散货转驳设备的总体设计要点

青岛海西重机有限责任公司 青岛 266530

0 引言

目前，作为道路联通以及贸易畅通最显著的表现形式，海上物流成为海上丝绸之路新经济带发展与联通的关键要素。海上物流受到“一带一路”倡议沿线港口水深等条件限制，一些大型远洋散货船无法靠泊码头，严重制约了海上物流正常作业。海上转驳系统是一种以船舶为载体，可自航或通过拖船辅助航行至目的地，通过船上配备的装卸船设备开展散料转运的作业平台，主要由抓斗起重机、料斗、输送皮带机和装船机等设备组成。海上转驳系统已经成为“一带一路”海上物流的重要方式。

2011年，巴西某公司将一艘载重28万t的货船矿砂-F轮改装成浮式转运船FTS，集装卸、储存和航行3种功能为一体[1]。目前FTS已在菲律宾苏比克湾海域投入使用，第二艘FTS也已在中国某船厂改装完毕，将在东南亚投入运营。

国内水上转驳作业方式在长江早已存在，主要是利用回转起重机提供船到船的装卸服务。国内比较典型的海上转驳平台是新双峰海号转驳平台。新双峰海号由12万吨级好望角型散货船改装而成，集装卸、储存和航行3种功能为一体。该平台配置了2台额定能力1 100 t/h的桥式抓斗卸船机和2台额定能力1 400 t/h的轨道移动式装船机。至今该转运系统已成功转拨铁矿石达数千万吨，创造了可观的经济效益。

国内多家企业开展了海上转驳平台的改装和建造，一些企业经营着很多海上转驳服务。这些作业都是以用户需求为导向，属于很个性化的非标产品。开展海上散货转驳系统总体设计技术研究，形成海上散货转驳系统总体解决方案，可解决不同特点的工程技术需求，提高海洋装备领域对外工程总包及装备制造的整体水平，进一步开拓新的市场领域。

散货转驳系统的关键技术在于转驳设备的总体设计。转驳设备设计不当，会造成转驳作业受海况、调度等条件限制过多，造成能力不足的问题。本文通过对转驳形式选择、总体布置影响因素、设备能力计算等要点研究，提出了转驳设备总体设计的主要因素，提供了参数计算方法，使总体方案设计能够达到工程应用的效果。

1 转驳形式

市场上已存的转驳形式有很多种，常见的有采用船带船用起重机直接向小船转驳，也有采用外靠回转起重机间接转驳，还有采用移动式装卸设备间接转驳，更多的是采用固定的组合型装卸设备进行间接转驳。从大的形式上可分为船用起重机转驳、回转起重机转驳以及组合型转驳[4]。转驳形式的选用主要是根据远洋船型以及年需求量与转驳能力进行匹配，同时兼顾整个物流系统的经济性分析，至少考虑远洋运输费、贷款、人工、油耗等因素。

1.1 船用起重机转驳

在70 000 DWT以下级别的散货船上，普遍配有船用起重机，可采用船用起重机直接在两船间作业，实现转驳功能。

采用船用起重机转驳形式时，往来陆地岸边的穿梭驳船一般型宽较小，船用起重机的臂长可以满足服务范围需要。船用起重机各机构速度相对较慢，所以其转驳能力相对较小，可应用在对作业量需求较小的转驳系统中。

船用起重机自带的抓斗起重量一般为25 t或30 t，5个舱口最多配置4台船用起重机，额定循环次数约20次/h，卸载一艘70 000 DWT满载散货船需要5 d左右，去除季风季等影响，单线作业年卸载量在300万t左右。所以，应根据需求量以及船期、船队的运营成本等因素综合考虑后选择。船用起重机转驳形式如图1所示。

图1 船用起重机转驳

1.2 回转起重机转驳

当远洋船无卸船设备，必须依靠外部卸货装置开展卸货作业时，回转起重机是较直接的方法。因转驳作业大多发生在一大一小两船之间，为适应船型，回转起重机势必要做成较长的悬臂[3]，作业时要完成180°左右的回转范围，在同等工况及速度条件下，回转起重机势必自重大、工作周期长、效率低、能耗高，从操作角度考虑，不适用高速频繁的作业工况。回转起重机转驳（见图2）因司机作业视野受限，一般适用于高差较小的内河驳船之间，不适用于船体较高的远洋船型。

马克思基于对“现实的人”的思考，通过对“现实的人”的本质的揭示，确立了关于人的解放的理论。“现实的人”是马克思人的解放理论的逻辑起点。我们只有通过厘清“现实的人”的科学内涵，才能从整体上把握马克思人的解放理论。

图2 回转起重机转驳

1.3 组合型转驳

在物流需求较连续稳定时，承担运输的远洋船越大型，整个物流工程的成本越经济。大型的远洋船不配备船用起重机，也不适合采用回转起重机转驳，这就需要特制的组合型转驳系统来实现需求。如图3所示，组合型转驳由卸船机、漏斗、输送皮带机、装船机等主要设备组成，装卸设备的服务范围满足各自的船型尺寸需要，中间环节通过输送皮带机的高度变化及方向变化进行联接，实现大型、高效、节能、可靠的工程需求[5]。

图3 组合型转驳

组合型转驳的卸船机可采用多种形式，比如固定门机、大型船用起重机、移动卸船机等，以抓斗设备为主，平均卸船效率可达3 000 t/h以上，年作业量可达1 500万t以上，满足大多数的过驳项目能力需求，可适应较高级别海况条件，实现近海作业。

2 总体布置

转驳平台应用在水深较浅的近海区域，按物流方向可理解为有进口与出口的区别，进口即为大驳小——从大船向小船转驳，出口即为小驳大——从小船向大船转驳。大船是指散货运输远洋船，小船一般采用敞口驳船。

2.1 服务范围

卸船与装船的臂长应满足对应船型的需要，服务范围尽量减少清舱作业量，同时应满足转驳平台有限的空间条件，回转等运行区域避免干涉等问题，还应考虑与舱口位置的对应关系。需要注意的是，多台同时作业应间隔至少一个舱口，如图4所示。

图4 总体布置图

2.2 船体倾斜

在海浪作用下，各船体都存在横倾与纵倾的情况。转驳作业一般同时存在2～3个船体耦合，相邻2个船体倾斜后，甲板上的转驳设备极容易与远洋船打开的舱口盖产生干涉，需仔细校核。船体倾斜角度应作为一项重要的设计输入条件。

2.3 皮带机倾角

当采用小驳大布置时，因敞口驳船与远洋船的高差较大，需采用多条带式输送机连续爬坡以实现设计高度需求。带式输送机布置既要考虑平台空间的限制，同时应考虑物料特性对应的输送机允许最大倾角要求，可参考DTII设计手册等按物料特性折中选取[5]。

3 设备能力

转驳系统设备能力的选择需满足工程项目的需要，影响能力的因素包括天气因素、司机操作水平等，主要有执行标准、起重量、抓取比、循环时间、平均卸船效率、总作业时间等。

3.1 执行标准

3.2 起重量G、抓取比i及循环时间T

f台抓斗的每小时额定卸船效率为

式中：G为起重量，G＝抓斗质量+满载物料质量；i为抓取比；T为循环时间。

抓取比i＝满载物料质量/抓斗质量[2]。该参数与物料特性、抓斗形式以及抓斗设计等有关。一般物料比重越大的抓取比越大，剪式抓斗要比蚌式抓斗的抓取比大。

额定循环时间T为满载船舶平均水位条件下，抓斗在船宽中部型深一半的位置进行抓取，然后运行至料斗上方抛料，再返回到原点的时间。该时间与各联动机构的速度有关，可通过计算获得。

3.3 平均卸船效率η

转驳系统为即卸即装设计，故装船时间完全受卸船时间限制，在此不作格外讨论。卸船效率会受悬臂位置变化、抓斗深度变化、清舱作业量等因素影响，存在不稳定、不连续的情况，因此需要平均卸船效率的参数。平均卸船效率η＝整船作业量÷整船作业时间÷额定卸船效率。

平均卸船效率没有一个成熟的计算公式，更多的是行业内的经验值作为参考。当采用小驳大布置时，敞口驳船的型深较浅，对抓斗满载有影响，但其很少采用清舱机械辅助，清舱等待时间相对较少，则平均效率提高。一般可取额定效率的60%以上；当采用大驳小布置时，卸船工况与岸上港机类似，虽然小船的离、靠泊时可以对清舱工作有帮助，但海上作业对司机的疲劳影响还是较岸上要大一些。故平均效率不宜超过55%。

当n台抓斗同时作业时，要考虑是否存在卸船方向相互干涉的工况，如果存在就应将其中受干涉的抓斗效率降低50%。当然，可通过电气自动化控制技术，做到多台协同作业互不影响，但自动化应用不能单靠理论计算，应有可靠的方法进行验证。

转驳作业过程中还存在转驳平台移动以对应舱口改变的影响，在合理调度情况下，可以计入离、靠泊时间内，不另外考虑系数。

3.4 总作业时间

转驳系统作业地区普遍存在季风季，期间作业较困难，假设季风季的总天数为m。在考虑一年总的作业天数时，扣除m进行计算。同时，应核算堆场的能力是否满足季风季期间的使用需求，故年作业天数为365-m。

每天的工作时间需要考虑常规的维保、换班等时间，同时与大船、小船的离、靠泊时间有关，也与小船的数量有关。转驳系统每天会存在几次离、靠泊情况，通长会将维保、换班的时间压缩在此期间，故不再另行考虑。

小船的数量决定了作业等待时间。可根据小船的运行距离及航速计算出穿梭航行时间，以及离、靠泊时间、上下游的装卸时间，绘制简单的流程图，如图5所示。可得在小船数量一定的条件下，转驳系统每天实际的作业小时数n。

图5 敞口驳船作业流程图

3.5 设备能力初选

综上可得：配置f台每天工作时间为n的转驳系统，年转驳能力为

工程项目的需求一般是提出年需求转驳量Q。调整G与T等参数，使Q1≥Q。

4 结语

散货转驳设备的总体方案设计具有很强的针对性，很难有完全相同的设计。应根据需求特点及运营费用等综合考虑，选择合适的转驳形式。采用组合型转驳形式时，应结合转驳平台的尺度等合理布置各装卸设备，并应向船舶设计部门提供参数，进行平台的稳定性验算。

转驳能力涉及的可变参数很多，比如物料特性、船型特点、气候特点等等，都可能对转驳能力产生影响。本文在调研比较的基础上，提出了平均效率的参考值，可用于设备能力的初选。在实际的工程应用中， 应实地调研，适当调整各参数，必要时进行仿真验证，使总体设计满足工程项目的需要。