日照港某散貨泊位專業化改造工藝設計簡析

牟 偉

（山東省港口集團日照港集團有限公司，山東日照 276800）

引言

日照港石臼港區南作業區功能定位為大宗干散貨作業區，鑒于投資和建設工期等方面原因，部分工程采用了“門座起重機＋接料斗＋自卸汽車＋單斗裝載機”的通用作業模式。而隨著國家對港口綠色、節能和環保等方面的要求愈加嚴格，對通用作業模式進行專業化改造，打造碧海藍天、建設綠色港口已成為必然趨勢。

近年來，日照港已經啟動將石臼港區南作業區逐步打造為“世界領先的智慧綠色大宗散貨作業區”的工作，#14、#15 泊位專業化改造工程作為先導工程，目前已經完成了施工圖設計，步入現場施工階段。現對其工藝設計工作進行回顧整理，總結提煉通用散貨泊位專業化改造的工藝設計要點，為今后類似改造項目提供參考與借鑒。

1 工程概述

日照港石臼港區南作業區#14、#15 泊位分別為25 萬t 級和30 萬t 級散貨卸船泊位，主要作業貨種為礦石。碼頭前沿共配備12 臺40 t-45 m 門座起重機，軌距12 m。現階段采用通用作業模式，由門座起重機將物料接卸至接料斗或者前方緩沖堆場，通過流動機械將物料倒運至后方堆場進行堆存，設計年運量1 600 萬t。

圖1 通用散貨泊位碼頭前沿現狀

不僅倒運作業是由流動機械完成，而且物料進入堆場后也需要單斗裝載機配合挖掘機進行堆碼垛作業，而流動機械作業普遍存在能耗高、污染大的通病，另外會造成港區交通壓力較大，整體作業環境惡劣。

本次改造內容主要包括：建設專業化鐵礦石堆場及火車裝車樓，采用帶式輸送機進行水平運輸，同時建設其它配套系統和設施，進一步釋放泊位及堆場通過能力，提升社會效益和經濟效益。

2 碼頭卸船系統改造

2.1 方案對比分析

傳統通用散貨碼頭通常采用通用性較強的門座起重機進行裝卸作業，在保留門座起重機的前提下進行專業化改造的方案一般有兩種：一種是在門座起重機兩軌之間布設碼頭帶式輸送機，配合移動接料漏斗完成卸船后的給料作業；另一種是在門座起重機陸側軌后方布設碼頭帶式輸送機，配合固定接料漏斗完成卸船后的給料作業。

圖2 在兩軌之間布置帶式輸送機和移動接料漏斗

圖3 在陸側軌后布置帶式輸送機與固定接料漏斗

帶式輸送機布置在門座起重機跨內可有效減少門座起重機回轉作業角度，司機操作難度相對較小，能耗較低，作業效率相對較高。陸側軌后方可用作緩沖堆場，臨時存放一些需要落地的物料。但移動接料漏斗與門座起重機同軌，壓縮了門座起重機的走行范圍，影響了門座起重機同時作業的數量。

帶式輸送機布置在門座起重機陸側軌后方，并相應設置固定接料漏斗，門座起重機跨泊位作業不受限制，裝卸作業覆蓋范圍較廣。但門座起重機作業回轉角度較大，能耗較高，作業效率相對較低，且回轉角度較大時不利于抓斗的對位作業，對司機操作要求較高。

表1 碼頭改造模式主要技術性能對比

兩種專業化改造模式各有利弊，行業內也有諸多應用案例，在設計過程中需要因地制宜，結合實際工程制定專業化改造方案。本工程門座起重機軌距12 m，滿足在軌內布置2 條碼頭帶式輸送機的前提條件，且此2 條帶式輸送機的位置也能適應遠期門座起重機調整為橋式抓斗卸船機后的條件，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布置在門座起重機跨內。

2.2 移動接料漏斗的主要技術參數

1）漏斗為不對稱漏斗，開口8.5×8.5 m，順振動給料機料流方向的一側漏斗壁傾角（后壁傾角）為70°，前壁傾角度不小于55°。

2）漏斗內壁耐磨襯板采用堆焊層不低于6 mm耐磨襯板，規格盡量統一，耐磨襯板區域中線以下的耐磨襯板主要規格為350×350 mm，沉頭高強度螺栓固定。中線以上及邊角處其他耐磨襯板尺寸可根據實際情況調整。

3）漏斗順皮帶機方向的兩側壁加振打器，振打器電機功率0.75 kW，振動力15 kN。

4）漏斗下料口設絲杠調節的可調閥門和振動給料機，振動給料機額定能力1 400 t/h，電機功率不小于6.75 kw，單臺激振力不小于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的調節速率要求。

5）為保障作業環保效果，移動接料漏斗加裝微霧抑塵設施。

6）門機、漏斗兩側均設拉耳，以便漏斗可布置在門機的任一側，與門機進行剛性連接，保證與門機同步走行。

3 堆場堆取料系統改造

3.1 方案對比分析

散貨堆場專業化布置一般有三種模式，即“堆取合一”模式、“堆取分開”模式以及“堆取合一”、“堆取分開”聯合的模式。

“堆取合一”的布置形式，堆場內布置堆取料作業線，采用堆取料機進行裝卸作業，設備類型較少，生產組織較為簡單，便于管理，軌道梁建設投資相對較低，但在作業過程中可能存在堆、取作業流程間的干擾，作業靈活性相對較差。

圖4 “堆取合一”工藝流程

“堆取分開”的布置形式，堆場內布置堆料作業線及取料作業線，采用堆料機、取料機進行裝卸作業，堆料作業及取料作業互不干擾，作業靈活性好，但設備類型較多，軌道梁建設投資較高，一定程度上造成堆場容量的損失。

圖5 “堆取分開”工藝流程

“堆取合一”與“堆取分開”聯合的布置形式，即堆場內同時布設堆料作業線、取料作業線以及堆取料作業線，采用堆料機、取料機及堆取料機進行裝卸作業。該種布置形式一般具有特定需求，實現部分功能流程而進行的交叉布置，但是在運營期容易造成部分大機利用率差別較大的情況，在生產調度上也相對困難，在工程設計中如沒有特殊要求的話，一般不采用此種布置形式。

圖6 “堆取合一”與“堆取分開”聯合布置工藝流程

表2 堆場布置形式主要技術性能對比

通過多方案的對比分析，考慮到工程的堆場面積緊張，為了最大程度提高堆存容量，最終選擇了“堆取合一”的作業模式，且該方案由于壩基數量僅3 條，還可以降低工程的一次性投資。

3.2 堆取料機及移動卸料小車主要技術參數

1）堆取料機主要技術參數

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

2）卸料小車主要技術參數

本工程堆場南側采用卸料小車為堆場帶式輸送機進行供料，卸料小車頭部采用三通形式進行雙側給料，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 火車裝車系統改造

4.1 方案對比分析

目前國內外專業化散貨裝火車工藝主要有裝車樓定點裝車和軌道式移動裝車機移動裝車兩種模式，兩種裝車方式各有利弊。

裝車樓裝車工藝控制方式靈活，靜態定量倉進行計量，計量精度較高，裝車效率高，環保效果好。但其系統較為復雜，造價相對較高，物料提升高度較高、能耗較大，裝車樓兩側要留足距離，鐵路裝車線至少要達到車長一倍以上，占地面積較大。

移動式裝車機結構簡單，設備質量較輕，造價較低，裝車過程中無需進行牽車作業，由裝車機進行移動裝車，故裝車線滿足整個車長裝車作業條件即可，鐵路投資較低。但裝車機自動化程度較低，且作業效率受上游取料流程限制，皮帶秤計量數據僅作為控制及管理使用，不能用作商業結算依據，環保效果相對較差。

本工程堆場北側的鐵路車場線路較多，為了節約土地占用，同時也結合日照港打造綠色港口、智慧港口的基本要求，本次設計采用環保效果好、自動化程度高的裝車樓工藝模式。

圖8 火車裝車樓

圖9 移動式裝車機

4.2 火車裝車樓的主要技術參數

#14、#15 泊位后方堆場擬采用火車裝車樓工藝形式進行疏港作業，堆場物料經取料系統取料后，由帶式輸送機將物料輸送至火車裝車樓緩沖倉，由定量倉計量后，通過下方裝車溜槽進行裝車作業。裝車樓額定裝車能力6 000 t/h，最大裝車能力6 900 t/h；緩沖倉容量≥300 t；定量倉稱量范圍30～100 t，計量精度為靜態≤1/1000，動態≤1/1000。

4.3 牽引形式

目前常見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：鐵牛牽引系統總體投資較低，牽引效率高，技術成熟可靠，但在鐵路車場內需要布置驅動卷繞系統及張緊裝置，同時要在鐵路沿線設置較多的鋼絲繩托輥，由于鋼絲繩和卷揚機構、托輥之間均需要潤滑，導致外露的潤滑油點數量多，且容易泄漏到地面而影響整個港區的清潔狀況。

圖10 鐵牛牽引系統

蓄電池電力牽引車牽引：蓄電池電力機車以蓄電池作為電源供給，可實現機車的遠程操作，具有牽引力大、起制動平穩、調速范圍廣等特點，但蓄電池具有不確定性，鐵路車場需另設充電基站，供機車及時進行充電補給和維護保養。

圖11 蓄電池式電力牽引車

盡管鐵牛牽引具有技術成熟可靠、設備成本較低、運營管理簡易等優勢，但考慮整個南作業區的功能定位，本次改造暫采用蓄電池電力牽引車進行火車牽引。

4.4 水平運輸系統的主要技術參數

本工程帶式輸送機有兩種規格形式：卸堆帶式輸送機帶寬2 m，帶速4.3 m/s，額定能力9 000 t/h；取裝帶式時速送機帶寬1.8 m，帶速4.3 m/s，額定能力6 000 t/h，均采用CST 驅動系統。CST 是專門用于輸送機的可控起動傳輸裝置，集成了一套濕式離合器系統和行星輪系減速裝置，可實現主驅動電機在空載工況下啟動，具有可靠的過載保護特性。

5 綠色智慧方面的特點

本工程的設計充分體現了綠色、智慧港口的建設理念，提高智能高效、綠色環保水平，以實現綠色、智慧港口的發展目標。

本工程堆場四周設置了防風網+綠化帶的組合屏障，并結合結殼劑和苫蓋等輔助措施，提升堆場內部的環保效果；另外在門座起重機接料漏斗處設置干霧抑塵系統；帶式輸送機設置擋風板、接料板、皮帶罩、清掃器以及洗帶裝置等；堆取料機設置灑水除塵系統以及臂架灑水系統；裝車樓設置干霧抑塵系統，并在裝車溜槽處設橡膠抑塵軟簾。

本次改造擬將整個港區打造為全方位數字化港口，實現數字化基建，為整個日照港建設智慧港口打下堅實基礎，而BIM+GIS 是構建全方位數字化港口的關鍵技術，一方面BIM 和GIS 是智慧港口數據的重要來源，數字化建模是BIM 和GIS 的基本原理，采用GIS 與BIM 集成技術，實現了港口基礎設施的徹底地“數字化”。另一方面結合IOT技術，BIM+GIS 模型可以將港口運營期間的動態數據以立體可視化的形式展現出來，創建線上以數據濃縮呈現的“虛擬世界”，實現現實港口的數字孿生。此外，通過傾斜攝影、三維掃描、水下多波速測量等技術快速獲取港區的水域和陸域的大場地動態數據，GIS 技術可以快速生成模型，從而實現及時跟蹤和分析港區的動態變化。

6 結語

本文結合日照港石臼港區南作業區#14、#15 泊位專業化改造工藝設計工作，從卸船作業、堆場專業化布置形式、火車裝車作業、水平運輸系統作為切入點，總結歸納專業化改造工藝設計要點，并深入分析各種工藝布置及作業形式的優缺點，為今后類似工程的設計及建設提供一定的借鑒參考。