青島港糧食筒倉新工藝應(yīng)用研究

鄭成明，高天佑

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

引言

根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)顯示，2020 年中國進(jìn)口糧食達(dá)1.42 億t，再創(chuàng)歷史紀(jì)錄，并且從農(nóng)業(yè)部預(yù)測數(shù)據(jù)來看，未來數(shù)年內(nèi)中國糧食缺口將始終在1.2 億t 以上，進(jìn)口糧食總量將在很長時(shí)間內(nèi)保持高位運(yùn)轉(zhuǎn)。為確保糧食安全，特別是針對進(jìn)口轉(zhuǎn)基因類糧食作物的進(jìn)口，國家近年來逐步加大監(jiān)管力度，嚴(yán)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(nèi)看，主要進(jìn)口糧食作物大豆等在進(jìn)口旺季時(shí)，壓港現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

青島港董家口港區(qū)口岸作為糧食進(jìn)口口岸的新起之秀，共規(guī)劃了一期、二期、三期工程，目前只建設(shè)實(shí)施了一期工程。共建設(shè)1 個(gè)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(jìn)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(chǎn)至今，糧食裝卸量呈爆發(fā)式增長，但同時(shí)也受到接卸能力、倉儲能力的嚴(yán)重制約，導(dǎo)致進(jìn)口旺季糧食船壓港現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

董家口港區(qū)積極相應(yīng)國家“散改集”、“公轉(zhuǎn)鐵”政策，其鐵路入港項(xiàng)目作為青島市重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，正在快速推進(jìn)，建成通車后，物流成本將大幅降低，屆時(shí)，港區(qū)貨源腹地內(nèi)山東、河南、江蘇等鐵路相近廠家需求將陸續(xù)轉(zhuǎn)移到董家口港區(qū)進(jìn)行接卸周轉(zhuǎn)，口岸現(xiàn)有倉儲能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

二期工程貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院決策部署，圍繞加快建設(shè)交通強(qiáng)國總體目標(biāo)[1]以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，在建設(shè)糧食二期工程中，主要圍繞智能先進(jìn)、綠色集約、經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠等指標(biāo)進(jìn)行了裝卸工藝流程設(shè)計(jì)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(yù)留的接口基礎(chǔ)上，按照規(guī)劃預(yù)留的位置建設(shè)筒倉及相應(yīng)配套設(shè)施，于一期工程筒倉區(qū)北側(cè)，平行碼頭布設(shè)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(jìn)倉和出倉流程輸送線額定能力與一期工程保持一致，進(jìn)倉額定能力2 000 t/h，出倉1 000 t/h。

圖1 筒倉區(qū)平面布置示意圖

本期工程較規(guī)劃方案，增加了自動裝車系統(tǒng)、獨(dú)立出倉工藝以及專業(yè)化裝箱樓工藝等新工藝。

2 創(chuàng)新工藝

2.1 自動裝車系統(tǒng)

目前國內(nèi)筒倉倉壁斜溜管裝車工藝以及其他倉側(cè)裝車工藝均未設(shè)精確計(jì)量設(shè)備，無法對標(biāo)載車輛進(jìn)行精準(zhǔn)裝車作業(yè)，只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估測。車輛須到指定地磅處進(jìn)行稱重測量，出現(xiàn)虧噸現(xiàn)象需要再次返場進(jìn)行補(bǔ)裝作業(yè)，出現(xiàn)超載情況時(shí)，需要將超載貨物倒運(yùn)，有時(shí)需要反復(fù)多次稱量、多次裝車才能達(dá)到標(biāo)載要求。本工程設(shè)計(jì)的自動裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)載車輛進(jìn)行精準(zhǔn)裝車作業(yè)，提高了標(biāo)載車輛裝車的作業(yè)效率。自動裝車系統(tǒng)由緩沖倉、電子斗稱、抑塵料斗以及自動控制系統(tǒng)組成，如圖2所示，額定裝車能力為300 t/h，電子斗稱準(zhǔn)確度等級達(dá)自動0.2 級。

圖2 自動裝車系統(tǒng)工藝布置圖

此外，國內(nèi)散糧裝車工藝都需要1-2 人進(jìn)行現(xiàn)場指揮作業(yè)，一是需要根據(jù)車輛前進(jìn)情況通過控制閘門控制散糧流量，防止出現(xiàn)散糧散落情況；二是指揮車輛，發(fā)送進(jìn)入裝車位、前進(jìn)、停止、裝車完畢等指令，防止出現(xiàn)裝車偏載、冒廂、虧噸等現(xiàn)象。本工程設(shè)計(jì)的自動裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化裝車工藝，不再需要現(xiàn)場作業(yè)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(tǒng)中主要包括車輛位置檢測系統(tǒng)、車廂高度測量系統(tǒng)、車輛信息識別系統(tǒng)、料位高度測量系統(tǒng)、自動裝料系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)以及事故報(bào)警急停系統(tǒng)等。

車輛位置檢測系統(tǒng)：車輛根據(jù)地面裝車指引線緩緩進(jìn)入裝車工位，與裝車系統(tǒng)下料口中心相對應(yīng)，位置檢測安全光柵實(shí)時(shí)監(jiān)測車箱最前端位置，車輛運(yùn)行至裝車起始位置時(shí)，觸發(fā)安全光柵信號，車輛暫停等待進(jìn)入裝車流程。

車廂高度測量系統(tǒng)：車輛到達(dá)裝車起始位置后，車輛兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)立柱安裝的測量型安全光柵自動觸發(fā)運(yùn)行，將測量車廂高度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳中控系統(tǒng)，并自動鎖定數(shù)據(jù)。開始裝車后，測量型安全光柵工作，但不再測量數(shù)據(jù)，只檢測車廂是否還在裝車工位內(nèi)。

車輛信息識別系統(tǒng)：即車輛車牌視頻識別裝置，將車牌對應(yīng)車輛信息反饋至中控，車輛到達(dá)裝車起始位置后，系統(tǒng)自動比對車輛信息，再由中控確認(rèn)車輛信息以及車輛到位信息，如裝車位置等信息正確，觸發(fā)自動裝料系統(tǒng)啟動，電子斗稱同時(shí)計(jì)量。

料位高度測量系統(tǒng)：于抑塵料斗下方對稱布置雷達(dá)料位儀，用于實(shí)時(shí)測量車廂內(nèi)物料高度，根據(jù)車輛標(biāo)載噸數(shù)和車廂高度，可人為或系統(tǒng)計(jì)算確定物料的裝車高度，裝車過程中雷達(dá)數(shù)據(jù)與車幫高度數(shù)據(jù)自動對比，默認(rèn)等于車幫高度時(shí)，觸發(fā)語言指揮系統(tǒng)提示車輛前進(jìn)。

自動裝料系統(tǒng)：接受到開啟自動裝料系統(tǒng)，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(jù)車輛標(biāo)載噸數(shù)進(jìn)行裝料作業(yè)；達(dá)到車輛標(biāo)載噸數(shù)或接受到事故報(bào)警急停信號時(shí)，立即關(guān)閉緩沖倉下方及電子斗稱稱量斗下方閘門。

語言指揮系統(tǒng)：根據(jù)自動裝車系統(tǒng)裝車運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)向車輛司機(jī)發(fā)出前進(jìn)、停止、后退等動作指令，事故報(bào)警、急停、故障、冒廂等應(yīng)急指令及其他指令。

事故報(bào)警急停系統(tǒng)：為避免出現(xiàn)車輛未裝完即離開裝車作業(yè)區(qū)域的情況，事故報(bào)警急停系統(tǒng)設(shè)置，裝車過程中車廂一旦脫離安全光柵監(jiān)控，則立即報(bào)警中控，并給自動裝料系統(tǒng)發(fā)送急停信號，自動裝料系統(tǒng)關(guān)閉，防止撒漏；為避免出現(xiàn)因車輛跑偏造成偏載情況，安裝于抑塵料斗下方的雷達(dá)料位儀檢測到的料位數(shù)據(jù)相差較大時(shí)，可自動通過語言指揮系統(tǒng)對司機(jī)提出警告，偏載嚴(yán)重時(shí)，可人工干預(yù)調(diào)整車輛位置，繼續(xù)裝車；若發(fā)生車輛故障無法前進(jìn)、冒廂等緊急事件，司機(jī)可立即下車按下緊急停止按鈕，給自動裝料系統(tǒng)發(fā)送急停信號，自動裝料系統(tǒng)關(guān)閉，人工干預(yù)，解決問題后，繼續(xù)作業(yè)。

2.2 獨(dú)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(jìn)型平底倉，倉內(nèi)布置1 臺螺旋清倉機(jī)，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(shè)置卸料斜溜管，倉底置出倉帶式輸送機(jī)進(jìn)行出倉作業(yè)；另一種為錐底筒倉，錐底為四錐斗形式，倉內(nèi)走道區(qū)域的積料需要清掃人員及清倉器械進(jìn)行清倉作業(yè)，筒倉壁同樣設(shè)置卸料斜溜管，倉底置出倉帶式輸送機(jī)進(jìn)行出倉作業(yè)。倉壁斜溜管一般能夠?qū)崿F(xiàn)倉內(nèi)75 %左右的物料自流出倉，剩余25 %的物料須通過倉底皮帶機(jī)進(jìn)行出倉作業(yè)，其運(yùn)行壓力很大，尤其是遇到多個(gè)筒倉同時(shí)進(jìn)行裝車、清倉作業(yè)時(shí)。

為緩解倉底帶式輸送機(jī)流程的運(yùn)行壓力，本工程設(shè)計(jì)了獨(dú)立出倉工藝。本工程采用與一期工程一致的改進(jìn)型平底倉，倉底布置5 個(gè)卸料口，與一期工程不同的是，每個(gè)卸料口皆采用分叉斜溜管進(jìn)行物料分流，即可落料至出倉帶式輸送機(jī)，也可轉(zhuǎn)接至倉底埋刮板輸送機(jī)。倉底埋刮板輸送機(jī)可完成獨(dú)立出倉工藝，不必再通過出倉帶式輸送機(jī)進(jìn)行清倉，不僅降低了倉底帶式輸送機(jī)流程的運(yùn)行壓力，且可節(jié)約成本、降低能耗，縮短客戶車輛在港等待時(shí)間、提高清倉作業(yè)效率、提升服務(wù)水平。此外，由于裝車樓作業(yè)線只有1 條，當(dāng)出現(xiàn)多貨種、多貨票的作業(yè)工況時(shí)，需要頻繁切換筒倉，同時(shí)存在作業(yè)沖突的問題，嚴(yán)重影響了出倉作業(yè)效率，增加倉底埋刮板輸送機(jī)獨(dú)立出倉作業(yè)流程后，有效解決了上述問題。

倉底埋刮板輸送機(jī)獨(dú)立出倉作業(yè)流程額定輸送能力與清倉機(jī)、自動裝車系統(tǒng)保持一致300 t/h，由倉底埋刮板輸送機(jī)、接力埋刮板輸送機(jī)組成，與自動裝車平臺相連接，如圖4 所示。倉內(nèi)物料自溜至倉底埋刮板輸送機(jī)，而后經(jīng)接力埋刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)接提升，將物料輸送至自動裝車系統(tǒng)中；當(dāng)倉內(nèi)物料不能自溜至倉底埋刮板輸送機(jī)時(shí)，則需開啟清倉機(jī)，通過倉底中間孔洞將物料運(yùn)至倉底埋刮板輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)清倉或裝車工藝。

圖4 獨(dú)立出倉工藝布置圖

2.3 專業(yè)化裝箱樓工藝

針對董家口集裝箱功能的定位，加快發(fā)展糧食“散改集”裝箱業(yè)務(wù)，糧食二期工程充分利用港區(qū)場地優(yōu)勢，建設(shè)專業(yè)化散糧裝箱基地，年裝箱能力200 萬t/年。在分析研究了國內(nèi)散糧裝箱工藝現(xiàn)狀[2]的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了裝箱樓+固定式集裝箱翻轉(zhuǎn)平臺方案，額定裝箱能力1 000 t/h，共設(shè)置4 個(gè)緩沖倉，倉容500 t，每個(gè)緩沖倉下方布置2 個(gè)20 英尺集裝箱固定式翻轉(zhuǎn)平臺裝箱工位與1 個(gè)40 英尺集裝箱移動式式帶式輸送機(jī)裝箱工位，如圖5 所示。40 英尺集裝箱裝箱作業(yè)：緩沖倉落料至移動式帶式輸送機(jī)，通過移動裝箱帶式輸送機(jī)將物料輸送至40 英尺集裝箱內(nèi)；20 英尺集裝箱裝箱作業(yè)：緩沖倉通過斜溜管交替直接落料至固定式翻轉(zhuǎn)平臺上豎直的20 英尺集裝箱內(nèi)，裝滿箱后，關(guān)閉箱門，翻轉(zhuǎn)平臺將集裝箱翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，然后由集裝箱正面吊進(jìn)行裝卸作業(yè)。此外，為了港區(qū)綠色化，裝箱樓設(shè)置了伸縮罩，當(dāng)20 英尺集裝箱進(jìn)行豎直裝箱作業(yè)時(shí)，伸縮罩下降將20 集裝箱全面封堵，防止粉塵外泄。

圖5 專業(yè)化裝箱工藝布置圖

3 效果分析

1）自動裝車系統(tǒng)的首次將散發(fā)市提、精確計(jì)量、智能化控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)有效的融合在一起，解決了散糧標(biāo)載汽運(yùn)不超載、不虧噸的難題，解放了裝箱勞動人力資源，為初步實(shí)現(xiàn)智能化港口提供了有效的方案。隨著研究的不斷深入，生產(chǎn)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，該系統(tǒng)將能夠全面促進(jìn)港口市提車輛散裝運(yùn)輸工藝自動化、智能化的發(fā)展。

2）獨(dú)立出倉工藝充分利用筒倉群的筒倉型式、倉內(nèi)及倉底設(shè)備、平面布置等特點(diǎn)，創(chuàng)新了筒倉獨(dú)立生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了筒倉出倉、清倉獨(dú)立化，不但緩解了倉底帶式輸送機(jī)流程的運(yùn)行壓力，解決了多貨種、多貨票的作業(yè)需要頻繁切換筒倉流程的問題，也精簡了作業(yè)流程，節(jié)約了運(yùn)營成本，降低了能耗，縮短了市提車輛在港等待時(shí)間，提高了清倉效率，大大提升了筒倉群周轉(zhuǎn)效率與多種作業(yè)型式靈活性，具有較好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

3）專業(yè)化的裝箱樓工藝首次實(shí)現(xiàn)了董家口港區(qū)散糧“散改集”作業(yè)的集約化、專業(yè)化、規(guī)?；约熬G色化，雖未達(dá)到裝箱標(biāo)準(zhǔn)化、無人化、智能化的程度，但隨著技術(shù)創(chuàng)新，本工程裝箱樓工藝使用的固定式集裝箱翻轉(zhuǎn)平臺已有了自動關(guān)箱門技術(shù)，正面吊也有了遠(yuǎn)程操控型設(shè)備，若再將翻轉(zhuǎn)平臺計(jì)量數(shù)據(jù)與裝箱樓系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖控制，本工程的裝箱樓工藝即可實(shí)現(xiàn)智能化作業(yè)。

4 結(jié)語

本文將自動裝車系統(tǒng)、獨(dú)立出倉工藝、專業(yè)化裝箱樓工藝等散糧作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新，并應(yīng)用于董家口港區(qū)糧食筒倉二期工程中，有效的提升了糧食筒倉碼頭的系統(tǒng)效率、精簡了作業(yè)流程、降低了系統(tǒng)能耗、優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境、提高港口調(diào)度能力。該工程的新工藝，對實(shí)現(xiàn)建設(shè)智能先進(jìn)、綠色集約、經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠的世界一流港口國家戰(zhàn)略目標(biāo)，具有實(shí)質(zhì)性的促進(jìn)作用。