程隆冒 上海鐵路局上海鐵路裝卸服務(wù)（集團(tuán)）有限公司

1 煤炭鐵路運(yùn)輸揚(yáng)塵損失和危害

1.1 煤炭鐵路運(yùn)輸揚(yáng)塵的損失

我國(guó)煤炭資源相對(duì)比較豐富，既是產(chǎn)煤和進(jìn)口第一大國(guó)，也是消耗第一大國(guó)，煤炭在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到舉足輕重的作用。但是，煤炭在運(yùn)輸、存放等環(huán)節(jié)（特別遇到風(fēng)大時(shí)）不僅產(chǎn)生大量揚(yáng)塵污染，還伴隨大量煤炭資源損失。根據(jù)調(diào)研分析，煤炭在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的損耗約為1.2%，以此推算，2010年全路煤炭運(yùn)量為200043萬(wàn)t，損失約2 400萬(wàn)t，按600元/t計(jì)，損失約144億元。

1.2 煤炭鐵路運(yùn)輸揚(yáng)塵的危害

1.2.1 污染周遍環(huán)境

在列車會(huì)車或行駛在曲線地段及停車制動(dòng)時(shí)，由于相對(duì)氣流的作用，煤塵會(huì)隨風(fēng)揚(yáng)動(dòng)，煤粉揚(yáng)塵造成的可吸入顆粒物濃度高，長(zhǎng)此以往造成空氣污染，同時(shí)威脅沿線百姓的身體健康。

1.1.2 破壞生態(tài)環(huán)境

大量煤粉揚(yáng)塵附著于貨運(yùn)沿線農(nóng)作物及林業(yè)植物葉片，嚴(yán)重影響其光合作用的吸收轉(zhuǎn)換，致使農(nóng)作物減產(chǎn)、生態(tài)植被長(zhǎng)勢(shì)削弱、生物多樣性減少，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境安全。

1.2.3 影響鐵路運(yùn)輸安全

一是在運(yùn)煤列車與旅客列車會(huì)車時(shí)，相對(duì)速度大，產(chǎn)生的氣流漩渦會(huì)造成煤炭飛落，擊打旅客列車窗玻璃，甚至可能危及旅客安全。二是列車在隧道內(nèi)行駛時(shí)，空間狹小，空氣不流通，大量的煤塵散落并懸浮于空氣中，對(duì)長(zhǎng)期從事隧道作業(yè)的人員身體健康造成損害。三是煤塵長(zhǎng)期大量附著于鐵路設(shè)施，加劇了道床的板結(jié)、機(jī)車及汽車散熱網(wǎng)孔的堵塞、接觸網(wǎng)放電以及通信、信號(hào)、供電等設(shè)備的破壞，縮短設(shè)備使用壽命。

2 煤炭鐵路運(yùn)輸抑塵噴灑方式分析

2009年以來(lái)，上海鐵路局陸續(xù)建成煤炭抑塵站23個(gè)，其中：對(duì)噴式5個(gè)、擺臂式9個(gè)、簡(jiǎn)易龍門式1個(gè)，流動(dòng)噴灑站8個(gè)（流動(dòng)車10臺(tái)），基本實(shí)現(xiàn)煤炭發(fā)送主要區(qū)域全覆蓋，年煤炭鐵路運(yùn)輸1.2億t。

2.1 抑塵噴灑方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

根據(jù)噴灑形式主要分為固定式和移動(dòng)式，其中固定式包括對(duì)噴式、擺臂式和龍門式三種，移動(dòng)式主要有移動(dòng)噴灑車。

2.1.1 對(duì)噴式

優(yōu)點(diǎn)：一是設(shè)置于鐵路限界外，使用安全，適用于電化與非電化區(qū)段；二是滿足車速度≤30 km/h的任何線路使用；三是列車鉤檔聯(lián)接部分停噴效果好，機(jī)車次位貨物車輛全覆蓋；四是故障率小，維修方便、安全；五是節(jié)省原料，噴灑時(shí)產(chǎn)生的抑塵液能夠回流且無(wú)污染。

缺點(diǎn)：一是需在線路兩側(cè)安裝噴灑架，管路需過(guò)軌，增加施工難度，施工周期長(zhǎng)；二是設(shè)備、控制部分及土建費(fèi)用投資相對(duì)較高；三是要求線間距須達(dá)6.5 m以上。

2.1.2 擺臂式

優(yōu)點(diǎn)：一是噴灑效果最好，噴灑均勻；二是噴灑流量適應(yīng)范圍廣（5-30 km/h速度線路）；三是噴灑裝置設(shè)在線路一側(cè)基礎(chǔ)，噴灑管道不需穿越線路，相對(duì)對(duì)噴式施工難度小，對(duì)鐵路運(yùn)輸干擾小。

缺點(diǎn)：一是安全隱患大，噴灑時(shí)擺臂進(jìn)入限界；二是故障率大，噴灑過(guò)程中頻繁使用擺動(dòng)、升降噴灑臂動(dòng)作，故障概率大，擺臂一旦無(wú)法回位時(shí)，則存在行車故事隱患，對(duì)列車造成損壞；三是不能實(shí)現(xiàn)機(jī)車次位車輛全覆蓋；四是無(wú)回流裝置，浪費(fèi)原料；五是維修不方便、不安全。

2.1.3 龍門式

優(yōu)點(diǎn)：噴灑均勻，噴灑效果好，噴灑流量便于控制。

缺點(diǎn)：一是只適應(yīng)非電化區(qū)段；二是要求線間距須達(dá)6.5 m以上；三是噴灑時(shí)侵入限界，存在安全隱患；四是需在線路兩側(cè)安裝噴灑架，管路需過(guò)軌，增加施工難度，施工周期長(zhǎng)；五是無(wú)回流裝置。

2.1.4 移動(dòng)噴灑車

優(yōu)點(diǎn)：一是噴灑機(jī)動(dòng)性大，移動(dòng)方便，一臺(tái)移動(dòng)噴灑車可滿足若干各點(diǎn)（線）噴灑作業(yè)。

缺點(diǎn)：除具備擺臂式的缺點(diǎn)外，移動(dòng)噴灑不能實(shí)施全天候噴淋，并受道路交通安全等因素的制約，應(yīng)用范圍較小。

3 抑塵噴灑存在的問(wèn)題和改進(jìn)措施

3.1 抑塵噴灑及設(shè)備設(shè)施存在的隱患和問(wèn)題

3.1.1 抑塵噴灑裝置侵限，給行車安全帶來(lái)很大隱患和風(fēng)險(xiǎn)

一是由于擺臂式噴灑裝置作業(yè)過(guò)程中必須在機(jī)后進(jìn)行90°擺動(dòng)，噴灑臂方可進(jìn)入車輛上方噴灑，因此設(shè)備侵入限界，在升降、轉(zhuǎn)臂過(guò)程中，尤其是噴灑過(guò)程中突遇到棚車或已裝載超敞車車幫貨物時(shí)需立即將轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)停止噴灑，稍有不慎就可能打壞機(jī)車車輛或損壞設(shè)備，存在安全隱患。二是擺臂為液壓升降，雖然液壓系統(tǒng)安裝了回流和卸壓裝置，但如發(fā)生故障，列車間隔時(shí)間短或人員疏忽，擺臂未及時(shí)收回，仍存在行車隱患；三是擺臂未起升時(shí)離軌面高度為3 300 mm，升起后高度為4 100 mm，雖然裝置底座加高800 mm，且規(guī)定“不允許擺臂下降噴灑作業(yè)”，但實(shí)際擺臂因升降缸磨損和偏重造成端部下沉200 mm左右，擺臂與機(jī)車最高位置實(shí)際只有200 mm空間，形成事實(shí)隱患。四是流動(dòng)抑塵車在噴灑過(guò)程中的安全隱患與擺臂式噴灑裝置相同，并增加了由于抑塵車移動(dòng)或停車不當(dāng)造成車體侵限的安全風(fēng)險(xiǎn)。同樣，龍門式裝置下降后進(jìn)行噴灑也存在這一安全隱患。

3.1.2 列車通過(guò)速度高，噴灑效果差

一是列車通過(guò)抑塵點(diǎn)速度過(guò)快造成噴灑量不足。各種噴灑形式對(duì)列車通過(guò)速度都有要求，路局在各抑塵站開通運(yùn)營(yíng)時(shí)行文公布各抑塵站速度限制，固定式抑塵站列車通過(guò)速度≤30 km/h，移動(dòng)式速度≤5 km/h，有的車站納入站細(xì)，設(shè)置了限速標(biāo)志并對(duì)列車通過(guò)進(jìn)行限制，但有站點(diǎn)車速還是太快，如青龍山、望峰崗固定站和寧波移動(dòng)點(diǎn)車速為40~50km/h，噴灑效果或覆蓋面都不達(dá)標(biāo)。二是流動(dòng)抑塵車因噴灑流量靠抑塵車發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制，發(fā)電機(jī)油門的變化，直接影響噴灑質(zhì)量，易造成噴灑不均勻，噴灑效果不達(dá)標(biāo)。

3.1.3 廢液回收不及時(shí)，造成原料浪費(fèi)和環(huán)境污染

一是擺臂式車輛鉤檔停噴是靠光電系統(tǒng)識(shí)別車輛并反饋給可編程控制器（PLC），控制伺服電機(jī)帶動(dòng)圈筒翻轉(zhuǎn)存儲(chǔ)噴灑液實(shí)現(xiàn)停噴，期間噴灑液仍然泵出，第二輛車到達(dá)后，PLC再次反饋信號(hào)圈筒翻轉(zhuǎn)，存儲(chǔ)液體全部倒出，造成車輛初始抑塵液過(guò)多，浪費(fèi)量約為整車用量8%左右，按理論用量測(cè)算一列車?yán)速M(fèi)約50~80元左右。二是擺臂式噴頭多、壓力大，形成噴灑夾角大于車輛寬度，液體噴灑到車輛外部，對(duì)線路、環(huán)境造成污染。三是極少量外濺的煤塵和抑塵溶液散落在線路上，雖然各抑塵站都進(jìn)行了噴灑線路硬面防水處理，但未實(shí)施廢液集中回收處理，造成線路積水、扣件腐銹，給安全帶來(lái)隱患。

3.1.4 控制系統(tǒng)不完善，自動(dòng)化、智能化水平低

一是抑塵液質(zhì)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)噴灑聯(lián)控。固定式噴灑過(guò)程中，光電檢測(cè)系統(tǒng)識(shí)別機(jī)車通過(guò)后，發(fā)出信號(hào)給PLC按給定頻率啟動(dòng)噴灑泵開始運(yùn)行。給定頻率與列車通過(guò)車速對(duì)應(yīng)信號(hào)，反饋信號(hào)給PLC，控制變頻器調(diào)節(jié)輸出頻率來(lái)調(diào)整噴泵流量達(dá)到設(shè)計(jì)噴灑標(biāo)準(zhǔn)，噴灑過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但缺少抑塵液質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)抑塵液質(zhì)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)噴灑聯(lián)控。二是噴灑過(guò)程沒有車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)并作為一個(gè)匹配模塊與PLC進(jìn)行集成。三是整個(gè)系統(tǒng)與完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴灑、抑塵液質(zhì)量聯(lián)控、數(shù)據(jù)自動(dòng)采取及傳輸、安全智能控制等自動(dòng)化、智能化、集成化還有一定差距。

3.1.5 抑塵劑攪拌不均勻

目前，局管內(nèi)抑塵劑都是固體粉劑，經(jīng)預(yù)融加料機(jī)進(jìn)入攪拌罐，加水?dāng)嚢?，由于攪拌設(shè)備是上置式，電機(jī)帶動(dòng)葉片，攪拌時(shí)產(chǎn)生下壓力和漩渦流實(shí)施抑塵劑攪拌，但由于攪拌罐罐體直徑、高度較大，在罐體底部和罐壁易造成攪拌不均。同時(shí)液體放置一段時(shí)期產(chǎn)生沉淀，另外預(yù)融不充分時(shí)對(duì)粉劑溶解也造成影響，很多抑塵量大抑塵站，攪拌、儲(chǔ)液罐都有很厚的沉淀物。

3.2 設(shè)備設(shè)施改進(jìn)措施

3.2.1 改進(jìn)攪拌及噴灑設(shè)備設(shè)施，限制列車速度

一是針對(duì)攪拌不勻造成沉淀問(wèn)題，可將上置式攪拌設(shè)備改成沉入可調(diào)式攪拌（攪拌電機(jī)（葉片）固定在罐體內(nèi)壁滑道上，通過(guò)鋼絲繩上下升降可調(diào)式攪拌），消除攪拌罐底部死角。二是針對(duì)擺臂升起后偏重及升降缸長(zhǎng)期磨損和銹蝕（升降柱與缸體間隙加大）造成擺臂前端下沉影響行車安全問(wèn)題，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部改造，消除安全隱患?？蛇M(jìn)行兩種方式改進(jìn)，一種方法是在擺臂后部增加配重，使支撐柱兩端盡量平衡，以減輕擺臂前端下沉程度，但這種方式增加液壓舉升重量；另一種方法式在升降缸外壁與擺臂花架之間加裝液壓裝置，進(jìn)行支撐或拉平擺臂，這種方式需對(duì)原液壓管路進(jìn)行改造或增加一個(gè)液壓缸。三是針對(duì)抑塵廢液集中收集問(wèn)題，可在原線路硬面防水處理的基礎(chǔ)上，在線路兩側(cè)增設(shè)擋墻、排水溝、積水井，安裝潛污泵、管道，將抑塵廢液集中收集處理。四是限制列車通過(guò)速度。車務(wù)、機(jī)務(wù)部門需密切配合，列車通過(guò)抑塵站點(diǎn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知抑塵站點(diǎn)工作人員，嚴(yán)格按照抑塵站點(diǎn)公布的速度限制行駛。

3.2.2 改造改進(jìn)噴灑方式，消除安全隱患

上述分析表明，擺臂作業(yè)中存在行車安全隱患，同時(shí)存在浪費(fèi)原料和污染，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造，在條件許可的情況下，噴灑部分改為對(duì)噴式，安全性高，噴灑效果好，并滿足電化與非電化線路要求。此外，噴灑中無(wú)升降、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如對(duì)擺臂式改造，只需對(duì)控制系統(tǒng)和外部噴灑設(shè)備改造（包括管路穿線路）即可。從安全上完全消除行車安全隱患；從技術(shù)上具有可行性，并為系統(tǒng)自動(dòng)化和集成化打下基礎(chǔ)；從經(jīng)濟(jì)效益上看，單點(diǎn)投入約20萬(wàn)元左右，但每列車可節(jié)約50~80元，兩年內(nèi)完全可收回投入。

3.2.3 系統(tǒng)集成升級(jí)，實(shí)現(xiàn)噴灑自動(dòng)化，智能化

既有抑塵噴灑控制系統(tǒng)雖能滿足使用，但離整個(gè)作業(yè)過(guò)程離真正自動(dòng)化、智能化的要求還有一定差距。如：噴灑作業(yè)需人操作；抑塵液質(zhì)量無(wú)聯(lián)控；車號(hào)無(wú)識(shí)別和采集系統(tǒng)等。這都需要對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和集成。首先解決噴灑作業(yè)自動(dòng)化，對(duì)噴灑監(jiān)視管理、中間控制、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行分工，使之能夠在使用前對(duì)設(shè)備進(jìn)行自檢，當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，光電檢測(cè)識(shí)別牽引機(jī)車通過(guò)后，發(fā)出信號(hào)給PLC控制傳動(dòng)減速箱，同時(shí)PLC控制計(jì)變頻器，給定電機(jī)不同頻率，進(jìn)行流量和恒壓的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴灑和鉤檔停噴，并于車輛通過(guò)后自動(dòng)切換清洗，真正實(shí)現(xiàn)噴灑全自動(dòng)。同時(shí)加裝抑塵液質(zhì)量檢測(cè)傳感器，分析質(zhì)量，并與整個(gè)系統(tǒng)PLC集成，形成聯(lián)控。此外增加車號(hào)識(shí)別和采集系統(tǒng)，采用鐵路現(xiàn)行車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，做到數(shù)據(jù)同步采集。這些都與PLC有關(guān)，隨著PLC的向著大網(wǎng)絡(luò)化、高性能、優(yōu)良兼容性和多功能發(fā)展，向下可以與多個(gè)PLC框架相連，向上可以與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)相連構(gòu)成自動(dòng)化集成系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)從制液、噴灑、采集到監(jiān)控全過(guò)程自動(dòng)化、智能化。