日照港某散貨泊位專業(yè)化改造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

牟 偉

（山東省港口集團(tuán)日照港集團(tuán)有限公司，山東日照 276800）

引言

日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)功能定位為大宗干散貨作業(yè)區(qū)，鑒于投資和建設(shè)工期等方面原因，部分工程采用了“門(mén)座起重機(jī)＋接料斗＋自卸汽車＋單斗裝載機(jī)”的通用作業(yè)模式。而隨著國(guó)家對(duì)港口綠色、節(jié)能和環(huán)保等方面的要求愈加嚴(yán)格，對(duì)通用作業(yè)模式進(jìn)行專業(yè)化改造，打造碧海藍(lán)天、建設(shè)綠色港口已成為必然趨勢(shì)。

近年來(lái)，日照港已經(jīng)啟動(dòng)將石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)逐步打造為“世界領(lǐng)先的智慧綠色大宗散貨作業(yè)區(qū)”的工作，#14、#15 泊位專業(yè)化改造工程作為先導(dǎo)工程，目前已經(jīng)完成了施工圖設(shè)計(jì)，步入現(xiàn)場(chǎng)施工階段?，F(xiàn)對(duì)其工藝設(shè)計(jì)工作進(jìn)行回顧整理，總結(jié)提煉通用散貨泊位專業(yè)化改造的工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為今后類似改造項(xiàng)目提供參考與借鑒。

1 工程概述

日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)#14、#15 泊位分別為25 萬(wàn)t 級(jí)和30 萬(wàn)t 級(jí)散貨卸船泊位，主要作業(yè)貨種為礦石。碼頭前沿共配備12 臺(tái)40 t-45 m 門(mén)座起重機(jī)，軌距12 m?，F(xiàn)階段采用通用作業(yè)模式，由門(mén)座起重機(jī)將物料接卸至接料斗或者前方緩沖堆場(chǎng)，通過(guò)流動(dòng)機(jī)械將物料倒運(yùn)至后方堆場(chǎng)進(jìn)行堆存，設(shè)計(jì)年運(yùn)量1 600 萬(wàn)t。

圖1 通用散貨泊位碼頭前沿現(xiàn)狀

不僅倒運(yùn)作業(yè)是由流動(dòng)機(jī)械完成，而且物料進(jìn)入堆場(chǎng)后也需要單斗裝載機(jī)配合挖掘機(jī)進(jìn)行堆碼垛作業(yè)，而流動(dòng)機(jī)械作業(yè)普遍存在能耗高、污染大的通病，另外會(huì)造成港區(qū)交通壓力較大，整體作業(yè)環(huán)境惡劣。

本次改造內(nèi)容主要包括：建設(shè)專業(yè)化鐵礦石堆場(chǎng)及火車裝車樓，采用帶式輸送機(jī)進(jìn)行水平運(yùn)輸，同時(shí)建設(shè)其它配套系統(tǒng)和設(shè)施，進(jìn)一步釋放泊位及堆場(chǎng)通過(guò)能力，提升社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 碼頭卸船系統(tǒng)改造

2.1 方案對(duì)比分析

傳統(tǒng)通用散貨碼頭通常采用通用性較強(qiáng)的門(mén)座起重機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)，在保留門(mén)座起重機(jī)的前提下進(jìn)行專業(yè)化改造的方案一般有兩種：一種是在門(mén)座起重機(jī)兩軌之間布設(shè)碼頭帶式輸送機(jī)，配合移動(dòng)接料漏斗完成卸船后的給料作業(yè)；另一種是在門(mén)座起重機(jī)陸側(cè)軌后方布設(shè)碼頭帶式輸送機(jī)，配合固定接料漏斗完成卸船后的給料作業(yè)。

圖2 在兩軌之間布置帶式輸送機(jī)和移動(dòng)接料漏斗

圖3 在陸側(cè)軌后布置帶式輸送機(jī)與固定接料漏斗

帶式輸送機(jī)布置在門(mén)座起重機(jī)跨內(nèi)可有效減少門(mén)座起重機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)角度，司機(jī)操作難度相對(duì)較小，能耗較低，作業(yè)效率相對(duì)較高。陸側(cè)軌后方可用作緩沖堆場(chǎng)，臨時(shí)存放一些需要落地的物料。但移動(dòng)接料漏斗與門(mén)座起重機(jī)同軌，壓縮了門(mén)座起重機(jī)的走行范圍，影響了門(mén)座起重機(jī)同時(shí)作業(yè)的數(shù)量。

帶式輸送機(jī)布置在門(mén)座起重機(jī)陸側(cè)軌后方，并相應(yīng)設(shè)置固定接料漏斗，門(mén)座起重機(jī)跨泊位作業(yè)不受限制，裝卸作業(yè)覆蓋范圍較廣。但門(mén)座起重機(jī)作業(yè)回轉(zhuǎn)角度較大，能耗較高，作業(yè)效率相對(duì)較低，且回轉(zhuǎn)角度較大時(shí)不利于抓斗的對(duì)位作業(yè)，對(duì)司機(jī)操作要求較高。

表1 碼頭改造模式主要技術(shù)性能對(duì)比

兩種專業(yè)化改造模式各有利弊，行業(yè)內(nèi)也有諸多應(yīng)用案例，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要因地制宜，結(jié)合實(shí)際工程制定專業(yè)化改造方案。本工程門(mén)座起重機(jī)軌距12 m，滿足在軌內(nèi)布置2 條碼頭帶式輸送機(jī)的前提條件，且此2 條帶式輸送機(jī)的位置也能適應(yīng)遠(yuǎn)期門(mén)座起重機(jī)調(diào)整為橋式抓斗卸船機(jī)后的條件，另外#14、#15 泊位為突堤式泊位，碼頭正后方陸域范圍有限，綜合考慮，本工程考慮將碼頭帶式輸送機(jī)布置在門(mén)座起重機(jī)跨內(nèi)。

2.2 移動(dòng)接料漏斗的主要技術(shù)參數(shù)

1）漏斗為不對(duì)稱漏斗，開(kāi)口8.5×8.5 m，順振動(dòng)給料機(jī)料流方向的一側(cè)漏斗壁傾角（后壁傾角）為70°，前壁傾角度不小于55°。

2）漏斗內(nèi)壁耐磨襯板采用堆焊層不低于6 mm耐磨襯板，規(guī)格盡量統(tǒng)一，耐磨襯板區(qū)域中線以下的耐磨襯板主要規(guī)格為350×350 mm，沉頭高強(qiáng)度螺栓固定。中線以上及邊角處其他耐磨襯板尺寸可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

3）漏斗順皮帶機(jī)方向的兩側(cè)壁加振打器，振打器電機(jī)功率0.75 kW，振動(dòng)力15 kN。

4）漏斗下料口設(shè)絲杠調(diào)節(jié)的可調(diào)閥門(mén)和振動(dòng)給料機(jī)，振動(dòng)給料機(jī)額定能力1 400 t/h，電機(jī)功率不小于6.75 kw，單臺(tái)激振力不小于53 kN：采用變頻器控制，變頻器功率不小于7.5 kW，并具有10:1的調(diào)節(jié)速率要求。

5）為保障作業(yè)環(huán)保效果，移動(dòng)接料漏斗加裝微霧抑塵設(shè)施。

6）門(mén)機(jī)、漏斗兩側(cè)均設(shè)拉耳，以便漏斗可布置在門(mén)機(jī)的任一側(cè)，與門(mén)機(jī)進(jìn)行剛性連接，保證與門(mén)機(jī)同步走行。

3 堆場(chǎng)堆取料系統(tǒng)改造

3.1 方案對(duì)比分析

散貨堆場(chǎng)專業(yè)化布置一般有三種模式，即“堆取合一”模式、“堆取分開(kāi)”模式以及“堆取合一”、“堆取分開(kāi)”聯(lián)合的模式。

“堆取合一”的布置形式，堆場(chǎng)內(nèi)布置堆取料作業(yè)線，采用堆取料機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)，設(shè)備類型較少，生產(chǎn)組織較為簡(jiǎn)單，便于管理，軌道梁建設(shè)投資相對(duì)較低，但在作業(yè)過(guò)程中可能存在堆、取作業(yè)流程間的干擾，作業(yè)靈活性相對(duì)較差。

圖4 “堆取合一”工藝流程

“堆取分開(kāi)”的布置形式，堆場(chǎng)內(nèi)布置堆料作業(yè)線及取料作業(yè)線，采用堆料機(jī)、取料機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)，堆料作業(yè)及取料作業(yè)互不干擾，作業(yè)靈活性好，但設(shè)備類型較多，軌道梁建設(shè)投資較高，一定程度上造成堆場(chǎng)容量的損失。

圖5 “堆取分開(kāi)”工藝流程

“堆取合一”與“堆取分開(kāi)”聯(lián)合的布置形式，即堆場(chǎng)內(nèi)同時(shí)布設(shè)堆料作業(yè)線、取料作業(yè)線以及堆取料作業(yè)線，采用堆料機(jī)、取料機(jī)及堆取料機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)。該種布置形式一般具有特定需求，實(shí)現(xiàn)部分功能流程而進(jìn)行的交叉布置，但是在運(yùn)營(yíng)期容易造成部分大機(jī)利用率差別較大的情況，在生產(chǎn)調(diào)度上也相對(duì)困難，在工程設(shè)計(jì)中如沒(méi)有特殊要求的話，一般不采用此種布置形式。

圖6 “堆取合一”與“堆取分開(kāi)”聯(lián)合布置工藝流程

表2 堆場(chǎng)布置形式主要技術(shù)性能對(duì)比

通過(guò)多方案的對(duì)比分析，考慮到工程的堆場(chǎng)面積緊張，為了最大程度提高堆存容量，最終選擇了“堆取合一”的作業(yè)模式，且該方案由于壩基數(shù)量?jī)H3 條，還可以降低工程的一次性投資。

3.2 堆取料機(jī)及移動(dòng)卸料小車主要技術(shù)參數(shù)

1）堆取料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

本工程堆場(chǎng)采用“雙線雙機(jī)”的布置形式，即每條壩基上布置2 條堆取料作業(yè)線，配備2 臺(tái)堆取料機(jī)。堆取料機(jī)軌距12 m，額定堆料能力9 000 t/h，額定取料能力6 000 t/h，回轉(zhuǎn)半徑55 m，回轉(zhuǎn)范圍≥±120°，回轉(zhuǎn)速度0～45 m/min，最大工作輪壓300 kN，最大非工作輪壓350 kN，臂架帶式輸送機(jī)帶寬2 000 mm，帶速4 m/s，尾車帶式輸送機(jī)傾角≤13°。

2）卸料小車主要技術(shù)參數(shù)

本工程堆場(chǎng)南側(cè)采用卸料小車為堆場(chǎng)帶式輸送機(jī)進(jìn)行供料，卸料小車頭部采用三通形式進(jìn)行雙側(cè)給料，額定能力9 000 t/h，軌距4 m，滿載走行速度6 m/min，空載走行速度30 m/min，運(yùn)行距離約142 m，最大輪壓120 kN。

圖7 卸料小車工藝布置示意圖

4 火車裝車系統(tǒng)改造

4.1 方案對(duì)比分析

目前國(guó)內(nèi)外專業(yè)化散貨裝火車工藝主要有裝車樓定點(diǎn)裝車和軌道式移動(dòng)裝車機(jī)移動(dòng)裝車兩種模式，兩種裝車方式各有利弊。

裝車樓裝車工藝控制方式靈活，靜態(tài)定量倉(cāng)進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量精度較高，裝車效率高，環(huán)保效果好。但其系統(tǒng)較為復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高，物料提升高度較高、能耗較大，裝車樓兩側(cè)要留足距離，鐵路裝車線至少要達(dá)到車長(zhǎng)一倍以上，占地面積較大。

移動(dòng)式裝車機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備質(zhì)量較輕，造價(jià)較低，裝車過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行牽車作業(yè)，由裝車機(jī)進(jìn)行移動(dòng)裝車，故裝車線滿足整個(gè)車長(zhǎng)裝車作業(yè)條件即可，鐵路投資較低。但裝車機(jī)自動(dòng)化程度較低，且作業(yè)效率受上游取料流程限制，皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)僅作為控制及管理使用，不能用作商業(yè)結(jié)算依據(jù)，環(huán)保效果相對(duì)較差。

本工程堆場(chǎng)北側(cè)的鐵路車場(chǎng)線路較多，為了節(jié)約土地占用，同時(shí)也結(jié)合日照港打造綠色港口、智慧港口的基本要求，本次設(shè)計(jì)采用環(huán)保效果好、自動(dòng)化程度高的裝車樓工藝模式。

圖8 火車裝車樓

圖9 移動(dòng)式裝車機(jī)

4.2 火車裝車樓的主要技術(shù)參數(shù)

#14、#15 泊位后方堆場(chǎng)擬采用火車裝車樓工藝形式進(jìn)行疏港作業(yè)，堆場(chǎng)物料經(jīng)取料系統(tǒng)取料后，由帶式輸送機(jī)將物料輸送至火車裝車樓緩沖倉(cāng)，由定量倉(cāng)計(jì)量后，通過(guò)下方裝車溜槽進(jìn)行裝車作業(yè)。裝車樓額定裝車能力6 000 t/h，最大裝車能力6 900 t/h；緩沖倉(cāng)容量≥300 t；定量倉(cāng)稱量范圍30～100 t，計(jì)量精度為靜態(tài)≤1/1000，動(dòng)態(tài)≤1/1000。

4.3 牽引形式

目前常見(jiàn)的火車牽引模式有鐵牛牽引及蓄電池電力牽引車牽引。

鐵牛牽引：鐵牛牽引系統(tǒng)總體投資較低，牽引效率高，技術(shù)成熟可靠，但在鐵路車場(chǎng)內(nèi)需要布置驅(qū)動(dòng)卷繞系統(tǒng)及張緊裝置，同時(shí)要在鐵路沿線設(shè)置較多的鋼絲繩托輥，由于鋼絲繩和卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、托輥之間均需要潤(rùn)滑，導(dǎo)致外露的潤(rùn)滑油點(diǎn)數(shù)量多，且容易泄漏到地面而影響整個(gè)港區(qū)的清潔狀況。

圖10 鐵牛牽引系統(tǒng)

蓄電池電力牽引車牽引：蓄電池電力機(jī)車以蓄電池作為電源供給，可實(shí)現(xiàn)機(jī)車的遠(yuǎn)程操作，具有牽引力大、起制動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣等特點(diǎn)，但蓄電池具有不確定性，鐵路車場(chǎng)需另設(shè)充電基站，供機(jī)車及時(shí)進(jìn)行充電補(bǔ)給和維護(hù)保養(yǎng)。

圖11 蓄電池式電力牽引車

盡管鐵牛牽引具有技術(shù)成熟可靠、設(shè)備成本較低、運(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，但考慮整個(gè)南作業(yè)區(qū)的功能定位，本次改造暫采用蓄電池電力牽引車進(jìn)行火車牽引。

4.4 水平運(yùn)輸系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

本工程帶式輸送機(jī)有兩種規(guī)格形式：卸堆帶式輸送機(jī)帶寬2 m，帶速4.3 m/s，額定能力9 000 t/h；取裝帶式時(shí)速送機(jī)帶寬1.8 m，帶速4.3 m/s，額定能力6 000 t/h，均采用CST 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。CST 是專門(mén)用于輸送機(jī)的可控起動(dòng)傳輸裝置，集成了一套濕式離合器系統(tǒng)和行星輪系減速裝置，可實(shí)現(xiàn)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)在空載工況下啟動(dòng)，具有可靠的過(guò)載保護(hù)特性。

5 綠色智慧方面的特點(diǎn)

本工程的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了綠色、智慧港口的建設(shè)理念，提高智能高效、綠色環(huán)保水平，以實(shí)現(xiàn)綠色、智慧港口的發(fā)展目標(biāo)。

本工程堆場(chǎng)四周設(shè)置了防風(fēng)網(wǎng)+綠化帶的組合屏障，并結(jié)合結(jié)殼劑和苫蓋等輔助措施，提升堆場(chǎng)內(nèi)部的環(huán)保效果；另外在門(mén)座起重機(jī)接料漏斗處設(shè)置干霧抑塵系統(tǒng)；帶式輸送機(jī)設(shè)置擋風(fēng)板、接料板、皮帶罩、清掃器以及洗帶裝置等；堆取料機(jī)設(shè)置灑水除塵系統(tǒng)以及臂架灑水系統(tǒng)；裝車樓設(shè)置干霧抑塵系統(tǒng)，并在裝車溜槽處設(shè)橡膠抑塵軟簾。

本次改造擬將整個(gè)港區(qū)打造為全方位數(shù)字化港口，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化基建，為整個(gè)日照港建設(shè)智慧港口打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而B(niǎo)IM+GIS 是構(gòu)建全方位數(shù)字化港口的關(guān)鍵技術(shù)，一方面BIM 和GIS 是智慧港口數(shù)據(jù)的重要來(lái)源，數(shù)字化建模是BIM 和GIS 的基本原理，采用GIS 與BIM 集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了港口基礎(chǔ)設(shè)施的徹底地“數(shù)字化”。另一方面結(jié)合IOT技術(shù)，BIM+GIS 模型可以將港口運(yùn)營(yíng)期間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以立體可視化的形式展現(xiàn)出來(lái)，創(chuàng)建線上以數(shù)據(jù)濃縮呈現(xiàn)的“虛擬世界”，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)港口的數(shù)字孿生。此外，通過(guò)傾斜攝影、三維掃描、水下多波速測(cè)量等技術(shù)快速獲取港區(qū)的水域和陸域的大場(chǎng)地動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，GIS 技術(shù)可以快速生成模型，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)跟蹤和分析港區(qū)的動(dòng)態(tài)變化。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)#14、#15 泊位專業(yè)化改造工藝設(shè)計(jì)工作，從卸船作業(yè)、堆場(chǎng)專業(yè)化布置形式、火車裝車作業(yè)、水平運(yùn)輸系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，總結(jié)歸納專業(yè)化改造工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并深入分析各種工藝布置及作業(yè)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，為今后類似工程的設(shè)計(jì)及建設(shè)提供一定的借鑒參考。