港口火车装车工艺系统改造方案设计

刘 敬 安 东

1 中国港湾工程有限责任公司 2 中交第四航务工程勘察设计院有限公司

1 引言

国内某码头工程原设计铁路煤炭装船量为180万t/年，装车方案采用手动式装车站系统，在设备投资以及配套工程投资较少的前提下，满足年运量要求。由于目前环保政策的要求，需要减少公路运输量，增加铁路的出运量，铁路装车量需要增加到380万t/年，现有设计能力不能满足装车需要。结合本项目的实际情况，对火车装车方案进行改造，采用成熟可靠的装车方案，并尽量减少对项目已建成设施的影响，满足使用需求。

2 港口铁路现状

本工程的火车运输通过该港区的铁路专线进出，连接至铁路的对外通道，满足周边燃煤电厂以及其他终端用户的消费需要。火车接卸采用3股铁路装车线，装车线间距为5 m，可作为作业线的直线段长度为210 m左右。

进入港区火车由国铁至港口站铁路调车场，再送至本港区，取送作业由港口站调车机担当。调车机将10节空车厢送至装卸线的装车漏斗下进行装车，在装车的大约30 min里，机车与车辆脱离后经机走线返回港口站取第二列10节空车厢。第二列到港区时，第一列车厢基本装车完，机车将第二列送至装车线上，解开后将第一列重车送回港口站，经编组后发送至目的站(见图1)。

图1 港区局部平面布置图(改造前)

3 原设计方案

原码头设计方案主要考虑到装车量不大，采用煤炭重力式下落，人工控制闸门开启的手动式装车站系统。该方案设备简单灵活、成本低，通过分叉漏斗可实现对两列火车的煤炭装车作业。装车时车辆缓慢前进，空车进入装车闸门时，人工开启闸门，在车厢的行进中将车厢装满。

原设计方案主要存在以下问题：

(1)自动化程度低，火车的定位以及皮带机的启停全靠人工操作，特别是火车车厢的定位较为困难，影响装车效率的提高。

(2)装车过程中洒料较为严重，由于火车车厢定位困难，装车过程中容易出现分叉溜筒不位于车厢中部的情况，容易出现洒料，而由于装车闸门的关闭需要人工控制，如关闭不及时，煤炭会溢出，更加剧了洒料的现象。

(3)装车站内未设置缓冲仓，需要频繁启动供料皮带机，皮带机的启动需要一定的时间，且影响电机的使用寿命。

(4)洒料较难清理，由于火车轨道下需铺设枕木，加大了洒落物料的清理难度。

(5)原有的净空高度考虑为蒸汽式机车，净空高度为5.5 m，不满足新型电力式机车6.0 m的净空要求[1]。

4 方案设计计算

4.1 主要技术参数

主要设计参数见表1。

表1 主要设计参数表

4.2 设计能力的复核

计算铁路装卸线最小有效长度的公式为：

(1)

式中参数和具体取值见表2，经计算得最小作业线长度Lmin=354 m。

表2 最小有效长度计算取值表

实际布置2股铁路装卸线，每股有效作业长度200 m，2股线共长400 m，每股铁路装卸线可满足14节车厢。

计算铁路装卸年通过能力的公式为：

(2)

式中参数和具体取值见表3，经计算得年装卸能力为385万t，满足铁路年卸煤量380万t的要求。

表3 年通过能力计算取值表

5 改造方案

5.1 装车皮带机系统的改造

原码头堆取料机的额定取料能力为1 600 t/h，装车线的皮带机BC7带宽B=1.4 m，带速V=2.5 m/s，额定能力Q=1 600 t/h。经复核计算，可以满足每年380万t的运量需求，但是在使用过程中存在洒料问题。为减少类似问题的发生，可行的改造方案一般为增加带宽(由1.4 m变为1.6 m)或者增加带速(2.5 m/s变为3.15 m/s)。增加带宽方案实际上相当于更换皮带，对生产运营的影响很大，最终确定的改造方案为增加带速，即更换驱动单元，电机功率从250 kW增加到315 kW[2]。

5.2 装车线净空的改造

原装车站的净空只有5.5 m左右，主要考虑铁路蒸汽内燃机车，但是不满足新型电力机车6.0 m的限界要求，火车头通过时净空不足，改造中需更新拆除，避免安全隐患。

5.3 装车方案的选择

目前大宗煤炭、矿石等通用散货的连续装车通常采用定点装车的仓式火车装车楼系统和移动式机械装车系统两种，两种工艺方式均能够达到1 600 t/h的装车效率。

5.3.1 装车楼方案

仓式装车楼系统由装车楼、供料系统和车辆推送系统组成。装车楼内设有储料斗、计量斗及控制设备等(见图2)。车辆推送系统有铁牛推送、定位车推送和机车推送等。由于仓式装车楼系统为定点装车，装车作业过程中火车车厢要按要求逐节通过装车楼，铁路线需要足够的存车长度，所以仓式火车装车楼系统工艺方案的铁路装车线总长度应大于2倍的一次装车车皮的长度；装车楼上的料斗高达25 m，对物料出场的布置要求较高，能耗也较高；车辆推送系统需推动达几千吨的火车编组，配置功率较大且构造复杂，总体造价比较高[3]。

1.储料斗 2.计量斗图2 装车楼装车方案

5.3.2 装车机方案

移动式装车机可沿装车作业线边行走边装火车，作业过程中火车不需移动，所以装车线长度只要满足大于1倍一次装车车皮的长度即可，工艺布置较简单(见图3)。装车机自重仅200 t左右，大车运行灵活，能耗较低；装车机臂架上装有高精度的电子皮带秤和相应的装车软件，结合灵敏的大车变频调速，能使操作人员方便地对每节车皮的装车量进行精确控制；装车机方案总体造价比较低。随着高精度电子皮带秤的应用，目前精度可达到±0.125%，已能满足商业计量的要求。

图3 装车机装车方案

6 改造实施

由于本工程装车量不大，结合国内各港口实际使用情况及本港区装火车作业线较短等因素，装车工艺采用装双线火车的移动式装车机装车工艺[4-5]。

根据现场的实际情况以及年任务运量，延长原皮带机BC8，跨过3股铁路线，在铁路西侧增设转运站TH7和皮带机BC9；接新增转运站TH7附近铺设225 m的装车机轨道，装车机布置在铁路线西侧，装最西侧2股铁路线，原堆场周边道路需向西侧迁移。具体布置见图4。为了不影响港口的正常生产，实际改造过程中，先施工新增的皮带机BC9及装车机系统，维持原有的基本装车功能，最后拆除固定式装车站，影响生产2个月左右。

图4 装火车线改造方案布置简图

7 结语

本项目改造所采用的技术方案较为成熟，改造项目相对较少，主要包含皮带机及装车机等工艺设备，以及相应的配套设置等，整体改造费用约为1 000万元，且占用时间较短。项目改造完成后，装车线皮带机系统采取提高带速的方式提高输送能力，未出现洒料等情况，装车机年装车量接近400万t，达到预期的改造目的。