港口大型起重設備防風工作現(xiàn)狀與對策

程大慶 趙吉剛

營口港務集團有限公司

1 引言

近年來極端氣候發(fā)生的概率不斷增加，強風天氣下如何保證頻繁作業(yè)的港口大型起重設備安全，已經(jīng)成為廣大港口管理人員亟待解決的重點難題。

國內港口制定的大型起重設備管理規(guī)定中，對于限制設備作業(yè)條件的風速值大小如何取得沒有明確描述，同時各港口制定的設備停止作業(yè)的極限風速值也未統(tǒng)一，上述兩個風速值的大小對于港口大型設備防風工作是否成功至關重要，必須在管理規(guī)定中明確提出切實可行的解決辦法來指導、規(guī)范生產(chǎn)[1]。本文重點對沿海碼頭(內河碼頭可參考)風速值取得和停止作業(yè)風速大小進行論述。

2 港口大型起重設備防風工作現(xiàn)狀

各港口根據(jù)現(xiàn)行的交通運輸部頒布實施的《JT/T90-2008港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求》(下稱《JT/T90》)、《JTS 169-2017碼頭附屬設施技術規(guī)范》(下稱《JTS 169》)以及2018年8月1日印發(fā)的《港口大型機械防陣風防臺風安全工作指南》(下稱《指南》)、風級風速對照表等，制定港口防風管理規(guī)程。

2.1 風速值計算

2.1.1 起重設備設計計算風速

根據(jù)《JT/T90》，風載荷計算基本公式：

Pw=C×Kh×q×A

(1)

q=0.625×vs2

(2)

式中，Pw為作用在港口起重設備上的風載荷，N；C為迎風結構物的風載體型系數(shù)；Kh為風壓高度變化系數(shù)；q為計算風壓，N/m2；A為港口起重設備垂直于風向的迎風面積，m2；vs為計算風速，m/s。

港口起重設備出廠后，C和A值已經(jīng)確定，是一個定量常數(shù)；Kh在港口起重設備工作狀態(tài)下取值為1；計算風壓q是唯一的與計算風速vs相關的變量。

工作狀態(tài)下用于計算港口起重設備的零部件和金屬結構的強度、剛性及穩(wěn)定性，驗算驅動裝置的過載能力及整機抗傾覆穩(wěn)定性的最小計算風壓為250 N/m，將其代入公式(2)，可得出此時的計算風速為：

(3)

《JT/T90》、《JTS 169》和《指南》對這一風速下，港口起重設備是否可以正常作業(yè)，并沒有過多的文字描述和解釋，僅在《JT/T90》中有“防風預(警)報裝置，應具有顯示瞬時風速、報警及存儲報警時風速值的各項功能。露天工作的港口裝卸機械，風力大于工作狀態(tài)的計算風速設定值時，防風預(警)報裝置應能發(fā)出報警信號”的敘述[2]。

非工作狀態(tài)下用于驗算港口起重設備的零部件及金屬結構的強度、整機抗傾覆穩(wěn)定性和防風抗滑安全裝置和錨定裝置的最小計算風壓取值范圍為800～1 200 N/m，同樣，代入公式(2)可得此時的計算風速大小為36～44 m/s。《JT/T90》和《指南》中都規(guī)定了最小35 m/s風速作用下，在未使用錨定和防風系拉裝置時，其他防風裝置應滿足港口起重設備沿軌道運行方向不發(fā)生滑移；錨定和防風系拉裝置應滿足在最小55 m/s風速作用下，港口起重設備不發(fā)生滑移和傾覆。

2.1.2 港口起重設備出廠防風能力設計值

表1是某沿海港口現(xiàn)有設備出廠時的設計風速值，設備基本上是按照表中計算值進行設計制造。由于歷史或執(zhí)行國外標準等原因，部分設計值偏小，設備出廠提供給客戶的技術規(guī)格書，通常未對35 m/s的風速狀態(tài)進行說明。

表1 某港起重(輸送)設備出廠設計防風能力

2.1.3 各港口防風管理對于風速的規(guī)定

目前，各港口基本上是依據(jù)《指南》中關于陣風的定義“指突發(fā)的、風速15 m/s(7級)以上的大風”來制定港口起重設備停止裝卸作業(yè)的風速上限。如表2所示，7級風的風速范圍是13.9～17.1 m/s，各港口根據(jù)本港特點，規(guī)定停止裝卸作業(yè)的風速。上述港口起重設備作業(yè)風速限制條件只是對風級風速的一種簡單的解讀、應用，其取值大小并不存在任何事實上的標準、理論依據(jù)[3]。

表2 風級風速對照表

2.2 關于獲取風速值大小

一般情況下，風速值是由安裝在港口起重設備上的風速儀實地進行測量取得的，實測風速與測量高度和周圍下墊面表面粗糙度2個因素有關。根據(jù)《JT/T90》和《JTS 169》規(guī)定，設計計算風速“按空曠地區(qū)離地10 m高度處的計算風速來確定”。港口起重設備上的風速儀安裝高度為30～60 m，再加上地貌不同，實際測量出的風速值與計算風速取值條件存在較大誤差，用這種方式取得的實際測量值來指導實際生產(chǎn)作業(yè)既不準確也不科學。

《JTS 169》中規(guī)定“計算風速取3 s時距的平均瞬時風速”，這一點，在各港口的防風管理規(guī)定中基本上也沒有進行描述和解讀[4]。

3 港口大型起重設備防風工作主要問題

綜合上述分析，港口起重設備防風工作主要存在下面2個問題。

3.1 風速值達到多少應停止作業(yè)

雖然各港口規(guī)定了停止作業(yè)的風速上限是17 m/s，但其缺乏理論依據(jù)，港口實際作業(yè)時往往會突破這一紅線。一旦遇到持續(xù)較長的陣風，就可能會造成設備傾覆等安全事故。科學、合理地設置港口起重設備停止裝卸作業(yè)風速極限值，已經(jīng)成為港口生產(chǎn)及設備管理人員的迫切需求。

3.2 風速值應如何取得

本地氣象臺發(fā)布的預報風速信息只適合作為參考值來使用，不能作為港口起重設備停止作業(yè)的直接依據(jù)。目前設備上安裝的風速儀因安裝高度和地面粗糙度的影響，也不適合直接作為停機依據(jù)，如何獲取相對準確的風速值是港口防風工作的重點和難點[5]。

4 港口大型起重設備防風工作對策

基于目前港口起重設備防風工作中存在的主要問題，根據(jù)長期的一線防風工作經(jīng)驗，提出以下對策：

(1)實際檢測。港口起重設備新機交付時，必須取得生產(chǎn)廠家的防風計算書。通過對大車行走機構進行外力牽引實驗，并根據(jù)大車行走機構是工作機構還是非工作機構來確定大車防滑制動裝置的開、閉狀態(tài)，確定引起整機移動的外加牽引力的大小，再經(jīng)過計算，得出設備的實際安全抗風能力的風速值大小。實際檢測時，應保持大車車輪處于滑動狀態(tài)的工況下，車輪不得發(fā)生轉動現(xiàn)象，一旦發(fā)生轉動，應采取調整制動力矩等措施防止車輪轉動。

(2)風速儀設置。風速儀安裝在離地10 m高度，或是實測各起重設備的現(xiàn)有安裝高度和10 m高度的風速(風壓)數(shù)據(jù)，將風速儀實測數(shù)據(jù)修正到10 m高度的風速值來做防風風速。也可以考慮在碼頭合適的固定地點設置高度10 m的風速儀，并確保測得的結果可與港口起重設備及時通訊。

(3)加法原則。港口起重設備的防風裝置應遵循只能增加，不能減少的原則。若確實需要改變制動裝置方式，必須經(jīng)過理論計算和實際測試，保證不少于原有的制動效果，嚴禁隨意拆除防風制動裝置。

(4)持續(xù)原則。應持續(xù)保持軌道和車輪表面處于清潔狀態(tài)，無油、無水、無冰、無沙塵，保持制動裝置處于完好有效狀態(tài)。

5 結語

大型港口起重設備防風工作是一項長期、細致的工作，本文提出了目前港口在確定限制設備作業(yè)條件的風速值和設備停止作業(yè)的極限風速值大小方面的不足，并針對目前港口起重設備防風工作中存在的不足提出防風工作對策，對于指導港口開展防風工作具有實際意義。