郭富城

（遼寧港口集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116001）

近年來(lái)，隨著干散貨吞吐量持續(xù)增長(zhǎng)，智能化等港口科技水平不斷提升，港口裝卸工藝作為保證港口正常生產(chǎn)和提高裝卸效率的重要方法，其技術(shù)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。本文重點(diǎn)從港口干散貨裝卸工藝技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題入手，論述了當(dāng)下港口干散貨裝卸工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，可為港口干散貨裝卸工藝研究提供參考。

1 發(fā)展歷程回顧

20世紀(jì)50年代，第一代港口的干散貨裝卸從裝卸船、裝卸車到水平運(yùn)輸均以人力搬運(yùn)為主，效率很低[1]。20世紀(jì)50年代到80年代期間，第二代港口的干散貨裝卸自動(dòng)化程度顯著提高，在裝卸船、裝卸車以及水平運(yùn)輸上全面實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，基本達(dá)到了半自動(dòng)化，告別了體力勞動(dòng)的時(shí)代。20世紀(jì)80年代以后，第三代港口的干散貨裝卸隨著干散貨需求量的急劇加大，逐漸向大型化、專業(yè)化、自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著人類節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提升，“綠色港口”已經(jīng)成為港口發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)[2]。

2 裝卸工藝技術(shù)現(xiàn)狀及問(wèn)題

2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

由于干散貨貨種繁多，涉及煤炭、礦石、糧食等大宗散貨及水泥、化肥等小宗散貨，裝卸流程復(fù)雜，和標(biāo)準(zhǔn)化程度高且流程少的集裝箱裝卸工藝技術(shù)相比發(fā)展較晚，裝卸智能化發(fā)展程度也較低。直到2008年，我國(guó)才建成第一個(gè)自動(dòng)化散貨碼頭——上海港羅涇二期碼頭。為了提高裝卸效率及智能化程度，世界知名港口運(yùn)營(yíng)商不斷嘗試將各種高新技術(shù)運(yùn)用到干散貨裝卸工藝之中。本文主要對(duì)煤炭、礦石、糧食碼頭裝卸工藝技術(shù)進(jìn)行論述。

2.1.1 裝卸船工藝技術(shù)現(xiàn)狀

（1）煤炭、礦石裝卸船工藝技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)下全球煤炭、礦石運(yùn)輸船舶趨于大型化，40萬(wàn)t礦石船趨于主流，為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，煤炭及礦石裝卸碼頭逐漸形成以大型專業(yè)化接卸泊位為主，通用散貨裝卸泊位為輔的發(fā)展局面。專業(yè)化煤炭、礦石碼頭主要裝卸船工藝流程，如圖1所示。

圖1 專業(yè)化煤炭、礦石碼頭主要裝卸船工藝流程圖

當(dāng)下裝船自動(dòng)化技術(shù)已然成熟，上海港羅涇二期、黃驊港等專業(yè)化碼頭已經(jīng)通過(guò)掃描技術(shù)仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信和視頻監(jiān)控等自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人堆取料作業(yè)和裝船作業(yè)等。在卸船作業(yè)過(guò)程中，艙內(nèi)物料的分布會(huì)隨著卸船作業(yè)的進(jìn)行而發(fā)生變化，對(duì)于這一復(fù)雜工況，卸船機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)尚不如人工操控處理的準(zhǔn)確。全球知名碼頭運(yùn)營(yíng)商仍在探索成熟的卸船自動(dòng)化技術(shù)。

（2）糧食裝卸船工藝技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)下全球糧食需求量日益增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全球谷物類糧食總產(chǎn)量約為27.22億t，我國(guó)在2019年的糧食總產(chǎn)量約為6.64億t，為全球糧食總產(chǎn)量的24.4%。

為適應(yīng)糧食需求量逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，糧食碼頭逐漸形成以大型專業(yè)化接卸泊位為主的發(fā)展局面，特別以“簡(jiǎn)倉(cāng)系統(tǒng)”連續(xù)裝卸工藝為主流發(fā)展趨勢(shì)，逐漸告別了20世紀(jì)70年代大部分采用的“車-船直取”間斷裝卸工藝?！昂?jiǎn)倉(cāng)系統(tǒng)”連續(xù)裝卸工藝主要流程包括卸船→進(jìn)筒倉(cāng)，卸船→裝車，出筒倉(cāng)→裝車和倒倉(cāng)（或并倉(cāng)），其通過(guò)水平及垂直提升并存的傾斜皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)連接各個(gè)筒倉(cāng)、工作樓和碼頭前沿大型裝卸設(shè)備等，形成一個(gè)高效的散糧中轉(zhuǎn)設(shè)施。

2.1.2 裝卸車工藝技術(shù)現(xiàn)狀

（1）煤炭、礦石裝卸車工藝技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)下煤炭、礦石碼頭裝車工藝技術(shù)主要分為3種：一是以裝車機(jī)為工藝末端，堆取料機(jī)和皮帶機(jī)系統(tǒng)共同參與實(shí)現(xiàn)；二是以裝車樓為工藝末端，堆取料機(jī)和皮帶機(jī)系統(tǒng)共同參與實(shí)現(xiàn)；三是以裝載機(jī)為工藝末端，鏟車和水平運(yùn)輸車輛共同參與實(shí)現(xiàn)。卸車工藝技術(shù)也主要分為3種：一是采用翻車機(jī)系統(tǒng)卸下，由帶式輸送機(jī)輸送給堆料機(jī)進(jìn)行堆料；二是采用底開(kāi)門(mén)卸車工藝使火車內(nèi)的物料自動(dòng)落入卸車坑內(nèi)，再由卸車坑內(nèi)的受料漏斗輸送至皮帶給料機(jī)，皮帶機(jī)將物料輸送至堆料機(jī)上，堆料機(jī)將物料堆放在指定貨位上；三是采用抓煤機(jī)、裝載機(jī)等流動(dòng)機(jī)械共同配合實(shí)現(xiàn)。專業(yè)化煤炭、礦石碼頭裝卸車作業(yè)多采用前兩種工藝，裝卸效率及經(jīng)濟(jì)性較高。部分煤炭、礦石碼頭裝卸車工藝與布置比較見(jiàn)表1。

表1 煤炭、礦石碼頭裝卸車工藝與布置比較

（2）糧食裝卸車工藝技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)下糧食碼頭裝車工藝技術(shù)主要分為2種：一是通過(guò)“筒倉(cāng)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)或“散改集”裝箱；二是通過(guò)鏟車、裝載機(jī)、水平運(yùn)輸車輛共同配合實(shí)現(xiàn)。卸車工藝技術(shù)與煤炭、礦石卸車工藝技術(shù)類似。

2.2 裝卸工藝存在的問(wèn)題

相比于集裝箱碼頭裝卸工藝技術(shù)，干散貨碼頭裝卸工藝技術(shù)智能化發(fā)展略慢一些，目前全球干散貨碼頭的裝卸設(shè)備仍以人工操作或半自動(dòng)控制方式為主，干散貨碼頭發(fā)展存在以下問(wèn)題。

（1）卸船工藝自動(dòng)化程度較低

卸船作業(yè)過(guò)程復(fù)雜。目前，堆場(chǎng)作業(yè)和裝船作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成熟，但在卸船作業(yè)過(guò)程中，艙內(nèi)物料的分布仍會(huì)隨著卸船作業(yè)的進(jìn)行而發(fā)生變化，對(duì)于這一復(fù)雜工況，卸船機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)尚不如人工操控處理準(zhǔn)確。

（2）清倉(cāng)工藝效率及安全性較低

清艙作業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。目前，國(guó)內(nèi)外散貨船的清倉(cāng)作業(yè)采用人工和機(jī)械（裝載機(jī)、刮拋機(jī)、推耙機(jī)等）聯(lián)合作業(yè)的方式，清艙速度慢和效率低，嚴(yán)重影響碼頭作業(yè)效率。人機(jī)交叉不但環(huán)節(jié)多，而且安全性低。

（3）裝卸作業(yè)控制集成化程度低

當(dāng)下干散貨碼頭裝卸作業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)信息化管理，但信息化不等同于智能化，中控系統(tǒng)沒(méi)有將生產(chǎn)控制、調(diào)度管理和業(yè)務(wù)系統(tǒng)有效銜接，存在“數(shù)據(jù)孤島”，無(wú)法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷和管理。

3 裝卸工藝發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)上述發(fā)展歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)下裝卸工藝技術(shù)研究方向與聚焦點(diǎn)，裝卸工藝發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 卸船工藝全自動(dòng)化

傳統(tǒng)卸船機(jī)具備良好的半自動(dòng)化基礎(chǔ)，除船側(cè)甩勾、抓放料作業(yè)需要人工操作外，在小車運(yùn)行、集中放料進(jìn)料斗的過(guò)程均為自動(dòng)作業(yè)。目前卸船機(jī)自動(dòng)化應(yīng)用可以達(dá)到艙口垂直范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)化操作，但艙內(nèi)的貨物仍需要人工操作抓斗，進(jìn)行甩勾取料操作。卸船工藝全自動(dòng)化將是發(fā)展之趨。該技術(shù)主要包括：抓斗控制及抓斗擺動(dòng)與性能優(yōu)化；3D激光掃描艙口邊沿和高度；艙內(nèi)物料掃描；自動(dòng)在艙內(nèi)選點(diǎn)抓料；根據(jù)掃描結(jié)果及船方提供的船圖自動(dòng)設(shè)定艙口位置；大機(jī)和司機(jī)室定位；防撞保護(hù)系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

3.2 “散改集”運(yùn)輸最大化

“筒倉(cāng)系統(tǒng)”的連續(xù)裝卸工藝由于其高效率和低能耗，將是未來(lái)糧食裝卸的主要手段。同時(shí)為了防止糧食運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生污染、噪聲、粉塵等問(wèn)題，且隨著糧食運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化，“散改集”也將會(huì)是后續(xù)糧食運(yùn)輸?shù)闹髁髦畡?shì)。煤礦等大宗散貨和化肥等小宗散貨在裝卸和運(yùn)輸過(guò)程中都會(huì)存在散落和揚(yáng)灰的情況，貨物不僅會(huì)遭受損耗，對(duì)運(yùn)輸沿線的環(huán)境也會(huì)造成很大影響。相比傳統(tǒng)散貨的運(yùn)輸方式，集裝箱運(yùn)輸具有環(huán)保、裝卸效率高、途中貨損低、便于開(kāi)展多式聯(lián)運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)。使用集裝箱后，不僅損耗減少了，而且沒(méi)有污染。清潔運(yùn)輸方式既保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了成本。隨著鐵路運(yùn)輸集裝箱的發(fā)展，“散改集”運(yùn)輸方式將在干散貨裝卸工藝中全面鋪開(kāi)。

3.3 粉塵抑制與回收專業(yè)化

干散貨碼頭由于裝卸貨種的屬性，普遍存在粉塵污染等問(wèn)題。鑒于環(huán)保要求和綠色港口建設(shè)目標(biāo)，干散貨碼頭的粉塵防治日趨專業(yè)化[3]。

煤炭、礦石碼頭采取建倉(cāng)、防風(fēng)網(wǎng)、自動(dòng)化噴淋等措施。建倉(cāng)是指從生態(tài)環(huán)保和創(chuàng)新發(fā)展的角度考慮，改變傳統(tǒng)的煤炭露天堆存工藝，建設(shè)集高效與環(huán)保于一體的大型儲(chǔ)煤筒倉(cāng)群，其最大的優(yōu)勢(shì)在于可以有效減少煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)期間的貨損，避免在堆取料過(guò)程中或是大風(fēng)情況下產(chǎn)生的揚(yáng)塵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，筒倉(cāng)工藝從根本上杜絕煤堆場(chǎng)的粉塵污染，與露天堆存工藝相比減少97%的粉塵排放，具有良好的環(huán)保效應(yīng)。防風(fēng)網(wǎng)是一種疏透多孔的障礙物，其在背風(fēng)區(qū)形成一個(gè)低風(fēng)速區(qū)，從而阻止粉塵的運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)化噴淋的工藝原理就是將具有足夠壓力的水噴灑至場(chǎng)地上空，對(duì)空氣中的含塵氣體進(jìn)行過(guò)濾和洗滌，同時(shí)將水均勻的噴灑在料堆表面，加濕原料，起到防塵降溫的作用，一般噴射覆蓋率可以達(dá)到98%以上。工作過(guò)程中通過(guò)人為設(shè)定噴淋范圍、噴淋時(shí)間及噴淋的啟動(dòng)和關(guān)閉來(lái)實(shí)行手自操作一體化自動(dòng)控制。通過(guò)檢測(cè)與實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水和防止二次污染的功能，達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)基本無(wú)揚(yáng)塵的目的。糧食碼頭應(yīng)用智能除塵裝卸系統(tǒng)，在節(jié)約人力成本以及提升作業(yè)效率方面改善較大，采用標(biāo)準(zhǔn)化的連續(xù)式裝卸設(shè)備對(duì)于除塵也十分有效。該系統(tǒng)主要包括糧食自動(dòng)化裝卸技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它通過(guò)同步化的監(jiān)控系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控裝船、卸船、糧食運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)流程中防塵參數(shù)的變化，有效地控制粉塵污染。智能防塵作業(yè)技術(shù)架構(gòu)，如圖2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

港口干散貨裝卸工藝技術(shù)研究工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的基礎(chǔ)性工作，本文根據(jù)港口干散貨裝卸工藝發(fā)展歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)下裝卸工藝技術(shù)研究方向與聚焦點(diǎn)，提出了裝卸工藝發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)港口干散貨裝卸工藝研究工作具有實(shí)際意義。