某電廠重件碼頭改造裝卸乏燃料工藝研究

中交水運規劃設計院有限公司

1 引言

當前，我國乏燃料后處理仍然是一個薄弱環節，每年僅有50 tHM的公路運輸能力[1]，無法適應大規模乏燃料運輸需求。該工程設計依托某核電廠重件碼頭作為乏燃料海運中轉碼頭，研究其改造后運輸乏燃料貨包的裝卸工藝可行性及適應性，核算已有碼頭設備是否滿足乏燃料運輸船的裝卸作業要求，可供其他核電廠重件碼頭改造參考。

2 主要設計參數及裝卸工藝流程

該工程核電廠已建成1個5 000 DWT的重件泊位，碼頭長度120 m。本次改造設計貨種增加乏燃料貨包，每次卸船10個貨包，裝船10個空包。碼頭前沿已有裝卸船設備為420 t固定式門機。集疏運方式為租用組合運輸車集疏港，乏燃料貨包不在本工程范圍內堆存。設計船型主尺度見表1，乏燃料貨包主參數見表2。

表1 設計船型主尺度

表2 乏燃料貨包主參數

乏燃料貨包卸船流程為：乏燃料運輸船→420 t固定式門機→組合運輸車→出港。乏燃料空包裝船流程為：組合運輸車→進港→420 t固定式門機→乏燃料運輸船。

3 碼頭裝卸設備技術參數核算

3.1 碼頭裝卸設備起重量核算

固定式門機技術規格參數見表3。從表3可知，門機在回轉半徑10～29.7 m時，起重量為200 t；門機在回轉半徑10～25 m時，起重量為420 t。

根據乏燃料裝卸要求，乏燃料貨包的碼頭裝卸設備應按額定負荷降低25%使用，并設置起重量限

表3 420 t固定式門機技術規格參數表

制器。該工程乏燃料貨包重量取130 t，裝卸設備所需額定起重量取≥180 t。該工程現有固定式門機起重量為200 t和420 t，可以滿足裝卸船要求，對應的門機回轉半徑范圍為10～29.7 m。

3.2 碼頭裝卸設備回轉半徑核算

為防止底部基槽沖刷，按照乏燃料船頭始終朝北停靠進行裝卸船作業設計，碼頭裝卸設備參數核算全部采用船頭朝北停靠作業工況。根據固定式門機回轉半徑范圍10～29.7 m，設計裝卸乏燃料貨包的裝卸船作業方案。

3.2.1 船舶居中靠泊方案

當船舶居中靠泊，兩端留出約12 m時(見圖1)，固定式門機覆蓋艙口工況見表4。

圖1 船舶居中靠泊作業時門機作業工況圖

表4 船舶居中靠泊作業時門機作業工況表

由表4可知，船舶居中停靠時，已有固定式門機的回轉半徑可以覆蓋舯艙和艉艙的7個貨包，無法覆蓋艏艙的3個貨包。

3.2.2 固定式門機中心與船舶貨包中心對齊靠泊方案

為滿足門機裝卸所有艙口乏燃料貨包的要求，考慮船舶停靠位置為固定式門機中心與船舶貨包中心對齊(船艉距離碼頭端部3 m)方案，固定式門機覆蓋艙口工況見表5。

表5 固定式門機中心與船舶貨包中心

從表5可知，當船舶停靠位置為固定式門機中心與船舶貨包中心對齊時(船艉距離碼頭端部3 m)，理論上能滿足固定式門機裝卸全部艙口乏燃料貨包要求。但該方案對船舶靠泊作業的精度要求高，而系纜狀態下船舶隨風、浪、流等的擺動、移動十分敏感，若靠泊時的定位精度不足，固定式門機吊鉤擺動或船舶橫移、縱移和垂蕩幅度偏大，均可導致門機回轉中心距船艏或船艉貨包中心的距離超過固定式門機的作業半徑，無法滿足船艏或船艉貨包的裝卸要求，增大裝卸難度和危險機率。故該方案僅理論上可行，實操性差。

圖2 船艉與碼頭端部齊平靠泊作業時門機作業工況圖

3.2.3 解決艏艙貨包無法裝卸船的方案

為解決艏艙貨包無法裝卸船的問題，裝卸工藝考慮汽車式起重機、扒桿式自航起重船、移動式門機、新增系纜墩等方案。

(1)汽車式起重機方案

汽車式起重機在碼頭上打支腿作業站位半寬6 900 mm，打支腿中心線距離碼頭前沿距離2 000 mm，護舷高度600 mm，船舶半寬9 250 mm，船舶橫搖250 mm，汽車起重機回轉中心距離吊點位置為19 000 mm。在作業幅度19 000 mm，起重量180 t的工況下，起重力矩為19 000 mm×180 t=3 420 tm。按常規汽車式起重機最小工作幅度3 m換算，設計所需汽車式起重機的額定起重量為1 200 t。

由于該工程碼頭原設計均載為10 t，而1 200 t汽車式起重機打支腿作業時單個支腿荷載遠大于10 t，現有碼頭結構無法承受，因此汽車式起重機方案不可行。

(2)扒桿式自航起重船方案

經向該工程地區的施工單位咨詢，該區域現有起重39施工船。根據起重系統說明書中主鉤船外伸幅度和主鉤起吊負載表可知，當仰角41°時，主鉤距船艏61.2 m，主鉤距離甲板高度60.4 m，主鉤荷載185 t。

當船舶位于輕載高水位，臂架下俯至41°時，起重船與乏燃料船舶不干涉，滿足作業要求，方案從技術上可行。但起重船租用時受出租方所限，本工程需要使用時不一定能租到，且單次調遣及租用費用較高，綜合考慮后不采用起重船方案。

(3)移動式門機方案

由于乏燃料貨包起重量不大于130 t，考慮25%的設計余量，選取額定起重量180 t的移動式門機。由于新購門機方案需要拆除現有固定式門機及其基礎，破除部分碼頭面增設軌道梁，且新購移動式門機需要一定的制造周期，設備投資較大，綜合考慮后不采用新購門機方案。

(4)新增系纜墩方案

考慮在船舶居中靠泊作業位置基礎上，利用原有420 t固定式門機，在碼頭端部增加系船墩(見圖2)。當船艉與碼頭端部齊平靠泊作業時，固定式門機覆蓋艙口工況見表6。

由表6可知，當船艉與碼頭端部齊平停靠作業時，現有固定式門機的回轉半徑可以覆蓋艏艙的3個貨包。綜上所述，第一次靠泊船艏和船艉距離碼頭兩端各約12 m，可以裝卸舯艙和艉艙的貨包，見圖1和表4。二次靠泊，船艉與碼頭端部齊平，可以裝卸艏艙貨包，見圖2和表6。兩個靠泊組合作業后，可以完成10個乏燃料貨包的裝卸。由于船舶在裝卸作業過程中需保持穩定性，因此10個乏燃料貨

表6 船艉與碼頭端部齊平靠泊作業時門機作業工況表

包有裝卸載順序要求。在實際靠泊和裝卸作業過程中，需根據潮位和載重狀態，靈活選擇靠泊和裝卸順序。

經綜合比選，最終采用新增系纜墩方案。采用二次靠泊作業的方式，碼頭裝卸設備作業半徑滿足要求。

4 結語

從裝卸工藝專業的角度研究核電廠重件碼頭改造裝卸乏燃料貨包的工藝可行性及適應性，可供其他核電廠重件碼頭改造參考。由于碼頭改造是綜合性工程，涉及眾多專業，結合項目實際情況，還需開展以下專業檢測及核算工作：已有碼頭裝卸設備檢測；已有碼頭外觀、碼頭結構位移及變形、碼頭結構鋼筋混凝土各項性能參數等碼頭結構檢測；航道、港池和碼頭前沿水深及沖淤變化情況檢測；核算航道、港池及碼頭靠泊等相關參數；核算系靠船設施、碼頭結構內力、碼頭結構承載力等相關參數；核算導助航、供電、給排水、控制、通信、建筑等專業相關參數。