超齡服役港口設備無損搬遷及現代化升級改造關鍵技術研究

謝文寧 張水良 李瀟峰 樊 攀

中交機電工程局有限公司

1 引言

國內部分已建港口，由于多方面原因面臨搬遷，但超齡服役大型港口機械設備大規模搬遷，國內外均少有成功實施的先例，且實施過程中面臨超齡服役設備搬遷難度大、安全風險高、機型種類多、圖紙缺失、新舊材料焊接、設備單機控制系統升級及無人化改造等諸多難題。以日照港石臼港區東煤南移工程為例，總結了超齡服役大型港口設備無損搬遷及現代化升級最核心的施工方法技術，可為其他港口實施類似設備搬遷及現代化升級改造提供借鑒。

日照港石臼港區東煤南移工程將南作業區5#～7#泊位改造為專業化煤炭泊位，分別為2個5萬t級泊和1個10萬t級泊位，設計年吞吐量出口煤炭一期2 500萬t，二期達到4 000萬t。鐵路設計為萬噸列進翻車機卸車場，5 000 t空車線排出，到港車型為C60、C70、C80E、C96通用車型，卸車線輸送能力3 600 t/h，裝船線輸送能力6 000 t/h。設備搬遷改造工程包括5臺堆料機(S1-S5)、9臺取料機(R1-R9)、1臺堆取料機(SR10)共計15臺設備的搬遷，其中5臺堆料機(S1-S5)、8臺取料機(R1R4/R5/R7-R9)，搬遷升級設備涉及80、90、00三個年代8種不同機型。

2 超齡服役大型港口設備無損搬遷關鍵技術

2.1 超齡服役堆料機無損搬遷工法

超齡服役堆料機無損拆卸場地平面布置見圖1。

圖1 超齡服役堆料機無損拆卸場地平面布置圖

堆料機無損拆卸具體步驟如下：

(1)將堆料機行駛到拆卸點，臂架旋轉至與堆料機運行軌道方向一致位置。

(2)吊裝1套懸臂臨時支撐鋼支架至懸臂架下方，墊實，并在懸臂左右兩側分別使用4根鋼質纜風繩(?10 mm)加6 t配重砝碼固定。

(3)切斷堆料機驅動電源，拆除電纜及橋架、潤滑管路等。

(4)斷開地面帶式輸送機與尾車間膠帶。

(5)斷開堆料機尾車與門座架之間的連接拉桿，將尾車與主機脫開。

(6)采用防風錨固、臨時車檔、手拉葫蘆等措施錨固臺車及上回轉裝置。

(7)按照圖2所示拆卸工藝流程實施堆料機拆卸。

圖2 超齡服役堆料機無損拆卸工藝流程圖

2.2 超齡服役取料機無損搬遷工法

超齡服役取料機無損拆卸場地平面布置見圖3。

圖3 超齡服役取料機無損拆卸場地平面布置圖

取料機無損拆卸具體步驟如下：

(1)將取料機行駛到拆卸點，臂架旋轉至與取料機運行軌道方向呈70°位置。

(2)吊裝2套懸臂臨時撐鋼支架至懸臂架下方，墊實，并在懸臂左右兩側分別使用4根鋼質纜風繩(?10 mm)加6 t配重砝碼固定。

(3)切斷取料機驅動電源，拆除電纜及橋架、潤滑管路等。

(4)采用防風錨固、臨時車檔、手拉葫蘆等措施錨固臺車及上回轉裝置。

(5)按照圖4所示拆卸工藝流程實施取料機拆卸。

圖4 超齡服役取料機無損拆卸工藝流程圖

3 超齡服役大型港口機械現代化升級關鍵技術

3.1 機械結構缺陷修復關鍵技術

對超齡服役堆、取料機鋼結構進行檢查，初步分析發生故障缺陷的部位，選擇具有相應資質的檢測單位，對故障缺陷的成因進行檢測并分析受力狀態，根據分析結果，制定缺陷維修方案。

超齡服役堆取料機改造涉及新舊材料焊接，而多數設備為20世紀80年代初產品，其鋼結構材質與目前材料材質差異較大，但為成功實施本工程，必須保證新舊材料焊接質量。對新舊母材成分取樣、檢測，制定焊接工藝方案，對缺陷部位進行焊接修復施工。由于超齡服役設備存在應力應變增大、鋼結構變形、板材銹蝕變薄、進口材料與國產材料材質不同等因素，對其建立模型不能準確反映實際情況，開展有限元分析存在困難[1]。國內外目前針對堆料機、取料機的有限元分析及結構加固，基本是對近年相同材質結構的研究，還未有對超齡服役堆料機、取料機金屬結構故障分析及搬遷改造先例，對此方面的研究尚處于空白階段。

3.2 堆、取料機無人化實施關鍵技術

超齡服役堆、取料機存在機構驅動電機為力矩電機、俯仰機構為鋼絲繩卷揚機形式、控制系統需重新設計、回轉直流電機技術落后等問題，實現無人化需首先進行相應機械及電氣改造。

3.2.1 總體方案

總體方案包括：1套數字化堆場管理系統，1套自動堆取料監控系統[2](每臺堆料機配置2套料位雷達、2套毫米波雷達、1套北斗衛星定位系統，每臺取料機配置5套料位雷達、4套毫米波雷達、1套北斗衛星定位系統)。

3.2.2 數字化堆場管理系統

通過接入堆取料機料位雷達和毫米波雷達采集的數據，在后臺服務器上擬合出現場垛堆的三維模型。同時，根據堆取料機實時堆取作業量變化，更新后臺數據，在中控室生成現場垛堆的完整三維模型，并對堆場實現數字化監控和管理，可實時顯示生產管理系統提供的垛堆基本信息，如垛位信息、煤種、貨主、裝卸計劃等信息。

3.2.3 自動堆取料監控系統

堆取料機在大機北斗衛星定位系統、料位雷達和毫米波雷達的指導下，可實現自動堆垛和半自動取料作業，作業過程需要人工干預以提高設備運轉的可靠性。

3.3 堆、取料機智能潤滑系統關鍵技術

每臺堆取料機按照上下部區域劃分安裝2套獨立的智能潤滑系統，所有潤滑點均納入智能潤滑系統中。智能潤滑控制系統自動記錄打油和故障情況，電控箱含觸屏工控電腦，可在觸摸屏上設置、操作，每一潤滑支路的打油量和打油周期均可任意設定，同時可在電控箱就地操作實現手動打油。各潤滑泵站獨立工作，互不影響，泵站附帶多個電磁閥模組，電磁閥模組出來的油脂經過遞進式分配器等量或按比例分配后，再輸送到各潤滑點。所有分配器均裝有動作監測開關，主管路發生漏油，或者任何一個潤滑點發生堵塞，潤滑系統都會發出報警信號。

3.4 堆、取料機智能灑水抑塵系統關鍵技術

智能灑水抑塵系統由上水裝置、不銹鋼水箱、空壓機、加壓水泵、管道、手動閥、電磁閥、過濾器、單向閥、自動泄水閥、壓力表、流量計、水位計、水箱電加熱和保溫系統、噴嘴組等組成[3]。灑水抑塵控制系統設置在司機室，并在水泵側設水泵啟動、停止按鈕及指示燈。司機可根據物料含水量、氣候條件及揚塵情況控制灑水量，以滿足環保要求。灑水抑塵系統由地面上水栓供水，機上除塵噴嘴用水既可直接從地面供水，也可用機上增壓水泵從水箱供水，設置相應的切換閥門，司機可根據實際情況不定期地連接給水箱供水。

4 結語

該超齡服役大型港口設備無損搬遷工法通用性、可行性強；堆取料機進行單機控制系統現代化升級、無人化改造后運行安全、穩定、可靠。采用此方案可延長超齡服役大型港口設備的使用壽命，節省建設資金投入，符合國家智慧港口建設發展戰略。