大型塔器設備海陸聯運技術分析及應用

郭 忠 王文剛

中石化重型起重運輸工程有限責任公司 北京 100029

隨著石化、風電、海上平臺等行業的發展，以及大型設備制造業水平的提高，大型塔器設備的公路運輸已經滿足不了需要，正逐漸向海陸聯運方式發展，包括短倒、滾裝、海運、過駁江運等多式聯運方式。隨著運輸環節的增加，大件設備運輸、裝卸和系固的要求越來越嚴格，所以大件設備運輸要合理分析運輸的可行性，制定合理、切合實際又經濟的方案。

1 短倒運輸

車輛在運輸過程中，遇到橫坡、道路坑洼等情況，車貨整體會產生側傾。當貨物受側向風較大時，同樣會產生該現象。一旦車輛抵御外界因素影響的能力較差，就會失穩，甚至發生傾覆。一般情況下，由于掛車橫向寬度遠遠小于縱向長度，掛車常見橫向穩定性不足，因此更應該注重掛車的橫向穩定性。以下對軸線板車三點支撐方式的穩定性進行分析。

掛車失穩時是以貨物、本體作為一個整體沿穩定面進行的，因此穩定性計算中重心應是掛車和貨物的組合重心。計算整體重心高度（H）時，則應是組合重心至穩定面的高度。如圖1 所示，AC 所在的與地面平行的平面稱為穩定面，A、C 兩點為懸架擺臂縱軸所在的位置；H0為穩定面高度，它與平板車輪胎規格有關，一般取值270～300mm；φ1max、φ2max 分別為車貨系統左、右最大穩定角，當貨物重心位于液壓平板車縱軸心線上時，左、右穩定角相等。重心高度是影響運行穩定性的最主要內在因素，重心高度越大，穩定性越差。在貨物重心高度（H1）不變的情況下，貨物質量越大，重心高度越大，穩定性越差。

圖1 貨物運輸圖

圖中G1為貨物重心，其高度為H1；G2為平板車重心，其高度H2受液壓懸掛的影響，一般取液壓平板車正常行駛時的高度；G 為車貨重心，Ha 是其重心高度。

Ha 和H 的計算分別見式（1）和式（2）。

式中：Ha——車貨重心高度；

G1——貨物重心；

H1——貨物的重心高度；

G2——平板車重心；

H2——平板車重心高度；

H0——穩定面高度；

H——整體重心高度。

圖2 為三點支撐編點的靜態穩定角，在△NFG 中φ=arctan(NF/ H),三點支撐的穩定角要滿足φ＞7°。

圖2 三點支撐編點的靜態穩定角

2 靠泊方式

對于滾裝泊位，根據靠泊方式不同可分為丁靠和順靠兩種。

2.1 丁靠

丁靠，即船舶垂直岸線布置，通過滾裝平臺與陸域銜接，詳見圖3。

圖3 滾裝船舶丁靠圖

（1）優點：滾裝船舶采用丁靠布置方便自行式軸線車直上直下，滾裝泊位與通用泊位相互之間基本不存在干擾，且碼頭占用岸線長度較短。

（2）缺點：滾裝泊位船舶丁靠受潮流影響較大，對水文條件較為敏感，作業要求較高。一般適用于流速小于0.2m/ s 的區域。

2.2 順靠

2.2.1 部分順靠

滾裝船舶部分順靠示意圖見圖4。

圖4 滾裝船舶部分順靠

（1）優點：滾裝船舶順靠碼頭時，靠離泊作業較方便，通航安全可得到有效保證，且滾裝泊位與通用泊位相互之間作業基本上無干擾。

（2）缺點：滾裝泊位與引橋垂直相交，自行式軸線板車運輸需90°轉彎；轉彎部位正好位于滾裝平臺與引橋之間的接坡區域，加大了自行式軸線板車的滾裝難度，且占用岸線較長。

2.2.2 完全順靠滾裝船舶完全順靠示意圖見圖5。

圖5 滾裝船舶完全順靠示意圖

（1）優點：滾裝船舶順靠碼頭時，靠離泊作業較方便，通航安全可得到有效保證。

（2）缺點：需要板車橫向滾裝，對船舶調整能力要求高，加大了自行式軸線板車滾裝難度，且占用岸線較長。

3 滾裝跳板布置

船與碼頭之間采用30mm×2000mm×9000mm 厚鋼板作為滾裝跳板，鋼板鋪設示意圖及要求如圖6 所示。

圖6 鋼板鋪設示意圖

簡化其受力模型（圖7），按照最大設計運輸軸載40t每軸線計算，鋼板的最大應力為216MPa，車輛寬度為2.43m，計算如下：

圖7 簡化受力模型

最大彎矩：M=G/ 2×0.4×9.8×1000=78400N·m

形心位置：Ymax=0.03/ 2=0.015m

截面模量：

IZ=bh3/ 12=2.43×0.033/ 12=0.0000054675

選取2016年2月—2018年2月進入本院治療的脊柱骨折患者進行此次實驗的研究比較，將參與研究的患者隨機分成實驗組（37例）和對照組（37例），實驗組則對患者采取CT進行診斷。實驗組中男性患者26例，女性患者11例，平均年齡為（47.38±3.71）。對照組對患者采取X片平片進行診斷，對照組中男性患者27例，女性患者10例，平均年齡為（48.26±3.56）。實驗組和對照組年齡、性別等不存在明顯差異（P＞0.05）。對比分析分別應用兩種檢查方式患者病情的檢出幾率。

截面應力σ=MYmax/ IZ=215.1MPa

由此可知，跳板鋼板材料Q345 能夠滿足設備卸貨運輸要求。

4 滾裝裝船

4.1 滾裝準備

（1）提前確定鞍座及支墩位置，支墩需提前在船板上定位，船到后再次核實支墩位置，并按照設備參數選擇合適的支墩；

（2）船舶靠港時，船停靠位置與滾裝碼頭順靠，系好纜繩；

（3）提前將鋼板等工機具運輸到指定區域，船舶靠港后在岸與船間搭好柔性跳板（根據方案鋪設鋼板、鋼制坡道或薄木板等）；（4）依據水文、碼頭條件計算出準確的滾裝時刻，用壓艙水調節船的高度和姿態以適應滾裝。

4.2 滾裝作業

（1）車組到達滾裝碼頭前20m 后停車并有效制動，按照計劃檢查內容及順序，逐項檢查氣壓、液壓、各模塊間距離、車板方向和車板高度等數據。確認各項指標均滿足技術要求后，簽發滾裝作業命令書，開始作業。

（2）調整駁船型深及狀態，作好滾裝船準備。圖8 為船舶壓載水示意圖。

圖8 船舶壓載水示意圖

（3）駁船高度合適、連接碼頭與駁船的鋼制路基板放置穩妥后，等待漲潮。待漲潮時將車輛駛上駁船，運行速度＜0.5km/ h（實際情況下還需根據駁船排壓艙水的速度確定）。圖9 為滾裝示意圖。

圖9 滾裝示意圖

（4）反復執行上一步操作直到車輛完全上船。上船途中保持與駁船技術人員的溝通，防止因潮水、駁船排壓艙水速度與駁船承重速度不同造成的駁船與地面間高度較大變化、駁船橫向角度過大等問題。期間各位置操作、監視人員需高度注意、嚴格根據操作手冊，發現隱患及時通報現場指揮，統一安排，保證車板運行安全，尤其要避免因局部懸空造成的車板過載風險。

（5）車輛全部上船后，嚴格根據路徑標示緩慢行駛，通過調控壓倉水保持船舶平穩，直至設備在船舶平穩的基礎上安全停在提前安置好的支墩上方。圖10 為滾裝就位示意圖。

圖10 滾裝就位示意圖

（6）嚴格根據全回轉自行板降低車板高度時的穩定三角形下降技術要求，緩慢落下設備于支墩上。

（7）停滯5min，觀察無異常后，按照要求將車輛駛離駁船。

為了更好地預測滾裝條件，假設碼頭標高為H,潮水高度為h,駁船型深S，吃水深D,如果想滿足駁船甲板面比碼頭高200mm，則應滿足公式（3）。

H- h+200=S- D （3）

5 過駁

方案一：桅桿吊吊裝方案，一般將桅桿吊設置在碼頭后沿，但該方案對產品最大尺寸及重量有限制。

方案二：浮吊吊裝方案，采用此類方案可在水上作業，無需靠泊碼頭作業，減少了碼頭使用費。

方案三：滾卸、滾裝方案，一般大駁船檔期緊張換小駁船運輸時可采用此類方案，但該方案大大增加了運輸成本，一般不建議采用。

6 案例分析

6.1 穩定性計算

南京宇創鎮海煉化項目CO2吸收塔內徑R7.2m，長55m，重605t，鞍座寬度8000mm，弧底高度600mm；支墩高度1.5m，短倒運輸時采用4 縱列20 軸線SPMT 運輸；海運采用4483t 級甲板貨船，對稱積載于船舶京潤168中，船長95.4m，型深5.4m，滿載吃水深度3.96m、空載吃水深度2.512m。

計算傾覆三角形（圖2）的底邊長度，圖中BC 為SPMT 兩點的支撐間距，2900mm；EF 為貨物重心所在平面與平板車交線，EF/ 2 即橫向穩定線長：EF/ 2=2/ 3BC/ 2=966.7mm。

根據式（1）和式（2）計算整體重心距離地面高度（H）。

由于橫向穩定角＞7°，所以可認為SPMT 運輸設備時橫向穩定性滿足要求。

6.2 牽引力校核

牽引力校核情況見表1，結果為安全。

表1 牽引力校核

7 結論

大型塔器設備海陸聯運是運輸行業實現“門到門”服務的重要方式。大型設備滾裝、滾卸過程中，應根據船舶吃水情況、碼頭標高、潮汐情況來指導船舶壓倉、調倉，實現設備的安全滾裝、滾卸。同時，結合自行式軸線板車的結構特點，選擇不同的滾裝方式，確保塔器設備海陸聯運安全、高效。