吳位民，王 偉

（1.中交第一航務工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220；2.唐山曹妃甸實業(yè)港務有限公司，河北唐山 063200）

引言

近年來，我國在對散狀物料的快速定量裝載技術(shù)研究上有了新的突破，如港口、碼頭對礦石、煤炭、糧食等散狀物料的定量快速裝車等。裝車站系統(tǒng)在火車裝車流程中只是一個單元，一般連續(xù)裝車取料線取料設(shè)備有斗輪取料機、裝載機等設(shè)備，火車裝車系統(tǒng)中裝車站緩沖倉容積的確定是否合理一直是影響裝車能力的一個關(guān)鍵因素，裝車樓設(shè)備供貨廠家一般根據(jù)經(jīng)驗按照3-5 倍稱量倉的容積進行確定。實際情況很多項目直到投入使用的時候才發(fā)現(xiàn)緩沖倉容積偏大或者偏小，缺乏在緩沖倉方案論證階段從系統(tǒng)理論層面進行論證分析。

1 礦石碼頭卸船裝車工藝介紹

礦石碼頭典型的工藝流程：進口礦石船在碼頭經(jīng)過卸船機轉(zhuǎn)運至皮帶輸送線，經(jīng)過連續(xù)的皮帶轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，把物料運達料場，再經(jīng)過堆料機實現(xiàn)堆料，根據(jù)不同的礦石貨代和買方把物料分區(qū)域、分料堆進行堆存。堆料設(shè)備有堆料機和堆取料機等。為保證卸船效率，礦石物料一般不會卸船后直接裝車。裝車流程從料場開始，取料機或者堆取料機具有取料功能的設(shè)備進行取料，并把物料運送至皮帶機輸送系統(tǒng)上面，通過轉(zhuǎn)接和連續(xù)運輸。然后物料運送至裝車樓緩沖倉內(nèi)進行定量裝車。裝車樓系統(tǒng)通過配料，稱重，卸料等流程實現(xiàn)火車裝車功能。與裝車樓配合的設(shè)備通常有牽車機和平車機，按照裝車要求控制牽引速度，同時為了滿足鐵路部門對裝車質(zhì)量提出的“物料載荷分布均勻，物料上頂面平整”的基本要求，裝車后采用平車設(shè)備進行平車。圖1為卸船裝車工藝流程圖。

圖1 卸船裝車工藝流程圖

2 火車裝車樓系統(tǒng)

通過皮帶機把物料輸送至裝車樓緩沖倉內(nèi)，緩沖倉內(nèi)物料達到低料位時，啟動緩沖倉給料閘門給稱量倉配料，給料閘門根據(jù)裝車系統(tǒng)能力一般設(shè)置2-4 個，配料速度和精度均通過程序控制開關(guān)量和速度進行自動控制，配料結(jié)束后關(guān)閉給料閘門。稱量倉根據(jù)火車車卡自動識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行自動稱重，稱量結(jié)束后，打開稱量倉卸料閘門進行裝車，裝車完成后形成裝車報表。圖2 裝車站系統(tǒng)示意圖。

圖2 裝車站系統(tǒng)示意圖

3 緩沖倉的方案設(shè)計

3.1 緩沖倉作用

緩沖倉的作用一是要滿足配料閘門工作時有足夠的物料可以配料，配料時間連續(xù)快速，滿足裝車的需要；另一方面緩沖倉要有足夠容量可以緩沖堆存一定的物料，上游取料機和皮帶機取料系統(tǒng)可以連續(xù)作業(yè)，不因裝車環(huán)節(jié)延時而頻繁起停取料線設(shè)備，最大限度避免皮帶機系統(tǒng)頻繁重載停機再起動。在圖1 流程中，卸船流程的終端是BC03 和堆料機，裝車流程的始端是BC03 和斗輪取料機。如果不考慮卸船流程和裝車流程的相互影響，根據(jù)正常的工藝控制流程，裝車站緩沖倉料位一旦達到極限料位，BC03 就會停機，進而卸船流程也要停機，會給卸船工作造成時間和成本的損失。為了避免該現(xiàn)象的發(fā)生，確保卸船流程不受裝車流程的影響，緩沖倉的容量需要足夠大，在裝車流程有故障需要取料線設(shè)備停機時，能夠滿足料場皮帶機BC03 不停機的條件，把料場皮帶BC03 上面取料機之后的物料可以排凈后再停后續(xù)皮帶機BC04H 和BC05。所以緩沖倉容積方案確定時必須把其置于整個卸船和裝車整個大系統(tǒng)流程中進行綜合確定。

3.2 緩沖倉結(jié)構(gòu)分析

緩沖倉配料口數(shù)量的設(shè)置是根據(jù)裝車能力確定的，通常4 500 t/小時以下的礦石裝車能力一般采用兩配料口對應四片閘門；如圖3 兩個配料口緩沖倉布置圖，緩沖料倉設(shè)置兩個出料口，料倉倉壁傾斜角度不小于70°，兩個出料口間距根據(jù)平板閘門尺寸和空間檢修尺寸確定為2.2 米左右，反向分料漏斗結(jié)構(gòu)高度在1.3 米左右。料倉高度及高低料位均應通過計算確定。

圖3 緩沖倉兩個配料口布置圖

當設(shè)計能力大于4 000 t/小時且小于7 000 t/小時火車裝車要求時，為了滿足快速裝車的要求，提高配料速度和精度，需要設(shè)置四個配料口，如圖4緩沖倉布置圖四個配料口。根據(jù)配料口閘門設(shè)備尺寸和檢修空間尺寸要求，保證料倉倉壁傾斜角度不小于70°，四個配料口錯開間距尺寸為4 米，反向分料漏斗結(jié)構(gòu)高度在4.5 米，料倉高度及高低料位均應通過計算確定。

圖4 緩沖倉四個配料口布置圖

3.3 緩沖倉下游工藝設(shè)備確定倉容

理論上裝車能力與取料機能力是相吻合的，但是實際操作中會有影響裝車效率的因素存在，影響裝車效率時間因素：a、設(shè)備故障復位時間t1，b、牽車機操作時間t2，c、平車機操作時間t3，d、跳卡時間t4，e、緩沖時間t5。設(shè)系統(tǒng)皮帶機輸送能力為Q0（T/h），緩沖倉初始物料（具備開始裝車條件）Q1，緩沖倉高料位（取料設(shè)備停止取料）Q2，緩沖倉極限料位（倉滿取料線停機）Q3，則緩沖倉的高料位Q2=Q1+TixQ0。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)搜集與統(tǒng)計，裝車機動時間和概率總結(jié)如下表1：

表1 裝車機動時間和概率表

對各類影響裝車效率因素進行加權(quán)平均，加權(quán)平均值Ti為3.65 分鐘，按照該時間進行緩沖倉容積的估算。

3.4 緩沖倉上游工藝設(shè)備確定倉容

在裝車控制流程中，設(shè)定的控制連鎖條件是低料位時報警提示裝車司機可以裝車；當物料達到高料位，取料機等取料設(shè)備停止取料，皮帶機輸送系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)；當緩沖倉物料達到極限料位時，整個取料皮帶機系統(tǒng)全部停止運行。正常工況下，高料位時，提醒裝車樓加快裝車速度，防止?jié)M倉料位出現(xiàn)。高料位和極限料位的緩沖能力應該滿足裝車樓從低速裝車跨到高速裝車的時間，并能把物料從高料位降低至正常料位的緩沖能力。非正常工況下，礦石碼頭卸船作業(yè)和裝車同時作業(yè)時，為了避免裝車取料線滿倉停機影響到BC03 不能正常運轉(zhuǎn)，設(shè)計緩沖倉時需要考慮如下條件：緩沖倉高料位和極限料位之間的緩沖能力應涵蓋從取料機開始一直到緩沖倉上方的皮帶機系統(tǒng)所有物料的總和。圖1卸船裝車工藝流程圖中，設(shè)斗輪取料機位置距離裝車樓長度為L(m)，皮帶機取料線帶速為V(m/s)，皮帶機輸送能力為Q0（T/h）。則緩沖倉的高料位和極限料位應滿足如下等式:Q3-Q2=Lx Q0/3.6v

3.5 緩沖倉倉容及料位的確定

根據(jù)上面的分析，可知緩沖倉的容積為：

如圖3所示緩沖倉配料口反向漏斗結(jié)構(gòu)設(shè)置在1.3 米左右，很好的保證了緩沖倉在存料期間物料的分布情況，物料在緩沖倉內(nèi)只要達到集料高度1.5米以上就可以進行裝車配料工作，經(jīng)過計算物料達到低料位120t 的物料就可以啟動裝車流程；如圖4所示緩沖倉配料口反向漏斗結(jié)構(gòu)設(shè)置在4.5 米左右，物料必須在緩沖倉內(nèi)存料達到高度4.5 米以上才可以進行裝車配料工作，經(jīng)過計算物料達到低料位250t 才可以啟動裝車流程。

以曹妃甸礦石二期項目方案論證為例：該項目的斗輪取料機取料能力為6 000t/h，該項目具有特殊性，需要考慮料場皮帶機在卸船和裝車同時工作時，確保裝車線系統(tǒng)停機不影響卸船流程。所以當緩沖倉達到高料位之后還要能容下料場皮帶機上從取料機到轉(zhuǎn)運站TT04 之間的物料，出料場后皮帶機BC04 和BC05 可以重載停機，項目中L=1 000米，料倉容積方案確定：

第一方案，按照6 000 t/h 進行設(shè)計，則：

第二方案，卸船與裝車同時作業(yè)時，取料機取料能力控制在3 600 t/h 以下，則：

經(jīng)過論證，最終選擇第二種方案。

緩沖倉內(nèi)物料料位的設(shè)置應具備低料位、高料位和極限料位三個檔次。該項目中低料位250 t，高料位469 t，極限料位735 t。很多項目中廠家把低料位報警給取消了，實際運行中是欠妥的。還有低料位和高料位都是采用雷達料位計，單個雷達料位計對雙配料口緩沖倉能起到檢測作用，但是對于四個配料口的緩沖倉，由于存在物料偏倉現(xiàn)象，檢測時常會誤報，為減少誤差可以設(shè)置多臺雷達料位，對測量結(jié)果進行運算分析，給出更準確的料位結(jié)果。

4 結(jié)論

通過對礦石碼頭火車裝車站緩沖倉結(jié)構(gòu)及前后工藝設(shè)備的研究，總結(jié)出以下結(jié)論：

1）通過對緩沖倉結(jié)構(gòu)特點分析，找到影響緩沖倉緩沖能力的關(guān)鍵因素，把裝車樓裝車環(huán)節(jié)放到卸船和裝車整個工藝系統(tǒng)中進行方案論證，一方面要保證裝車工作的正常作業(yè)，滿足火車裝車線的利用效率；另一方面裝車樓緩沖倉的設(shè)計要考慮到卸船系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證料場的高效利用；

2）改變以往憑經(jīng)驗確定裝車樓緩沖倉容積的模式，第一次提出緩沖倉的理論計算公式和方法，為同類裝車站緩沖倉容積大小論證工作指明了方向；

3）礦石碼頭快速定量裝車技術(shù)的發(fā)展有助于落實目前礦石碼頭“公轉(zhuǎn)鐵”政策導向，對促進礦石碼頭環(huán)保、綠色生產(chǎn)，控制公路運輸粉塵污染具有重要意義。