集裝箱碼頭輪胎吊油改電技術(shù)應(yīng)用的研究

馮偉

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家將推進(jìn)節(jié)能減排工作、加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)。國務(wù)院在對大氣污染防治工作部署中提出“推進(jìn)排放不達(dá)標(biāo)工程機(jī)械、港作機(jī)械清潔化改造和淘汰，重點(diǎn)區(qū)域港口、機(jī)場新增和更換的作業(yè)機(jī)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(tǒng)RTC使用現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，對RTG“油改電”技術(shù)進(jìn)行了研究，進(jìn)而對剛性滑觸線“油改電”關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞：RTG; “油改電”技術(shù);集裝箱

秦皇島港集裝箱碼頭推進(jìn)燃油輪胎式集裝箱門式起重機(jī)（RTG）的“油改電”技術(shù)改造工作，既有利于落實(shí)國家節(jié)能減排政策，又有利于降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，對加快向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型港口轉(zhuǎn)型，建設(shè)綠色低碳港口具有十分重要的積極意義。

1 傳統(tǒng)RTG使用現(xiàn)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(jī)為傳統(tǒng)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(yè)，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(tǒng)RTG常利用柴油發(fā)電機(jī)組作為動力源，存在能耗高、排放嚴(yán)重、使用成本高、維修保養(yǎng)工作量大等問題。

（1）傳統(tǒng)RTG主要以柴油發(fā)電機(jī)組作為動力源，經(jīng)過熱能、機(jī)械能多種能量轉(zhuǎn)換后變成電能，能量轉(zhuǎn)換效率低，造成設(shè)備能耗大，用電成本高。根據(jù)RTG的工作特性，柴油機(jī)的功率需滿足RTG的最大運(yùn)行功率，為平均功率的3-5倍，因此柴油機(jī)大部分時間是在效率較低的狀態(tài)下工作。

（2）傳統(tǒng)RTG在轉(zhuǎn)場、待機(jī)時，無功消耗很大，據(jù)計(jì)算平均一臺RTG每小時空耗的柴油就達(dá)15升。

（3）柴油發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)成本較高。

（4）柴油發(fā)電機(jī)組大修成本較高。為保證柴油發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)組每隔一定的時間就要進(jìn)行大修，平均年D級保養(yǎng)及大修費(fèi)用約為30000元。

除此之外，柴油機(jī)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(chǎn)環(huán)境的優(yōu)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(jìn)行了研究，分析并提出了基于提高生產(chǎn)效率、加強(qiáng)節(jié)能減排、提升安全生產(chǎn)保障的兩種設(shè)備改造方案，并對此兩種方案的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了比對。

2.1 剛性滑觸線改造方案

2.1.1 剛性滑觸線實(shí)現(xiàn)供電的ERTG基本原理

在集裝箱堆場的箱區(qū)內(nèi)，架設(shè)剛性滑觸線供電線路。當(dāng)ERTG在箱區(qū)作業(yè)時，所需動力由專門設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對整個箱區(qū)的工作覆蓋。當(dāng)ERTG需轉(zhuǎn)場到另一箱區(qū)作業(yè)時，則切斷城市供電電源與ERTG的聯(lián)系，改由設(shè)備發(fā)電機(jī)組供電并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場。轉(zhuǎn)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(shù)特點(diǎn)

（1）以剛性滑觸線和軌道式集電小車為主要構(gòu)成的輪胎式集裝箱門式起重機(jī)“油改電”技術(shù)的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的可靠性，消除了雨天環(huán)境下人工插拔插頭的危險，又降低了人工成本，提高了設(shè)備的利用率。

（3）采用超聲波測距技術(shù)，應(yīng)用于ERTG的防碰撞安全保護(hù)。

（4）采用超聲波測距裝置連續(xù)測量ERTG與集電車軌道之間的距離，以此控制大車兩側(cè)運(yùn)行電機(jī)速度，實(shí)現(xiàn)了大車行走的自動糾偏或停機(jī)。

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(cè)設(shè)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(jī)供電回路連接，另一端沿著碼頭地面的電纜槽，連接至相應(yīng)的市電接線箱。ERTG行走時，電纜卷筒根據(jù)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(shù)特點(diǎn)

（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(zhuǎn)場作業(yè)時插拔電纜接頭復(fù)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(tǒng)的重量較大，加重了龍門吊的整機(jī)重量進(jìn)而加大輪壓，起動作業(yè)時存有偏載現(xiàn)象，因此龍門吊在準(zhǔn)備行走會存在瞬時扭動的現(xiàn)象。

（4）設(shè)備需增設(shè)電纜卷盤安裝平臺，安裝平臺位置需進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算，并結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)。如出現(xiàn)問題，會對設(shè)備原結(jié)構(gòu)造成一定損壞，具有一定風(fēng)險。

2.3 兩種方案技術(shù)特點(diǎn)對比

（1）方案1機(jī)上改造要增加電源切換及取電小車，機(jī)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(jī)上改造成本高。

（2）方案1對設(shè)備整體結(jié)構(gòu)受力無影響，設(shè)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(shè)備門腿的受力發(fā)生變化，具有一定的改造技術(shù)難度和技術(shù)風(fēng)險。

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

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

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

3 剛性滑觸線“油改電”關(guān)鍵技術(shù)

3.1 滑觸線架設(shè)

低架滑觸線供電線路平行于ERTG軌道鋪設(shè)在兩箱區(qū)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(cè)水平布置。每場架設(shè)3條滑觸線，兩個箱區(qū)共用一個回路，分別供立柱兩側(cè)的ERTG取電，每個箱區(qū)最多有2臺ERTG同時作業(yè)。

3.2機(jī)上取電裝置

為適應(yīng)供電的需要，對原輪胎式集裝箱起重機(jī)進(jìn)行部分機(jī)械與電氣系統(tǒng)改造，保留原有柴電機(jī)組，在市電供電出現(xiàn)問題及設(shè)備轉(zhuǎn)場時，由柴電機(jī)組臨時提供動力。改造采用新型ERTG自動插拔供電系統(tǒng)，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(zhuǎn)場。

3.3 轉(zhuǎn)場電源切換

原柴電機(jī)組保留，ERTG轉(zhuǎn)場時使用柴電機(jī)組供電，所以需增加兩種電源的轉(zhuǎn)換裝置，該裝置能自動切換，互相聯(lián)鎖。利用自動插拔供電系統(tǒng)，在ERTG進(jìn)入堆場時，在引導(dǎo)區(qū)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(dǎo)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(shè)置在大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)外側(cè)的前側(cè)、中間、后側(cè)，實(shí)時監(jiān)測大車與滑觸線結(jié)構(gòu)架間的距離，當(dāng)三個探頭監(jiān)測距離不等時，說明ERTG已走偏，根據(jù)程序中控制策略，實(shí)時調(diào)整兩側(cè)大車的行走速度，使設(shè)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(shè)備外側(cè)的前后兩端，當(dāng)自動糾偏出現(xiàn)異常，設(shè)備走偏并接近滑觸線將要發(fā)生碰撞時，防碰撞安全裝置起作用，整機(jī)停機(jī)。

4 經(jīng)濟(jì)與社會效益分析

“油改電”技術(shù)改造是利用市政供電作為動力源驅(qū)動RTG運(yùn)行的先進(jìn)技術(shù)，具備環(huán)保、節(jié)能、安全、設(shè)備故障率等優(yōu)點(diǎn)，投產(chǎn)當(dāng)年減少二氧化碳排放量4751.50噸。項(xiàng)目改造完成后，百萬標(biāo)準(zhǔn)箱作業(yè)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(jié)論

今年是“十四五”規(guī)劃開局之年，提高能源效率、節(jié)約能源是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，同時也是我國的主要減排對策之一。目前，港口RTG機(jī)的“油改電”經(jīng)過多年的運(yùn)行與設(shè)施獲得了行業(yè)的一致好評，并且隨著“油改電”項(xiàng)目的不斷增多和實(shí)施，“油改電”的技術(shù)水平也長足發(fā)展。RTG“油改電”技術(shù)改造不僅符合我國經(jīng)濟(jì)增長方式從粗放型向集約型根本轉(zhuǎn)變的需要，而且有利于促進(jìn)我國能源利用效率的提高。

（河北港口集團(tuán)有限公司， 河北 秦皇島 066002）