集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)解決方案

徐旭麗 陸瑋 張乾能 徐燃燃

2007―2014年，寧波港集團(tuán)北侖第三集裝箱有限公司（以下簡稱“北三集司”）積極響應(yīng)國家節(jié)能減排、創(chuàng)建綠色環(huán)保港口的號(hào)召，陸續(xù)完成旗下港區(qū)（寧波舟山港穿山港區(qū)）輪胎吊“油改電”，總共架設(shè)16條高架滑觸線?！坝透碾姟陛喬サ跤兄诮档妥鳂I(yè)成本和減少污染物排放，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯;但由于“油改電”輪胎吊只能直線運(yùn)行，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)仍需要柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。本文以寧波舟山港穿山港區(qū)為例，提出多種“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)解決方案并進(jìn)行比較，以期為集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)優(yōu)化提供借鑒。寧波舟山港穿山港區(qū)原分屬寧波港吉碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“港吉”）、寧波意寧碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“意寧”）、寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“遠(yuǎn)東”）和北三集司，現(xiàn)由北三集司統(tǒng)一運(yùn)營管理。

1 穿山港區(qū)泊位、堆場(chǎng)及輪胎吊設(shè)備情況

穿山港區(qū)經(jīng)一體化整合后，泊位配置更加合理，堆場(chǎng)利用率更高，靠泊能力和堆存能力明顯提升。由圖1可見：穿山港區(qū)共有10個(gè)泊位，單個(gè)泊位長約300 m;該港區(qū)共有11個(gè)堆場(chǎng)，0號(hào)堆場(chǎng)與1～6號(hào)堆場(chǎng)部分重合，7～9號(hào)堆場(chǎng)縱向長度較長，1～6號(hào)堆場(chǎng)縱向長度略短于7～9號(hào)堆場(chǎng)，10號(hào)泊位沒有對(duì)應(yīng)的堆場(chǎng)，11號(hào)堆場(chǎng)縱向長度較短。在輪胎吊設(shè)備方面：港吉場(chǎng)地有6條高架滑觸線，配備72臺(tái)輪胎吊;遠(yuǎn)東場(chǎng)地有10條高架滑觸線，配備62臺(tái)輪胎吊。

1.1? ? 港吉場(chǎng)地設(shè)備配置及作業(yè)情況

由圖2可見：港吉場(chǎng)地共有6個(gè)堆場(chǎng)（1～6號(hào)堆場(chǎng)）、6條高架滑觸線（1～6號(hào)）和72臺(tái)輪胎吊。1～3號(hào)高架滑觸線單線長度為2 260 m，覆蓋0～6號(hào)堆場(chǎng)，立塔分布在第1道與第6道之間的集卡備用車道上;4～6號(hào)高架滑觸線單線長度為1 980 m，覆蓋1～6號(hào)堆場(chǎng)，立塔分布在第7道與第D道之間的集卡備用車道上。單條高架滑觸線每側(cè)6臺(tái)輪胎吊，共可掛用12臺(tái)輪胎吊;6條高架滑觸線貫穿12個(gè)箱區(qū)，局部4個(gè)箱區(qū)可同時(shí)容納12臺(tái)輪胎吊作業(yè)。港吉場(chǎng)地每條高架滑觸線安排4～6臺(tái)“油改電”輪胎吊，整個(gè)場(chǎng)地安排 8臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊。

1.2 遠(yuǎn)東場(chǎng)地設(shè)備配置及作業(yè)情況

由圖3可見：遠(yuǎn)東場(chǎng)地設(shè)有3個(gè)堆場(chǎng)（7～9號(hào)堆場(chǎng)）、10條高架滑觸線（1～10號(hào)）和62臺(tái)輪胎吊。1～10號(hào)高架滑觸線單線長1 060 m，覆蓋7～9號(hào)堆場(chǎng)，立塔分布在第1道與第K道之間的備用集卡車道上。單條高架滑觸線每側(cè)4臺(tái)輪胎吊，共可掛用8臺(tái)輪胎吊;10條高架滑觸線貫穿20個(gè)箱區(qū)，局部4個(gè)箱區(qū)可同時(shí)容納8臺(tái)輪胎吊作業(yè)。遠(yuǎn)東場(chǎng)地每條高架滑觸線安排3臺(tái)“油改電”輪胎吊，整個(gè)場(chǎng)地安排16臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊。

2 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)存在的問題

（1）無法自主轉(zhuǎn)場(chǎng)?！坝透碾姟陛喬サ蹩梢匝赝粭l高架滑觸線路來回作業(yè)，但無法從一條線路自主轉(zhuǎn)場(chǎng)到另一條線路?！坝透碾姟陛喬サ蹀D(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，需要輪胎吊司機(jī)先到操作室平臺(tái)側(cè)手動(dòng)拉下高架滑觸線集電桿并放至指定位置，再爬樓梯到輪胎吊發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，使輪胎吊完成轉(zhuǎn)場(chǎng);轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)完成后，需要人工掛上高架滑觸線集電桿，切換至高架滑觸線作業(yè)模式。

（2）人工切換作業(yè)模式存在安全隱患?！坝透碾姟陛喬サ蹀D(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)人工切換作業(yè)模式工序復(fù)雜，司機(jī)不僅需要上下樓梯，而且要執(zhí)行拉集電桿、掛滑觸線等操作，面臨一定不安全因素。此外，惡劣天氣會(huì)增加人工切換作業(yè)模式的危險(xiǎn)性。

3 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)解決方案

鑒于“油改電”輪胎吊人工切換轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)模式的不安全性，有必要將人工切換作業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)切換作業(yè)模式。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，安排指定輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)。港吉場(chǎng)地安排R12、R14、R24、R43、R65、R66、R67和R68等8臺(tái)輪胎吊完成轉(zhuǎn)場(chǎng)和日常作業(yè)（見圖2）。遠(yuǎn)東場(chǎng)地安排RT1、RT4、RT5、 RT13、RT17等16臺(tái)輪胎吊完成轉(zhuǎn)場(chǎng)和日常作業(yè)（見圖3）;“油改電”輪胎吊掛靠1～10號(hào)高架滑觸線，每條線路掛靠3臺(tái)“油改電”輪胎吊，高架滑觸線橫跨7～9號(hào)堆場(chǎng)，縱向覆蓋2個(gè)箱區(qū)和4條車道;4個(gè)箱區(qū)內(nèi)同時(shí)有6臺(tái)輪胎吊進(jìn)行裝卸作業(yè)。指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊主要分為400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊、300 kW混合動(dòng)力輪胎吊和120 kW混合動(dòng)力輪胎吊。

3.1 400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊

400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的動(dòng)力由安裝在設(shè)備本體的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組提供，發(fā)電機(jī)組空載或輕載運(yùn)行時(shí)間較長，有效功率較低;負(fù)載從高處到低處產(chǎn)生的勢(shì)能通過制動(dòng)電阻消耗，能量浪費(fèi)較大。圖2中港吉場(chǎng)地用于轉(zhuǎn)場(chǎng)的400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊為R12、R14、R24和R43，圖3中遠(yuǎn)東場(chǎng)地用于轉(zhuǎn)場(chǎng)的400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊為RT1、RT4、RT5、 RT13、RT17、RT18、RT21、RT22、RT23、RT24、RT25、RT26、RT30、RT32、RT35和RT36。

3.2 300 kW混合動(dòng)力輪胎吊

混合動(dòng)力輪胎吊的混合動(dòng)力裝置由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組、可控整流單元模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池儲(chǔ)能單元、電池智能管理系統(tǒng)、DC-AC逆變器等組成。在混合動(dòng)力輪胎吊運(yùn)行過程中，電氣控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器收到電池智能管理系統(tǒng)發(fā)出的電池電量低的信號(hào)后，立即啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組;收到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組正常運(yùn)行的信號(hào)后，啟動(dòng)DC-AC整流器和DC-DC轉(zhuǎn)換器，對(duì)電池組充電;收到電池智能管理系統(tǒng)發(fā)出的電池電量高的信號(hào)后，停止DC-AC整流器和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組工作?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎吊全天候作業(yè)，并能通過能量回饋儲(chǔ)存、發(fā)動(dòng)機(jī)組控制等方法有效降低能耗。圖2中港吉場(chǎng)地用于轉(zhuǎn)場(chǎng)的300 kW混合動(dòng)力輪胎吊有R65、R66、R67和R68。

3.3 120 kW混合動(dòng)力輪胎吊

在保持常規(guī)輪胎吊原有功能的基礎(chǔ)上，將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組改成120 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組，并使其可自動(dòng)為鋰電池儲(chǔ)能單元充電。同時(shí)，對(duì)原供電系統(tǒng)進(jìn)行“發(fā)動(dòng)機(jī)組+鋰電池組”系統(tǒng)改造，使輪胎吊在混合動(dòng)力狀態(tài)下能正常工作，并且在滿載情況下能夠同時(shí)起動(dòng)起升機(jī)構(gòu)和小車機(jī)構(gòu)以最高速度加速至全速運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)輪胎吊全天候作業(yè)的同時(shí)，還能通過能量回饋儲(chǔ)存、發(fā)動(dòng)機(jī)組控制等方式有效降低能耗。圖3中遠(yuǎn)東場(chǎng)地用于轉(zhuǎn)場(chǎng)的混合動(dòng)力輪胎吊為RT25和RT26。

4 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)解決方案比較

4.1 指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊作業(yè)空閑時(shí)間比較

2018年7―8月穿山港區(qū)指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊作業(yè)數(shù)據(jù)見表1。按照指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊的類型，整理同時(shí)期各類指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊的平均作業(yè)數(shù)據(jù)（見表2）。

由表2可見，400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的空閑時(shí)間較長，不同作業(yè)場(chǎng)地此類輪胎吊的平均空閑時(shí)間不同：港吉場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均空閑時(shí)間占發(fā)動(dòng)機(jī)平均運(yùn)行時(shí)間的52.30%，而遠(yuǎn)東場(chǎng)地同類輪胎吊的空閑時(shí)間占發(fā)動(dòng)機(jī)平均運(yùn)行時(shí)間的61.67%。相比之下，300 kW混合動(dòng)力輪胎吊的空閑時(shí)間相對(duì)較短，其中，R68的空閑時(shí)間為 16 h，占發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的 2.76%，其原因是：部分裝卸作業(yè)是在發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的情況下靠鋰電池儲(chǔ)存的電能完成的，而電能是由輪胎吊下降過程中產(chǎn)生的勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來的。港吉場(chǎng)地300 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均空閑時(shí)間占發(fā)動(dòng)機(jī)平均運(yùn)行時(shí)間的8.13%。由于120 kW混合動(dòng)力輪胎吊部分裝卸作業(yè)也是在發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的情況下靠鋰電池儲(chǔ)存的電能完成的，與400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊相比，前者的空閑時(shí)間相對(duì)較短;而由于混合動(dòng)力輪胎吊的功率較小，與300 kW混合動(dòng)力輪胎吊相比，前者的空閑時(shí)間相對(duì)較長。遠(yuǎn)東場(chǎng)地120 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均空閑時(shí)間占發(fā)動(dòng)機(jī)平均運(yùn)行時(shí)間的57.87%。

4.2 指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊油耗和成本比較

按照指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊的類型，整理2018年7―8月各類指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊的平均油耗和單箱成本等數(shù)據(jù)（見表3）。

由表3可見，400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的單箱油耗和單箱成本較高，不同作業(yè)場(chǎng)地此類輪胎吊的平均單箱油耗和單箱成本不同：港吉場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均單箱油耗為0.92 kg/TEU，遠(yuǎn)東場(chǎng)地同類輪胎吊的平均單箱油耗為1.30 kg/TEU，港吉場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均單箱油耗是遠(yuǎn)東場(chǎng)地的70.76%。從平均單箱成本來看，港吉場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均單箱成本為6.67元/TEU，遠(yuǎn)東場(chǎng)地同類輪胎吊的平均單箱成本為9.47元/TEU，兩者相差2.80元/TEU。港吉場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊平均單箱油耗和單箱成本比遠(yuǎn)東場(chǎng)地低的原因是：港吉場(chǎng)地高架滑觸線線路橫向距離較長而縱向距離較短，輪胎吊轉(zhuǎn)向次數(shù)少于遠(yuǎn)東場(chǎng)地。

與400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊相比，300 kW混合動(dòng)力輪胎吊的單箱油耗和單箱成本較低：港吉場(chǎng)地300 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均單箱油耗為0.64 kg/TEU，比該場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均單箱油耗（0.92 kg/TEU）少 0.28 kg/TEU;300 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均單箱成本是4.65元/TEU，僅為該場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊平均單箱成本（6.67元/TEU）的69.71%。

遠(yuǎn)東場(chǎng)地120 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均單箱油耗為0.60 kg/TEU，比該場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊的平均單箱油耗（1.30 kg/TEU）少0.70 kg/TEU;120 kW混合動(dòng)力輪胎吊的平均單箱成本是4.36元/TEU，僅為該場(chǎng)地400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊平均單箱成本（9.47元/TEU）的46.04%。

4.3 指定轉(zhuǎn)場(chǎng)輪胎吊作業(yè)噪聲比較

300 kW混合動(dòng)力輪胎吊發(fā)動(dòng)機(jī)間斷性工作，且功率和運(yùn)行時(shí)間均不及400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊;因此，其作業(yè)噪聲小于400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊。由于120 kW混合動(dòng)力輪胎吊的功率最小，其作業(yè)噪聲是三者中最小的。

5 結(jié)束語

北三集司通過從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊到混合動(dòng)力輪胎吊、從大功率輪胎吊到小功率輪胎吊的不斷應(yīng)用和實(shí)踐，開發(fā)多個(gè)“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)方案。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證：400 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)空閑時(shí)間長，油耗大且成本高;300 kW混動(dòng)動(dòng)力輪胎吊可實(shí)現(xiàn)油電自動(dòng)切換作業(yè)模式，轉(zhuǎn)場(chǎng)綜合性能優(yōu)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪胎吊;120 kW混合動(dòng)力輪胎吊也可實(shí)現(xiàn)油電自動(dòng)切換作業(yè)模式，且轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)空閑時(shí)間較短，節(jié)能效果好，噪聲污染小，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。目前，寧波舟山港穿山港區(qū)新增10臺(tái)小功率混合動(dòng)力輪胎吊，用于不同箱區(qū)的轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)，在為輪胎吊司機(jī)提供安全、便利的工作環(huán)境的同時(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)港區(qū)節(jié)能降耗。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-01-28）