青島港糧食筒倉新工藝應用研究

鄭成明，高天佑

（1.青島港建設管理中心有限公司，山東青島 266000；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

根據海關總署數據顯示，2020 年中國進口糧食達1.42 億t，再創歷史紀錄，并且從農業部預測數據來看，未來數年內中國糧食缺口將始終在1.2 億t 以上，進口糧食總量將在很長時間內保持高位運轉。為確保糧食安全，特別是針對進口轉基因類糧食作物的進口，國家近年來逐步加大監管力度，嚴格控制流向，在一定程度上影響到口岸接卸能力。從全國范圍內看，主要進口糧食作物大豆等在進口旺季時，壓港現象比較嚴重。

青島港董家口港區口岸作為糧食進口口岸的新起之秀，共規劃了一期、二期、三期工程，目前只建設實施了一期工程。共建設1 個7 萬t 級散糧通用性裝卸船泊位，后方糧食堆場布置2 排13 列共26 座倉容1 萬t 的筒倉；碼頭至筒倉布置2 條卸船進倉流程輸送線，額定能力為2 000 t/h，每排筒倉下方布置1 條倉底出倉流程輸送線，額定能力為1 000 t/h，外接出倉灌包、裝車、倒倉等流程。自2015 年投產至今，糧食裝卸量呈爆發式增長，但同時也受到接卸能力、倉儲能力的嚴重制約，導致進口旺季糧食船壓港現象比較嚴重。

董家口港區積極相應國家“散改集”、“公轉鐵”政策，其鐵路入港項目作為青島市重點推進項目，正在快速推進，建成通車后，物流成本將大幅降低，屆時，港區貨源腹地內山東、河南、江蘇等鐵路相近廠家需求將陸續轉移到董家口港區進行接卸周轉，口岸現有倉儲能力遠遠不能滿足需求。

二期工程貫徹落實黨中央、國務院決策部署，圍繞加快建設交通強國總體目標[1]以技術創新為驅動，以數字化、網絡化、智能化為主線，在建設糧食二期工程中，主要圍繞智能先進、綠色集約、經濟高效、安全可靠等指標進行了裝卸工藝流程設計研究。

1 工程概況

糧食二期工程主要解決倉儲能不足的問題，在一期工程預留的接口基礎上，按照規劃預留的位置建設筒倉及相應配套設施，于一期工程筒倉區北側，平行碼頭布設2 排13 列共26 座圓形筒倉（如圖1 所示）。筒倉直徑25m，倉容1 萬t，進倉和出倉流程輸送線額定能力與一期工程保持一致，進倉額定能力2 000 t/h，出倉1 000 t/h。

圖1 筒倉區平面布置示意圖

本期工程較規劃方案，增加了自動裝車系統、獨立出倉工藝以及專業化裝箱樓工藝等新工藝。

2 創新工藝

2.1 自動裝車系統

目前國內筒倉倉壁斜溜管裝車工藝以及其他倉側裝車工藝均未設精確計量設備，無法對標載車輛進行精準裝車作業，只能依靠經驗進行估測。車輛須到指定地磅處進行稱重測量，出現虧噸現象需要再次返場進行補裝作業，出現超載情況時，需要將超載貨物倒運，有時需要反復多次稱量、多次裝車才能達到標載要求。本工程設計的自動裝車系統實現了對標載車輛進行精準裝車作業，提高了標載車輛裝車的作業效率。自動裝車系統由緩沖倉、電子斗稱、抑塵料斗以及自動控制系統組成，如圖2所示，額定裝車能力為300 t/h，電子斗稱準確度等級達自動0.2 級。

圖2 自動裝車系統工藝布置圖

此外，國內散糧裝車工藝都需要1-2 人進行現場指揮作業，一是需要根據車輛前進情況通過控制閘門控制散糧流量，防止出現散糧散落情況；二是指揮車輛，發送進入裝車位、前進、停止、裝車完畢等指令，防止出現裝車偏載、冒廂、虧噸等現象。本工程設計的自動裝車系統實現了自動化裝車工藝，不再需要現場作業人員，自動裝車流程，如圖3 所示。

圖3 自動裝車流程圖

控制系統中主要包括車輛位置檢測系統、車廂高度測量系統、車輛信息識別系統、料位高度測量系統、自動裝料系統、指揮系統以及事故報警急停系統等。

車輛位置檢測系統：車輛根據地面裝車指引線緩緩進入裝車工位，與裝車系統下料口中心相對應，位置檢測安全光柵實時監測車箱最前端位置，車輛運行至裝車起始位置時，觸發安全光柵信號，車輛暫停等待進入裝車流程。

車廂高度測量系統：車輛到達裝車起始位置后，車輛兩側鋼結構立柱安裝的測量型安全光柵自動觸發運行，將測量車廂高度數據實時上傳中控系統，并自動鎖定數據。開始裝車后，測量型安全光柵工作，但不再測量數據，只檢測車廂是否還在裝車工位內。

車輛信息識別系統：即車輛車牌視頻識別裝置，將車牌對應車輛信息反饋至中控，車輛到達裝車起始位置后，系統自動比對車輛信息，再由中控確認車輛信息以及車輛到位信息，如裝車位置等信息正確，觸發自動裝料系統啟動，電子斗稱同時計量。

料位高度測量系統：于抑塵料斗下方對稱布置雷達料位儀，用于實時測量車廂內物料高度，根據車輛標載噸數和車廂高度，可人為或系統計算確定物料的裝車高度，裝車過程中雷達數據與車幫高度數據自動對比，默認等于車幫高度時，觸發語言指揮系統提示車輛前進。

自動裝料系統：接受到開啟自動裝料系統，即開啟緩沖倉下方、電子斗稱上方鄂式閘門，由電子斗稱根據車輛標載噸數進行裝料作業；達到車輛標載噸數或接受到事故報警急停信號時，立即關閉緩沖倉下方及電子斗稱稱量斗下方閘門。

語言指揮系統：根據自動裝車系統裝車運行情況，實時向車輛司機發出前進、停止、后退等動作指令，事故報警、急停、故障、冒廂等應急指令及其他指令。

事故報警急停系統：為避免出現車輛未裝完即離開裝車作業區域的情況，事故報警急停系統設置，裝車過程中車廂一旦脫離安全光柵監控，則立即報警中控，并給自動裝料系統發送急停信號，自動裝料系統關閉，防止撒漏；為避免出現因車輛跑偏造成偏載情況，安裝于抑塵料斗下方的雷達料位儀檢測到的料位數據相差較大時，可自動通過語言指揮系統對司機提出警告，偏載嚴重時，可人工干預調整車輛位置，繼續裝車；若發生車輛故障無法前進、冒廂等緊急事件，司機可立即下車按下緊急停止按鈕，給自動裝料系統發送急停信號，自動裝料系統關閉，人工干預，解決問題后，繼續作業。

2.2 獨立出倉工藝

鋼筋混凝土筒倉倉底形式主要有兩種形式，一種筒倉形式與一期工程一致，為改進型平底倉，倉內布置1 臺螺旋清倉機，用于清理倉底余料，倉底采用填料的方式以減小倉底清倉面積，筒倉壁設置卸料斜溜管，倉底置出倉帶式輸送機進行出倉作業；另一種為錐底筒倉，錐底為四錐斗形式，倉內走道區域的積料需要清掃人員及清倉器械進行清倉作業，筒倉壁同樣設置卸料斜溜管，倉底置出倉帶式輸送機進行出倉作業。倉壁斜溜管一般能夠實現倉內75 %左右的物料自流出倉，剩余25 %的物料須通過倉底皮帶機進行出倉作業，其運行壓力很大，尤其是遇到多個筒倉同時進行裝車、清倉作業時。

為緩解倉底帶式輸送機流程的運行壓力，本工程設計了獨立出倉工藝。本工程采用與一期工程一致的改進型平底倉，倉底布置5 個卸料口，與一期工程不同的是，每個卸料口皆采用分叉斜溜管進行物料分流，即可落料至出倉帶式輸送機，也可轉接至倉底埋刮板輸送機。倉底埋刮板輸送機可完成獨立出倉工藝，不必再通過出倉帶式輸送機進行清倉，不僅降低了倉底帶式輸送機流程的運行壓力，且可節約成本、降低能耗，縮短客戶車輛在港等待時間、提高清倉作業效率、提升服務水平。此外，由于裝車樓作業線只有1 條，當出現多貨種、多貨票的作業工況時，需要頻繁切換筒倉，同時存在作業沖突的問題，嚴重影響了出倉作業效率，增加倉底埋刮板輸送機獨立出倉作業流程后，有效解決了上述問題。

倉底埋刮板輸送機獨立出倉作業流程額定輸送能力與清倉機、自動裝車系統保持一致300 t/h，由倉底埋刮板輸送機、接力埋刮板輸送機組成，與自動裝車平臺相連接，如圖4 所示。倉內物料自溜至倉底埋刮板輸送機，而后經接力埋刮板輸送機轉接提升，將物料輸送至自動裝車系統中；當倉內物料不能自溜至倉底埋刮板輸送機時，則需開啟清倉機，通過倉底中間孔洞將物料運至倉底埋刮板輸送機，實現清倉或裝車工藝。

圖4 獨立出倉工藝布置圖

2.3 專業化裝箱樓工藝

針對董家口集裝箱功能的定位，加快發展糧食“散改集”裝箱業務，糧食二期工程充分利用港區場地優勢，建設專業化散糧裝箱基地，年裝箱能力200 萬t/年。在分析研究了國內散糧裝箱工藝現狀[2]的基礎上，設計了裝箱樓+固定式集裝箱翻轉平臺方案，額定裝箱能力1 000 t/h，共設置4 個緩沖倉，倉容500 t，每個緩沖倉下方布置2 個20 英尺集裝箱固定式翻轉平臺裝箱工位與1 個40 英尺集裝箱移動式式帶式輸送機裝箱工位，如圖5 所示。40 英尺集裝箱裝箱作業：緩沖倉落料至移動式帶式輸送機，通過移動裝箱帶式輸送機將物料輸送至40 英尺集裝箱內；20 英尺集裝箱裝箱作業：緩沖倉通過斜溜管交替直接落料至固定式翻轉平臺上豎直的20 英尺集裝箱內，裝滿箱后，關閉箱門，翻轉平臺將集裝箱翻轉至水平狀態，然后由集裝箱正面吊進行裝卸作業。此外，為了港區綠色化，裝箱樓設置了伸縮罩，當20 英尺集裝箱進行豎直裝箱作業時，伸縮罩下降將20 集裝箱全面封堵，防止粉塵外泄。

圖5 專業化裝箱工藝布置圖

3 效果分析

1）自動裝車系統的首次將散發市提、精確計量、智能化控制系統、作業系統和調度系統有效的融合在一起，解決了散糧標載汽運不超載、不虧噸的難題，解放了裝箱勞動人力資源，為初步實現智能化港口提供了有效的方案。隨著研究的不斷深入，生產作業經驗的不斷積累，該系統將能夠全面促進港口市提車輛散裝運輸工藝自動化、智能化的發展。

2）獨立出倉工藝充分利用筒倉群的筒倉型式、倉內及倉底設備、平面布置等特點，創新了筒倉獨立生產工藝，實現了筒倉出倉、清倉獨立化，不但緩解了倉底帶式輸送機流程的運行壓力，解決了多貨種、多貨票的作業需要頻繁切換筒倉流程的問題，也精簡了作業流程，節約了運營成本，降低了能耗，縮短了市提車輛在港等待時間，提高了清倉效率，大大提升了筒倉群周轉效率與多種作業型式靈活性，具有較好的應用前景和推廣價值。

3）專業化的裝箱樓工藝首次實現了董家口港區散糧“散改集”作業的集約化、專業化、規模化以及綠色化，雖未達到裝箱標準化、無人化、智能化的程度，但隨著技術創新，本工程裝箱樓工藝使用的固定式集裝箱翻轉平臺已有了自動關箱門技術，正面吊也有了遠程操控型設備，若再將翻轉平臺計量數據與裝箱樓系統進行聯鎖控制，本工程的裝箱樓工藝即可實現智能化作業。

4 結語

本文將自動裝車系統、獨立出倉工藝、專業化裝箱樓工藝等散糧作業系統進行了創新，并應用于董家口港區糧食筒倉二期工程中，有效的提升了糧食筒倉碼頭的系統效率、精簡了作業流程、降低了系統能耗、優化了作業環境、提高港口調度能力。該工程的新工藝，對實現建設智能先進、綠色集約、經濟高效、安全可靠的世界一流港口國家戰略目標，具有實質性的促進作用。