某電廠重件碼頭改造裝卸乏燃料工藝研究

中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

當(dāng)前，我國乏燃料后處理仍然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，每年僅有50 tHM的公路運(yùn)輸能力[1]，無法適應(yīng)大規(guī)模乏燃料運(yùn)輸需求。該工程設(shè)計(jì)依托某核電廠重件碼頭作為乏燃料海運(yùn)中轉(zhuǎn)碼頭，研究其改造后運(yùn)輸乏燃料貨包的裝卸工藝可行性及適應(yīng)性，核算已有碼頭設(shè)備是否滿足乏燃料運(yùn)輸船的裝卸作業(yè)要求，可供其他核電廠重件碼頭改造參考。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及裝卸工藝流程

該工程核電廠已建成1個(gè)5 000 DWT的重件泊位，碼頭長度120 m。本次改造設(shè)計(jì)貨種增加乏燃料貨包，每次卸船10個(gè)貨包，裝船10個(gè)空包。碼頭前沿已有裝卸船設(shè)備為420 t固定式門機(jī)。集疏運(yùn)方式為租用組合運(yùn)輸車集疏港，乏燃料貨包不在本工程范圍內(nèi)堆存。設(shè)計(jì)船型主尺度見表1，乏燃料貨包主參數(shù)見表2。

表1 設(shè)計(jì)船型主尺度

表2 乏燃料貨包主參數(shù)

乏燃料貨包卸船流程為：乏燃料運(yùn)輸船→420 t固定式門機(jī)→組合運(yùn)輸車→出港。乏燃料空包裝船流程為：組合運(yùn)輸車→進(jìn)港→420 t固定式門機(jī)→乏燃料運(yùn)輸船。

3 碼頭裝卸設(shè)備技術(shù)參數(shù)核算

3.1 碼頭裝卸設(shè)備起重量核算

固定式門機(jī)技術(shù)規(guī)格參數(shù)見表3。從表3可知，門機(jī)在回轉(zhuǎn)半徑10～29.7 m時(shí)，起重量為200 t；門機(jī)在回轉(zhuǎn)半徑10～25 m時(shí)，起重量為420 t。

根據(jù)乏燃料裝卸要求，乏燃料貨包的碼頭裝卸設(shè)備應(yīng)按額定負(fù)荷降低25%使用，并設(shè)置起重量限

表3 420 t固定式門機(jī)技術(shù)規(guī)格參數(shù)表

制器。該工程乏燃料貨包重量取130 t，裝卸設(shè)備所需額定起重量取≥180 t。該工程現(xiàn)有固定式門機(jī)起重量為200 t和420 t，可以滿足裝卸船要求，對應(yīng)的門機(jī)回轉(zhuǎn)半徑范圍為10～29.7 m。

3.2 碼頭裝卸設(shè)備回轉(zhuǎn)半徑核算

為防止底部基槽沖刷，按照乏燃料船頭始終朝北停靠進(jìn)行裝卸船作業(yè)設(shè)計(jì)，碼頭裝卸設(shè)備參數(shù)核算全部采用船頭朝北停靠作業(yè)工況。根據(jù)固定式門機(jī)回轉(zhuǎn)半徑范圍10～29.7 m，設(shè)計(jì)裝卸乏燃料貨包的裝卸船作業(yè)方案。

3.2.1 船舶居中靠泊方案

當(dāng)船舶居中靠泊，兩端留出約12 m時(shí)(見圖1)，固定式門機(jī)覆蓋艙口工況見表4。

圖1 船舶居中靠泊作業(yè)時(shí)門機(jī)作業(yè)工況圖

表4 船舶居中靠泊作業(yè)時(shí)門機(jī)作業(yè)工況表

由表4可知，船舶居中?？繒r(shí)，已有固定式門機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑可以覆蓋舯艙和艉艙的7個(gè)貨包，無法覆蓋艏艙的3個(gè)貨包。

3.2.2 固定式門機(jī)中心與船舶貨包中心對齊靠泊方案

為滿足門機(jī)裝卸所有艙口乏燃料貨包的要求，考慮船舶?？课恢脼楣潭ㄊ介T機(jī)中心與船舶貨包中心對齊(船艉距離碼頭端部3 m)方案，固定式門機(jī)覆蓋艙口工況見表5。

表5 固定式門機(jī)中心與船舶貨包中心

從表5可知，當(dāng)船舶?？课恢脼楣潭ㄊ介T機(jī)中心與船舶貨包中心對齊時(shí)(船艉距離碼頭端部3 m)，理論上能滿足固定式門機(jī)裝卸全部艙口乏燃料貨包要求。但該方案對船舶靠泊作業(yè)的精度要求高，而系纜狀態(tài)下船舶隨風(fēng)、浪、流等的擺動(dòng)、移動(dòng)十分敏感，若靠泊時(shí)的定位精度不足，固定式門機(jī)吊鉤擺動(dòng)或船舶橫移、縱移和垂蕩幅度偏大，均可導(dǎo)致門機(jī)回轉(zhuǎn)中心距船艏或船艉貨包中心的距離超過固定式門機(jī)的作業(yè)半徑，無法滿足船艏或船艉貨包的裝卸要求，增大裝卸難度和危險(xiǎn)機(jī)率。故該方案僅理論上可行，實(shí)操性差。

圖2 船艉與碼頭端部齊平靠泊作業(yè)時(shí)門機(jī)作業(yè)工況圖

3.2.3 解決艏艙貨包無法裝卸船的方案

為解決艏艙貨包無法裝卸船的問題，裝卸工藝考慮汽車式起重機(jī)、扒桿式自航起重船、移動(dòng)式門機(jī)、新增系纜墩等方案。

(1)汽車式起重機(jī)方案

汽車式起重機(jī)在碼頭上打支腿作業(yè)站位半寬6 900 mm，打支腿中心線距離碼頭前沿距離2 000 mm，護(hù)舷高度600 mm，船舶半寬9 250 mm，船舶橫搖250 mm，汽車起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心距離吊點(diǎn)位置為19 000 mm。在作業(yè)幅度19 000 mm，起重量180 t的工況下，起重力矩為19 000 mm×180 t=3 420 tm。按常規(guī)汽車式起重機(jī)最小工作幅度3 m換算，設(shè)計(jì)所需汽車式起重機(jī)的額定起重量為1 200 t。

由于該工程碼頭原設(shè)計(jì)均載為10 t，而1 200 t汽車式起重機(jī)打支腿作業(yè)時(shí)單個(gè)支腿荷載遠(yuǎn)大于10 t，現(xiàn)有碼頭結(jié)構(gòu)無法承受，因此汽車式起重機(jī)方案不可行。

(2)扒桿式自航起重船方案

經(jīng)向該工程地區(qū)的施工單位咨詢，該區(qū)域現(xiàn)有起重39施工船。根據(jù)起重系統(tǒng)說明書中主鉤船外伸幅度和主鉤起吊負(fù)載表可知，當(dāng)仰角41°時(shí)，主鉤距船艏61.2 m，主鉤距離甲板高度60.4 m，主鉤荷載185 t。

當(dāng)船舶位于輕載高水位，臂架下俯至41°時(shí)，起重船與乏燃料船舶不干涉，滿足作業(yè)要求，方案從技術(shù)上可行。但起重船租用時(shí)受出租方所限，本工程需要使用時(shí)不一定能租到，且單次調(diào)遣及租用費(fèi)用較高，綜合考慮后不采用起重船方案。

(3)移動(dòng)式門機(jī)方案

由于乏燃料貨包起重量不大于130 t，考慮25%的設(shè)計(jì)余量，選取額定起重量180 t的移動(dòng)式門機(jī)。由于新購門機(jī)方案需要拆除現(xiàn)有固定式門機(jī)及其基礎(chǔ)，破除部分碼頭面增設(shè)軌道梁，且新購移動(dòng)式門機(jī)需要一定的制造周期，設(shè)備投資較大，綜合考慮后不采用新購門機(jī)方案。

(4)新增系纜墩方案

考慮在船舶居中靠泊作業(yè)位置基礎(chǔ)上，利用原有420 t固定式門機(jī)，在碼頭端部增加系船墩(見圖2)。當(dāng)船艉與碼頭端部齊平靠泊作業(yè)時(shí)，固定式門機(jī)覆蓋艙口工況見表6。

由表6可知，當(dāng)船艉與碼頭端部齊平?？孔鳂I(yè)時(shí)，現(xiàn)有固定式門機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑可以覆蓋艏艙的3個(gè)貨包。綜上所述，第一次靠泊船艏和船艉距離碼頭兩端各約12 m，可以裝卸舯艙和艉艙的貨包，見圖1和表4。二次靠泊，船艉與碼頭端部齊平，可以裝卸艏艙貨包，見圖2和表6。兩個(gè)靠泊組合作業(yè)后，可以完成10個(gè)乏燃料貨包的裝卸。由于船舶在裝卸作業(yè)過程中需保持穩(wěn)定性，因此10個(gè)乏燃料貨

表6 船艉與碼頭端部齊平靠泊作業(yè)時(shí)門機(jī)作業(yè)工況表

包有裝卸載順序要求。在實(shí)際靠泊和裝卸作業(yè)過程中，需根據(jù)潮位和載重狀態(tài)，靈活選擇靠泊和裝卸順序。

經(jīng)綜合比選，最終采用新增系纜墩方案。采用二次靠泊作業(yè)的方式，碼頭裝卸設(shè)備作業(yè)半徑滿足要求。

4 結(jié)語

從裝卸工藝專業(yè)的角度研究核電廠重件碼頭改造裝卸乏燃料貨包的工藝可行性及適應(yīng)性，可供其他核電廠重件碼頭改造參考。由于碼頭改造是綜合性工程，涉及眾多專業(yè)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，還需開展以下專業(yè)檢測及核算工作：已有碼頭裝卸設(shè)備檢測；已有碼頭外觀、碼頭結(jié)構(gòu)位移及變形、碼頭結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土各項(xiàng)性能參數(shù)等碼頭結(jié)構(gòu)檢測；航道、港池和碼頭前沿水深及沖淤變化情況檢測；核算航道、港池及碼頭靠泊等相關(guān)參數(shù)；核算系靠船設(shè)施、碼頭結(jié)構(gòu)內(nèi)力、碼頭結(jié)構(gòu)承載力等相關(guān)參數(shù)；核算導(dǎo)助航、供電、給排水、控制、通信、建筑等專業(yè)相關(guān)參數(shù)。