巴基斯坦某核電廠重件碼頭的裝卸工藝

蔣志同

（1.中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090；2.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術(shù)研究中心，上海 200000）

核電機(jī)組的設(shè)備一般尺寸較大，重量較重，且不易拆分，選擇哪種運(yùn)輸方式，是非常有重要的。水路運(yùn)輸相對于公路、鐵路等其他運(yùn)輸方式，對核電機(jī)組的設(shè)備限制較小，而且更加安全、經(jīng)濟(jì)。航道一般不需要因運(yùn)輸?shù)闹丶亓考哟蠖ゼ訉捈由?，水上運(yùn)輸也不會(huì)對其他船舶航行造成影響，現(xiàn)在核電重件大部分都是通過水路運(yùn)輸，所以重件通過碼頭的裝卸如何合理地設(shè)計(jì)將至關(guān)重要。

1 工程概述

本工程重件碼頭是巴基斯坦某核電廠運(yùn)輸重大件的重要配套工程，位于取水明渠的東內(nèi)護(hù)岸，順岸布置，受進(jìn)水渠導(dǎo)流堤全掩護(hù)。核電廠規(guī)劃二臺(tái)1100MW 級(jí)機(jī)組，采用ACP1000 機(jī)型，根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模，相應(yīng)重件碼頭年卸船量按工程進(jìn)度年運(yùn)輸重大件220 件，其中80t 以上重大件36 件，建設(shè)5000DWT 級(jí)碼頭，設(shè)計(jì)船型為5000DWT 甲板駁，重大件全部通過碼頭上岸。本工程裝卸工藝主要考慮從5000DWT 甲板駁接卸核電重大件到碼頭的工藝。

2 貨運(yùn)分析

根據(jù)核電廠機(jī)組和堆型，對重大件設(shè)備進(jìn)行整理和分析，得出控制性重大件設(shè)備最寬設(shè)備為閘門筒體寬，寬度為8.7m；最高設(shè)備為壓力容器，高度為6.8m；最長設(shè)備為環(huán)吊大梁，長度為47m；最重設(shè)備為發(fā)電機(jī)定子，重量為526 噸。

3 船型分析

根據(jù)貨運(yùn)量分析重大件設(shè)備的最大件、最高件、最長件，確定進(jìn)出港船舶采用5000DWT 甲板駁。

本項(xiàng)目重大件主要來自國內(nèi)貨運(yùn)碼頭，經(jīng)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船運(yùn)至本項(xiàng)目臨近的碼頭后，轉(zhuǎn)運(yùn)到5000DWT 甲板駁，再由5000t 甲板駁運(yùn)至本工程重大件碼頭，船型尺度見表1：

表1 設(shè)計(jì)船型表

4 工藝方案

目前核電設(shè)備的裝卸船工藝一般分為滾裝工藝和吊裝工藝。滾裝工藝又有順岸靠泊和丁靠靠泊兩種。順岸靠泊需要足夠的通道和較大的轉(zhuǎn)彎半徑，會(huì)增加碼頭投資。丁靠靠泊需要水域有足夠的停泊和回旋水域。滾裝工藝碼頭優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低，碼頭不需要配套裝卸設(shè)備。但缺點(diǎn)易受氣象、水文條件限制，需要大量的準(zhǔn)備工作，尤其核電廠的廠區(qū)面高程較一般工程高，導(dǎo)致水位與碼頭廠區(qū)面高程相差較大，卸船時(shí)間較短，安全性不易保證。

吊裝工藝按目前常用的重大件卸船工藝，可分為機(jī)械起重機(jī)設(shè)備（固定回轉(zhuǎn)式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、履帶吊等）、浮吊（起重船）卸貨等多種形式。

由于本工程位置地形水域限制，以及裝卸設(shè)備的尺寸和重量，大致確定采用吊裝工藝類型。

4.1 吊裝工藝

4.1.1 固定回轉(zhuǎn)式起重機(jī)方案

固定回轉(zhuǎn)式起重機(jī)一般固定放置在碼頭上。該起重機(jī)配備主、副起升機(jī)構(gòu)并可作旋轉(zhuǎn)和變幅運(yùn)動(dòng)，能覆蓋一定寬度的圓環(huán)作業(yè)區(qū)域。當(dāng)船舶順岸靠泊于碼頭，起重機(jī)可直接將重大件從船上吊至碼頭平臺(tái)上的模塊車或平板車上。固定起重機(jī)式吊裝方式受潮位、波浪等影響較小，裝卸作業(yè)安全可靠、便捷，一年中絕大部分天數(shù)均可吊裝作業(yè)。

4.1.2 橋式起重機(jī)方案

重大件橋式起重機(jī)行走范圍一般能夠覆蓋水域和陸域，橋式起重機(jī)可在高架的軌道上行走，軌道梁支墩一側(cè)在陸域碼頭平臺(tái)上，另一側(cè)支墩深入水域。船舶停靠位置分為懸臂外和跨距內(nèi)兩種形式，對于橋式起重機(jī)懸臂外停船，有船舶?？糠奖愕膬?yōu)點(diǎn)，但通常要求外伸懸臂較長，對橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高；跨距內(nèi)停船對橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)無特殊要求，但受到有限跨度的影響，船舶靠離泊較為不便。

使用該類型橋式起重機(jī)裝卸重大件，技術(shù)較為成熟，對水位的變化適應(yīng)性較好。但是其受限于橋式起重機(jī)的軌道梁跨度，所適應(yīng)的船型通常較小，船舶在軌道梁跨距內(nèi)的?？枯^為麻煩。同時(shí)由于需要在伸入水域側(cè)設(shè)置軌道梁支墩基礎(chǔ)，其后期改造為其他一般裝卸泊位的靈活性較差，常用于靠近廠區(qū)的有長期固定貨源的重大件裝卸船。

4.1.3 履帶吊方案

履帶吊為流動(dòng)式設(shè)備，重件碼頭上不需要安裝固定的起重設(shè)備。對于重大件的吊裝，除了回轉(zhuǎn)平臺(tái)后的配重外，還需要在尾部加載額外的超起配重，故其超起工況需要的碼頭寬度通常較大。同時(shí)履帶吊起重量隨著幅度的增加降低較多，如1000t 的履帶吊載 40m 幅度時(shí)僅能起吊 330t 的重件。對于長度或者重量較大的構(gòu)件，可能需要兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行抬吊作業(yè)。履帶吊設(shè)備自重較大，設(shè)備轉(zhuǎn)場時(shí)需進(jìn)行拆卸，同時(shí)履帶會(huì)對碼頭面層造成較大破壞。因此履帶吊常用于廠區(qū)建設(shè)期大件安裝，大件碼頭上使用較少。在核電領(lǐng)域，因?yàn)橹卮蠹奶厥庑裕卮蠹男洞€沒有采用履帶吊的先例。

4.1.4 浮吊方案

浮吊也叫起重船，是由船體、起升機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)等組成，其作業(yè)范圍較大。作業(yè)時(shí)裝運(yùn)大件的駁船平行靠泊碼頭，浮吊在駁船外側(cè)定位錨定，通過臂架俯仰變幅將重大件吊裝至碼頭水平運(yùn)輸車輛上。采用浮吊的作業(yè)方式對碼頭的要求較低，碼頭上無需配置裝卸設(shè)備，碼頭平臺(tái)僅需滿足水平運(yùn)輸車輛的通行即可。但核電站裝卸重大件作業(yè)前需安排浮吊起重船到港，租用價(jià)格較高，調(diào)遣周期較長，需要提前進(jìn)行安排、協(xié)調(diào)。另外本項(xiàng)目為海外項(xiàng)目，調(diào)遣周期和費(fèi)用都很難估量。

4.2 吊裝工藝方案對比

在保證重大件設(shè)備的安全運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)可靠的前提下，吊裝工藝方案進(jìn)行以下對比，見表2。

表2 吊裝工藝對比表

經(jīng)過表2比較，推薦采用固定回轉(zhuǎn)式起重機(jī)方案。

4.3 起重機(jī)參數(shù)的確定

根據(jù)貨運(yùn)量分析重大件設(shè)備可知，最重設(shè)備為發(fā)電機(jī)定子，重量為526 噸，確定起重機(jī)最大起重量為620t。根據(jù)工藝布置和船型尺度，確定吊鉤的外伸距，主吊鉤吊裝620t 設(shè)備的最大外伸距離為27m，副吊鉤吊裝125t 重大件的最大外伸距離為38m。主吊鉤碼頭面起升高度大于32m，碼頭面以下最少11m。本起重機(jī)應(yīng)能做360°旋轉(zhuǎn)及起升、變幅動(dòng)作。除主鉤與副鉤，主起升機(jī)構(gòu)與變幅機(jī)構(gòu)不能聯(lián)合作業(yè)外，其余每兩個(gè)機(jī)構(gòu)能聯(lián)合作業(yè)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度采用人工手柄分檔控制，各檔間的加減速度時(shí)間由PLC 控制。機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)，速度逐漸遞增，最高速度為額定速度；機(jī)構(gòu)制動(dòng)在速度幾乎為零時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)，保證工作安全平穩(wěn)。

起升機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)等主要驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用交流變頻電機(jī)。電機(jī)防護(hù)等級(jí)為IP44，絕緣等級(jí)為F 級(jí)。各相關(guān)的機(jī)構(gòu)設(shè)置必要的聯(lián)鎖及安全保護(hù)裝置。

4.4 水平運(yùn)輸工藝

目前重大件的水平運(yùn)輸基本采用自行式模塊運(yùn)輸車或者牽引平板車。自行式模塊運(yùn)輸車（SPMT）主要是由動(dòng)力頭也稱動(dòng)力單元（PPU）和帶有驅(qū)動(dòng)車橋的液壓掛車組合而成。用戶可以根據(jù)運(yùn)輸貨物特征（外型尺寸，噸位等）對多輛模塊運(yùn)輸車組進(jìn)行多模式的組合并車(長度或者寬度方向)。其可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式，由于其靈活的轉(zhuǎn)向方式，其轉(zhuǎn)彎半徑通?？梢员容^小，機(jī)動(dòng)、通行性較好。

同時(shí)，自行式模塊運(yùn)輸車每軸均由獨(dú)立的液壓油缸控制，可以整體、局部抬高，以更好的適應(yīng)重大件的頂起裝載作業(yè)，以及在不平整路面通行時(shí)始終保持車輛承載面水平。

牽引平板車可實(shí)現(xiàn)全掛和半掛牽引兩種模式，對于較遠(yuǎn)距離的大件陸地運(yùn)輸，牽引車+平板掛車方式速度可較高，效率更高，造價(jià)相對較低。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎時(shí)主要靠車輪“八字轉(zhuǎn)向”，轉(zhuǎn)彎半徑較大。

由于模塊式運(yùn)輸車優(yōu)點(diǎn)眾多，并廣泛使用，本項(xiàng)目優(yōu)先使用模塊式運(yùn)輸車，對小型重件運(yùn)輸可采用牽引平板車。

4.5 裝卸工藝流程

甲板駁（貨船）→固定回轉(zhuǎn)式起重機(jī)→模塊式運(yùn)輸車（牽引平板車）→運(yùn)至廠區(qū)。

5 碼頭平面布置

根據(jù)裝卸工藝方案，經(jīng)綜合考慮，重件碼頭布置在取水明渠東護(hù)岸內(nèi)，因受到取水導(dǎo)流堤掩護(hù)，作業(yè)條件較好。碼頭平面布置較簡單，長度為125m，寬度為40m，固定旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)布置在碼頭前沿13.5m 處，額定起重量為620t，最大外伸距為27m。碼頭后方布置寬9m 的通道連接碼頭前沿與廠區(qū)道路。

6 結(jié)束語

核電站設(shè)備具有超重、超長、超寬等特點(diǎn)，其運(yùn)輸、裝卸技術(shù)要求較高。核電重大件碼頭的設(shè)計(jì)要根據(jù)工程地點(diǎn)、電廠總體布置、核電機(jī)型、設(shè)備重量和尺度等多種因素進(jìn)行綜合分析，確定重大件的裝卸工藝及裝卸設(shè)備。

根據(jù)裝卸工藝確定碼頭平面布置及調(diào)整部分陸域布置，裝卸設(shè)備的選用要安全可靠、經(jīng)濟(jì)耐用、技術(shù)成熟。