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    开展铁路危险货物运输产业计量工作的做法与思考

    • 发表时间:2021-04-30 08:53:41
    • 来源:未知
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    铁路不仅是综合交通运输体系的骨干,更是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程,在我国经济社会发展中起着至关重要的作用。铁路 90% 以上的运能用于关系国计民生的重点大宗物资运输,以煤炭、矿石、石油、钢铁及有色金属等为主。目前,铁路运输产业正朝着客运高速、货运重载的方向快速发展。一方面,铁路运营里程世界第一,建成了世界上最现代化的铁路网,全国铁路运营里程约14万公里(高速铁路3.6万公里),而到2035年预计达20万公里(高速铁路7万公里), 并 且实现20万人口以上城市铁路覆盖、50万人口以上城市高铁通达;另一方面,随着货运线路(如浩吉铁路,年设计运量2亿吨)的不断开通,以及新型货车(C80E型通用敞车、GQ80型轻油罐车)的计划投入使用,使具有运能大、效率高、成本低等特点的重载铁路综合能力得到了显著提升。

    危险货物运输作为铁路运输产业的重要组成部分,主要以汽油、煤油、柴油等石油产品和苯类、酸碱等化工产品为主。目前,铁路危险货物主要(占比超95%)采用铁路罐车运输。一方面,铁路罐车是列入《实施强制管理的计量器具目录》的国家强制检定容量计量器具。铁路罐车经过容积检定后得到容积表,即罐内高度和容积对应关系的数据表。贸易结算时,双方依据容积表,通过测量液位、温度、密度等参数计算液体货物量。所以,容积检定结果的准确度直接关系贸易过程的公平、公正、准确。另一方面,铁路罐车主要装运具有易燃易爆、有毒有害等特性的危险货物,如超装超载或欠装欠载,在运输过程中易造成溢漏、爆炸、脱轨等事故。中国国家铁路集团有限公司制定的《铁路危险货物运输管理规则》规定了非气体类液体危险货物的体积和重量允许充装量。铁路罐车经过容积检定后,得到所装运货物在参考条件下的准装高度范围,其准确与否关乎铁路运输安全。
    国家铁路罐车容积计量站(以下简称“罐车站”)作为国家市场监督管理总局授权建立的国家专业计量站,负责全国范围内铁路罐车容积(含液化气体铁路罐车容积)强制检定、罐式集装箱容积检定;取得全国范围内三维激光扫描仪校准国家计量授权,开展全国范围内三维激光扫描仪校准;取得铁路罐车罐体检测国家资质认定,开展铁路危险货物罐车罐体安全检测。此外,罐车站还负责相关检定规程、计量校准规范、技术规范的制定、修订,计量检定、计量校准、检测技术和货物运输安全研究等工作。下面从以下几个方面对罐车站开展铁路危险货物运输产业计量的工作进行介绍,并谈谈对产业计量工作的思考和展望。

    一、计量检定
    1. 立足容量计量需求——几何测量法的诞生
    自1985年建站到1988年取得“铁路罐车容积检定装置”计量标准,罐车站积极面向市场需求,以快速解决铁路罐车容积量值溯源问题为出发点,仅历时三年研发了以套管尺、钢卷尺等传统长度计量器具为手段,通过测量罐体几何特征值进而获得其容量的几何测量法。该方法测量准确,不仅满足计量需求,更具有易于检定员学习掌握的特点。1986 年至 1993 年,随着罐车站西安、沈阳、吉林、锦州、包头、南京、齐鲁、茂名等分站陆续成立,该方法迅速在全国推广,目前解决了我国近 12 万辆铁路罐车的容量溯源问题,实现了对轻油、粘油和酸碱等类型罐车的全覆盖。
    图1 现场计量校准检定员登上罐车放置线锤测量横直径
    图1 现场计量校准检定员登上罐车放置线锤测量横直径
    2. 开展精密计量研究——容量比较法的出现
    为进一步提高铁路罐车容量计量准确度、先进性和拓展性,罐车站于 2001 年起,开展了“铁路罐车容积量传系统”的研制工作,设计了以高等级标准金属量器组、磁致伸缩液位计、实时流量校准装置为硬件基础,以自动化计量软件为平台的容积量传系统。该系统采用容量比较法,通过层级式传递方式,将介质逐级传递至一等、二等标准金属量器,经其定量后量传至铁路罐车、罐式集装箱等中大容器完成量值溯源。2009 年,采用容量比较法的“铁路罐车容积量传系统”建成,测量结果的相对扩展不确定度由4×10-4 提升至 2×10-4,计量校准范围由铁路罐车拓展至其他中大容量容器,并具有仲裁检定、型式试验等技术能力。容量比较法的出现标志着我国铁路计量和中大容量容器计量达到新的高度,为加强国际间交流和提升中国的话语权提供了重要支撑。 
    图2 以“二等标准金属量器组”为核心的中大容积量传系统
    图2 以“二等标准金属量器组”为核心的中大容积量传系统
    3. 提高计量综合水平——三维激光扫描法的问世
    2010年, 罐车站开始进行三维激光扫描容积测量技术研究,以解决几何测量法自动化程度较低,尤其在面对复杂结构新车型的容积测量,存在人员劳动强 度 大、 操作复杂等方面的问题。2018年,通过在点云处理技术方面的不断积累和长期深耕,罐车站科研团队攻克了超大数据快速吞吐、点云智能分析与处理(去杂、配准、建模等)、广域拓扑结构特征增强提取等多项关键技术难题,自主研发了“铁路专用海量点云检定检测软件(3D-ASR)”, 最 终 形 成 了 三维激光扫描法。该方法可在数分钟内实现千万级点云数据处理,及容积表与准装高度范围信息等数据高效输出,测量结果的相对扩展不确定度高达 3×10-4,远超测绘 /BIM 等行业应用。 

    二、计量应用
    1. 计量应用软件
    面对多样化的市场需求,罐车站研发了多种类型的计量软件,以满足石油、化工等企业用户运用铁路罐车的计量需求。计量软件采用符合相关标准、规范要求的计算方法和结果,结合液位、温度、密度等信息,用户即可快速便捷地得出铁路罐车、罐式集装箱、立式罐、卧式罐等装载液体货物的体积、质量。 

    2. 定制化解决方案
    罐车站提供完全客户定制化的解决方案:

    (1)计量安全信息支撑平台
    计量安全信息支撑平台可供用户 ERP 等系统进行调用,已在铁路“铁路燃油配送系统”与中央军委后勤保障部“军油工程”等平台应用多年,有效保障了各单位计量校准能力。

    (2)铁路罐车信息采集与在轨车辆管理软件
    铁路罐车信息采集与在轨车辆管理软件在中石油西北销售分公司、延长石油集团公司、日照港等单位进行使用,有效加速了库区物流运转效率。 

    (3)铁路罐车计量安全信息电子标签及识别系统
    铁路罐车计量安全信息电子标签及识别系统(简称电子标签及识别系统),应用 RFID 技术,实现信息随车电子化存储、远距离读写信息、装载量现场计算等功能。目前,电子标签及识别系统已通过国铁集团技术评审,并已开展试用工作,未来将会更好地服务于罐车计量工作。

    三、安全检测及工艺检测
    1. 安全检测
    为了规范铁路罐车罐体检测管理,防止铁路罐车装运危险货物超装超载及罐体长期腐蚀造成跑、冒、滴、漏等问题,保证铁路罐车的运输安全,罐车站依据国铁集团规定,受企业委托对铁路危险货物罐车罐体进行检测。通过测量封头、人孔、聚油窝、上下板等关键位置壁厚并对罐体外观、标记、安全附件进行检查,实现罐车全服役周期安全状态跟踪与把控,为我国铁路危货运输事业持续保驾护航。

    2. 工艺检测
    罐车站将点云处理技术扩展应用至罐体工艺检测等方面。运用广域拓扑结构特征增强提取技术实现需求参数输出(如直线度、圆度),且可根据不同需求自适应调整参数。该技术不仅避免了传统人工检测方法人为误差较大的问题,提高了检测可靠性,而且,具有快速高效、数字化输出的优势。该成果已应用于轨道车辆质量把控等多个领域,获得了中车等多家单位的高度认可。 

    四、思考与展望
    经过30余年的发展,罐车站目前已由传统法定计量校准检定机构蜕变为集国家授权任务、产研结合、技术服务为一体的先进计量校准检测技术机构。从计量校准检定方法的不断丰富与创新,到计量应用方案的多元化、定制化;从终端计量到过程检测,乃至全过程监控。罐车站在开展铁路危险货物产业计量时,始终秉持创新驱动的发展模式,研究“全溯源链、全产业链、全寿命周期、前瞻性”的计量校准技术,有效发挥计量在产品全寿命周期中的作用,在保障运输安全、促进贸易结算,推动铁路危险货物运输产业发展中发挥了重要作用。

    目前,我国正处于传统经济优势减弱、实体经济结构失衡、中高端产品服务短缺的宏观背景之下,产业质量形势虽总体向好,但在高端领域不容乐观。计量校准作为依附性产业,无论所处产业的形势如何,一定是与其同发展、共进退的。过去人们对计量的认识仅停留在针对计量器具的基础层面,使计量难以与产业直接联系,没有充分发挥其量值数据在国民经济中作用。应建立计量与产业技术融合发展的路径,结合科研院所、高等院校、企事业单位等资源优势开拓创新,只有这样才能使计量概念从传统的计量器具回归到量值数据准确可靠的科学内涵,为产品质量评价提供可靠的测量数据,不断构建与优化计量校准在产业中的应用模式,真正向计量推动、服务和引领产业发展的方向迈进。
    来源:《产业计量专刊》
    作者:国家铁路罐车容积计量站 郭有为

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