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大水位差散装水泥进口码头设计王晓琨【摘要】以江夏某散装水泥进口码头为例,对大水位差散装水泥进口码头结构形式、后方水平运输形式等进行分析,从总体布置、运输特点、经济指标等具体方面进行详述,为类似工程设计提供借鉴和参考.【期刊名称】《港口装卸》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】3页(P58-60)【关键词】大水位差;散装水泥;进口;经济性;适应性【作者】王晓琨【作者单位】中交第二航务工程勘察设计院有限公司【正文语种】中文1 引言散装水泥具有重量大、易漂浮、易流动、易受潮结块的特性，散装水泥码头装卸、运输和储存设计时均需考虑特性因素，采用相应的特殊措施和设备。
散装水泥码头卸船设备包括螺旋卸船机、气力式卸船机等，水平输送设备包括带式输送机、气力输送设备、埋刮板输送机等，各设备适用工况不同，不具备通用性。
传统的码头结构形式包括直立式及浮式，对于大水位差的散装水泥进口码头，直立式码头结构形式下如何实现水位差变化下的卸船作业，以及浮码头结构形式下如何选择大角度水平输送设备，是设计的重难点。
本文对不同码头结构形式及不同输送角度要求下的散装水泥进口码头设计方案进行探讨，并以江夏某散装水泥进口码头为实例，总结一般规律，提出建议方案，供类似工程设计借鉴。
2 不同码头结构形式下卸船方案分析散装水泥进口码头可分为直立式码头结构形式及浮码头结构形式。
直立式码头快速、高效环保，工艺操作环节简单，输送节点固定。
但大水位差的散装水泥进口码头若采用直立式码头结构形式，要保证最低水位及最高水位时均能实现卸船作业，需对卸船设备进行优化。
浮码头水工投资费用低、经济性好，且随大水位差上下浮动，适应水位差变化，保证卸船作业时卸船机在高低水位范围内接料口与散货船间作业长度不变，卸船机采用普通刚性溜管即可满足作业条件[1]。
但浮码头趸船位于最低水位时，趸船与后方陆域间运输角度较大，需采用特殊散装水泥水平运输设备，且运输角度随水位差变化，工艺输送节点不固定，为实际工程操作带来不便。
一、外部竞争因素外部竞争因素包括港口地理位置、直接腹地外贸氧化铝需求量、腹地氧化铝客户基础和氧化铝集疏运条件等四个因素。
1、港口地理位置。
连云港为新亚欧大陆桥东方桥头堡，地理位置优越，陇海铁路和连霍高速公路将我国中西部的广大地区纳入了其腹地。
我国电解铝厂绝大部分分布在资源较为丰富的中西部地区，而作为连云港腹地的河南、青海、甘肃、山西、陕西、湖北、宁夏等地电解铝厂占全国总量的60%以上，以上地区都是陇海、兰新铁路的辐射区域，连云港是其最佳中转港口。
而日照港和青岛港距离较近，周边又有烟台港、威海港等港口，直接经济腹地很小，大部分都为以上港口交叉腹地，两港地理位置不如连云港。
2、直接腹地外贸氧化铝需求量。
青岛港的氧化铝货源供给地区主要为山东和山西，以上地区氧化铝需求量较大，但地区内国产氧化铝量也非常大，对外贸氧化铝的需求较少。
日照港的氧化铝货源供给地区主要为山东中西部和河南北部，以及青海等西部地区，该地区氧化铝需求量也很大，外贸氧化铝需求量也不小，但是，河南北部地区属于与连云港交叉腹地，货物产生分流，青海、甘肃等地区为日照港的潜在货源地区，外贸氧化铝需求量较大，目前日照港对该地区的辐射力有限。
连云港的氧化铝货源供给地区主要为陇海铁路沿线的河南、山东、山西、甘肃和青海等省份，以上地区分布着多家电解铝企业，对氧化铝的需求量巨大，对外贸氧化铝的需求也占到全国的一半左右。
连云港、日照港及青岛港由于距离较近，部分氧化铝货源供给腹地交叉重叠，竞争非常激烈，但总体上分析，连云港直接腹地内外贸氧化铝需求量最大，其次为日照港，青岛港直接腹地内的外贸氧化铝需求量最少。
3、腹地氧化铝客户基础。
连云港是我国氧化铝进口第一港，氧化铝进口量约占全国近一半的份额，现已成为全国最大的氧化铝集散地和贸易中心，客户基础最为强大。
多数企业反映连云港的服务非常好，对客户最为负责，这是连云港氧化铝客户基础较强的重要原因；青岛港凭借港口规模优势，把握住了一定量的货源，客户基础好于日照港；日照港的氧化铝运输业务起步较晚，且日照港与连云港腹地交叉，日照港目前也没有出台吸引货主转港的货源开发政策，客户基础比较薄弱。
1000吨新型多用途散装物料运输船制造可行性报告一、项目背景1.1、目前国内外相关技术与产品现状在电力、建材、冶金、轻工、食品等行业中，散装水泥、粉煤灰、粮食及化工原料（氧化铝、锌粉）等散装粉体物料的贮运、装卸是一项浩大而必不可少的工程。
与其它运输方式，水上运输的运输成本相对低廉。
而目前水上运输这一低成本的运输方式，在我国的利用率仍然太低。
在我国南方水系发达的广大地域，散装运输船有着巨大的发展潜力。
加快散装物料运输船只及其输送的研制，对提高效率，降低成本，保护环境，又好又快地发展经济具有深远意义。
长期以来，我国在散装物料水上运输领域的开发研究相对落后。
现阶段在长江流域（多集中在江、浙、沪等省市）营运的散装水泥船，大多为罐式船。
因受自重、容积、安全系数和造价等因素的限制，吨位都在400吨以内。
显然，此类散装运输船无法达到长距离连续输送和方便装卸的要求。
一些实力雄厚的企业和重点工程，只得靠从国外采购散装水泥运输船来达此目的，由于所进口的船舶价格昂贵，限制了散装物料水力运输的发展。
中国政府为从环境保护和节省资源目的出发，二十多年来一直致力于推广散装水泥，把散装水泥的水上运输设备作为重点推广，并给予政策扶持。
历届国务院总理都对散装水泥推广工作明确强调。
随着科学发展观的确立，以实施节能、环保达到可持续、又好又快地发展经济正逐步变成共识和行动推动社会进步。
湖南大学利用自身的学科技术优势，把肩负的责任变为理论和实际行动，多年来潜心研究气力输送技术和散装水泥水上运输设备，已成功地研究出了第一代和第二代散装物料运输船。
经过几年来的实践运营，达到了很好的效果。
在总结成果的基础上，结合广泛的调研，形成了第三代散装物料运输船的新思路。
模拟实验证明，性能可靠，符合我国国情，如能开发推广，必将有力推动散装水泥的发展，促进水上散装物料运输设备的进步，提高生产率，降低生产成本，减少环境污染，促进水运事业发展，有力推动社会进步！1.2、主要技术依托单位基本情况长沙湖大石水技贸有限公司是依托千年学府——湖南大学的人才及技术优势组建的高新技术企业，是岳麓山大学科技园示范企业。
日照港日照港是伴随着我国改革开放诞生、成长起来的新兴沿海港口,1982年正式开工建设,1986年投产运营,是我国重点发展的沿海20个主枢纽港之一,新亚欧大陆桥东方桥头堡。
2003年，原日照港务局与岚山港务局企业部分联合重组为日照港（集团）有限公司，子公司12个，现拥有日照、岚山两大港区，32个生产泊位，设计年通过能力超过5000万吨，员工7500余人，总资产70亿元。
概述日照港是伴随着我国改革开放诞生、成长起来的新兴沿海港口,1982年正式开工建设,1986年投产运营,是我国重点发展的沿海20个主枢纽港之一,新亚欧大陆桥东方桥头堡。
2003年，原日照港务局与岚山港务局企业部分联合重组为日照港（集团）有限公司，子公司12个，现拥有日照、岚山两大港区，32个生产泊位，设计年通过能力超过5000万吨，员工7500余人，总资产70亿元。
港口装卸以煤炭、铁矿石、集装箱、粮食、液体化工及油品等十大主导货种为主，并开通了至韩国平泽的客货班轮航线。
港口生产2003年突破4000万吨，2004年突破5000万吨，2005年完成8421万吨，增幅位居全国沿海港口之首，2006年进入亿吨大港行列,2010年港口吞吐量将突破2亿吨。
经过近20年的建设，日照港已经发展成为一个集现代物流、港湾建设、机械制造、房地产开发等为一体的现代企业集团。
自然条件日照港区位优势明显，自然条件得天独厚。
港口位于我国海岸线中部，东临黄海，北与青岛港、南与连云港毗邻，隔海与日本、韩国、朝鲜相望。
港区湾阔水深，陆域宽广，气候温和，不冻不淤，适合建设包括20～30万吨级大型深水码头在内的各类专业性深水泊位100余个，为我国名副其实的天然深水良港。
集疏运条件日照港集疏运方便快捷铁路连接港口的兖石铁路、坪岚铁路向西经新乡、侯马、西安直达新疆的阿拉山口，形成平行陇海，与京沪、京九、京广、焦枝、同蒲铁路相交的纵横交错的铁路网络，把日照港与华东、中原、西北广大地区连接在一起。
气力输送系统的装备与工艺气力输送系统以气体作为动力源对粉粒状物料进行管道密封式正压输送或负压抽吸。
气力输送具有工艺布置灵活、结构简单且不受气候影响、不扬尘，利于环境保护等特点，正压输送与机械输送相比：一次性投资小，输送能耗与机械输送相当，维护费用低，综合效益好。
水泥、生料、粉煤灰、矿渣粉、煤粉、硝石灰、干排电石渣粉、重钙粉、生石灰粉和有机硅粉等粉粒状物料均可通过管道进行气力输送。
在建材、化工、矿业、电力、粮食等行业得到大量的应用。
气力输送分两大类：压送式（正压）和负压抽吸式。
1. 气力输送发展简述1.1 国外的发展状况气力输送的发展有二百年的历史。
早在1810年英国Medhurst就提出了利用管道将邮件气力输送的方案。
1924年德国Gasterstadt发表了研究报告，提出气力输送理论和实验的系统研究，其中附加压损系数法至今仍用于稀相气力输送设计中。
后经过Frederic、Eliof、Docleham 等人的研究，实现了正负压组合输送，完善了负压抽吸，扩大了气力输送的使用范围。
由于当时受到科学技术水平和加工制造工艺等因素的限制，能耗高、输送距离短、管道磨损快和运行不稳定等因素制约着气力输送的进步。
随着技术的发展进步，低能耗、长距离、大产量、高浓度（高料气比）的新型气力输送系统的研究开发取得了长足的进步，使得气力输送的能耗大幅度下降。
德国Claudius Peters（CP）、德国Möller（缪勒）、德国Ibau（伊堡）、美国Macawber （麦考伯）、美国Dynamic Air（空气动力）、美国U.C.C（输送）、美国A-S-H（艾伦）、美国Fuller（富勒）、芬兰Pneuplan（钮普兰）、英国Clyde（克莱德）等公司都是从事气力输送的专业公司，前两者代表着当今气力输送的最高水平。
CP公司为埃及设计制造的水泥气力输送线，输送距离达3500m，是迄今为止输送距离最长的气力输送装置，Möller公司的双套管最大输送量达300t/h，最远距离3000m。
新型环保气吸式氧化铝卸船机比利时V I G AN公司北京代表处 邸 平摘 要:V IGAN N I V400AL型氧化铝卸船机是一种连续式气力卸船机。
它除了具有无粉尘洒落、取料方便、对船舶适应性强、结构简单、重量轻、易维修等特点外,还专门针对氧化铝采用了许多新技术和新装置,如连续卸船-灌包一体机、变频气送系统、专用过滤器、专用叶板式卸料器、H ZLLMAR夹轨器等。
关键词:氧化铝;气吸式卸船机;一体机;变频系统Abst ract:The sh i p un l oader for V I GAN N I V400AL type o f a l u m i na i s a ki nd of conti nuous pneu m atic ship un l oa der.Besi de the cha racte ristics of the fully a i rtigh t transport by a i r sucti on,no dust sp il,l conven i ent to recla i m,good suita b ility to different s h i p sizes,s i m p l e i n structure,li ght i n we i ght,and convenient to m a i ntenance,this un l oade r is designed w it h som e ne w techno log i es and equi pped w it h some ne w dev i ces specia l f o r t he alu m i na,such as the i ntegrated f uncti on f o r conti nuous un l oadi ng and packag i ng,frequency conversi on a ir feede r syste m,specia l purpose o f filter,spec ial purpose o f m ater i a l unload i ng vane,and HZLL M AR ra il c l amp,e tc.K ey w ords:a l u m i na;a ir sucti on-type s h i p un l oader;i ntegrated unloader;frequency conv ers i on syste m氧化铝是一种重要的工业原料。
随着我国经济建设的迅猛发展,国内市场对氧化铝及其产品的需求量在迅速增加,但是由于各种条件的限制,我国近半的氧化铝来自国际市场。
有消息表明,2005年我国进口氧化铝可能将增至750万,t远高于2004年约600万t的进口量。
因此沿海大型港口卸载氧化铝的任务将相当繁重。
氧化铝是大宗粉体散货,容重约为1.0t/m3,粒度小于0.4mm,安息角约为38 ,正常工况下流动性极好,比较难于处理。
按照现有工艺采用抓斗等间歇式设备进行卸船作业时,在卸移装等几个环节上都极易产生严重的飞扬、洒落等现象,在多风季节和风多风大的码头上更加明显。
由于氧化铝是价值较高的货物,卸载作业中飞扬洒落带来很严重的货损,不但损害了货主的利益,也损害了港口的名声。
为此还曾经多次发生过货主阻挠卸船作业等冲突事件。
更为严重的是,这种金属化合物粉末的飞扬洒落会严重污染环境,损害人体健康。
在环保问题日益受到重视的今天,特别在现代化程度较高的海港城市,这种污染将被严格禁止。
例如美国的洛杉矶市政府早就严令禁止采用抓斗卸载氧化铝。
法国、波兰等国家和我国的一些城市也作出类似的明确要求。
为适应形势的发展,港口用户急需密闭式环保型卸船设备。
比利时V I G AN工程公司设计制造的气吸式氧化铝卸船机很好地满足了这一市场需求。
2005年初,在日照港码头上的2台V I G AN N I V400AL型氧化铝卸船机完成轻载、重载、实际卸船试验,并通过验收正式投入使用。
它们的投产开创了我国采用连续式卸船设备卸载氧化铝的先河。
其主要技术参数如下:型号:V I GAN N I V400AL结构形式:连续卸船与灌包一体机额定能力:300t/h臂架长度:28m设计船型:50000D W T兼顾船型:10000D W T移动方式:轨道行走(配夹轨器)V I G AN N I V400AL型氧化铝卸船机是一种连续式气力卸船机。
除了具有无粉尘洒落、取料方便、对船舶适应性强、结构简单、重量轻、易维修等特点外,还专门针对氧化铝采用了许多新材料、新技术。
1 连续卸船-灌包一体机按照日照港的工艺流程,氧化铝从船上卸下之后,需要在现场灌装为1t/袋的大袋以便后续运输。
为此V I GAN公司集成诸多先进技术和多年丰富经验,经过反复研究和对比,提出了卸船-灌包一体机方案,得到港方的认可。
一体机方案就是把灌包机直接悬挂在气吸机的门架上,与之形成整体结构,成为卸船机的有机组成部分。
氧化铝被吸入卸船机气力输送管道和分离装置后,经由卸料器进入机上刮板机,随即分流进入门架下方的6条灌包线,每线60t/h。
灌包机上部配有两个称重料斗,顶端安装18Po rt Operati on 2005.N o.2(Se rial N o.160)有定量给料阀,料斗通过法兰连接到卸船机供料系统上,料斗底部的给料阀控制物料至卸料斗灌包。
机体顶端装有一个排气管与卸船机主系统相连,以利于称重料斗给料时排出气体的流动。
日照港的V I G AN卸船-灌包一体机具有显著优点:(1)对整体工艺进行了最大的简化,减少了很多中间环节,结构紧凑,简洁干净。
一体化设计可以避免发生卸船机与灌包机分离可能导致诸多问题,如同步行走、对接、撒漏等问题。
整机的PLC控制部分更加合理,在灌包机与卸船机配合、联动、制动、物料分配等环节解决得很好,使卸船机具备了很好的整体可靠性和较高工作效率。
(2)整个作业过程完全密闭,没有外部转载点,不产生任何洒落和污染,现场清洁,很好地解决了货损和环境保护等难题。
(3)减少现场占地。
如果采用卸船机与灌包机分离的方案,则需要很大的作业场地,对于作业繁忙、场地有限的日照港二公司来说,实现起来很困难。
而在一体机的四周,除了临海的一面外,其他三个方向均可以成为已经灌装好的袋装氧化铝的作业面。
现场管理调度方便,可以较好地提高装卸效率。
(4)一体化设计可以在很大程度上降低设备能耗,减轻重量,没有额外设备带来的噪声。
(5)V I G AN作为世界上最早的灌包机厂商(后将技术转让),对于灌包工艺有深刻的了解,因此使二者结合得很完美。
V I G AN选择了荷兰生产的SERVOB ALANS灌包装置,其质量、精度、可靠性均有保证。
实践证明这种结合非常成功,灌包精度(称量准确度)在动态状态下可达到正负2,远高于国内在用产品的精度水平。
(6)V I G AN作为唯一的供应商对包括灌包装置在内的整机负责,可减少用户的技术和管理难度。
2 采用了先进的变频技术2.1 定频气送系统当给定频率(工频电源50H z)不变时,卸船机的气力输送系统(简称为气送系统)驱动风机的电动机转速不变,称其为定频系统。
其特点是一旦通过设计计算选定了一台风机,由于转速固定,对应的压力和风量之间关系特性(可用特性曲线表示)即被确定。
对应于某种系统压力,如果需要改变风量去适应不同物料或不同工况的输送速度,只能采用在管道上增加调节阀或改变风机机械传动方式等措施,会带来能源浪费、结构复杂、成本增高、可操作性差等后果。
2.2 变频气送系统在卸船机的气力输送系统中采用变频器驱动风机新技术,使主机转速可按需调整,称其为变频系统。
变频器驱动风机技术就是按照风机驱动电机的容量选用变频器,设定开环或闭环矢量控制运行模式,通过模拟量或数字量频率给定,均匀改变给定频率,从而均匀改变风机的转速。
采用这种变频技术就能方便可靠地改变气送系统风量。
2.3 新型变频式气力卸船机的特点采用了变频器驱动风机技术的新型变频式气力卸船机具有显著特点如下。
2.3.1 降低能耗作为气力式卸船机供料装置的吸嘴埋入物料深度有一个最佳值,如果小于该值就会产生供料不足的现象。
气吸机清仓阶段就处于程度不同的供料不足即部分负载状态。
定频机型进行卸船作业时,在从开仓满载到清仓结束时近于空载的整个过程中,风机只能始终以额定高速运转。
在物料减少的部分负载时段甚至最后近乎空载的时段,为了避免由于系统压力减小而带来的风量过大导致风速过高,以及风机超负荷的现象发生,只能通过逐渐关闭管路内蝶阀进行控制。
这种人为增加系统压力的作法将产生部分无用功。
而变频机型则可以根据系统参数变化自动改变相应频率,例如在部分负载时采用低于50H z的频率,就有效地避免了无用功。
另外,由于物料越少、料层越薄,清舱作业所需时间越长,部分负载时段可能占到总卸船时间的30%~40%,所以变频机型节能效果显著。
用户的实际操作经验表明,采用变频机型能耗可以减少20%左右,其绝对数值相当可观。
对于能源相对短缺的我国来讲节能的意义重大。
2.3.2 减少气送系统磨损气力卸船机输料管的磨损始终是个引人注意的问题。
实践经验表明,即使对于同一种物料,采用相同材料的输料管,由于输送条件不同,磨损程度也存在显著差异。
因为磨损是由物料粒子与壁面摩擦或碰撞产生的,所以粒子速度越大,即摩擦或碰撞的能量越大,则磨损越严重。
国际上的有关研究表明,磨损量大约与输送气流速度的三次方成正比,同时由粒子超速运行引起的静电、吸附等问题也会有所增加。
定频机型在清舱等部分负载工况下,由于系统压力下降,可能产生风量增加导致风速过高的情况。
通过变频技术控制风机的风量,使系统内风速在各种工况下都能保持比较恒定的最佳值。
这样就可以19港口装卸 2005年第2期(总第160期)避免或最大限度地减少额外磨损的发生,相应延长输送系统的使用寿命。
采用变频技术还可以使风机能够在较低转速下起动和停车(即软起动、软停车),可减缓对风机和系统的冲击,延长其工作寿命。
系统避免了不必要的磨损就意味着减少维修工作量,降低运营成本,增加经济效益。
2.3.3 减少物料破损物料破损是由于物料与管壁、物料与物料之间的摩擦或碰撞产生的,输送气流速度对其影响与上述对磨损的影响一样严重。
所以对于一些易损易碎物料必需控制输送风速。
这点在输送粮食类物料时更加重要。
变频机型可根据需要调整输送风速,避免了不必要的破损,确保被送物料品质。
2.3.4 保持系统高效稳定通过变频技术可以准确地控制空气流量,避免大的脉动,使系统始终工作在高效稳定的最佳状态;并可根据具体情况及时、准确、方便地进行调整。
