港口礦石碼頭定量裝火車工藝分析

郭建睿，岳金燦

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

港口礦石碼頭定量裝火車工藝分析

郭建睿，岳金燦

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

結(jié)合天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭的鐵路疏港情況及裝車工藝設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹礦石火車裝車樓的工藝布置形式、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及裝車工藝。比較礦石火車裝車樓和移動裝車機(jī)兩種專業(yè)化的、快速定量裝火車工藝。

火車裝車樓；移動裝車機(jī)；快速定量

引 言

鐵路快速裝車系統(tǒng)是一種將散貨按規(guī)定的質(zhì)量進(jìn)行稱量并快速的裝入列車車廂的系統(tǒng)，近年來發(fā)展迅速且得到了廣泛的應(yīng)用。火車快速定量裝車系統(tǒng)采用先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)裝車的自動化和無人化，其特點(diǎn)是裝車效率高、計(jì)量精確、環(huán)保效果好。國內(nèi)外專業(yè)化的大宗散貨碼頭常用的鐵路快速裝車系統(tǒng)主要有裝車樓系統(tǒng)和裝車機(jī)兩種形式，在我國大型散貨碼頭均有工程實(shí)例且運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

本文結(jié)合國內(nèi)天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭的鐵路疏港情況及裝車工藝設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹礦石火車裝車樓的工藝布置形式、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及裝車工藝。比較礦石火車裝車樓和移動裝車機(jī)兩種專業(yè)化的、快速定量裝火車工藝，以便為涉及到礦石火車裝車樓工藝的其他工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 示例專業(yè)化礦石碼頭的鐵路疏港

天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭主要進(jìn)行鐵礦石的進(jìn)口堆存中轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)，進(jìn)口的鐵礦石以澳礦、印度礦及南美礦為主，并有少部分南非礦、海南礦等，進(jìn)口礦石運(yùn)至天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭后，經(jīng)碼頭橋式抓斗卸船機(jī)卸船后再經(jīng)帶式輸送機(jī)輸送至碼頭后方堆場進(jìn)行堆存，礦石疏港通過鐵路疏運(yùn)至腹地鋼廠。天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭泊位設(shè)計(jì)通過能力為2 300萬t/a，全部由鐵路運(yùn)輸，即鐵路裝車場裝車量為2 300萬t/a，裝車1 311輛/d，20列/d。在礦石車場到達(dá)的空車20列/d；出發(fā)的重車20列/d。因此，采用何種先進(jìn)可靠、技術(shù)成熟的鐵路裝車設(shè)備及裝車工藝成為制約這類大宗散貨項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要因素，作為礦石疏港的鐵路裝車工藝系統(tǒng)直接制約著碼頭的礦石接卸能力，甚至關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的成功與否。

2 示例專業(yè)化礦石碼頭火車裝車工藝方案

2.1 裝車樓工藝方案

1）裝車樓工藝平面布置

本方案礦石裝火車采用裝車樓工藝，裝車樓系統(tǒng)為雙倉雙軌裝車系統(tǒng)，設(shè)有鐵路裝車線2條，間距為8 m，布置一座裝車樓，可同時(shí)對兩列火車進(jìn)行裝車作業(yè)。裝車線的長度1 000 m，可以接納66節(jié)的車輛編組，并有一定余量，裝車樓工藝平面布置見圖 1。堆場礦石通過堆場取料設(shè)備及帶式輸送機(jī)向裝車樓供料裝火車，帶式輸送機(jī)額定能力5 000 t/h、帶寬1.4 m、帶速3.75 m/s。

圖1 裝車樓工藝平面布置

2）裝車樓系統(tǒng)

裝車樓系統(tǒng)主要由裝車樓、牽車系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，各部分相互配合進(jìn)行固體散料的裝火車作業(yè)，其中裝車樓為鋼結(jié)構(gòu)封閉建筑，包括裝車樓主體、緩沖倉、稱量倉、操作室、電氣室、變壓器室、樓梯走道、平臺欄桿及其它輔助設(shè)施等，裝車樓設(shè)備布置及現(xiàn)場安裝見圖2。

圖2 火車裝車樓設(shè)備布置

裝車樓內(nèi)包括稱量系統(tǒng)、卸料溜槽及閘門裝置、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車號自動識別系統(tǒng)、供電照明系統(tǒng)、校秤系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、檢測監(jiān)視系統(tǒng)、水沖洗裝置、車輛噴水防塵裝置、空調(diào)系統(tǒng)裝置、消防裝置、排水裝置、維修起吊設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)及其它輔助設(shè)備設(shè)施等。緩沖倉內(nèi)設(shè)置料位計(jì)。當(dāng)料位超高或超低時(shí)，裝載漏斗附近應(yīng)有聲光報(bào)警裝置啟動。定量倉采用稱重傳感器稱重。

火車的牽引采用鐵牛完成。牽引系統(tǒng)含鐵牛、鋼絲繩纏繞系統(tǒng)（包括托輥、導(dǎo)向滑輪等）、卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)和其他附屬設(shè)施。

3）裝車樓主要技術(shù)參數(shù)及裝車工藝

主要技術(shù)參數(shù)：額定裝車能力為5 000 t/h，最大裝車能力為6 000 t/h，年裝車量為2 300萬t。緩沖倉容量為250 m3，稱量倉總稱量約90 t，鐵礦石堆積密度按2.2 t/m3計(jì)算。系統(tǒng)計(jì)量精度：正常裝車時(shí)每節(jié)車皮稱重精度為0.1 %，整列車裝車精度0.05 %。裝車作業(yè)牽引速度：10～20 m/min，牽車系統(tǒng)操作運(yùn)行需與裝車作業(yè)統(tǒng)一控制，牽車速度需與裝車速度相互配合。

裝車工藝：裝車樓由堆場取料設(shè)備、帶式輸送機(jī)及電子皮帶秤組成的上游給料系統(tǒng)供料。

裝車準(zhǔn)備作業(yè)：在進(jìn)行裝車作業(yè)之前，對空車列進(jìn)行人檢，主要是對車內(nèi)有無其他物料（物件）等進(jìn)行檢測并進(jìn)行及時(shí)處理。

待裝車準(zhǔn)備作業(yè)結(jié)束后，空車列由機(jī)車推送至裝車樓附近鐵牛作業(yè)行程起始位置處，此后空車列交由鐵牛進(jìn)行牽引通過裝車樓。在空車列通過裝車樓附近時(shí)，位于地面的檢測系統(tǒng)對車皮的車型、車號等進(jìn)行檢測，并將車型檢測數(shù)據(jù)輸入自動控制系統(tǒng)。檢測完畢后，空車通過裝車樓進(jìn)行裝車作業(yè)。鐵牛拉空車列盡可能勻速連續(xù)一輛接一輛地通過裝車樓進(jìn)行裝車作業(yè)，直到最后一輛空車裝好為止（此時(shí)最后一節(jié)車皮位于裝車樓內(nèi)），然后鐵牛按先前裝車的相反順序推送裝載完畢的重車列，當(dāng)先前位于裝車樓內(nèi)的車皮被推送出裝車樓附近時(shí)，鐵牛將重車列交由機(jī)車牽引出港。在整個(gè)裝火車作業(yè)過程中，機(jī)車不通過裝車樓。每節(jié)車皮裝車重量不超過鐵道部對車輛規(guī)定的載重范圍。

2.2 裝車機(jī)工藝方案

1）裝車機(jī)工藝平面布置

本方案裝火車采用移動式裝車機(jī)工藝，設(shè)鐵路裝車線3條，間距5 m，布置3臺移動式裝車機(jī)。裝車線的長度可以接納 66節(jié)的車輛編組，移動式裝車機(jī)工藝平面布置見圖 3。堆場礦石通過堆場取料設(shè)備取料后經(jīng)帶式輸送機(jī)向裝車機(jī)供料裝火車，帶式輸送機(jī)額定能力3 600 t/h、帶寬1.2 m、帶速3.75 m/s。

圖3 移動式裝車機(jī)工藝平面布置

2）裝車機(jī)系統(tǒng)

裝車機(jī)為軌道移動式、臂架伸縮式的專業(yè)化裝火車設(shè)備，用于將從堆場取出的礦石裝入火車車廂。軌道式移動裝車機(jī)主要由運(yùn)行軌道上的固定主機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行在地面皮帶機(jī)兩側(cè)軌道上的上料尾車、給料帶式輸送機(jī)、可伸縮的臂架帶式輸送機(jī)、分叉溜漕、供電控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等組成。裝車機(jī)通過臂架的伸縮可以分別對3條鐵路裝車線進(jìn)行裝車作業(yè)，見圖 4。通過臂架頭部可以帶載切換的分叉溜槽，裝車機(jī)可以越過鐵路車輛的車廂連接處，對列車進(jìn)行連續(xù)裝載。尾車頭部卸料處設(shè)密閉的分叉溜槽，分叉溜漕能夠滿足帶載切換的要求，正常作業(yè)時(shí)用于向臂架皮帶機(jī)供料，也能將礦石物料切換到地面皮帶機(jī)。

圖4 移動式裝車機(jī)斷面

3）移動式裝車機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及裝車工藝

主要技術(shù)參數(shù)：裝車機(jī)額定能力為3 600 t/h，軌距10 m，伸縮行程10 m。

裝車工藝：移動裝車機(jī)由堆場取料設(shè)備、帶式輸送機(jī)及電子皮帶秤組成的上游給料系統(tǒng)供料。

來自地面皮帶機(jī)上的礦石，通過尾車皮帶機(jī)，將礦石卸入可伸縮的臂架皮帶機(jī)，再通過臂架皮帶機(jī)前端裝料溜槽裝入火車車廂，裝車作業(yè)過程中火車無需移動。必要時(shí)，上料尾車頭部的分叉溜漕也能將礦石切換到地面皮帶機(jī)。通過臂架頭部可以帶載切換的分叉溜槽見圖 5，裝車機(jī)可以越過鐵路車皮的車廂連接處，對列車進(jìn)行連續(xù)裝載。尾車頭部卸料處設(shè)密閉的分叉溜槽，分叉溜槽能夠滿足帶載切換的要求，正常作業(yè)時(shí)用于向臂架皮帶機(jī)供料，也能將礦石物料切換到地面皮帶機(jī)。

圖5 移動裝車機(jī)頭部分叉溜槽

3 兩種火車裝車工藝方案的比較

根據(jù)鐵路裝車設(shè)備、裝車工藝及鐵路裝車場布置的不同，天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭港內(nèi)鐵路裝車分別設(shè)計(jì)了裝車樓定點(diǎn)裝車和裝車機(jī)移動裝車兩種方案。

3.1 裝車樓

優(yōu)點(diǎn)：

1）裝車效率高；

2）裝車樓空車列進(jìn)車端附近設(shè)置車號自動識別系統(tǒng)，自動化程度高；

3）裝車溜槽以上部分為密閉設(shè)施，供料皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)設(shè)有干式除塵系統(tǒng)，裝車點(diǎn)四周設(shè)置干霧噴霧除塵系統(tǒng)，環(huán)保效果較好；

4）采用國際先進(jìn)的靜態(tài)定量斗秤進(jìn)行稱重，計(jì)量精度高，便于生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：

1）裝車樓系統(tǒng)內(nèi)先進(jìn)的計(jì)量及控制系統(tǒng)仍需要采用國外產(chǎn)品和技術(shù)，投資較高；

2）需要鐵路線路長，裝車樓兩側(cè)的裝車線有效長均至少需要一個(gè)列車長度；裝車作業(yè)鐵路線間距從常規(guī)的5 m增加至8 m，鐵路占地面積大。

3.2 裝車機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：

1）需要鐵路線路短，裝車作業(yè)過程中裝車設(shè)備移動，火車無需移動，裝車線長度滿足整列車皮長度即可，鐵路裝車區(qū)占地面積較小，投資較低；

2）裝車機(jī)整機(jī)重量較小，單機(jī)設(shè)備造價(jià)較低。

缺點(diǎn)：

1）裝車效率較低；

2）移動裝車機(jī)裝車過程中需司機(jī)進(jìn)行操作，自動化程度較低；

3）裝車機(jī)系統(tǒng)中供料皮帶機(jī)及可伸縮臂架皮帶機(jī)均為開敞式，污染相對較大；

4）裝車機(jī)裝車通過上游供料皮帶機(jī)上安裝的電子皮帶秤進(jìn)行稱重，計(jì)量精度低且不易調(diào)校。

由此可見，兩個(gè)方案的鐵路工程量大致相同，作業(yè)時(shí)均需要將車列從礦石車場推送到裝卸線。根據(jù)港區(qū)規(guī)劃和平面布置，本工程港內(nèi)鐵路裝車區(qū)布置在項(xiàng)目堆場及預(yù)留的相鄰泊位堆場南側(cè)，鐵路裝車場布置具備良好的條件。綜合比較兩種裝車工藝模式優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)最終推薦采用裝車樓進(jìn)行礦石的定點(diǎn)裝車作業(yè)，在礦石堆場南側(cè)新建礦石裝車場，設(shè)裝車線2股，有效長1 902 m。

4 結(jié) 語

目前國內(nèi)天津港進(jìn)口鐵礦石鐵路疏運(yùn)比例較低，但隨著未來鐵路通道的建設(shè)，預(yù)測今后除天津港地區(qū)進(jìn)口的鐵礦石因距離較近可采用汽車疏運(yùn)外，其它基本由鐵路疏運(yùn)至各鋼廠。天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭接卸的礦石考慮全部鐵路疏運(yùn)。

天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭工程現(xiàn)已建成投產(chǎn)，鐵路裝車工藝系統(tǒng)也已投入使用。通過項(xiàng)目現(xiàn)場管理人員對裝車樓裝車作業(yè)情況的介紹以及現(xiàn)場的實(shí)地調(diào)研可知，裝車樓定點(diǎn)裝車系統(tǒng)運(yùn)行良好，裝車效率高，計(jì)量精度高；較移動式裝車機(jī)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的流動機(jī)械裝車模式，大大降低了裝卸作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，同時(shí)減少了對港口和周邊環(huán)境的污染，是大宗散貨碼頭貨物疏港的較優(yōu)方案。

［1］天津港南疆專業(yè)化礦石碼頭工程初步設(shè)計(jì)［R］.天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2012.

［2］秦子君.港口礦石定量裝（火）車工藝介紹［J］.水運(yùn)工程，2007（9）.

［3］陳偉良，楊曉婷.港口煤炭碼頭快速定量裝火車設(shè)備和工藝的比選［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2013（7）.

［4］李鳳蘭.火車定量快速裝車系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及其市場需求預(yù)測［J］.煤礦機(jī)械，2012（8）.

Analysis on Quantitative Train-loading Process Applying to Ore Terminal

Guo Jianrui，Yue Jincan
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Based on cargos being out of port by railway and the design proposal of train loading process applying to the specialized ore terminal of Tianjin port Nanjiang harbor，an introduction to the process layout，main design parameters and train-loading process of ore train-loading building is given in detail.As two specialized and quick quantitative train-loading processes，ore train-loading building and travelling train loader are compared too.

train loading building； travelling train loader； quick quantifying

U653.928

A

1004-9592（2016）05-0011-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160503

2015-09-21

郭建睿（1983-），男，工程師，主要從事港口工程裝卸工藝設(shè)計(jì)工作