一种港口驳运系统设备配置方案

李 刚 黄敬东

中交水运规划设计院有限公司

1 引言

近年来，越来越多的散货类港口项目，受限于建设条件、建设成本、运营周期等因素，在装卸船环节采用水上过驳作业。几内亚某铝土矿出口项目，海滩平缓，水深变化小，不具备建设大型(Capesize型)码头的条件。为顺利将铝土矿运出，拟在内河上游选择合适地点建设内河装船码头，通过8 000 t级甲板驳船将铝土矿转运至外海过驳锚地，再由过驳设施将铝土矿过驳至远洋运输船上，从而实现铝土矿的远洋运输。

2 项目设计条件

几内亚旱、雨季分明，每年6月～9月份降雨较为集中，对港口装卸作业影响较大，根据统计，8 000 t级船舶年作业天数约为270天。

该项目内河共设2个铝土矿装船泊位，每个泊位配置1台额定能力为3 500 t/h的弧线摆动装船机，单驳船平均装船效率为2 400 t/h。年转运量共计1 200万t[1]。

从内河码头至外海过驳锚地间转运航道总长64 km，其中内河航道24 km，外海航道40 km，航道为双向航道，本次研究中不考虑乘潮。转运船型为8 000 t级驳船，船长95 m，船宽28.5 m，型深6.3 m，设计吃水4.3 m，实际装卸量按7 500 t考虑。船舶在航道中满载顺流、空载逆流航速分别按5节、6节考虑。

3 驳运系统组成

驳运系统包括转运系统、过驳系统以及辅助设施。

3.1 转运系统

转运系统利用驳船将铝土矿从内河码头转运至外海锚地，驳船有自航驳船和非自航驳船。自航驳船依靠自身动力装置行使；非自航驳船自身无动力装置，依靠拖轮顶推或拖带行使[2-3]。非自航驳船又分为顶推和拖带两种类型，顶推驳船作业时拖轮与驳船刚性接触，而拖带驳船作业时拖轮与驳船柔性连接，比较而言，顶推更容易控制行使方向，行使阻力更小，利于减小驳船动力，节省油耗。自航驳与顶推式非自航驳比较见表1。

表1 自航驳船与非自航驳船方案比较

综上比选，虽然采用非自航驳设备购置费较高，但码头航道建设费用低，运营期间人员配置少、燃料消耗低、维护保养费用少，推荐采用顶推式非自航驳方案，驳船吨级为8 000 DWT，顶推拖轮规格为3 000 hp。

3.2 过驳系统

过驳系统常见有两种方式：平台过驳和浮吊过驳[4-5]。

过驳平台采用与大型远洋运输船舶相似的自航海上移动平台作为载体，在其主甲板上设置装卸船设备。平台采用单点单锚系泊方式停泊于相对固定的海域，平台上除上述装卸船设备、储存舱外，还配备必要的清仓设备和维修、维护设备，并提供船上人员的食、宿等后勤服务。平台两侧分别配备卸船设施和装船设施，卸船设施一般为甲板固定吊；另外一侧为可回转、俯仰装卸臂。作业时，固定吊抓起物料放入同侧布置的接料料斗中，经皮带机转运后，由装船臂装船。

浮吊过驳作业是指利用海上浮式起重船完成转运船和远洋运输船上货物的相互吊运。作业时，转运船和远洋运输船分别停靠在浮吊的两侧。

根据转运船型尺度，过驳平台卸船侧拟配置2台固定吊，配置50 t抓斗，平均作业效率为1 200 t/h，则过驳平台平均卸船效率为2 400 t/h；浮吊同样配置50 t抓斗，平均作业效率为600 t/h。根据运量，综合考虑作业灵活性、经济性等因素，过驳系统采用平台过驳和浮吊过驳组合方式。

3.3 辅助设施

驳运辅助作业设施包括港作拖轮、交通艇等。本项目根据船舶停靠需要，配置4 200 hp拖轮4艘。另外，为满足内河码头与平台间的人员往来和物资运输，配置1艘20座交通艇。

4 驳运系统配置计算

驳运系统配置包括驳船、拖轮、过驳平台和浮吊数量的确定。

4.1 船舶数量计算

4.1.1 驳船数量

驳船数量计算的思路为：通过计算每艘驳船从内河码头装船、航道行驶、外海锚地过驳作业等各环节的作业时间，得出驳船一个运输循环需要的总时间，进一步计算出每艘驳船每年总的运输循环数和年运输量，最后根据年周转量得出驳船数量。各环节时间计算见表2。

表2 驳船每个运输循环各环节所需时间计算

若每天非工作时间按2 h考虑，则采用平台作业时，1年总的作业循环数为270次，1艘驳船每年作业量为202.5万t，完成年运量需要驳船数量6艘。采用浮吊作业时，1年总的作业循环数为189次，则1艘驳船每年作业量为141.8万t，完成年运量需要驳船数量为9艘。

4.1.2 拖轮数量计算

采用同样的思路对拖轮数量进行计算，拖轮的作业环节包括内河系泊、外海解泊时间以及航道的行驶时间，每个循环拖轮总耗时约为13.76 h。每年总的作业循环约为431.7次，则1艘拖轮每年作业量约为323.8万t，完成年运量需要拖轮数量为4艘。

4.1.3 过驳平台及浮吊作业量计算

本次方案选取过驳平台、浮吊卸船平均效率分别为2 400 t/h、600 t/h，按上文相关参数计算，过驳平台和浮吊每年作业量分别为810万t和356.4万t(见表3)。

表3 年作业量计算

4.2 平台和浮吊组合方案设备配置方案

根据前文计算结果，1个平台每年完成810万t卸船量，1艘浮吊每年完成356.4万t卸船量，配置1个平台和1艘浮吊年完成量1 166.4万t，略低于年运量1 200万t。

实际生产中，考虑到几内亚当地物资缺乏，往往在远洋船空船返回几内亚时捎带一些生活物资，通过过驳方式运至内河码头卸船。生活物资一般为件杂货形式运输，采用浮吊(配置吊钩)过驳较为合理，浮吊配置吊钩可以用作件杂货过驳，配置抓斗时可用于铝土矿过驳。本方案多配置1艘浮吊，兼顾铝土矿和件杂货的过驳作业，即平台和过驳组合方案配置为1个平台和2艘浮吊。在此组合方案下，平台作业需驳船数量为4艘，浮吊作业需驳船数量为3艘，共计配置驳船7艘。

综上所述，根据计算完成年1 200万t运量及少量生活物资，需要配置顶推拖轮4艘、驳船7艘、过驳平台1个及浮吊2艘。考虑到拖轮和驳船维修保养、船队的机动性等因素，拖轮和驳船分别增加1艘，即配置5艘拖轮和8艘驳船。

4.3 过驳转运系统主要设备配置

过驳转运系统主要设备配置见表4。

表4 主要设备设施配置表

5 结语

根据某铝土矿出口项目实际作业需求，结合作业环境、条件等因素，对该项目过驳转运系统进行研究，提出了既满足功能需求，又经济合理的过驳转运方案，对类似项目研究具有一定的参考意义。需要说明的是，为了计算简便，对作业环境条件进行了一定程度的简化，例如假定航道水深满足驳船重载行驶，无需乘潮进出港，而实际情况中，考虑乘潮可以减少航道建设期及运营期疏浚费用，但会增加驳船数量。其他如自然条件、航道宽度、潮汐对航速影响等因素，均可能对结果产生影响。因此，对作业条件复杂的项目，建议采用Simio仿真软件对作业过程进行仿真，从而得出更加准确的过驳转运系统方案。