桁架式小鹤管水平移动气缸故障分析与对策

某石化公司铁运部轻油车间担负着公司75%以上的炼油产品铁路槽车充装任务,主要充装品种有汽油、柴油和喷气燃料等,充装产品种类达23种,是保证产品后路畅通的重要环节。公司现有成品油火车装车栈台5个,全部是小鹤管装车栈台,小鹤管装车鹤位共154个。随着使用年限的增长,平移式液下密闭小鹤管在装车过程中存在行走气缸行走速度不平稳、鹤管滴漏油等问题,导致鹤管故障率较高,行走系统故障较为突出。

小鹤管的品种较多,用途十分广泛,无论装车或卸车作业都需要安装一定数量的小鹤管。装车小鹤管按动作方式分为回转式和平移式,按鹤管垂直段伸进罐车的长度分为液下式和高位式,按介质的流变状态分为单相液体流和液相、气相两相流小鹤管(见表1)。

台二、台三用小鹤管为CX.HJDN100型桁架式液下密闭装车小鹤管。该型小鹤管主要由气缸、铝筒、行走部分、支架等几部分组成,结构见图1。

(1)行走气缸漏风,气压动力不足,致使行走小车移动缓慢对位不准确,甚至不走。

(2)小鹤管在水平移动精对位时,行走气缸齿条部分“打滑”,并发出“咯吱”的响声,行走小车不移动。

(3)鹤管水平移动小车运行不稳,行车速度过快,容易与固定钢架发生碰撞或油缸剧烈振动。

(4)气温升高或装车至最后一批时,停泵掌握不及时,使装油管线涨压、阀门内漏,造成鹤管滴油。

(5)小鹤管水平移动行程短,鹤管行走小车速度过快,对位过程中因新型槽车等原因,造成个别鹤管偏离槽车冒口距离长,需人工推动鹤管重新对位或无法装车。

据统计,2012年上半年,台二小鹤管岗位共发生16次小鹤管对不上位现象,2014年上半年,每月都有此类情况(见表2)。

(1)由表2看出,密封圈是影响水平移动精对位的主要因素。行走气缸底部漏风,造成行走小车移动缓慢,主要原因为行走气缸的动能全部为风能,1至3月天气冷,O型密封圈弹性差,在活塞杆的传动过程中易受损、老化;活塞杆表面喷镀层剥落,致使密封圈损坏;小鹤管在长期使用过程中,行走气缸受热胀冷缩影响,出现变形。

(2)气缸内气压大时,因现有齿轮轴、齿条材质不同,齿轮轴未经过热处理,运行过程中齿轮轴易被齿条打坏,使齿轮轴与齿条啮合间隙过大,所以,常出现齿条“打滑”现象,当齿轮轴2个轮齿以上被打坏时,水平移动小车行走较为困难,必须依靠2个操作工推动小车才能实现精对位。

(3)水平移动小车因气压憋压,产生的冲击力造成导油鹤管结构变形或密封经常泄漏失效、控制阀内漏造成鹤管滴漏油。且当前行走定位系统使用已有30 a之久,原来的传动部件老化磨损严重,行走小车固定钢梁变形,齿轮轴与齿条不能合适啮合,运动中产生大的间隙,影响气缸运行的平稳性。

(4)现有小鹤管水平移动有效行程为2 m,原有槽车车长为12 m,新型槽车每节比原来的槽车长0.2 m,台位如果全对新型车,因水平移动有效行程短,造成鹤管对位难度大。

(5)油品在小鹤管输油筒内外壁随时间推移逐渐滴落。

(6)输油管U型管部分存油,鹤管提升、左右移动时液位改变后产生滴漏。

归纳上述故障原因,主要是鹤管行走部分出现的问题,为综合解决这一突出问题,2015年6月,公司与西安某石化机械有限公司合作,就小鹤管安全清洁装车系统进行了技术开发,新开发的小鹤管行走气缸在轻油车间台二进行了试用,并取得了很好的效果。

结合台二小鹤管配置情况,选择气液阻尼缸代替原有气动行走气缸驱动鹤管做水平移动。气液阻尼缸采用压缩空气作为动力源,通过气缸和油缸的结合使用,用合适的气路控制系统,保证全部系统统一自动化控制,减少人为调整环节,满足匀速、即停要求,满足小鹤管对位要求,减轻职工劳动强度。

(1)气液阻尼缸工作原理:气液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成,它充分利用了气压传动反应快、动作迅速和液压传动运动平稳、停位精确的特点,利用油液的不可压缩性和控制油液排量来获得气缸的平稳运动速度[1] 。在机械运行中,要求气动执行元件能实现平稳的进给运动,单纯采用气缸难以满足。在这种情况下,气液阻尼缸可以发挥其特长,利用气缸驱动液压缸,液压油除起阻尼作用外,还能增加气缸的刚性(因为油几乎不可压缩),可以发挥液压传动稳定、运动速度均匀的优点。

(2)气液阻尼缸结构:气液阻尼缸按其组合方式的不同可分为串联式和并联式两种。受台二鹤管安装空间及技术条件限制,台二鹤管水平移动采用串联式阻尼缸。

液压缸和气缸串联成一个整体,两个活塞固定在一根活塞杆上。当气缸左端供气时,气缸带动液压缸活塞同时向右运动,此时液压缸左腔排油,油液只能经阻尼缸速度调节小孔缓慢流入液压缸右腔,对整个活塞杆的运动起阻尼作用[2] 。

调节阀的开口量,可调节活塞杆的运动速度,从而实现进给运动。当压缩空气经换向阀从气缸右腔进入时,液压缸右腔排油,通过小孔返回左腔,活塞能快速返回原来位置。活塞杆与驱动齿条连接,驱动小车左右平移。该阻尼缸利用阻尼小孔代替一般节流阀,达到简化设备节约成本的目的。

(3)该型气液阻尼缸特点:结构得到简化,泄漏环节减少。由于取消了单向节流阀和补油回路,整个系统得到简化,所用元器件减少,同时消除了由于液压元器件所带来的泄漏隐患;调节简单方便,利于自动控制。通过改变调节阀的开度,即可调节流量,从而控制活塞的运动速度,而且可以实现双向调节,有利于实现自动控制。

在现有小鹤管基础上增加接油盘,采用旋转气缸、旋转臂,带动油品托盘自适应动作。当小鹤管要进行装油准备前,旋转气缸提前动作,通过旋转臂带动油品托盘旋转180℃,脱离原位置,然后小鹤管进行装油的相关操作,完成装油操作后,小鹤管恢复原始状态,此时旋转气缸带动油品托盘回转180℃,恢复原位置。由于管线憋压、鹤管壁挂油等,当有油品滴漏时,油品落进油品托盘中,通过油品托盘底部的接管,与防压线相连,回收至放压罐。全部动作自动完成,不需要时间等待,不需要人工干涉。

原有小鹤管操作系统较为分散,升降鹤管需要职工在槽车上操作,不利于安全生产。本次改造,将鹤管水平移动、升降,接油斗转动气路集成安装至气动控制柜中。水平移动刹车、鹤管升降、接油斗转动进行联锁控制,杜绝员工误操作导致设备损坏。有效降低了手工作业失误率,提高了自动化操作程度。

(1)新型气液阻尼缸系统结构、安装垂直度及水平度均满足现有鹤管本体要求,与现有鹤管匹配。气缸等部件动静密封点无泄漏,消除了原有小车运行不稳,冲击力大等造成泄漏的因素。

(2)小鹤管行走小车系统通过液压油的粘度与流量控制气缸的运行速度与平稳性,气缸和油缸的结合使用,降低了气缸的运行速度,同时保证气缸在低速时的运行平稳度,彻底消除了齿轮轴被打坏引起的齿条“打滑”现象。

(3)气液阻尼缸满足了水平移动小车随意位置即停要求,保证了小鹤管的准确定位,消除了原小车水平移动时因惯性导致的对位不准确现象,岗位职工不再需要上槽车推动鹤管进行精对位。

(4)小鹤管行走气缸改造后,气液阻尼缸代替原有气缸驱动,鹤管水平移动有效行程由原来的2 m增加为2.4 m,有效行程增加了0.4 m,满足了近年来新型槽车车长的对位要求,对位准确率达100%。

(5)将分散控制系统改为集中联锁控制系统,职工只需在操作面板上进行操作,提升鹤管时不需要再上槽车进行升降作业,减少了一次上槽车作业的步骤,降低了职工上下槽车带来的安全风险。

(6)接油系统投用后,鹤管壁挂油得到有效回收,小鹤管下方没有了油渍,减少油品装车损耗,避免环境污染,提高经济效益,实现绿色环保安全装车。

(1)通过改造,鹤管壁挂油造成的滴油可通过滴漏油回收接油系统与台位真空罐相连,真空罐内污油通过191号管线送往重油清污油罐。可以避免鹤管滴油造成油品浪费。据粗略计算,台二24套接油系统的增上每年可多回收污油10m3。煤油比重为0.8 g/cm3,每年可多回收污油8t,按每吨污油4 000 RMB￥,每年可产生效益为3.2×104RMB￥。

(2)接油盘增加前,每装完一批车后,都要通过放压系统将鹤管内的存油放入真空罐,放压罐内的油品按污油进行回收。接油盘增上后,只需将壁挂油回收即可。每年可减少污油产生42.39 t,差价每吨按4 000 RMB￥,每年效益为16.956×104RMB￥。

(3)通过改造,2015年1至5月,小鹤管行走气缸故障率为0,使装车停时得到有效缩短。以往装车前,因小鹤管对位有效行程短,水平移动对位不准确,气缸笨重,当槽车冒口偏离对位行程时,需要人工推水平移动气缸。采用集中控制后,职工在操作平台上进行操作,减少一次上车步骤,在减少装车停时的同时增加了安全系数。对位时间对比如下表3。

由表3可知:改进后对位时间每节车可节省约130 s,2015年台二共装车14 521节,货车使用费为每节每小时20 RMB￥,全年共节约货车使用费为1.05×104RMB￥。

通过对台二小鹤管水平移动气缸进行改造,台二每年可增加效益21.206×104RMB￥

台二增上的气液阻尼水平气缸、滴漏油回收系统经过近1 a的运行检验,得到了良好的运用,解决了小鹤管行走气缸故障及鹤管滴漏油问题,2015年下半年,台三桁架式小鹤管水平移动气缸、接油设施在台二应用的基础上进一步改造,彻底解决了鹤管滴漏油造成的环境污染及行走气缸故障,在生产作业过程中发挥了很好的作用。