港口火車裝車工藝系統(tǒng)改造方案設計

劉 敬 安 東

1 中國港灣工程有限責任公司 2 中交第四航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

國內某碼頭工程原設計鐵路煤炭裝船量為180萬t/年，裝車方案采用手動式裝車站系統(tǒng)，在設備投資以及配套工程投資較少的前提下，滿足年運量要求。由于目前環(huán)保政策的要求，需要減少公路運輸量，增加鐵路的出運量，鐵路裝車量需要增加到380萬t/年，現(xiàn)有設計能力不能滿足裝車需要。結合本項目的實際情況，對火車裝車方案進行改造，采用成熟可靠的裝車方案，并盡量減少對項目已建成設施的影響，滿足使用需求。

2 港口鐵路現(xiàn)狀

本工程的火車運輸通過該港區(qū)的鐵路專線進出，連接至鐵路的對外通道，滿足周邊燃煤電廠以及其他終端用戶的消費需要?；疖嚱有恫捎?股鐵路裝車線，裝車線間距為5 m，可作為作業(yè)線的直線段長度為210 m左右。

進入港區(qū)火車由國鐵至港口站鐵路調車場，再送至本港區(qū)，取送作業(yè)由港口站調車機擔當。調車機將10節(jié)空車廂送至裝卸線的裝車漏斗下進行裝車，在裝車的大約30 min里，機車與車輛脫離后經機走線返回港口站取第二列10節(jié)空車廂。第二列到港區(qū)時，第一列車廂基本裝車完，機車將第二列送至裝車線上，解開后將第一列重車送回港口站，經編組后發(fā)送至目的站(見圖1)。

圖1 港區(qū)局部平面布置圖(改造前)

3 原設計方案

原碼頭設計方案主要考慮到裝車量不大，采用煤炭重力式下落，人工控制閘門開啟的手動式裝車站系統(tǒng)。該方案設備簡單靈活、成本低，通過分叉漏斗可實現(xiàn)對兩列火車的煤炭裝車作業(yè)。裝車時車輛緩慢前進，空車進入裝車閘門時，人工開啟閘門，在車廂的行進中將車廂裝滿。

原設計方案主要存在以下問題：

(1)自動化程度低，火車的定位以及皮帶機的啟停全靠人工操作，特別是火車車廂的定位較為困難，影響裝車效率的提高。

(2)裝車過程中灑料較為嚴重，由于火車車廂定位困難，裝車過程中容易出現(xiàn)分叉溜筒不位于車廂中部的情況，容易出現(xiàn)灑料，而由于裝車閘門的關閉需要人工控制，如關閉不及時，煤炭會溢出，更加劇了灑料的現(xiàn)象。

(3)裝車站內未設置緩沖倉，需要頻繁啟動供料皮帶機，皮帶機的啟動需要一定的時間，且影響電機的使用壽命。

(4)灑料較難清理，由于火車軌道下需鋪設枕木，加大了灑落物料的清理難度。

(5)原有的凈空高度考慮為蒸汽式機車，凈空高度為5.5 m，不滿足新型電力式機車6.0 m的凈空要求[1]。

4 方案設計計算

4.1 主要技術參數(shù)

主要設計參數(shù)見表1。

表1 主要設計參數(shù)表

4.2 設計能力的復核

計算鐵路裝卸線最小有效長度的公式為：

(1)

式中參數(shù)和具體取值見表2，經計算得最小作業(yè)線長度Lmin=354 m。

表2 最小有效長度計算取值表

實際布置2股鐵路裝卸線，每股有效作業(yè)長度200 m，2股線共長400 m，每股鐵路裝卸線可滿足14節(jié)車廂。

計算鐵路裝卸年通過能力的公式為：

(2)

式中參數(shù)和具體取值見表3，經計算得年裝卸能力為385萬t，滿足鐵路年卸煤量380萬t的要求。

表3 年通過能力計算取值表

5 改造方案

5.1 裝車皮帶機系統(tǒng)的改造

原碼頭堆取料機的額定取料能力為1 600 t/h，裝車線的皮帶機BC7帶寬B=1.4 m，帶速V=2.5 m/s，額定能力Q=1 600 t/h。經復核計算，可以滿足每年380萬t的運量需求，但是在使用過程中存在灑料問題。為減少類似問題的發(fā)生，可行的改造方案一般為增加帶寬(由1.4 m變?yōu)?.6 m)或者增加帶速(2.5 m/s變?yōu)?.15 m/s)。增加帶寬方案實際上相當于更換皮帶，對生產運營的影響很大，最終確定的改造方案為增加帶速，即更換驅動單元，電機功率從250 kW增加到315 kW[2]。

5.2 裝車線凈空的改造

原裝車站的凈空只有5.5 m左右，主要考慮鐵路蒸汽內燃機車，但是不滿足新型電力機車6.0 m的限界要求，火車頭通過時凈空不足，改造中需更新拆除，避免安全隱患。

5.3 裝車方案的選擇

目前大宗煤炭、礦石等通用散貨的連續(xù)裝車通常采用定點裝車的倉式火車裝車樓系統(tǒng)和移動式機械裝車系統(tǒng)兩種，兩種工藝方式均能夠達到1 600 t/h的裝車效率。

5.3.1 裝車樓方案

倉式裝車樓系統(tǒng)由裝車樓、供料系統(tǒng)和車輛推送系統(tǒng)組成。裝車樓內設有儲料斗、計量斗及控制設備等(見圖2)。車輛推送系統(tǒng)有鐵牛推送、定位車推送和機車推送等。由于倉式裝車樓系統(tǒng)為定點裝車，裝車作業(yè)過程中火車車廂要按要求逐節(jié)通過裝車樓，鐵路線需要足夠的存車長度，所以倉式火車裝車樓系統(tǒng)工藝方案的鐵路裝車線總長度應大于2倍的一次裝車車皮的長度；裝車樓上的料斗高達25 m，對物料出場的布置要求較高，能耗也較高；車輛推送系統(tǒng)需推動達幾千噸的火車編組，配置功率較大且構造復雜，總體造價比較高[3]。

1.儲料斗 2.計量斗圖2 裝車樓裝車方案

5.3.2 裝車機方案

移動式裝車機可沿裝車作業(yè)線邊行走邊裝火車，作業(yè)過程中火車不需移動，所以裝車線長度只要滿足大于1倍一次裝車車皮的長度即可，工藝布置較簡單(見圖3)。裝車機自重僅200 t左右，大車運行靈活，能耗較低；裝車機臂架上裝有高精度的電子皮帶秤和相應的裝車軟件，結合靈敏的大車變頻調速，能使操作人員方便地對每節(jié)車皮的裝車量進行精確控制；裝車機方案總體造價比較低。隨著高精度電子皮帶秤的應用，目前精度可達到±0.125%，已能滿足商業(yè)計量的要求。

圖3 裝車機裝車方案

6 改造實施

由于本工程裝車量不大，結合國內各港口實際使用情況及本港區(qū)裝火車作業(yè)線較短等因素，裝車工藝采用裝雙線火車的移動式裝車機裝車工藝[4-5]。

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況以及年任務運量，延長原皮帶機BC8，跨過3股鐵路線，在鐵路西側增設轉運站TH7和皮帶機BC9；接新增轉運站TH7附近鋪設225 m的裝車機軌道，裝車機布置在鐵路線西側，裝最西側2股鐵路線，原堆場周邊道路需向西側遷移。具體布置見圖4。為了不影響港口的正常生產，實際改造過程中，先施工新增的皮帶機BC9及裝車機系統(tǒng)，維持原有的基本裝車功能，最后拆除固定式裝車站，影響生產2個月左右。

圖4 裝火車線改造方案布置簡圖

7 結語

本項目改造所采用的技術方案較為成熟，改造項目相對較少，主要包含皮帶機及裝車機等工藝設備，以及相應的配套設置等，整體改造費用約為1 000萬元，且占用時間較短。項目改造完成后，裝車線皮帶機系統(tǒng)采取提高帶速的方式提高輸送能力，未出現(xiàn)灑料等情況，裝車機年裝車量接近400萬t，達到預期的改造目的。