孫 家 鵬

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 200032）

0 引 言

15000t自卸水泥船為上海船舶研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)最大且唯一擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)自卸水泥船（見(jiàn)圖1），主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[1]。該船采用了目前世界上最先進(jìn)的集機(jī)械式和氣動(dòng)式裝卸貨于一體的自卸設(shè)備，具有安全（集塵器、貨位指示器等多重保護(hù)）、環(huán)保（全封閉式、裝卸貨零污染）、自動(dòng)化程度高（所有操作均由一人完成）等現(xiàn)代自卸水泥船的特點(diǎn)[2]。該船自卸系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖1 15000t自卸水泥船

1 水泥運(yùn)輸現(xiàn)狀

對(duì)于大量水泥運(yùn)輸，低成本的水運(yùn)是最佳方式。使用常規(guī)散貨船運(yùn)輸散裝水泥的主要問(wèn)題在于清艙困難以及再裝運(yùn)其他貨物時(shí)需要徹底洗艙，人工成本的增加降低了經(jīng)濟(jì)性。以上原因促使了專運(yùn)水泥船的產(chǎn)生。然而從1998年至今，在國(guó)內(nèi)建造的較為先進(jìn)的自卸水泥船僅有3型，而且均為國(guó)外船東。其原因是：

1)前些年環(huán)保相關(guān)的理念及制度尚不完善，加之先進(jìn)的自卸水泥船初始投資較高，因此高效環(huán)保的自卸水泥船未得到船東、大企業(yè)的青睞。需要海運(yùn)的散裝水泥通常使用大開口的散貨船運(yùn)載，內(nèi)陸水泥的運(yùn)輸通常包裝后通過(guò)火車運(yùn)輸，或者通過(guò)效率低下的內(nèi)河小船運(yùn)輸。

2)目前國(guó)內(nèi)水泥的需求量大，大企業(yè)缺乏走出去在海外投資建廠的動(dòng)力。由于出口量不大，因此使用專運(yùn)水泥船運(yùn)輸沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。面對(duì)出口國(guó)港口對(duì)污染的要求相對(duì)嚴(yán)格時(shí)，船東往往從新加坡、日本租用自卸水泥船。

2 散裝水泥裝卸貨方式及特點(diǎn)

2.1 機(jī)械式裝貨

機(jī)械式裝貨時(shí)（見(jiàn)圖3左），水泥由機(jī)械裝貨點(diǎn)①（見(jiàn)圖2中對(duì)應(yīng)的編號(hào)，下同）載入，在水平螺旋系統(tǒng)②中輸送，通過(guò)機(jī)械裝貨點(diǎn)④注入貨艙。每個(gè)貨艙的前后及左右均勻地設(shè)置了4個(gè)進(jìn)貨口，保證了貨物盡可能地均勻裝載，從而避免了平艙工作；另外，在末貨艙靠后的兩個(gè)進(jìn)貨口及前貨艙靠前的兩個(gè)進(jìn)貨口下方設(shè)置了緩沖槽⑤，縮短了水平螺旋系統(tǒng)的長(zhǎng)度從而節(jié)省了成本。每個(gè)進(jìn)貨口的附近的上甲板下裝有貨位指示器⑥，裝貨過(guò)程中，指示器底端的槳葉旋轉(zhuǎn)。當(dāng)裝載至槳葉位置時(shí)，槳葉受阻停止轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該支路便中止裝貨，起到了安全保護(hù)的作用。

在裝貨的過(guò)程中，貨艙內(nèi)部空間一直處于混沌狀態(tài)。如果混合著顆粒狀水泥的氣體密度過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致爆炸。對(duì)此，在每個(gè)貨艙中間的頂部各設(shè)置一個(gè)封閉的集塵室，每個(gè)集塵室內(nèi)部設(shè)置兩臺(tái)集塵器⑦，集塵器底部布置了數(shù)量眾多的細(xì)管與貨艙連通。裝卸貨過(guò)程中集塵器一直處于工作狀態(tài)，收集貨艙里懸浮的水泥粉塵，排出貨艙內(nèi)過(guò)量的空氣，達(dá)到降低粉塵密度、同時(shí)平衡艙內(nèi)壓力的目的。裝卸貨結(jié)束時(shí)，收集的水泥可以重新釋放至貨艙內(nèi)。

另外，在相鄰貨艙的頂部通過(guò)倒V型連通管⑧，使整個(gè)貨艙區(qū)域連通。此項(xiàng)創(chuàng)新保證了整個(gè)貨艙區(qū)的壓力平衡，可以說(shuō)是起到了雙重保護(hù)的作用，同時(shí)也避免了單臺(tái)集塵器負(fù)荷過(guò)重。

圖3 機(jī)械式、氣動(dòng)式裝貨

2.2 氣動(dòng)式裝貨

氣動(dòng)式裝貨（見(jiàn)圖3右）時(shí)，船上的氣動(dòng)裝貨點(diǎn)⑨通過(guò)軟管與碼頭上的水泥存儲(chǔ)庫(kù)連接，水泥直接通過(guò)氣動(dòng)管道分流至各個(gè)貨艙。與機(jī)械式裝貨類似，每個(gè)貨艙均勻布置了4個(gè)氣動(dòng)進(jìn)貨口，貨位指示器和集塵器在裝貨過(guò)程中同時(shí)工作。

2.3 機(jī)械式卸貨

機(jī)械式卸貨時(shí)，貨艙正中間的垂直螺旋系統(tǒng)③兩側(cè)的流控制閥（見(jiàn)圖4）開啟，水泥靠自身的重力注入其中，通過(guò)該裝置提升到水平螺旋系統(tǒng)。當(dāng)水泥在水平螺旋系統(tǒng)中傳送至機(jī)械裝貨點(diǎn)①位置時(shí)，通過(guò)其下端的橫向螺旋式輸送裝置及與之相連的卸料臂，輸送至碼頭上的罐裝卡車或水泥儲(chǔ)存庫(kù)。15000t自卸水泥船采用的卸料臂是目前最新的產(chǎn)品，吊臂上有兩個(gè)輸出口，加快了卸貨速度。

自卸水泥船的高效率的體現(xiàn)之一是不需要清倉(cāng)。為達(dá)到最大的卸貨率，將各貨艙的內(nèi)底設(shè)計(jì)成漏斗形雙斜度的形式，見(jiàn)圖 5，使水泥能夠最大限度地利用自身的重力集中至貨艙中心。當(dāng)各個(gè)貨艙的水泥卸載至 90%～95%時(shí)，由于水泥的黏性及較大的休止角，雙斜度內(nèi)底已不能很好地解決殘余水泥的卸載了，對(duì)此涉及到水泥船設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一：氣流床的設(shè)計(jì)與安裝。整個(gè)內(nèi)底由約1600m2的帆布覆蓋，帆布通過(guò)螺栓固定在內(nèi)底上。每個(gè)貨艙的內(nèi)底靠近船中處設(shè)置兩排充氣管，下端與兩根總管連接，總管由位于泵艙底部的兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)水泥卸載至90%～95%時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，充氣管使各貨艙內(nèi)底上表面的帆布受力，其上的水泥在摩擦力的作用下從高處向低處滾動(dòng)，最終在最低點(diǎn)匯集。通過(guò)以上的措施，基本上可以達(dá)到100%的卸貨率。

圖4 垂直螺旋系統(tǒng)的流控制閥

圖5 雙斜度內(nèi)底

2.4 氣動(dòng)式卸貨

氣動(dòng)式卸貨的前期階段與機(jī)械式卸貨類似，水泥通過(guò)垂直螺旋系統(tǒng)進(jìn)入水平螺旋系統(tǒng)。之后通過(guò)與水平螺旋系統(tǒng)連接的支管進(jìn)入泵艙頂部的緩沖漏斗，緩沖漏斗的底部與兩套鼓吹泵系統(tǒng)（見(jiàn)圖6）連接，水泥由緩沖漏斗流入鼓吹泵的同時(shí)，位于泵艙頂部壓縮機(jī)室的兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)并加壓，其強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力使水泥順著與鼓吹泵連接的管道流出，由甲板兩側(cè)的氣動(dòng)卸貨管道及與之連接的岸上軟管，傳送到碼頭上的水泥儲(chǔ)存庫(kù)。

圖6 鼓吹泵系統(tǒng)

表1 機(jī)械式和氣動(dòng)式裝卸貨的特點(diǎn)比較

從表1可見(jiàn)，集機(jī)械、氣動(dòng)裝卸貨于一體的自卸水泥船能適用各種情況。

3 新一代自卸水泥船發(fā)展趨勢(shì)

新一代自卸水泥船的發(fā)展趨勢(shì)可歸納如下：

1)吃水淺、操縱靈活的江海直達(dá)中小型自卸水泥船將大有市場(chǎng)。自卸水泥船屬于高附加值的船舶，而水泥價(jià)格相對(duì)較低，另外水泥產(chǎn)地分布很不均勻，大量的廠商位于內(nèi)地，因此如果能夠航行并靈活操縱于大多數(shù)內(nèi)河河道，將大幅降低成本。

2)自卸設(shè)備系統(tǒng)將簡(jiǎn)化。多種裝卸貨形式并存以及高自動(dòng)化，帶來(lái)了自卸設(shè)備的復(fù)雜化，從而增加了維修、維護(hù)的困難，因此在保證功能的前提下，如何精簡(jiǎn)設(shè)備是設(shè)備商將來(lái)要考慮的問(wèn)題。

3)針對(duì)不同碼頭配套設(shè)備的“支線型”單一裝卸貨方式的大型自卸水泥船將出現(xiàn)。隨著產(chǎn)業(yè)調(diào)整的深入以及國(guó)家對(duì)節(jié)能減排要求的提高，技術(shù)低下的小型水泥廠商將逐漸淘汰，大型水泥企業(yè)的實(shí)力將逐漸增強(qiáng)，針對(duì)不同大型專用碼頭的具有單一功能（特別是針對(duì)碼頭存儲(chǔ)設(shè)備齊全的氣動(dòng)裝卸貨）的大型自卸水泥船將涌現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，綠色環(huán)保及高自動(dòng)化已經(jīng)成為當(dāng)前造船的重要主題，“綠色造船”的概念已經(jīng)成為強(qiáng)制性規(guī)范，我國(guó)作為水泥生產(chǎn)大國(guó)，自卸水泥船的時(shí)代即將到來(lái)。

[1] 孫家鵬，郭晟江等.15000dwt新一代自卸水泥船開發(fā)設(shè)計(jì)和建造技術(shù)[R].中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)報(bào)告.2011.

[2] 上?？茖W(xué)技術(shù)情報(bào)研究所.15000t自卸水泥船水平檢索報(bào)告[R].編號(hào)：20111226SH.2011.