危險(xiǎn)廢物自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)方案

張淑玲，馬換梅，宋媛媛

（1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074；2.中城院（北京）環(huán)境科技有限公司天津分公司，天津 300381）

1 引言

危險(xiǎn)廢物是一類具有毒性、易燃性、腐蝕性、反應(yīng)性或者感染性等特性，且對生態(tài)環(huán)境和人類健康可產(chǎn)生嚴(yán)重危害的廢物［1］。如不進(jìn)行有效處置隨意排放，不僅對水、空氣和土壤環(huán)境造成嚴(yán)重的影響和破壞，還會(huì)對人身的安全健康構(gòu)成直接威脅，尤其是重金屬、高毒類廢物，將造成長期危害［2］。美國胡克公司20 世紀(jì)三四十年代曾將廢棄的拉夫運(yùn)河廢溝谷作為危險(xiǎn)廢物傾倒場所，傾倒量約2×104t，幾十年后，由于農(nóng)藥廢物的泄漏導(dǎo)致周圍地下水、大氣、土壤受到嚴(yán)重污染，一段時(shí)間后該地區(qū)的癌癥發(fā)病率和死亡率都很高。因此，對危險(xiǎn)廢物的無害化處理和最終安全處置問題已經(jīng)引起各級政府和全社會(huì)的高度重視。

在危險(xiǎn)廢物處置項(xiàng)目中，危險(xiǎn)廢物的儲(chǔ)存管理是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)HJ 2025—2012 危險(xiǎn)廢物收集、貯存、運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范要求，危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生者和危險(xiǎn)廢物經(jīng)營者應(yīng)建造專用的危險(xiǎn)廢物貯存設(shè)施，也可利用原有構(gòu)筑物改建成危險(xiǎn)廢物貯存設(shè)施［3］。傳統(tǒng)的危險(xiǎn)廢物暫存庫設(shè)計(jì)存在儲(chǔ)存容積率小、信息化程度偏低、庫存更新不及時(shí)、物料流轉(zhuǎn)滯留、倉儲(chǔ)管理損耗較大、人工操作過多和工作效率低等問題。相比之下，自動(dòng)化立體倉庫可以高效利用空間、提高物料調(diào)配水平、加強(qiáng)生產(chǎn)和物資的銜接管理、自動(dòng)化程度高、大幅度提高生產(chǎn)效率同時(shí)降低了人力資源成本。我國自動(dòng)化立體倉庫大多應(yīng)用于一般工業(yè)企業(yè)物資存儲(chǔ)，如電力、醫(yī)藥、食品、煙草生產(chǎn)配送、裝修裝飾以及物流等行業(yè)［4-6］。很多物流企業(yè)也將智能化倉庫進(jìn)行了推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了貨架式儲(chǔ)存的自動(dòng)化倉儲(chǔ)管理，確保貨物倉庫管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的高效性與準(zhǔn)確性，以便及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理保持和控制庫存［7］。通過科學(xué)的編碼，還可對庫存貨物的批次、類別等數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理。利用智能化系統(tǒng)的庫位管理功能，更可以及時(shí)掌握所有庫存貨物當(dāng)前所在位置，有利于提高倉庫管理的工作效率。近兩年，石油化工企業(yè)也逐漸引入自動(dòng)化立體倉庫，并且已有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺，如SH/T 3186—2017 石油化工自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)規(guī)范，明確用于存放丙類、丁類和戊類火災(zāi)危險(xiǎn)性物料，并且對自動(dòng)化立體倉庫的整體設(shè)計(jì)作出規(guī)定。立體倉庫成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可或缺的倉儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到生產(chǎn)和物流企業(yè)的重視［8］。

本研究將自動(dòng)化立體倉庫應(yīng)用于危險(xiǎn)廢物倉儲(chǔ)領(lǐng)域，借助工程案例提出危險(xiǎn)廢物自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)方案和管理要點(diǎn)，并對立體化倉儲(chǔ)倉庫的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評價(jià)，為后續(xù)危險(xiǎn)廢物處理工程和危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)運(yùn)站的倉庫設(shè)計(jì)提供參考。

2 自動(dòng)化倉庫倉儲(chǔ)設(shè)施

2.1 入庫及出庫設(shè)施

1）射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identifica?tion，RFID）讀寫器：智能貨架上安裝了固定式讀寫器用于倉庫及資產(chǎn)盤點(diǎn)與統(tǒng)計(jì)。RFID 固定讀寫器對固定區(qū)域內(nèi)的無源標(biāo)簽進(jìn)行掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)計(jì)算機(jī)中。

2）外形檢測器：用于檢測貨物外形的長、寬、高尺寸，滿足存放要求方可進(jìn)入貨架。

3）LED 顯示器：設(shè)置于入庫口，主要用于顯示當(dāng)前立體倉庫的作業(yè)狀態(tài)。

2.2 輸送設(shè)備

1）輸送帶：本項(xiàng)目入庫出庫采用的均為滾輪傳送帶，入庫的傳送帶還具有計(jì)量稱質(zhì)量功能。滾輪傳送帶由滾輪、軸承及框架構(gòu)成，是用于暫存庫房傳送貨物的必要設(shè)備。根據(jù)傳送物體的外形尺寸選擇滾輪寬度，確定為1.5 m，荷載3 t。

2） 軌 道 穿 梭 小 車（Rail Guided Vehicle，RGV）：本工程借助RGV 來完成貨物從輸送線至堆垛機(jī)和貨架內(nèi)部的全自動(dòng)輸送。暫存庫可為單層設(shè)計(jì)，結(jié)合入庫與出庫同步進(jìn)行，確定生產(chǎn)節(jié)拍，每100 個(gè)貨位配備1 輛RGV，考慮連續(xù)生產(chǎn)需要，設(shè)置備用，RGV 荷載3 t。

2.3 貨架

本項(xiàng)目智能倉庫內(nèi)采用重型插接組合可調(diào)式貨架儲(chǔ)存方式，分為8 層，底層直接置地；貨架由立柱、橫梁、貨架RGV 和RGV 導(dǎo)軌組成。

單元托盤規(guī)格與最大承載質(zhì)量：1 200 mm×1 200 mm×1 350 mm（長×寬×高），承載800 kg/托，托盤鑲嵌RFID 卡。貨物局部側(cè)視和單元貨物放大示意見圖1。

圖1 貨架局部側(cè)視和單元貨物放大示意Figure 1 Local side view of shelves and schematic of the enlarged unit cargo

2.4 其他配套設(shè)施

根據(jù)HJ 2025—2012、HJ/T 176—2005 危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范、GB 50016—2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018 版）以及GB 50084—2005 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，設(shè)置如下。

1） 庫房地面與裙角采用堅(jiān)固、防滲的材料建造，建筑材料與危險(xiǎn)廢物相容。地面與裙角圍建容積不低于最大容器的最大儲(chǔ)量或者總儲(chǔ)量的1/5。

2）庫房設(shè)置有泄漏液體收集裝置、氣體導(dǎo)出口及氣體凈化裝置。庫房內(nèi)全室通風(fēng)風(fēng)量根據(jù)有害物質(zhì)的濃度按6～8 次/h 換氣次數(shù)計(jì)算。同時(shí)，對于有消防要求的事故通風(fēng)場所，換氣次數(shù)應(yīng)≥12 次/h。對采用局部通風(fēng)的設(shè)備以軸流風(fēng)機(jī)為主，小體量建筑采用換氣扇，高大廠房選用屋頂風(fēng)機(jī)。排放易燃易爆有害物選用防爆型風(fēng)機(jī)，排放腐蝕性廢氣選用防腐型風(fēng)機(jī)，所有庫房排出的空氣均需要經(jīng)清潔處理后排放。

3）暫存庫房內(nèi)設(shè)有全天候攝像監(jiān)視裝置，安全照明設(shè)施以及吸氣式感煙探測器，確保庫房的安全運(yùn)行。

4）本工程自動(dòng)化立體倉庫采用消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、水炮系統(tǒng)。消火栓系統(tǒng)室外消火栓用水量為45 L/s，室內(nèi)消火栓用水量為25 L/s，一次火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為3 h，一次火災(zāi)消火栓系統(tǒng)用水量為756 m3。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)貨架內(nèi)噴頭，且貨架內(nèi)置灑水噴頭上方的層間隔板應(yīng)為實(shí)層板，計(jì)算用水量為1 022 m3；水炮系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量60 L/s，一次火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為1 h，計(jì)算用水量為216 m3；消防用水總量為1 994 m3，自動(dòng)滅火系統(tǒng)可提高倉庫的自防、自救能力，而自動(dòng)消防炮滅火系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制并且自動(dòng)搜索火源、對準(zhǔn)著火點(diǎn)、自動(dòng)噴灑水進(jìn)行滅火，并與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

5）庫房外卸貨區(qū)設(shè)有復(fù)合式洗眼器（洗眼和沖淋），以防工作人員不慎被危廢沾染皮膚，以沖洗方式作為應(yīng)急措施，隨后再做進(jìn)一步的處理。

3 自動(dòng)化倉儲(chǔ)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以廣東省某固體廢物轉(zhuǎn)運(yùn)中心項(xiàng)目為例，項(xiàng)目每年主要收集和儲(chǔ)存的危險(xiǎn)廢物為1.2×105t、一般工業(yè)固體廢物為3.0×105t，設(shè)置有危險(xiǎn)廢物倉儲(chǔ)倉庫1 座（單層）和一般工業(yè)固體廢物倉儲(chǔ)倉庫1座（單層）。其中，危險(xiǎn)廢物倉儲(chǔ)倉庫按照自動(dòng)化立體式倉庫設(shè)計(jì)，用于存放火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類的危險(xiǎn)廢物。轉(zhuǎn)運(yùn)中心的平面布置如圖2 所示。

圖2 廣東省某固體廢物轉(zhuǎn)運(yùn)中心平面布置Figure 2 Layout of a solid waste transfer center in Guangdong Province

3.1 自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)

倉庫主要有庫房本體、出入庫檢驗(yàn)系統(tǒng)、滾筒式輸送系統(tǒng)、裝卸裝置、立體貨架及自動(dòng)控制系統(tǒng)，倉庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 自動(dòng)化立體倉庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意（俯視）Figure 3 Internal structure diagram of automated high-rise warehouse （top view）

1）倉庫為封閉庫房，在非出入庫時(shí)段，庫房門須關(guān)閉，以便進(jìn)行間歇式通風(fēng)除臭和氣體凈化。庫房內(nèi)須設(shè)置排水溝和收集池，用于火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防廢水的排放或危險(xiǎn)廢物泄漏時(shí)的收集，安全圍欄設(shè)置于入庫輸送系統(tǒng)外圍，未經(jīng)許可不能隨意進(jìn)出圍欄；庫房外設(shè)置遮雨罩棚，避免雨雪天卸貨時(shí)貨物被淋濕。

2）入庫檢測系統(tǒng)采用了基于紅外光電檢測的外形檢測器、貨物RFID 讀取器和LED 顯示屏。

3）滾筒式輸送系統(tǒng)包括滾筒、支架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、入庫RGV 及其滑行軌道。入庫RGV 采用往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)形式在鋼軌道上運(yùn)輸貨物。

4）裝卸裝置包括巷道堆垛機(jī)及軌道。堆垛機(jī)為有軌雙立柱堆垛機(jī)，配備有水平、垂直電機(jī)和貨叉電機(jī)，分別控制堆垛機(jī)的水平、升降運(yùn)動(dòng)和貨叉伸縮，水平導(dǎo)軌和立柱導(dǎo)軌端部均設(shè)置有限位器。

5）立體貨架采用穿梭式貨架，穿梭式貨架的外圍貨物存取由堆垛機(jī)完成，內(nèi)部貨物存取由貨架RGV 配合堆垛車完成。

6）自動(dòng)控制系統(tǒng)包括連接出入庫檢驗(yàn)系統(tǒng)的識別模塊、連接輸送系統(tǒng)的控制模塊、連接裝卸裝置的裝卸模塊及連接貨架的存儲(chǔ)模塊。

3.2 危險(xiǎn)廢物自動(dòng)化立體倉庫倉儲(chǔ)工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 廢物檢驗(yàn)接收

危險(xiǎn)廢物運(yùn)輸車輛采用具有明顯標(biāo)識的專用車輛，當(dāng)運(yùn)輸車輛進(jìn)入貯存場后，首先對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行化驗(yàn)、驗(yàn)收和計(jì)量，貨物信息錄入倉庫管理系統(tǒng)后進(jìn)行貯存，對于高毒廢物應(yīng)按下列程序進(jìn)行：①需要設(shè)專人負(fù)責(zé)接收，在驗(yàn)收前查驗(yàn)聯(lián)單內(nèi)容及產(chǎn)廢單位公章；②接收負(fù)責(zé)人對到場的危險(xiǎn)廢物進(jìn)行單貨清點(diǎn)核實(shí)；③對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行放射性檢查，具有放射性的危險(xiǎn)廢物禁止入庫，將其交由專業(yè)公司統(tǒng)一進(jìn)行技術(shù)處理；④檢查危險(xiǎn)廢物的包裝，同一容器內(nèi)不能有性質(zhì)不兼容物質(zhì)，包裝容器不能出現(xiàn)破損、滲漏，腐蝕性危險(xiǎn)廢物必須使用防腐蝕包裝容器，凡不符合危險(xiǎn)廢物包裝詳細(xì)規(guī)定的均視為不合格，需采取相應(yīng)措施直至合格；⑤分析化驗(yàn)，進(jìn)場廢物須取樣檢驗(yàn)，分析報(bào)告單據(jù)作為儲(chǔ)存的技術(shù)依據(jù)。

危險(xiǎn)廢物運(yùn)輸車進(jìn)入卸貨區(qū)后，化驗(yàn)室需對每個(gè)單元廢物做成分檢驗(yàn)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)需進(jìn)行提前準(zhǔn)備，檢驗(yàn)人員要將所有送達(dá)的貨物數(shù)據(jù)以電子數(shù)據(jù)交換（Electronic Data Interchange，EDI）、Ex?cel 或者手工錄入的方式導(dǎo)入倉庫管理系統(tǒng)（Ware?house Management System，WMS）。每個(gè)單元廢物錄入的信息包括廢物的成分、產(chǎn)生廠家、入庫時(shí)間、廢物熱值等；這些信息將錄入到單元廢物的RFID 卡中。為了支持RFID 卡的使用，需要在如下環(huán)節(jié)進(jìn)行條碼化規(guī)劃與設(shè)計(jì)：倉庫內(nèi)所有作業(yè)單元的條碼化，包括托盤、周轉(zhuǎn)箱；作業(yè)容器上粘貼固定的流水號標(biāo)簽；倉庫內(nèi)貨物庫位的條碼化，按照庫-排-位-層的順序?qū)ω浳贿M(jìn)行編碼并粘貼條形碼標(biāo)簽；作業(yè)單據(jù)和作業(yè)指令的條碼化；在入庫清單上打印單據(jù)編號和產(chǎn)品編碼的條碼。在各項(xiàng)檢驗(yàn)、復(fù)核均滿足要求后，再對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行稱量登記和倉庫儲(chǔ)存，危險(xiǎn)廢物的接收工作到此結(jié)束。

3.2.2 廢物入庫管理

托盤貨物通過出入庫檢驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)過固定不動(dòng)的外形檢測器完成外形檢測，外形尺寸符合要求方可進(jìn)入庫房，避免庫房存放過程中發(fā)生傾倒和泄漏。然后RFID 讀寫器將貨物化驗(yàn)信息及質(zhì)量信息同步寫入貨物托盤上的RFID 標(biāo)簽，以通信方式將數(shù)據(jù)傳至倉庫信息管理系統(tǒng)。外形檢測合格的貨物經(jīng)過傳輸機(jī)轉(zhuǎn)移至入庫RGV 滾筒線，倉儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)根據(jù)存庫規(guī)則向RGV 和堆垛機(jī)下發(fā)庫位號，入庫RGV 按照無線通信發(fā)出的指令，在滑行軌道上直線運(yùn)動(dòng)，并?？康街付ㄏ锏缹?yīng)入庫站臺位置，將單元廢物傳送至入庫站臺滾筒線。

堆垛機(jī)接收裝卸控制系統(tǒng)發(fā)出的入庫指令后，叉取入庫站臺滾筒線上的托盤貨物，通過滑行軌道?？吭谪浖軈^(qū)指定列的位置，堆垛機(jī)貨叉將托盤貨物托舉至指定層高，并且將單元廢物放置在貨架的最前端貨位。

貨架RGV 響應(yīng)無線通信發(fā)出的搬運(yùn)指令，從貨架最前端裝載托盤貨物后，自動(dòng)行駛至指定的內(nèi)部貨位，并且反饋信息到貨架控制模塊，記錄貨位存儲(chǔ)信息。貨架RGV 通過所述堆垛機(jī)在貨架單元間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

3.2.3 庫房貨物管理

危險(xiǎn)廢物應(yīng)按照不同的化學(xué)特性，根據(jù)彼此的相容性分區(qū)分類貯存。常見的相抵觸的廢物見表1。

表1 化學(xué)物品混合后危險(xiǎn)特性清單Table 1 Hazardous characteristics list of mixed chemicals

據(jù)GB 12268—2005 危險(xiǎn)貨物品名表的分類原則，應(yīng)當(dāng)按貯存場地已有倉庫和設(shè)備條件，對危險(xiǎn)廢物實(shí)行分區(qū)分庫間隔儲(chǔ)存。危險(xiǎn)廢物自動(dòng)化立體倉庫需要分區(qū)或者分庫存放不同屬性、容易發(fā)生反應(yīng)的物料。化學(xué)性質(zhì)不同，接觸能引起燃燒、爆炸，滅火方法不同的化學(xué)品不得同庫儲(chǔ)存。性質(zhì)不穩(wěn)定，受溫度或外部其他因素影響容易引發(fā)燃燒、爆炸等事故的化學(xué)品應(yīng)當(dāng)單獨(dú)另建甲類庫房存放。

3.2.4 危險(xiǎn)廢物出庫管理

焚燒工段生產(chǎn)人員根據(jù)焚燒配伍的需求，選擇需要出庫的廢物種類和質(zhì)量，系統(tǒng)根據(jù)先進(jìn)先出的原則，優(yōu)先將先入庫的產(chǎn)品安排出庫。控制系統(tǒng)向RGV 下達(dá)取貨指令。RGV 接收無線通信系統(tǒng)發(fā)出的取貨指令后，從指定單元貨物貨架上取出相應(yīng)的單元廢物，單元貨物貨架上的貨位顯示為空置，等待下批次廢物。RGV 將單元貨物交接給巷道堆垛機(jī)，巷道堆垛機(jī)將其轉(zhuǎn)送至相應(yīng)出庫通道輸送設(shè)備上，單元廢物經(jīng)出庫通道掃描所有信息后進(jìn)入預(yù)處理區(qū)。

危險(xiǎn)廢物入庫、出庫、庫內(nèi)取貨、運(yùn)輸、上架采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，無人工作業(yè)。危險(xiǎn)廢物倉庫管理系統(tǒng)見圖4。

圖4 智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 4 Structure of automated warehouse management system

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

相比于危險(xiǎn)廢物普通貨架倉庫而言，自動(dòng)化立體倉庫采用高層立體貨架，提高了倉庫存儲(chǔ)面積和空間利用率；周轉(zhuǎn)率高，降低資金積壓；物品品種、庫存總量大；自動(dòng)化程度高，機(jī)械操作代替人工操作，大幅節(jié)約勞動(dòng)力；計(jì)算機(jī)倉庫管理系統(tǒng)更加準(zhǔn)確、高效等。表2 為用于存儲(chǔ)危險(xiǎn)廢物的普通貨架倉庫和自動(dòng)化立體倉庫經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比。

表2 普通貨架倉庫和自動(dòng)化立體倉庫主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比Table 2 Comparision of major economic indicators between ordinary shelves warehouse and automated high-rise warehouse

由表2 可以看出，倉庫占地面積相同的條件下，采用自動(dòng)立體倉庫的危廢貨物存儲(chǔ)量約是普通倉庫的3～4 倍。1 a 工作時(shí)間按330 d 計(jì)，周轉(zhuǎn)周期為15 d，可周轉(zhuǎn)22 次，普通貨架倉庫根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)估算約有446 個(gè)貨位，每個(gè)貨位2 個(gè)貨物，4 層貨架，單個(gè)貨物1.5 t，可得年周轉(zhuǎn)貨物質(zhì)量為1.177×105t；而自動(dòng)化立體倉庫有1 850 個(gè)貨位，8層貨架，可計(jì)算出年周轉(zhuǎn)危廢貨物質(zhì)量為4.884×105t。此外，自動(dòng)化立體倉庫的人員投入約為普通倉庫的40%，可以大幅降低倉庫運(yùn)行中的人員成本。雖然自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)備投資較大，但其貨物周轉(zhuǎn)量大幅提高，可以快速回本并盈利。

5 結(jié)論

1）自動(dòng)化立體倉庫提高了單位占地面積的庫容量，節(jié)省庫房建筑占地面積。

2）采用自動(dòng)化管理，可以更加靈活地將產(chǎn)廢單位和處理處置單位銜接起來，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)配，提高危廢倉儲(chǔ)運(yùn)營精細(xì)化水平。

3）采用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備進(jìn)行存取貨物，減少操作人員數(shù)量，降低了操作人員在危險(xiǎn)環(huán)境中的暴露風(fēng)險(xiǎn)。