散貨轉駁設備的總體設計要點

青島海西重機有限責任公司 青島 266530

0 引言

目前，作為道路聯通以及貿易暢通最顯著的表現形式，海上物流成為海上絲綢之路新經濟帶發展與聯通的關鍵要素。海上物流受到“一帶一路”倡議沿線港口水深等條件限制，一些大型遠洋散貨船無法靠泊碼頭，嚴重制約了海上物流正常作業。海上轉駁系統是一種以船舶為載體，可自航或通過拖船輔助航行至目的地，通過船上配備的裝卸船設備開展散料轉運的作業平臺，主要由抓斗起重機、料斗、輸送皮帶機和裝船機等設備組成。海上轉駁系統已經成為“一帶一路”海上物流的重要方式。

2011年，巴西某公司將一艘載重28萬t的貨船礦砂-F輪改裝成浮式轉運船FTS，集裝卸、儲存和航行3種功能為一體[1]。目前FTS已在菲律賓蘇比克灣海域投入使用，第二艘FTS也已在中國某船廠改裝完畢，將在東南亞投入運營。

國內水上轉駁作業方式在長江早已存在，主要是利用回轉起重機提供船到船的裝卸服務。國內比較典型的海上轉駁平臺是新雙峰海號轉駁平臺。新雙峰海號由12萬噸級好望角型散貨船改裝而成，集裝卸、儲存和航行3種功能為一體。該平臺配置了2臺額定能力1 100 t/h的橋式抓斗卸船機和2臺額定能力1 400 t/h的軌道移動式裝船機。至今該轉運系統已成功轉撥鐵礦石達數千萬噸，創造了可觀的經濟效益。

國內多家企業開展了海上轉駁平臺的改裝和建造，一些企業經營著很多海上轉駁服務。這些作業都是以用戶需求為導向，屬于很個性化的非標產品。開展海上散貨轉駁系統總體設計技術研究，形成海上散貨轉駁系統總體解決方案，可解決不同特點的工程技術需求，提高海洋裝備領域對外工程總包及裝備制造的整體水平，進一步開拓新的市場領域。

散貨轉駁系統的關鍵技術在于轉駁設備的總體設計。轉駁設備設計不當，會造成轉駁作業受海況、調度等條件限制過多，造成能力不足的問題。本文通過對轉駁形式選擇、總體布置影響因素、設備能力計算等要點研究，提出了轉駁設備總體設計的主要因素，提供了參數計算方法，使總體方案設計能夠達到工程應用的效果。

1 轉駁形式

市場上已存的轉駁形式有很多種，常見的有采用船帶船用起重機直接向小船轉駁，也有采用外靠回轉起重機間接轉駁，還有采用移動式裝卸設備間接轉駁，更多的是采用固定的組合型裝卸設備進行間接轉駁。從大的形式上可分為船用起重機轉駁、回轉起重機轉駁以及組合型轉駁[4]。轉駁形式的選用主要是根據遠洋船型以及年需求量與轉駁能力進行匹配，同時兼顧整個物流系統的經濟性分析，至少考慮遠洋運輸費、貸款、人工、油耗等因素。

1.1 船用起重機轉駁

在70 000 DWT以下級別的散貨船上，普遍配有船用起重機，可采用船用起重機直接在兩船間作業，實現轉駁功能。

采用船用起重機轉駁形式時，往來陸地岸邊的穿梭駁船一般型寬較小，船用起重機的臂長可以滿足服務范圍需要。船用起重機各機構速度相對較慢，所以其轉駁能力相對較小，可應用在對作業量需求較小的轉駁系統中。

船用起重機自帶的抓斗起重量一般為25 t或30 t，5個艙口最多配置4臺船用起重機，額定循環次數約20次/h，卸載一艘70 000 DWT滿載散貨船需要5 d左右，去除季風季等影響，單線作業年卸載量在300萬t左右。所以，應根據需求量以及船期、船隊的運營成本等因素綜合考慮后選擇。船用起重機轉駁形式如圖1所示。

圖1 船用起重機轉駁

1.2 回轉起重機轉駁

當遠洋船無卸船設備，必須依靠外部卸貨裝置開展卸貨作業時，回轉起重機是較直接的方法。因轉駁作業大多發生在一大一小兩船之間，為適應船型，回轉起重機勢必要做成較長的懸臂[3]，作業時要完成180°左右的回轉范圍，在同等工況及速度條件下，回轉起重機勢必自重大、工作周期長、效率低、能耗高，從操作角度考慮，不適用高速頻繁的作業工況。回轉起重機轉駁（見圖2）因司機作業視野受限，一般適用于高差較小的內河駁船之間，不適用于船體較高的遠洋船型。

馬克思基于對“現實的人”的思考，通過對“現實的人”的本質的揭示，確立了關于人的解放的理論。“現實的人”是馬克思人的解放理論的邏輯起點。我們只有通過厘清“現實的人”的科學內涵，才能從整體上把握馬克思人的解放理論。

圖2 回轉起重機轉駁

1.3 組合型轉駁

在物流需求較連續穩定時，承擔運輸的遠洋船越大型，整個物流工程的成本越經濟。大型的遠洋船不配備船用起重機，也不適合采用回轉起重機轉駁，這就需要特制的組合型轉駁系統來實現需求。如圖3所示，組合型轉駁由卸船機、漏斗、輸送皮帶機、裝船機等主要設備組成，裝卸設備的服務范圍滿足各自的船型尺寸需要，中間環節通過輸送皮帶機的高度變化及方向變化進行聯接，實現大型、高效、節能、可靠的工程需求[5]。

圖3 組合型轉駁

組合型轉駁的卸船機可采用多種形式，比如固定門機、大型船用起重機、移動卸船機等，以抓斗設備為主，平均卸船效率可達3 000 t/h以上，年作業量可達1 500萬t以上，滿足大多數的過駁項目能力需求，可適應較高級別海況條件，實現近海作業。

2 總體布置

轉駁平臺應用在水深較淺的近海區域，按物流方向可理解為有進口與出口的區別，進口即為大駁小——從大船向小船轉駁，出口即為小駁大——從小船向大船轉駁。大船是指散貨運輸遠洋船，小船一般采用敞口駁船。

2.1 服務范圍

卸船與裝船的臂長應滿足對應船型的需要，服務范圍盡量減少清艙作業量，同時應滿足轉駁平臺有限的空間條件，回轉等運行區域避免干涉等問題，還應考慮與艙口位置的對應關系。需要注意的是，多臺同時作業應間隔至少一個艙口，如圖4所示。

圖4 總體布置圖

2.2 船體傾斜

在海浪作用下，各船體都存在橫傾與縱傾的情況。轉駁作業一般同時存在2～3個船體耦合，相鄰2個船體傾斜后，甲板上的轉駁設備極容易與遠洋船打開的艙口蓋產生干涉，需仔細校核。船體傾斜角度應作為一項重要的設計輸入條件。

2.3 皮帶機傾角

當采用小駁大布置時，因敞口駁船與遠洋船的高差較大，需采用多條帶式輸送機連續爬坡以實現設計高度需求。帶式輸送機布置既要考慮平臺空間的限制，同時應考慮物料特性對應的輸送機允許最大傾角要求，可參考DTII設計手冊等按物料特性折中選取[5]。

3 設備能力

轉駁系統設備能力的選擇需滿足工程項目的需要，影響能力的因素包括天氣因素、司機操作水平等，主要有執行標準、起重量、抓取比、循環時間、平均卸船效率、總作業時間等。

3.1 執行標準

3.2 起重量G、抓取比i及循環時間T

f臺抓斗的每小時額定卸船效率為

式中：G為起重量，G＝抓斗質量+滿載物料質量；i為抓取比；T為循環時間。

抓取比i＝滿載物料質量/抓斗質量[2]。該參數與物料特性、抓斗形式以及抓斗設計等有關。一般物料比重越大的抓取比越大，剪式抓斗要比蚌式抓斗的抓取比大。

額定循環時間T為滿載船舶平均水位條件下，抓斗在船寬中部型深一半的位置進行抓取，然后運行至料斗上方拋料，再返回到原點的時間。該時間與各聯動機構的速度有關，可通過計算獲得。

3.3 平均卸船效率η

轉駁系統為即卸即裝設計，故裝船時間完全受卸船時間限制，在此不作格外討論。卸船效率會受懸臂位置變化、抓斗深度變化、清艙作業量等因素影響，存在不穩定、不連續的情況，因此需要平均卸船效率的參數。平均卸船效率η＝整船作業量÷整船作業時間÷額定卸船效率。

平均卸船效率沒有一個成熟的計算公式，更多的是行業內的經驗值作為參考。當采用小駁大布置時，敞口駁船的型深較淺，對抓斗滿載有影響，但其很少采用清艙機械輔助，清艙等待時間相對較少，則平均效率提高。一般可取額定效率的60%以上；當采用大駁小布置時，卸船工況與岸上港機類似，雖然小船的離、靠泊時可以對清艙工作有幫助，但海上作業對司機的疲勞影響還是較岸上要大一些。故平均效率不宜超過55%。

當n臺抓斗同時作業時，要考慮是否存在卸船方向相互干涉的工況，如果存在就應將其中受干涉的抓斗效率降低50%。當然，可通過電氣自動化控制技術，做到多臺協同作業互不影響，但自動化應用不能單靠理論計算，應有可靠的方法進行驗證。

轉駁作業過程中還存在轉駁平臺移動以對應艙口改變的影響，在合理調度情況下，可以計入離、靠泊時間內，不另外考慮系數。

3.4 總作業時間

轉駁系統作業地區普遍存在季風季，期間作業較困難，假設季風季的總天數為m。在考慮一年總的作業天數時，扣除m進行計算。同時，應核算堆場的能力是否滿足季風季期間的使用需求，故年作業天數為365-m。

每天的工作時間需要考慮常規的維保、換班等時間，同時與大船、小船的離、靠泊時間有關，也與小船的數量有關。轉駁系統每天會存在幾次離、靠泊情況，通長會將維保、換班的時間壓縮在此期間，故不再另行考慮。

小船的數量決定了作業等待時間。可根據小船的運行距離及航速計算出穿梭航行時間，以及離、靠泊時間、上下游的裝卸時間，繪制簡單的流程圖，如圖5所示。可得在小船數量一定的條件下，轉駁系統每天實際的作業小時數n。

圖5 敞口駁船作業流程圖

3.5 設備能力初選

綜上可得：配置f臺每天工作時間為n的轉駁系統，年轉駁能力為

工程項目的需求一般是提出年需求轉駁量Q。調整G與T等參數，使Q1≥Q。

4 結語

散貨轉駁設備的總體方案設計具有很強的針對性，很難有完全相同的設計。應根據需求特點及運營費用等綜合考慮，選擇合適的轉駁形式。采用組合型轉駁形式時，應結合轉駁平臺的尺度等合理布置各裝卸設備，并應向船舶設計部門提供參數，進行平臺的穩定性驗算。

轉駁能力涉及的可變參數很多，比如物料特性、船型特點、氣候特點等等，都可能對轉駁能力產生影響。本文在調研比較的基礎上，提出了平均效率的參考值，可用于設備能力的初選。在實際的工程應用中， 應實地調研，適當調整各參數，必要時進行仿真驗證，使總體設計滿足工程項目的需要。