集裝箱碼頭輪胎吊油改電技術應用的研究

馮偉

摘 要：隨著社會經濟的發展，國家將推進節能減排工作、加快建設資源節約型、環境友好型社會作為我國經濟社會發展的重大戰略任務。國務院在對大氣污染防治工作部署中提出“推進排放不達標工程機械、港作機械清潔化改造和淘汰，重點區域港口、機場新增和更換的作業機械主要采用清潔能源或新能源”。本文主要是在分析秦皇島港集裝箱碼頭傳統RTC使用現狀和存在問題的基礎上，對RTG“油改電”技術進行了研究，進而對剛性滑觸線“油改電”關鍵技術進行了梳理。

關鍵詞：RTG; “油改電”技術;集裝箱

秦皇島港集裝箱碼頭推進燃油輪胎式集裝箱門式起重機（RTG）的“油改電”技術改造工作，既有利于落實國家節能減排政策，又有利于降低企業的生產成本，對加快向資源節約型、環境友好型港口轉型，建設綠色低碳港口具有十分重要的積極意義。

1 傳統RTG使用現狀與存在的問題

秦皇島港集裝箱碼頭擬改造的輪胎式集裝箱門式起重機為傳統RTG，額定起重量為41t，配有一個可伸縮的裝卸集裝箱吊具，用于碼頭后方堆場堆垛集裝箱和對拖掛車上的集裝箱等重箱裝卸作業，并可利用吊架或吊具的吊耳起吊特殊的集裝箱或其它貨物。

傳統RTG常利用柴油發電機組作為動力源，存在能耗高、排放嚴重、使用成本高、維修保養工作量大等問題。

（1）傳統RTG主要以柴油發電機組作為動力源，經過熱能、機械能多種能量轉換后變成電能，能量轉換效率低，造成設備能耗大，用電成本高。根據RTG的工作特性，柴油機的功率需滿足RTG的最大運行功率，為平均功率的3-5倍，因此柴油機大部分時間是在效率較低的狀態下工作。

（2）傳統RTG在轉場、待機時，無功消耗很大，據計算平均一臺RTG每小時空耗的柴油就達15升。

（3）柴油發電機組的日常維護成本較高。

（4）柴油發電機組大修成本較高。為保證柴油發電機組的正常運行，柴油發電機組每隔一定的時間就要進行大修，平均年D級保養及大修費用約為30000元。

除此之外，柴油機氣體排放、噪聲、廢油水泄漏，均對港口形成較大的污染，不利于港口生產環境的優化。

2 RTG“油改電”改造方案

秦皇島港集裝箱碼頭針對RTG“油改電”進行了研究，分析并提出了基于提高生產效率、加強節能減排、提升安全生產保障的兩種設備改造方案，并對此兩種方案的技術特點進行了比對。

2.1 剛性滑觸線改造方案

2.1.1 剛性滑觸線實現供電的ERTG基本原理

在集裝箱堆場的箱區內，架設剛性滑觸線供電線路。當ERTG在箱區作業時，所需動力由專門設計的集電裝置，將城市用電從滑觸線輸送到ERTG。ERTG沿滑觸線移動，實現對整個箱區的工作覆蓋。當ERTG需轉場到另一箱區作業時，則切斷城市供電電源與ERTG的聯系，改由設備發電機組供電并實現轉場。轉到指定堆場后，工作動力重新切換為由市電供電。

2.1.2 剛性滑觸線供電方式的技術特點

（1）以剛性滑觸線和軌道式集電小車為主要構成的輪胎式集裝箱門式起重機“油改電”技術的系統集成，實現了剛性滑觸線對ERTG的移動供電。

（2）采用自動取電裝置既提高了供電系統的可靠性，消除了雨天環境下人工插拔插頭的危險，又降低了人工成本，提高了設備的利用率。

（3）采用超聲波測距技術，應用于ERTG的防碰撞安全保護。

（4）采用超聲波測距裝置連續測量ERTG與集電車軌道之間的距離，以此控制大車兩側運行電機速度，實現了大車行走的自動糾偏或停機。

2.2 電纜卷筒方案

2.2.1 工作原理

供電原理：電纜卷筒供電方式是在門架一側設置電纜卷筒，電纜纏繞在電纜卷筒上，電纜的一端與ERTG的整機供電回路連接，另一端沿著碼頭地面的電纜槽，連接至相應的市電接線箱。ERTG行走時，電纜卷筒根據ERTG與市電接線箱的距離收放電纜。

2.2.2 電纜卷筒供電方式的技術特點

（1）采用低壓供電，電纜截面大，電纜卷筒上的卷繞長度受限制，電纜采用拖動方式，對電纜摩擦較大，對電纜的柔性要求較高。

（2）ERTG行走距離受到電纜長度的限制，行走范圍小，轉場作業時插拔電纜接頭復雜，操作時間稍長。

（3）若配備的電纜較長，則壓降較大;同時因整套電纜卷筒系統的重量較大，加重了龍門吊的整機重量進而加大輪壓，起動作業時存有偏載現象，因此龍門吊在準備行走會存在瞬時扭動的現象。

（4）設備需增設電纜卷盤安裝平臺，安裝平臺位置需進行詳細應力計算，并結構局部加強。如出現問題，會對設備原結構造成一定損壞，具有一定風險。

2.3 兩種方案技術特點對比

（1）方案1機上改造要增加電源切換及取電小車，機上改造成本低;方案2要增加電纜卷筒、電纜卷筒安裝平臺，機上改造成本高。

（2）方案1對設備整體結構受力無影響，設備改造無難度;方案2增加的電纜卷筒平臺及電纜卷筒重量較大，使得設備門腿的受力發生變化，具有一定的改造技術難度和技術風險。

（3）方案1地面基礎需安裝滑觸線及鋼支架，基礎投資成本高;方案2地面需增加隔離墩和接線箱基礎投資少。

（4）方案1長期維護沒有大的元器件需要更換，長期維護成本低;方案2需3-4年更換一次上機電纜，長期維護成本高。

因兩個方案整體投資及回收時間相差不大，經綜合分析比較，方案1更符合港口實際，最終采用剛性滑觸線改造方案。

3 剛性滑觸線“油改電”關鍵技術

3.1 滑觸線架設

低架滑觸線供電線路平行于ERTG軌道鋪設在兩箱區中間盲道上，沿ERTG行使方向布置T型滑觸線供電線路，T型滑觸線單層雙側水平布置。每場架設3條滑觸線，兩個箱區共用一個回路，分別供立柱兩側的ERTG取電，每個箱區最多有2臺ERTG同時作業。

3.2機上取電裝置

為適應供電的需要，對原輪胎式集裝箱起重機進行部分機械與電氣系統改造，保留原有柴電機組，在市電供電出現問題及設備轉場時，由柴電機組臨時提供動力。改造采用新型ERTG自動插拔供電系統，將具有伸縮裝置的自動小車直接裝在ERTG上，使用時小車自動伸出在滑觸線軌道上行走，離開軌道時小車自動縮回減小空間方便轉場。

3.3 轉場電源切換

原柴電機組保留，ERTG轉場時使用柴電機組供電，所以需增加兩種電源的轉換裝置，該裝置能自動切換，互相聯鎖。利用自動插拔供電系統，在ERTG進入堆場時，在引導區由伸縮裝置將自動小車推至上下靠板，通過開口軌道將小車升至與ERTG立架連接的2條或4條上下平行布置的導軌槽。

3.4 自動糾偏與防碰撞安全裝置

自動糾偏超聲波測距裝置為三個超聲波探頭，分別設置在大車運行機構外側的前側、中間、后側，實時監測大車與滑觸線結構架間的距離，當三個探頭監測距離不等時，說明ERTG已走偏，根據程序中控制策略，實時調整兩側大車的行走速度，使設備回正到原有跑道。防碰撞安全裝置為兩套超聲波探頭，安裝在設備外側的前后兩端，當自動糾偏出現異常，設備走偏并接近滑觸線將要發生碰撞時，防碰撞安全裝置起作用，整機停機。

4 經濟與社會效益分析

“油改電”技術改造是利用市政供電作為動力源驅動RTG運行的先進技術，具備環保、節能、安全、設備故障率等優點，投產當年減少二氧化碳排放量4751.50噸。項目改造完成后，百萬標準箱作業至少減少二氧化氮排放量50噸，一氧化碳排放量19噸，二氧化硫排放量5.4噸。

5 結論

今年是“十四五”規劃開局之年，提高能源效率、節約能源是我國國民經濟發展的一項長遠戰略方針，同時也是我國的主要減排對策之一。目前，港口RTG機的“油改電”經過多年的運行與設施獲得了行業的一致好評，并且隨著“油改電”項目的不斷增多和實施，“油改電”的技術水平也長足發展。RTG“油改電”技術改造不僅符合我國經濟增長方式從粗放型向集約型根本轉變的需要，而且有利于促進我國能源利用效率的提高。

（河北港口集團有限公司， 河北 秦皇島 066002）