碼頭工程設(shè)計中的節(jié)能措施

1江蘇省交通運輸廳港口局 余金山

2南京水利科學(xué)研究院勘測設(shè)計院 陳秀瑛 王端宏 范平易

港口是交通行業(yè)重點耗能企業(yè)，因此開展港口節(jié)能減耗工作意義重大。為貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，交通部明確提出“加快建設(shè)創(chuàng)新型交通行業(yè),走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型交通行業(yè)發(fā)展之路”。迄今為止，已有許多學(xué)者或工程技術(shù)人員對港口的節(jié)能降耗工作進行了相關(guān)的研究[1]～[3]，提出了港口節(jié)能減排的措施。其中，設(shè)計是開展節(jié)能工作的入口和靈魂。在設(shè)計階段，從總平面布置、裝卸工藝、設(shè)備選型入手，實行“節(jié)能把關(guān)”，堅決杜絕高能耗的工藝、設(shè)備混入企業(yè)，吞噬寶貴的能源，這對達到節(jié)能減排的目的具有重要意義。本文以鎮(zhèn)江惠龍長江港務(wù)有限公司碼頭一期工程為例，分析了件雜貨碼頭工程的節(jié)能降耗設(shè)計方法，為其他件雜貨碼頭設(shè)計提供參考。

1 工程概況

1.1 工程位置及吞吐量

鎮(zhèn)江惠龍長江港務(wù)有限公司碼頭一期工程位于鎮(zhèn)江市潤州區(qū)蔣橋鎮(zhèn)六擺渡村長江右岸，根據(jù)吞吐量預(yù)測，該工程主要以鋼材、木材和為龍門工業(yè)園區(qū)提供的公共貨運服務(wù)為主。碼頭設(shè)計吞吐量及設(shè)計船型如表1、表2所示。

1.2 碼頭平面布置

1）平面布置方案

根據(jù)吞吐量安排，考慮貨物大船進、小船出的需要，順岸布置40000t級泊位1個，利用長江岸線長380m，可兼顧2艘20000t級船舶停靠。

表1 鎮(zhèn)江惠龍長江港工程一期吞吐量安排 單位:萬t

表2 設(shè)計代表船型 單位:m

在40000t級碼頭上游，利用現(xiàn)有灘地溝塘，布置內(nèi)港池1個，港池長255m，寬130m，可兩側(cè)停靠6艘2000t級駁船。

碼頭合計占用長江岸線510m。

碼頭總平面布置圖如圖1所示。

2）總平面布置節(jié)能設(shè)計特點

本方案的特點是充分利用現(xiàn)有灘地溝塘，布置1個港池，深水泊位停靠大噸級船舶，小噸級船舶進入內(nèi)港池停靠。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，節(jié)能設(shè)計主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）平面布置采用大小泊位配套，適應(yīng)不同船型，避免小船占用深水岸線，提高泊位綜合通過能力，降低單位能耗。

（2）港口陸域按功能分區(qū)布置。生產(chǎn)區(qū)集中布置在對應(yīng)碼頭后方區(qū)域，生活及辦公區(qū)等布置在港區(qū)的一角。

（3）35kV總變電站位于港區(qū)中心，通過10kV線路送至各分變電所：內(nèi)港池變電所、堆場變電所、碼頭變電所和辦公生活區(qū)變電所。各分變電所設(shè)置于相應(yīng)的負荷中心。

（4）分區(qū)設(shè)置大碼頭前方堆場、內(nèi)港池前方堆場及后方堆場。裝卸貨物根據(jù)貨物流向分區(qū)堆放，盡量減少貨物在港區(qū)的二次倒運距離。大碼頭進口貨物如需由小船轉(zhuǎn)運的就直接運至內(nèi)港池堆場堆存，如需由后方輸運的就送至后方堆場堆存等。

（5）分別在堆場區(qū)和倉庫區(qū)設(shè)置鋼板開平廠，按照堆場→開平廠→堆場（客戶）的工藝流程，既可以滿足需要平板客戶的需要，又減少了開平環(huán)節(jié)的運輸量和操作量，達到降低能耗的效果。

1.3 裝卸工藝

1）裝卸工藝布置方案

本工程40000t級泊位（可同時停靠2艘20000t級雜貨船）專為大型船舶卸船泊位，配套小型泊位專為小型船舶裝船泊位。利用陸域內(nèi)的大魚塘作為配套小型泊位的內(nèi)港池，港池后沿吹填形成陸域，并在此陸域處布置兩塊前沿堆場。主要堆場、倉庫及生產(chǎn)輔助建筑物均布置在后方陸域。40000t級碼頭前沿設(shè)25(40)t-33m門座起重機和16(25)t-33m門座起重機各2臺，內(nèi)港池小型碼頭前沿每泊位設(shè)1臺門座起重機，水平運輸均采用牽引車及平板車與后方庫場銜接。后方庫場全部采用龍門起重機、叉車等流動機械。

2）裝卸工藝節(jié)能設(shè)計特點

根據(jù)《水運工程節(jié)能設(shè)計規(guī)范》，裝卸工藝主要從以下幾個方面來進行節(jié)能設(shè)計：

（1）泊位功能分開明確，作業(yè)干擾減少，工藝流程簡捷，作業(yè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)，單位綜合能耗低，裝卸作業(yè)水平較高，港口設(shè)計通過能力較高。利用陸域內(nèi)的大魚塘作為2000t級碼頭的內(nèi)港池，節(jié)省投資。

（2）碼頭設(shè)備選型

根據(jù)裝卸貨運特點，優(yōu)先選用效率高、能耗低的裝卸設(shè)備。大碼頭選擇16(25)t-33m及25(40)t-33m的門座起重機，內(nèi)港池選擇16(25)t-25m及25(40)t-25m的門座起重機，分別適用不同船型及不同重量貨物。

（3）堆場設(shè)備選型

堆場機械選擇龍門吊。堆場每條作業(yè)線配置2臺龍門吊以滿足裝卸作業(yè)的需要。根據(jù)不同貨物重量特點，堆場選擇不同型號的龍門吊，避免大機械干輕活。

（4）選擇一定的叉車配龍門吊堆場作業(yè)

叉車具有裝卸效率高，操作靈活的特點，對鋼材運輸非常適用。因此，適量配置叉車輔助龍門吊作業(yè)，可以更好地提高效率，降低能耗。

就目前技術(shù)現(xiàn)狀而言，多信息多傳感器融合的導(dǎo)航技術(shù)更有希望完美解決掘進機的導(dǎo)航定位問題，如慣性導(dǎo)航技術(shù)與機器視覺技術(shù)組合或其他方式的多信息多傳感融合技術(shù)等[14,17-20]。

（5）水平運輸

使用牽引平板車進行場地內(nèi)水平運輸。通過較好的道路運輸設(shè)計，可以直接運送到堆場內(nèi)部一定的龍門吊吊臂下，減少倒運距離，以達到增效節(jié)能的效果。

1.4 配套設(shè)施設(shè)計

1）配套設(shè)施設(shè)計

（1）供電

根據(jù)港區(qū)需求及特點，港區(qū)設(shè)置1所總變電所和4所分變電站：內(nèi)港池變電所、堆場變電所、碼頭變電所和辦公生活區(qū)變電所，35kV總變電站位于港區(qū)中心，通過10kV線路送至各分變電所。

（2）供水

本工程采用分質(zhì)供水方式，消防及港區(qū)沖洗用水直接取自長江，生產(chǎn)及生活其它用水為市政自來水。

2）配套設(shè)施設(shè)計節(jié)能特點

（1）供電

本工程門機采用高壓供電，分區(qū)供電，各分變電所基本位于負荷中心附近，有效降低了電能線路損耗，同時也提高了供電質(zhì)量。

（2）供水

本工程主要用水量為生產(chǎn)沖洗用水，通過在長江邊設(shè)置取水泵房直取長江水（3臺30kW水泵，兩用一備），節(jié)省市政自來水的用量，降低能耗。

2 綜合能耗

2.1 能耗主要環(huán)節(jié)

本工程主要能耗品種有電能和柴油。按照總平面布置方案，工藝設(shè)備配置及配套設(shè)施設(shè)計，其耗能主要發(fā)生在以下幾個方面：

1）裝卸、運輸機械設(shè)備。包括門座式起重機、橋式起重機等。

2）碼頭照明、道路照明。

3）其它。包括碼頭給水系統(tǒng)、污水收集系統(tǒng)等。

2.2 能耗計算

1）理論能耗

根據(jù)設(shè)備選型，參照相關(guān)規(guī)范，對本設(shè)計方案的單位能耗值進行了計算分析。本工程單位綜合能耗為3.22t標煤/萬t吞吐量，低于國家一級標準3.6t標煤/萬t吞吐量，達到了國內(nèi)先進水平。其占用較少的長江岸線，達到較高的年通過能力（參見表3）。

表3 理論能耗值計算

2）實際能耗

本工程于2008年底建成并投入使用。

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料，2009年碼頭完成吞吐量為198萬t，總操作量為215萬t；2010年上半年完成碼頭吞吐量為158.3萬t，總操作量為183.8萬t。

經(jīng)計算，2009年至2010年上半年平均單位能耗為4.08t標準煤/萬t吞吐量。耗電量所占的比例很大。實際能耗值計算結(jié)果見表4。

表4 實際能耗值計算

2.3 改進措施

從表3、表4的對比中可以看出，實際使用情況與設(shè)計值還有一定的差距。結(jié)合目前的綜合使用情況，可以從以下幾方面來改進，以求達到更好的節(jié)能減排效果：

1）從實際能耗的計算中可以看出，裝卸機械占能耗比重很大。司機的操縱水平與電能的使用量有很大的關(guān)系。可以通過培訓(xùn)，提高司機的水平，降低能耗；

2）根據(jù)2010年上半年的使用情況，吞吐量為158.3萬t，操作量為183.8萬t，操作量高于吞吐量16%，頻繁的裝卸、翻貨等操作使得能耗大大增加。可以優(yōu)化作業(yè)路徑，減小能耗；

3）港區(qū)已經(jīng)開始使用信息化系統(tǒng)，鎮(zhèn)江惠龍港長江港務(wù)有限公司鋼材行業(yè)現(xiàn)代物流模式及其支撐技術(shù)與標準示范工程，對堆場等進行編碼，場內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，合理安排裝載的順序等，大大節(jié)省了時間。可以擴大其聯(lián)網(wǎng)范圍，使得買家也可以加入進來，對現(xiàn)場的期貨等進行買賣，減少操作數(shù)，降低能耗。

3 總結(jié)

本文以鎮(zhèn)江惠龍長江港務(wù)有限公司碼頭一期工程為例，分析研究了在碼頭工程設(shè)計中的節(jié)能措施。通過理論能耗值的計算，說明了在設(shè)計階段的節(jié)能減排措施效果顯著。此外，根據(jù)實際使用情況，提出了一些改進措施。本工程實例分析結(jié)果表明本文所采用的設(shè)計經(jīng)驗和改進措施具有工程實用性，可為一般件雜貨碼頭的節(jié)能設(shè)計提供參考。

[1]鄭又新,馬韻馨.港口節(jié)能減排的措施與建議[J].集裝箱化,2009,20(8):19-22.

[2]許家?guī)?胡明,張亞敏.淺談我國港口節(jié)能減排技術(shù)現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J].科學(xué)觀察,2009(4):119-120.

[3]包起帆.港口節(jié)能降耗新技術(shù)研究與實踐[J].上海節(jié)能,2008(3):43-47.

[4]鎮(zhèn)江惠龍長江港務(wù)有限公司碼頭一期工程施工圖設(shè)計 [R].南京,南京水利科學(xué)研究院勘測設(shè)計院,2007.

[5]JTJ 211-99,海港總平面設(shè)計規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[6]JTS 150-2007,水運工程節(jié)能設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2008.

[7]JT/T491-2003,港口基本建設(shè)（技術(shù)改造）工程項目設(shè)計能源綜合單耗評價[S].北京:人民交通出版社,2003.