港口火車裝車工藝系統改造方案設計

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，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 港口鐵路現狀

本工程的火車運輸通過該港區的鐵路專線進出，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。火車接卸采用3股鐵路裝車線，裝車線間距為5 m，可作為作業線的直線段長度為210 m左右。

進入港區火車由國鐵至港口站鐵路調車場，再送至本港區，取送作業由港口站調車機擔當。調車機將10節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節空車廂。第二列到港區時，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，經編組后發送至目的站(見圖1)。

圖1 港區局部平面布置圖(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。該方案設備簡單靈活、成本低，通過分叉漏斗可實現對兩列火車的煤炭裝車作業。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分叉溜筒不位于車廂中部的情況，容易出現灑料，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

主要設計參數見表1。

表1 主要設計參數表

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)

式中參數和具體取值見表2，經計算得最小作業線長度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，每股有效作業長度200 m，2股線共長400 m，每股鐵路裝卸線可滿足14節車廂。

計算鐵路裝卸年通過能力的公式為：

(2)

式中參數和具體取值見表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生，可行的改造方案一般為增加帶寬(由1.4 m變為1.6 m)或者增加帶速(2.5 m/s變為3.15 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裝車通常采用定點裝車的倉式火車裝車樓系統和移動式機械裝車系統兩種，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

倉式裝車樓系統由裝車樓、供料系統和車輛推送系統組成。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為定點裝車，裝車作業過程中火車車廂要按要求逐節通過裝車樓，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線邊行走邊裝火車，作業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裝火車作業線較短等因素，裝車工藝采用裝雙線火車的移動式裝車機裝車工藝[4-5]。

根據現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，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，裝車線皮帶機系統采取提高帶速的方式提高輸送能力，未出現灑料等情況，裝車機年裝車量接近400萬t，達到預期的改造目的。