淺談西非礦產(chǎn)出口港口裝卸工藝

劉傳磊 孫小康 煙臺仲伯企業(yè)管理咨詢有限公司

幾內(nèi)亞礦業(yè)出口主要港口目前均采用傳統(tǒng)的陸路—堆場—碼頭或鐵路—翻車卸車或底開卸車—堆場的工藝，需要配置足夠的專用堆場、皮帶機、堆取料機、裝船機設(shè)備，工程投資高；運維工作量大、人員配置龐大、運維成本高；設(shè)備數(shù)量多、環(huán)節(jié)多，受雨季影響較大。美國五大湖內(nèi)專業(yè)碼頭采用了火車直接裝船工藝，大大降低了工程投資、人員配置及運維成本。本文將火車直裝工藝與傳統(tǒng)工藝進行對比，分析直裝工藝優(yōu)勢。

1.幾某新建港口概況

幾某新建港口擬開發(fā)幾內(nèi)亞儲量最大、品質(zhì)最好的鐵礦。港口裝卸工藝流程采用常規(guī)：鐵路來礦—翻車機房卸車—皮帶機—堆場—堆取料機—皮帶機—裝船機裝船。港口平面布置如圖1所示。

圖1 幾內(nèi)亞某新建港口平面布置

1.1 建設(shè)規(guī)模

港口建設(shè)4個12000噸級鐵礦石專用裝船泊位，采用12000噸級駁船，年設(shè)計吞吐量7000萬噸。

1.2 裝卸工藝（翻車機）

（1）卸車作業(yè)。卸車采用“O”型雙翻翻車機，額定翻車頻率為40次/h，額定卸車效率6400t/h，共配置4條作業(yè)線。

（2）水平運輸。水平運輸采用皮帶機，皮帶機帶寬 1800mm，帶速3.5m/s，額定輸送能力6400t/h。

（3）堆場堆取料作業(yè)。堆場內(nèi)布置3條斗輪堆取料機軌道基礎(chǔ)，共配置6臺斗輪堆取料機。堆取料機額定堆料、取料能力均為 6400t/h，回轉(zhuǎn)半徑56m，軌距12m。料堆高度15m，堆場容量約為580萬噸。

（4）裝船作業(yè)。碼頭共設(shè)4個裝船泊位、4條裝船作業(yè)線，配置4臺裝船機，裝船機額定裝船能力6400t/h，軌距10.5m。

1.3 翻車機卸車能力

根據(jù)幾內(nèi)亞的生產(chǎn)經(jīng)驗，考慮鐵路生產(chǎn)中每月2天用于日常檢修，其余28天處于作業(yè)狀態(tài)，則每天運量約為21.5萬噸，相當(dāng)于每天重車到達26.9列。

采用雙翻翻車機，每列車作業(yè)時間134分鐘，每天工作時間21h，考慮車輛到達不均衡系數(shù)1.2，則每天共計卸車約7.8列，4條線共計卸車31.2列＞26.9列車，滿足運輸需求，每年卸車量約為8100萬噸。

1.4 碼頭通過能力

碼頭通過能力按《海港總體設(shè)計規(guī)范》：Pt=Ty/(t/(t-∑t）+t/t)＊G/K，t=G/p式中：

Pt-泊位設(shè)計通過能力（t/a）；

T y-泊位年可營運天數(shù)，取310d；

G-船舶的實際載貨量，取11500噸；

tZ-裝卸一艘船舶所需的時間（h）；

p-設(shè)計船時效率，船時效率4976噸/h；

td-晝夜小時數(shù)，取24h；

∑t-晝夜非生產(chǎn)時間之和，取2h；

t-船舶的裝卸輔助作業(yè)、技術(shù)作業(yè)以及船舶靠泊、離泊時間之和，取1.5h；

KB—港口生產(chǎn)不平衡系數(shù)，礦石裝船取1.2。

通過計算，鐵礦石總通過能力為7100萬噸/a。

2.新建港口工藝分析

2.1 火車直接裝船工藝

根據(jù)我國自行研制的某底開門自卸車卸料試驗數(shù)據(jù)，列車每節(jié)車載重98 t，每節(jié)車底門數(shù)量4組，當(dāng)列車以2 km/h 的速度運行卸貨時，卸完一節(jié)車的平均時間約為25s，此時底開門自卸車的平均卸料能力達 1.5萬t/h。卸載效率高，需要專用的設(shè)計船型。碼頭上部鐵路采用全自動結(jié)合手控的碰頭式開關(guān)，列車在行進中卸車，整個卸車過車不需要停車，大大加快卸車效率。

采用底側(cè)開車型直接裝船工藝，每列車作業(yè)時間85分鐘，每天工作時間21h，考慮車輛到達不均衡系數(shù)1.2，則每天共計卸車約 12列，3條線共計卸車36列＞26.9列車，滿足運輸需求，每年卸車量約為9340萬噸。

2.2 碼頭通過能力

碼頭通過能力按《海港總體設(shè)計規(guī)范》公式Pt=Ty/(t/(t-∑t）+t/t)＊G/K，t=G/p計算。式中：

表1 翻車機作業(yè)時間表

表2 采用底側(cè)開車型直接裝船工藝各環(huán)節(jié)作業(yè)時間表

圖2 新建港口優(yōu)化平面

p-設(shè)計船時效率（t/h），火車直裝效率15000t/h；其他參數(shù)同翻車機工藝。

通過計算，3個鐵礦石裝船碼頭總通過能力為9060萬t/a。

2.3 港口優(yōu)化

（1）平面優(yōu)化。采用底側(cè)開車型直接裝船工藝，本次鐵路來線港口段為高架進場可以將卸車線與碼頭結(jié)構(gòu)結(jié)合建設(shè)，鐵路卸車線前沿至碼頭后，鐵路線需要相應(yīng)延長約2.18km。同時原碼頭結(jié)構(gòu)段可縮短110m，由于鐵路卸車線直接裝船效率高，與碼頭年通過能力基本匹配，卸車場基本無候車現(xiàn)象，所以碼頭后方不需要設(shè)置專用鐵礦堆場及皮帶機機系統(tǒng)；同時大大減少相應(yīng)配套設(shè)施、降低了港口能耗，減少了溫室氣體排放。

（2）碼頭結(jié)構(gòu)與卸車線結(jié)合布置。

碼頭區(qū)域水深較大、地層相對復(fù)雜，碼頭結(jié)構(gòu)與鐵路卸車線結(jié)合后，碼頭結(jié)構(gòu)調(diào)整為高樁墩臺結(jié)構(gòu)，由連片式碼頭變?yōu)殚g隔靠船墩，墩臺間鋼結(jié)構(gòu)引橋連接。鐵路線為高架鐵路線，基礎(chǔ)與碼頭墩臺結(jié)構(gòu)間隔布置。火車底側(cè)開門下設(shè)置液壓式活動漏斗，直接將礦物輸送至船艙。

圖3 碼頭結(jié)構(gòu)與卸車線結(jié)合設(shè)置示意圖

表3 港口裝卸工藝優(yōu)缺點對比表

（3）港口工藝方案對比。

兩種工藝方案均能滿足既定的吞吐量目標(biāo)，采用鐵路來礦—底側(cè)開直接裝船后可實現(xiàn)直裝率100%，大大減少裝卸運維環(huán)節(jié)和運營成本。

初步測算，采用直裝工藝后，減少工程部分可節(jié)省約5.01億美元。增加工程部分增加投資約0.9億美元，綜合考慮采用底側(cè)開車型直接裝船工藝，可降低投資約4.11億美元。

3.直裝工藝展望

鐵路直接裝船這種裝卸方式的優(yōu)勢明顯，可以減少機械成本，進行直裝直卸，但是對礦山和堆場的出貨效率要求較高，僅適用于高度單一貨種及專用船舶，而且只能用于裝船，無法卸船，適用性較低。

在幾內(nèi)亞地區(qū)，礦業(yè)開發(fā)為其主要經(jīng)濟支柱，本次新建港口主要為開發(fā)幾境內(nèi)儲量最大、品質(zhì)最好的鐵礦；出運船型采用定做的1.2萬t自航駁船，符合直裝工藝的特性。整個西非地區(qū)的經(jīng)濟相對落后，礦業(yè)開發(fā)處于規(guī)模開發(fā)階段，礦產(chǎn)品品種單一，可以采用直裝工藝，以減低工程投資，減少設(shè)備用量和運維成本，提高企業(yè)競爭力。