（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）
摘要：本文结合重庆港果园作业区散货改造项目，重点介绍了1#散货泊位的工艺设计方案，总结了在山区复杂地形条件下，大型散货码头工艺设计的难点和要点，可对未来类似的项目提供借鉴。
关键词：散货码头；工艺；带式输送机；装船机；港口改造
重庆港主城港区果园作业区共有16个5 000 t级泊位，包括多用途泊位（主要是集装箱）10个，散货泊位2个，散杂泊位1个，商品汽车滚装泊位3个。多用途泊位为直立式码头，其余泊位均为斜坡式。整个果园作业区港区陆域已形成二级平台，即193.6平台和227平台，两级平台高差33.4m。平台四周均设有高边坡、高挡墙，建、构筑物需充分考虑对其结构安全性的影响。由于本工程码头区年装卸量大，货种杂，铁-水联运流程复杂。堆场部分不仅要满足水路进出口的散货堆存要求，还要考虑铁路区中转的散货堆存要求。
此外，本项目为改造工程，要求尽量减少对生产的影响；工期短，项目采用EPC总承包模式，设备的招标采购、设计协调等工作量大。设计的难点在于复杂地形条件下工艺系统的布置。
果园作业区陆域分为两部分，前方为港口装卸区（港区），后方为铁路装卸区（铁路区）。因铁路线东西向进港，且场地不规则，只能布置集装箱和件杂堆场，铁路区的散货堆场必须设在港区内。根据运量安排，码头区需设1个进口泊位，3个出口泊位。对汽车滚装码头上游的 4个泊位进行改造，其中3个浮式码头改成散货出口泊位，另将1个直立式泊位改造成散货进口泊位。重新规划后的果园作业区布置见图1。
铁路区利用两台双车翻车机卸车，利用1台装车机装车。码头区卸船泊位采用2台桥式抓斗卸船机；3个装船泊位各采用 1台弧形轨道装船机。堆场采用斗轮堆取料机。各进、出港的带式输送机上均配备计量、采制样和除铁系统。
图1 果园作业区布置
图2为本项目工艺流程。分两步实施，第一部分涵盖了本项目大部分陆域及 1#散货泊位；点划线内为第二部分实施内容。工艺设计按整个项目统筹考虑，预留第二部分实施的相关接口和土建条件。[1]
图2 工艺流程
因泊位数量多，流向复杂，至少需要7条装卸线，对应7台斗轮堆取料机，方可保证各流程互不干扰地运行。考虑到可逆带式输送机易跑偏，且两端均需接料卸料，土建投资较大，运营维护成本较高，堆场采用了单向运行的带式输送机。
铁路区高程与227平台较为接近。按货种所需面积大小，结合工艺流程，对堆场进行了分区。铁铁中转的散货全部布置在227平台，富裕部分布置煤炭中转堆场。
矿石堆场至少需要两台堆取料机才能保证进出流程独立进行，且矿石容重大，所需堆场小。利用193.6平台的3台斗轮机覆盖的堆场做为矿石堆场，富裕部分用来堆存水水中转的煤炭。
堆场分区充分利用了地形特点，节能高效，简化了工艺流程。
如何充分利用平台尽量加大斗轮堆取料机的行走长度，增加堆场堆存面积，是工艺设计考虑的重要内容之一。
1）廊道跨越边坡节省堆场
如果将T2-5、T2-6、T2-7布置在227平台上，加上防风网、消防通道等要求，堆场长度损失较大。将转运站设在紧贴边坡的道路上，与堆取料机基础采用大跨度廊道相接。227平台的消防通道环形布置，穿越带式输送机栈桥段采用下沉式设计，栈桥下净空4m，即可通行消防车辆又节省了堆场面积。
图3 T2-5转运站与227平台连接示意
2）生产辅助建筑物布置在堆场两端
带式输送机主通道尽量贴着防风网，在场地端部布置，生产辅助建筑物如机修间、流机库、污水处理站、变电所、喷洒泵房等单体利用堆场内与斗轮机基础两端相接的栈桥附近无法堆货的区域，见缝插针式布置。
3）优化铁路直装功能
铁路直装功能是火车翻车机卸下来的煤炭，不经过堆场储存，直接进入装船机系统，可大大节省能耗。本工程船型以5 000 t级为主，一列火车载煤量一般为4000t左右，单船与整列车的载重量相差不大，因此，本工程仅考虑一个散货出口泊位具备直装功能。按路径最短原则，选择斗轮堆取料机的尾车具备直通功能。相应加大了堆场长度，堆场面积增大了1272m2。
工程范围内共有转运站28个，带式输送机41条。多处有多点给料工况，带式输送机系统转接点复杂，下行皮带多，转运站尺度受限条件多。
1）多点卸料型式
因流程复杂，一台斗轮机对应多个装卸线的工况很多，即物料需要从一条皮带切换到2条以上的带式输送机。一台机对应两条接料胶带时，采用分叉溜槽；一台机对应三条接料胶带的工况，我们按相接的爬坡栈桥不大于14°，在多级分叉溜槽、伸缩头及卸料车几种方案中进行了比选。
图4 3种转接方式比较示意
由图4可知，对应3种方式，因需布置消防通道、驱动和张紧装置，斗轮堆取料机基础的端点与卸料点的距离差别不大。生产辅助建筑物需布置在斗轮堆取料机爬坡栈桥段无法堆货的场地，加之带式输送机凸弧、凹弧段所需，栈桥的斜段不宜太短，即卸料车方式栈桥坡度还需进一步放缓。综合考虑消防通道、驱动和张紧的布置、生产辅助建筑布置、斗轮堆取料机检修位置等因素，3种方式对堆场长度的影响差别不大。但 3种方式在转运站的高度和长度方面差别较大，日常运营的维护量也不同。
分叉溜槽在重庆港使用较多。但其工作环境恶劣，翻板的轴及轴孔容易锈蚀发生故障；溜槽级数多将导致溜槽过长，高差大，衬板磨损严重；对接料皮带的冲击大，对料流控制差，容易导致接料皮带跑偏；潮湿、粘性大的散料易起拱，发生堵塞。卸料车类似于堆取料机、装船机的尾车，通过尾车行走改变卸料点的位置，实现多点卸料。多级分叉溜槽和卸料车这两种方式均需增大堆场带式输送机至转运站的提升高度。考虑到节能环保和使用维护的要求，最终我们选用了伸缩头方式实现一对多的卸料。
2）下运带式输送机
本工程有4条固定式下运带式输送机，高差都在-20m以上，存在发电工况。港口带式输送机多为向上运输，电动工况，即使在地形复杂的山区港口重庆港，因带式输送机效率低，高差小，即使是向下运输，也几乎不需要考虑发电工况。但在实际使用过程中，因超载引起向下运输的带式输送机超速、甚至失速的现象时有发生，工艺系统效率猛增，出现了港口非常少见的发电工况。下运（特指带发电工况）带式输送机的设计关键在于安全、可靠的制动方案，特别是失电状态下的重载停车制动效果直接影响到运输安全。
为保证带式输送机具体良好的启停性能，同时保证正常工作和系统断电时能可靠制动，在下运带式输送机的高速和低速轴制动系统，借鉴了在煤矿使用较多的四象限变频调速装置和可控液压盘式制动器方案[2]。整个驱动单元包括变频电机、弹性柱销齿形联轴器、减速器、传动滚筒、四象限变频调速装置和可控液压盘式制动器。可控液压盘式制动器设在低速轴上，由机械盘闸、可控液压站及自动控制装置组成，具有延时制动的功能。
空载运行时，电机处于电动状态，驱动带式输送机运转；当皮带上的物料越来越多，下滑力大于带式输送机的摩擦阻力时，电机转入发电状态。在正常满载运行时，电机起的是制动作用，由它控制带式输送机的速度。通过电控装置与机械液压装置的配合，能可靠地控制带式输送机的制动加速度，保证运行安全。
3）采用重叠式皮带车驱动
除了上述四条固定式下运带式输送机，码头前沿的皮带车在水位较低时也可能出现发电工况[3]。由于大水位差地区船型较小，装卸效率较低，即使是向下运输，一般也不需考虑发电工况。本工程皮带车将是上游地区效率最高的皮带车，最大运量高达2000t/h，对应不同水位，在不同季节，有时是电动工况运行，有时是发电工况运行，且发电工况时功率较大（160kW）。因驱动单元体积、重量较大，采用了重叠式皮带车方案，将驱动单元上置，设在固定钢平台上，皮带车活动部分在其下通过。
图5 皮带车线型示意
采用的重叠式皮带车，整体式，不需拆解，陆域留出了相应的纵深，所以在高水位时，皮带车留在陆域的部分较长，斜坡道部分自身的下滑力无法克服整机移动产生的运行阻力，即在部分高水位时，向下移动也需要牵引。为实现双向牵引，在皮带车尾节中间设置了双向牵引点。
图6 皮带车双向牵引方案
4）带式输送机结合地形紧凑转运站布置
为减少带式输送机的维护量，降低转运站高度，尽量减小转接点高差，带分叉溜槽的转接点高差控制在7m以内（溜管角度55°～60°）。尽量采用重锤张紧型式，便于维护，占地小。对个别无法采用重锤的带式输送机，如皮带车，采用液压张紧。因货种杂，带式输送机上行和下行角度均不超过14°。对少量水平长度不够的地方，提前到上游来料带式输送机就开始上行或下行。对长距离下运带式输送机，尽量加长下行段的水平距离，以减缓斜坡段的角度，避免紧急停车时因制动响应不及时引起的洒料现象。
对于227平台西侧的3条带式输送机，通过在边坡上开槽实现了输送机廊道在两个平台间的穿越。为提高土地利用率，转运站占地尽量小。以T2-5转运站为例，用于双路共四条带式输送机交接，高低层高差35.5m，类似于“吊脚楼”。因其占用了进港区的道路，必须留出不小于15m的道路净宽（见图3）。即使考虑压缩两路带式输送机中心距，高楼层向外悬挑等手段，转运站宽度仍限制在13m左右。该转运站接料皮带有发电工况，需采用尾部驱动，故该转运站内有四套驱动装置。因转运站宽度受限，头、尾驱动装置均难以布置，拉到地面高差又过大，将两路带式输送机的驱动装置下置，并一前一后错开布置，将来料带式输送机的重锤张紧装置设在转运站内。T2-5断面布置见图7。
图7 T2-5转运站断面
5）三通处考虑疏通措施
根据当地的使用经验，三通溜槽经常发生堵塞。我们在所有的分叉溜槽处均设置了空气炮，用于堵塞时对溜槽进行疏通、清理。
表1 1650 t/h弧形轨道装船机主要技术参数
生产效率/(t·h-1) 额定1 650，最大2 000带式输送机参数 B=1 400 mm，V=3.15m/s落料中心距旋转中心距离/m 最大30，最小22.6臂架带式输送机伸缩行程/m 7.4臂架带式输送机俯仰角度/(°) 上仰14，下俯-5臂架带式输送机旋转范围/(°) 左55，右70大车行走轨道半径/m 12大车轮压/kN 300臂架伸缩速度/(m·min-1) 7大车行走速度/(m·min-1) 10.6单程俯仰时间/s 70.3引桥适应最大水位差/m 5引桥适应左右偏差角/(°) ±5（工作），15（非工作）整机重量/t 164
本工程散货出口泊位均为浮码头形式，采用弧形轨道装船机，即在趸船上设弧形轨道，装船机大车可以在弧形轨道上行走。整机重量轻、造价低，装船机额定效率1650t/h，最大效率达到2000t/h。装船机主要技术参数见表1。
为满足5000t级散货船的装船要求和趸船稳性要求，除主要参数调整之外，该机与常用的弧形轨道装船机相比，还有如下特点：
1）趸船局部加宽
为降低造价，利用现有趸船改造，趸船采用宽度18m，与钢引桥搭接处局部加宽2m，设置牛腿平台。臂架伸缩范围按5 000 t级散货船舱口尺寸考虑，尽量加大，但仍不能覆盖整个船舱，装卸过程中需移船。
2）臂架带式输送机与趸船接料带式输送机合二为一
考虑到船舶空载吃水高度，装船机臂架下所需净空不小于4800mm。为满足趸船上带式输送机的爬坡要求（不大于14°），囤船面至臂架的带式输送机难以采用常规的两条分别布置的形式，改为一整条带式输送机，减少了一个落料点，降低了趸船上带式输送机的高差。
3）钢引桥两端支承均采用柔性连接
钢引桥皮带机是装船机的一部分，两端分别与斜坡道上的皮带车和趸船上的固定带式输送机相接。趸船采用锚链固定，在水流力作用下及货船靠泊时，不可避免地会产生微小的运动，从而带动钢引桥运动，对趸船上的钢引桥支承和斜坡道上的钢轨产生横向力和纵向推力。本工程流速大，趸船截面较宽，钢引桥带式输送机效率高，重量大，钢引桥对两端支承的荷载大。为适应趸船正常作业时的位移，钢引桥船、岸两侧的支承同时采用了十字铰的柔性连接方式（见图8），避免钢引桥船侧支座受到大的扭矩导致结构受损，也避免岸侧行走轮水平力过大导致卡轨现象。
图8 装船机整体布置
4）钢引桥皮带机卸料处增设调节挡板
因钢引桥两端均采用了十字铰支承，加上接料带式输送机需要旋转，钢引桥皮带机的卸料中心线相对于趸船接料皮带无法固定在中心位置。根据重庆港使用情况，因趸船接料带式输送机较短，趸船上接料皮带跑偏现象突出。为保证钢引桥带式输送机的物料落在接料带式输送机的中心，我们在钢引桥带式输送机头部卸料漏斗内设置了调节挡板，可以人工调节落料中心线位置，降低接料带式输送机跑偏的可能性。
本工程货种多，流程复杂，带式输送机数量多，为提高生产管理水平，整个系统采用了先进的管控一体化技术。该技术实现了设备控制与生产管理的有机结合，同时借助信息化手段，实现信息共享，为管理层提供准确有效的数据。该系统覆盖码头商务管理、调度管理、库场管理、生产统计等生产领域，实现港口的透明生产，用户操作体验良好、响应速度快、运行稳定、安全可靠、易于维护、便于扩展。
本项目水位差大，地形复杂，且所需流程多，是目前长江上游规模较大的公用性散货铁-水联运项目。设计借鉴了海港大型专业化散货码头的经验，克服困难，创造条件，采用斗轮堆取料机、翻车机等专业化散货装卸设备，并开发了大运量下运皮带车、弧形轨道装船机等适合上游地区作业的散货专用设备，大大提高了装卸工艺系统的效率。本项目的设计体现了资源节约、环境友好、高效高产、人文和谐的思想，为大水位差地区散货码头的建设积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1] 重庆港主城港区果园作业区二期扩建散货工艺项目施工图设计文件[R]. 武汉： 中交第二航务工程勘察设计院有限公司, 2016.
[2] 邹本禹, 张君. 专业化煤炭码头装卸工艺系统直装功能分析[J]. 港口装卸, 2015： 29-30.
[3] 交通部第二航务工程勘察设计院. 河港装卸工艺设计手册[S]. 人民交通出版社, 1982： 25-28.
Technological Design for Bulk Cargo Terminal Reconstruction Project in Guoyuan Operation Zone at Chongqing Port Zhucheng Harbor
Yu Hong, Zhou Kan
(CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd., Wuhan Hubei 430071, China)
Abstract:Based on bulk cargo terminal reconstruction project in Guoyuan operation zone of Chongqing port, the technological design strategy for bulk cargo berth No.1 is introduced in detail, which leads to the difficulties and key points for the technological design of large-scale bulk cargo terminal under the condition of complex mountain topography. The research results will serve as a reference for similar projects in future.
Key words:bulk-cargo terminal; handling technology; belt conveyor; ship-loader; port reconstruction
中图分类号：U656.1+35；U653.92
文献标志码：A
文章编号：1004-9592（2017）04-0022-05
DOI： 10.16403/j.cnki.ggjs20170406
收稿日期：2017-01-08
作者简介：喻弘（1972-），女，高级工程师，硕士，主要从事装卸工艺设计工作。
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