SL3裝船機溜筒優化設計及實施

曹衛沖，李奉生，周 凱

(國能(天津)港務有限責任公司，天津 300452)

裝船機懸臂水平時與碼頭面距離(含碼頭面高程)、懸臂收縮最短長度、煤炭作業船舶高度(含潮位、特殊船型)、溜筒長度等，是影響裝船機懸臂煤炭作業仰角的四大因素[1]，懸臂作業仰角大小直接影響著所在流程煤炭流量及其能耗、膠帶等懸臂運轉部件使用周期。國能(天津)港務公司三臺Thyssen Krupp設計的裝船機于2006年投產裝煤，最大煤炭流量6700t/h，設計船型20000～100000t，其溜筒機構由擺動裝置(使溜筒始終與碼頭面保持垂直狀態)、回轉裝置、拋料裝置、溜筒體、回轉平臺等部分組成，回轉平臺上的一臺液壓站為擺動液壓缸、回轉馬達、拋料鏟液壓缸提供動力源，溜筒為單節、非伸縮型防塵溜筒[2]，與裝船機SL1、SL2比較，SL3懸臂煤炭作業仰角偏大3°～6°，所在流程煤炭流量降低30%～70%，流程能耗明顯增大，懸臂膠帶打滑故障頻繁。

1 原因及措施分析

與同軌道上的裝船機SL1、SL2比較，SL3裝船機懸臂水平時與碼頭面距離小3.1m，溜筒體長度皆為7.6m。分析影響懸臂煤炭作業仰角的四個因素可知，前三個因素在裝船機、碼頭設計時已確定，后期改造經濟差、難度大甚至不可行，唯有裝船機溜筒長度可優化、實施可行性好。

2 溜筒長度優化研究

本案只研究SL3裝船機溜筒長度，其他如回轉裝置、拋料裝置等均不做改變，溜筒長度是指從溜筒回轉至拋料鏟后鉸點的筒體固定長度。據現場觀察統計，在絕大多數情況下(極少數特殊船型及其壓艙水排空時序、特殊潮位除外)，若溜筒長度過長，則懸臂作業仰角過大；若溜筒長度過短，則影響煤流拋料且煤塵超標，不利于環保。為了合理優化溜筒長度，需要綜合研究煤流拋料軌跡和煤塵控制兩個方面[3]。

2.1 拋料軌跡模擬

理論上，拋料鏟處拋灑煤流的軌跡是近似從原點開始的在第四象限內的拋物線，以常見的京塊煤(小煤塊、煤顆粒、煤粉的混合物)拋灑最遠點作為研究對象初步建立理論拋料軌跡模擬函數，然后選取并測量煤流實際拋料軌跡上的若干個點，修正理論模擬函數，獲得煤流實際拋料軌跡函數。

已知從懸臂膠帶卸料處到拋料鏟最低點高度為16.9m，煤流實際落差為15.5m，根據自由落體物理公式能量轉換可得：

式中，v0為煤流從拋料鏟拋出時的初速度；h為煤流拋灑最遠點實際落料高度；g為重力加速度。

以拋料起點為原點建立平面坐標系，可得煤流理論拋料軌跡模擬函數為：

式中，取值x≥0。

實際上，煤流在下落過程中與外部摩擦和沖擊造成的能量損失、煤粒度、濕度、流量大小及煤流內部能耗等因素對拋料軌跡影響明顯，因此根據上述建立的理論拋料軌跡模擬函數，結合京塊煤實際拋料軌跡進行修正調整，可建立煤流實際拋料軌跡的修正函數：

圖1 SL3裝船機在各溜筒長度下最遠煤流實際拋料模擬軌跡

從圖1中可以直觀地看出，在拋料點處于同樣位置(坐標系原點)時，隨著溜筒長度變短，在同樣高度下煤流最遠落料點的水平距離不斷減小，一般地SL3裝船機裝煤作業時，拋料點距離船艙煤頂面約1m，第二輪裝船及平艙要求煤流最遠拋灑距離約2.5m，因此從圖1中可選取溜筒長度優化截短范圍約為1.5～2m[14]。

2.2 拋料煤塵控制

溜筒長度優化截短后拋料點會抬高，拋料過程中煤塵會有所增加，尤其對于在高潮位、壓艙水排空后的部分特型船舶，在第一輪作業時其較高的船內桿會迫使SL3裝船機拋料點抬得更高，此時拋料過程煤塵會明顯增多；煤流落到船艙后，艙內會返起煤塵，鑒于此，SL3裝船機溜筒優化設計時應同時考慮拋料鏟拋料過程中、落艙后返起的煤塵控制措施。

上述煤塵范圍大、濃度高、起升速度快，海風大時煤塵還會順風水平飄散，針對該煤塵特點，在溜筒體下方、拋料鏟下端各設置兩道高壓空心錐螺旋噴霧噴頭，噴灑角度120°，溜筒體下方兩道噴頭主要用于抑制船艙內返起的煤塵，拋料鏟下端兩道噴頭主要用于抑制拋料時的煤塵[17]；在拋料鏟中上部增設抑塵罩，主要用于抑制煤流經過拋料鏟時的煤塵，如圖2所示。

圖2 拋料煤塵控制措施

3 溜筒優化方案實施

為了盡快落實SL3裝船機溜筒優化改造方案，同時考慮到SL3裝船機溜筒自2006年投產以來已使用十余年，溜筒體內壁無任何耐磨襯板，筒體壁厚已接近安全使用極限[16]，因此落實此次溜筒優化改造方案可與溜筒整體更換同時進行，只需在加工新溜筒時將溜筒體截短1.7m(符合上述溜筒長度優化1.5～2m范圍要求)，SL3裝船機溜筒其它部分如筒體直徑、兩端連接等均不作改變，拋料、船艙返起煤塵的控制裝置在新溜筒安裝前后實施均可。

3.1 施工流程與準備工作

舊溜筒拆卸工藝流程：裝船機定位→作業準備→電動葫蘆鋼絲繩牽引就位→懸臂與溜筒剛性加固→電動葫蘆拉緊→拆除各部連接部位→切割剛性加固梁→溜筒下降→懸臂俯仰最大角度→溜筒二次下降→對位檢修支架放置，然后新溜筒準備完畢，新溜筒安裝工藝流程：裝船機定位→作業準備→電動葫蘆鋼絲繩牽引就位→一次起升懸臂→懸臂恢復平行→二次提升流通到位→安裝各部連接部位→拆除電動葫蘆鋼絲繩→連接各部管線及電線→空載試車。從前期現場準備工作到新溜筒安裝調試完畢，施工工期預計需要七天時間。停機施工前，施工準備工作必需做充分，疏清維修場地，檢查、除銹和保養溜筒維修支架地腳錨固螺栓[8]，并安裝固定好維修支架；由于十余年沒有運行使用，吊裝溜筒專用的兩臺懸臂電動葫蘆需要更換新鋼絲繩并做全面潤滑保養[10，11]，相關滑輪需要除銹、保養，保證它們性能可靠[12]；辦理動火、吊裝、高空作業手續[5]，汽車吊、工裝等到現場；特殊工種人員持證上崗[5]，吊裝方案經過批準[15]，對相關施工人員(含裝船機操作人員)進行了技術交底和安全技術交底[5]。

3.2 溜筒安裝施工

SL3裝船機定位后懸臂放平并收回，在溜筒擺動鉸點座的螺栓切割之前，溜筒必須用鋼梁或四臺5t手拉葫蘆將懸臂和溜筒進行剛性固定[9]，啟動兩臺電動葫蘆拉住溜筒并使其兩根鋼絲繩拉力均等[4]，拆除溜筒擺動油缸下部鉸點座和吊掛裝置鉸點座的螺栓，摘除手動葫蘆，切割所有的加固鋼梁，啟動電動葫蘆緩緩下降溜筒，離開障礙物約1m(如圖3所示)，緩慢下放懸臂，俯仰角度變化，陸續下降溜筒，微調裝船機行走機構，對位后放置在溜筒檢修支架上。注意在電纜、電線拆除前，必須留有標識以利于更換電纜[6]，同時所有與中控設置的聯鎖裝置予以解除。

圖3 拆卸舊溜筒(mm)

在舊溜筒拆落后更換新制的溜筒體及其下部(回轉軸承及其以上漏斗仍使用原有的)，恢復、保養溜筒回轉機構、拋料鏟調整液壓缸及配管、部分水噴淋系統管線、電氣控制系統的更換部分檢測元件等。在第二次起升吊裝前一定要重新檢測兩臺電動葫蘆的運行情況，同時檢查鋼絲繩、滑輪組的使用情況以及鋼絲繩端部的楔塊安裝到位情況。溜筒整體在維修支架上完成所有需要裝配、調整、保養、恢復功能等的工作后，重新利用電動葫蘆進行溜筒的安裝，在第二次提升吊裝溜筒整體的過程中，提升到一定位置后，啟動懸臂下放動作，平穩下降停放在基本水平位置，然后稍微提升電動葫蘆，當接近到位的位置后，利用四臺5t手拉葫蘆精調整溜筒高度，當溜筒吊裝到位后，首先必須先將上部溜槽與溜筒漏斗之間的吊掛鉸點座可靠連接，并緊固連接螺栓(如圖4所示)。恢復懸臂和溜筒之間的各連接節點以及機、電、液、水各種管線的連接，嚴禁泄漏和污染油管內部，最后可以空載、重載試車[7-13]。

圖4 吊裝新溜筒

4 結 語

SL3裝船機溜筒優化及實施過程零成本投入，實施后與原溜筒狀態時相比，SL3裝船機在臂架作業仰角小于等于8°時很少做動作即可完成大型船舶的第一輪煤炭作業任務；SL3裝船機在對小型船舶、窄體船的內桿進行第二輪及平艙作業時改善效果尤其明顯，煤塵能得到有效控制；SL3臂架作業仰角在達到允許最低作業角度-12°之前，拋料鏟可達到甚至低于碼頭面高度，滿足低角度煤炭作業要求；公司MIS生產系統顯示，SL3裝船機懸臂作業仰角降低3°～5°，所在流程流量平均提高95t/h，經計算每年收獲額外煤炭噸經濟效益1500多萬元，每年節省能耗約152040kW·h，同時獲得了每年150h的停機維修時間，延長了懸臂膠帶等部件的使用周期。