安 東，陳凱凱，覃 杰，陳良志

(中交第四航務工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510290)

隨著國內(nèi)建設(shè)綠色智慧港口的需要，環(huán)保性要求越來越高，原有的煤炭等大型散貨堆場大多采用設(shè)置防風抑塵網(wǎng)的露天堆放模式，抑塵效果不佳，新建或改建散貨堆場工程宜考慮采用封閉式堆場工藝，既能防止粉塵泄露，又能提高堆場作業(yè)自動化水平。蘇君利[1]研究露天堆場與封閉堆場的適用性，從用戶的角度提出了不同的應用場景；劉兆屯等[2]分析現(xiàn)有的大型散貨堆場工藝方案，簡述不同的工藝方案采用的工藝設(shè)備；李宇等[3]論述圓形料場的系統(tǒng)組成，分析圓形料場的優(yōu)點；張延軍等[4]論述儲煤筒倉的工藝布置及控制系統(tǒng)等，闡明儲煤筒倉的優(yōu)點。

綜上所述，目前關(guān)于散貨封閉堆場研究相對寬泛，大部分是研究一種封閉形式堆場的優(yōu)缺點，未對不同形式的封閉堆場適用性、經(jīng)濟性、安全性等進行系統(tǒng)分析，且由于時間的關(guān)系，某些結(jié)論已不滿足新的環(huán)保法規(guī)要求。現(xiàn)有封閉堆場設(shè)計上暫無相關(guān)規(guī)范，已有的規(guī)范多是對煤棚的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進行規(guī)定，沒有對于平面布置、工藝系統(tǒng)及條形料場的布置形式相關(guān)要求。本文結(jié)合具體工程情況，對不同的散貨堆場裝卸工藝方案以及不同的封閉形式進行探討，結(jié)合多技術(shù)指標以及消防安全、自動化發(fā)展等因素進行分析，得出最為經(jīng)濟合理的封閉煤堆場的推薦方案。

1 工程概況

國內(nèi)某散貨物流園工程，近期年貨運量為300萬t，遠期年貨運量為900萬t，陸域面積42萬m2，規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容主要包括煤炭的儲運設(shè)施和相關(guān)配套設(shè)施，具有煤炭的專業(yè)化倉儲、篩分和配煤等增值服務功能。平面布置見圖1。

圖1 基本平面布置

2 堆場設(shè)計方案

國內(nèi)現(xiàn)有的封閉式堆場形態(tài)各異[5]，有圓形料場、直立筒倉、條形料場等，根據(jù)不同的工程及貨種特性，可以選擇不同的堆存方式?？傮w上看，圓形料場在電廠中較為常見，直立筒倉在糧食碼頭應用最廣，兩者均可大幅減少堆場面積，但是建設(shè)投資高。對于流動性差的物料，特別是煤炭等容易自燃的物料，條形料場更為適宜。

針對用地情況，選取本工程的堆場局部，即面積的1/3(長470 m、寬124 m)進行工藝平面布置，采用不同的堆場設(shè)計方案，堆場裝卸作業(yè)方式有較大的不同，平面布置也有很大的差異，見圖2。主要技術(shù)參數(shù)對比見表1。

圖2 各堆場設(shè)計方案的工藝布置(單位：m)

表1 主要技術(shù)參數(shù)對比

由表1可看出，直立筒倉的面積利用率最高，同時單位容量造價也最貴；圓形料場與條形料場的容量及單位造價接近，但是由于出倉采用回轉(zhuǎn)式刮板取料機，取料能力不宜太大，一般與電廠的上煤能力(1 000 t/h左右)較為匹配，因此在電廠中應用更廣泛。而在港口物流工程中，由于出庫能力較難達到裝船能力(3 000 t/h以上)，且考慮到貨種及貨源較為分散，存在圓形料場不能適應分區(qū)堆存的問題[6]，因此條形料場儲存方案應是港口物流型散貨堆場的首選方案。該方案料場采用堆取料機裝卸，堆存與裝卸能力匹配靈活，設(shè)備可靠性高，應對煤炭自燃等情況的安全應對能力強，整體造價適中。

3 條形料場設(shè)計方案

3.1 條形封閉棚設(shè)計方案

條形封閉料場根據(jù)堆場設(shè)備的選擇不同，以及堆場布置的差異，會有不同的設(shè)計方案。考慮到條形封閉棚的外形一般為弧形，為充分利用設(shè)備的作業(yè)限界，提高空間利用率，同時避免設(shè)備裝卸作業(yè)帶來的碰撞問題，條形封閉棚通常裝卸采用懸臂堆取料機和懸臂堆料機加半門式刮板取料機的方案。而土建結(jié)構(gòu)可選取無立柱、低立柱和高立柱的方案[7]。條形封閉棚設(shè)計方案見表2，相關(guān)工藝布置斷面見圖3。

表2 條形封閉棚設(shè)計方案

圖3 各條形封閉棚設(shè)計方案的工藝斷面布置

3.2 工藝方案對比

方案A裝卸作業(yè)采用懸臂堆料機堆料，半門式刮板取料機取料。懸臂堆料機外形低矮，有利于堆得更高，同時運行軌道位于地面上方，地面無運行通道，堆場容量大、容積利用率高且取料范圍基本覆蓋煤堆場，不需要裝載機等設(shè)備輔助作業(yè)。但是堆料機及半門式刮板機需要立柱基礎(chǔ)，土建成本高[8]，刮板取料機由于刮板結(jié)構(gòu)的限制，一般取料能力不大，對含水量大且粒度偏大的物料適應性較差。

方案B～D裝卸作業(yè)采用斗輪堆取料機。斗輪堆取料機在散貨堆場應用廣泛，使用及制造成熟，裝卸能力大，但是由于堆取料機占據(jù)了堆場的中心位置，堆場容量小，容積利用率低，堆場邊緣由于取料范圍受限需要裝載機輔助作業(yè)。

3.3 整體造價對比

由于方案A～D采用設(shè)備數(shù)量基本相同，對其他單項工程如給排水、供電控制等影響較小，總費用情況可近似考慮工藝設(shè)備與土建成本的差異，基本費用情況見表3。

表3 基本造價對比

由表3可看出，方案A土建投資較大，主要是由于堆場中央設(shè)置了立柱，該立柱不僅承受物料的側(cè)壓力，而且須承受半門式刮板機及懸臂堆料機的垂直壓力，此部分造成土建成本的增加；采用方案D，即裝卸采用堆取料機、條形料場采用低立柱方案，相對單位造價最低，為最優(yōu)方案。

3.4 消防安全問題

3.4.1條形料場內(nèi)消防設(shè)置

目前國內(nèi)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[9]對于封閉條形料場無明確要求，若按倉庫考慮，以存儲煤炭為例，采用二級耐火等級，單個倉庫的最大允許建筑面積為2.4萬m2，規(guī)模明顯偏小。實際操作實踐中，一般按廠房或堆場考慮，對于單體最大建筑面積不做要求。交通行業(yè)JTS/T 186—2022《港口干散貨封閉式料倉工藝設(shè)計規(guī)范》[10]也沿用了堆場的概念，規(guī)定條形倉的跨度和內(nèi)部凈空應滿足堆存所需容量、設(shè)備安全作業(yè)、消防及維修通道等要求。中國工程建設(shè)協(xié)會標準《封閉煤場技術(shù)規(guī)程》征求意見稿中，同樣規(guī)定應結(jié)合機組容量、煤質(zhì)、煤源、煤場現(xiàn)狀、煤場設(shè)備運行需求等因素，合理確定封閉性煤場儲煤量及封閉面積，這兩本規(guī)范對最大允許建筑面積均不做要求，但是要求堆場四周設(shè)置消防通道、內(nèi)部設(shè)置消防設(shè)施。

由于消防通道的布置要求，低立柱方案在整體布置的空間利用上有一定的優(yōu)勢。封閉式條形煤棚一般跨度較大，剛桁架或網(wǎng)架高度在3.5 m以上，消防通道可利用此空間，布置長、寬均為4 m的消防通道，而無立柱方案的消防通道會明顯擠占堆場面積，降低堆場有效利用率，同時低立柱方案便于設(shè)置進出及疏散大門，而無立柱方案在弧線形網(wǎng)架上設(shè)置進出及疏散大門有一定的難度且影響美觀，見圖4。

圖4 低立柱和無立柱封閉條形料場方案(單位：m)

3.4.2條形料場之間的安全距離

條形料場若采用共用基礎(chǔ)方案，可以減少土建部分造價，如圖5a)所示，但是此時四周無法形成環(huán)形消防通道，若發(fā)生火災，料場內(nèi)消防設(shè)施不足以撲滅火災需要外界支援時，消防車輛無法及時駛?cè)?。因此目前國?nèi)已建成的封閉條形料場均以單座獨立布置為主，料場與料場之間考慮設(shè)置環(huán)形消防通道，如圖5b)所示。

圖5 條形封閉料場連片式與獨立式布置

3.5 自動化技術(shù)的應用

常規(guī)露天堆場由于堆場跨度大且堆場需要裝卸設(shè)備全覆蓋，無法布置高桿燈等設(shè)施，一般僅在堆場四周設(shè)置一些監(jiān)控設(shè)備。封閉式條形料場為監(jiān)控設(shè)備的安裝創(chuàng)造了條件，堆場上方可以布置粉塵檢測儀和圖像型火災探測器等，不僅可以監(jiān)控粉塵濃度，將圖像型火災探測器與消防炮結(jié)合，可以全天候?qū)熿F、火焰進行探測，發(fā)現(xiàn)事故征候，并及時定點滅火。未來巡檢機器人以及自動化堆取料機的應用，必然會進一步提高自動化水平，具備無人化操作條件。

4 結(jié)論

1)封閉式條形料場具有環(huán)保條件好，裝卸設(shè)備布置靈活，對物料適應性好，總體投資適中等優(yōu)點，是環(huán)保性散貨堆場比較適宜的建設(shè)方案。

2)露天堆場加設(shè)防塵網(wǎng)的方案難以適應當前綠色環(huán)保的港口發(fā)展趨勢，須盡可能采用封閉式料場設(shè)計。

3)相對于直立筒倉、圓形料場等設(shè)計方案，封閉式條形料場對于大宗散貨尤其是煤炭、礦石等物料適應性更強，消防安全性更好，單位儲量投資相對最優(yōu)，是經(jīng)濟合理的設(shè)計方案。

4)目前《港口干散貨封閉式料倉工藝設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，可結(jié)合規(guī)范要求，根據(jù)工程的具體情況選擇合適的裝卸工藝方案及布置形式。

5)封閉條形料場的封閉結(jié)構(gòu)方便布置控制及監(jiān)控系統(tǒng)，對于散貨自動化碼頭的技術(shù)發(fā)展具有良好的應用前景。