新一代自卸水泥船的装卸货特点及其发展趋势

孙 家 鹏

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引 言

15000t自卸水泥船为上海船舶研究设计院设计的国内最大且唯一拥有自我知识产权的先进自卸水泥船（见图1），主要技术指标达到国际先进水平[1]。该船采用了目前世界上最先进的集机械式和气动式装卸货于一体的自卸设备，具有安全（集尘器、货位指示器等多重保护）、环保（全封闭式、装卸货零污染）、自动化程度高（所有操作均由一人完成）等现代自卸水泥船的特点[2]。该船自卸系统见图2。

图1 15000t自卸水泥船

1 水泥运输现状

对于大量水泥运输，低成本的水运是最佳方式。使用常规散货船运输散装水泥的主要问题在于清舱困难以及再装运其他货物时需要彻底洗舱，人工成本的增加降低了经济性。以上原因促使了专运水泥船的产生。然而从1998年至今，在国内建造的较为先进的自卸水泥船仅有3型，而且均为国外船东。其原因是：

1)前些年环保相关的理念及制度尚不完善，加之先进的自卸水泥船初始投资较高，因此高效环保的自卸水泥船未得到船东、大企业的青睐。需要海运的散装水泥通常使用大开口的散货船运载，内陆水泥的运输通常包装后通过火车运输，或者通过效率低下的内河小船运输。

2)目前国内水泥的需求量大，大企业缺乏走出去在海外投资建厂的动力。由于出口量不大，因此使用专运水泥船运输没有优势。面对出口国港口对污染的要求相对严格时，船东往往从新加坡、日本租用自卸水泥船。

2 散装水泥装卸货方式及特点

2.1 机械式装货

机械式装货时（见图3左），水泥由机械装货点①（见图2中对应的编号，下同）载入，在水平螺旋系统②中输送，通过机械装货点④注入货舱。每个货舱的前后及左右均匀地设置了4个进货口，保证了货物尽可能地均匀装载，从而避免了平舱工作；另外，在末货舱靠后的两个进货口及前货舱靠前的两个进货口下方设置了缓冲槽⑤，缩短了水平螺旋系统的长度从而节省了成本。每个进货口的附近的上甲板下装有货位指示器⑥，装货过程中，指示器底端的桨叶旋转。当装载至桨叶位置时，桨叶受阻停止转动并发出报警信号，该支路便中止装货，起到了安全保护的作用。

在装货的过程中，货舱内部空间一直处于混沌状态。如果混合着颗粒状水泥的气体密度过大则会导致爆炸。对此，在每个货舱中间的顶部各设置一个封闭的集尘室，每个集尘室内部设置两台集尘器⑦，集尘器底部布置了数量众多的细管与货舱连通。装卸货过程中集尘器一直处于工作状态，收集货舱里悬浮的水泥粉尘，排出货舱内过量的空气，达到降低粉尘密度、同时平衡舱内压力的目的。装卸货结束时，收集的水泥可以重新释放至货舱内。

另外，在相邻货舱的顶部通过倒V型连通管⑧，使整个货舱区域连通。此项创新保证了整个货舱区的压力平衡，可以说是起到了双重保护的作用，同时也避免了单台集尘器负荷过重。

图3 机械式、气动式装货

2.2 气动式装货

气动式装货（见图3右）时，船上的气动装货点⑨通过软管与码头上的水泥存储库连接，水泥直接通过气动管道分流至各个货舱。与机械式装货类似，每个货舱均匀布置了4个气动进货口，货位指示器和集尘器在装货过程中同时工作。

2.3 机械式卸货

机械式卸货时，货舱正中间的垂直螺旋系统③两侧的流控制阀（见图4）开启，水泥靠自身的重力注入其中，通过该装置提升到水平螺旋系统。当水泥在水平螺旋系统中传送至机械装货点①位置时，通过其下端的横向螺旋式输送装置及与之相连的卸料臂，输送至码头上的罐装卡车或水泥储存库。15000t自卸水泥船采用的卸料臂是目前最新的产品，吊臂上有两个输出口，加快了卸货速度。

自卸水泥船的高效率的体现之一是不需要清仓。为达到最大的卸货率，将各货舱的内底设计成漏斗形双斜度的形式，见图 5，使水泥能够最大限度地利用自身的重力集中至货舱中心。当各个货舱的水泥卸载至 90%～95%时，由于水泥的黏性及较大的休止角，双斜度内底已不能很好地解决残余水泥的卸载了，对此涉及到水泥船设计的关键技术之一：气流床的设计与安装。整个内底由约1600m2的帆布覆盖，帆布通过螺栓固定在内底上。每个货舱的内底靠近船中处设置两排充气管，下端与两根总管连接，总管由位于泵舱底部的两台鼓风机驱动。当水泥卸载至90%～95%时，鼓风机启动，充气管使各货舱内底上表面的帆布受力，其上的水泥在摩擦力的作用下从高处向低处滚动，最终在最低点汇集。通过以上的措施，基本上可以达到100%的卸货率。

图4 垂直螺旋系统的流控制阀

图5 双斜度内底

2.4 气动式卸货

气动式卸货的前期阶段与机械式卸货类似，水泥通过垂直螺旋系统进入水平螺旋系统。之后通过与水平螺旋系统连接的支管进入泵舱顶部的缓冲漏斗，缓冲漏斗的底部与两套鼓吹泵系统（见图6）连接，水泥由缓冲漏斗流入鼓吹泵的同时，位于泵舱顶部压缩机室的两台空气压缩机启动并加压，其强大的驱动力使水泥顺着与鼓吹泵连接的管道流出，由甲板两侧的气动卸货管道及与之连接的岸上软管，传送到码头上的水泥储存库。

图6 鼓吹泵系统

表1 机械式和气动式装卸货的特点比较

从表1可见，集机械、气动装卸货于一体的自卸水泥船能适用各种情况。

3 新一代自卸水泥船发展趋势

新一代自卸水泥船的发展趋势可归纳如下：

1)吃水浅、操纵灵活的江海直达中小型自卸水泥船将大有市场。自卸水泥船属于高附加值的船舶，而水泥价格相对较低，另外水泥产地分布很不均匀，大量的厂商位于内地，因此如果能够航行并灵活操纵于大多数内河河道，将大幅降低成本。

2)自卸设备系统将简化。多种装卸货形式并存以及高自动化，带来了自卸设备的复杂化，从而增加了维修、维护的困难，因此在保证功能的前提下，如何精简设备是设备商将来要考虑的问题。

3)针对不同码头配套设备的“支线型”单一装卸货方式的大型自卸水泥船将出现。随着产业调整的深入以及国家对节能减排要求的提高，技术低下的小型水泥厂商将逐渐淘汰，大型水泥企业的实力将逐渐增强，针对不同大型专用码头的具有单一功能（特别是针对码头存储设备齐全的气动装卸货）的大型自卸水泥船将涌现。

4 结 语

近年来，绿色环保及高自动化已经成为当前造船的重要主题，“绿色造船”的概念已经成为强制性规范，我国作为水泥生产大国，自卸水泥船的时代即将到来。

[1] 孙家鹏，郭晟江等.15000dwt新一代自卸水泥船开发设计和建造技术[R].中国国防科学技术报告.2011.

[2] 上海科学技术情报研究所.15000t自卸水泥船水平检索报告[R].编号：20111226SH.2011.