操作人员健康的损害，解决静电荷聚集问题，有效提升设备设施本质安全。