危险废物自动化立体仓库设计方案

张淑玲，马换梅，宋媛媛

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074；2.中城院（北京）环境科技有限公司天津分公司，天津 300381）

1 引言

危险废物是一类具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性或者感染性等特性，且对生态环境和人类健康可产生严重危害的废物［1］。如不进行有效处置随意排放，不仅对水、空气和土壤环境造成严重的影响和破坏，还会对人身的安全健康构成直接威胁，尤其是重金属、高毒类废物，将造成长期危害［2］。美国胡克公司20 世纪三四十年代曾将废弃的拉夫运河废沟谷作为危险废物倾倒场所，倾倒量约2×104t，几十年后，由于农药废物的泄漏导致周围地下水、大气、土壤受到严重污染，一段时间后该地区的癌症发病率和死亡率都很高。因此，对危险废物的无害化处理和最终安全处置问题已经引起各级政府和全社会的高度重视。

在危险废物处置项目中，危险废物的储存管理是非常关键的环节。根据HJ 2025—2012 危险废物收集、贮存、运输技术规范要求，危险废物产生者和危险废物经营者应建造专用的危险废物贮存设施，也可利用原有构筑物改建成危险废物贮存设施［3］。传统的危险废物暂存库设计存在储存容积率小、信息化程度偏低、库存更新不及时、物料流转滞留、仓储管理损耗较大、人工操作过多和工作效率低等问题。相比之下，自动化立体仓库可以高效利用空间、提高物料调配水平、加强生产和物资的衔接管理、自动化程度高、大幅度提高生产效率同时降低了人力资源成本。我国自动化立体仓库大多应用于一般工业企业物资存储，如电力、医药、食品、烟草生产配送、装修装饰以及物流等行业［4-6］。很多物流企业也将智能化仓库进行了推广应用，实现了货架式储存的自动化仓储管理，确保货物仓库管理各个环节数据输入的高效性与准确性，以便及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制库存［7］。通过科学的编码，还可对库存货物的批次、类别等数据进行高效管理。利用智能化系统的库位管理功能，更可以及时掌握所有库存货物当前所在位置，有利于提高仓库管理的工作效率。近两年，石油化工企业也逐渐引入自动化立体仓库，并且已有相关行业标准出台，如SH/T 3186—2017 石油化工自动化立体仓库设计规范，明确用于存放丙类、丁类和戊类火灾危险性物料，并且对自动化立体仓库的整体设计作出规定。立体仓库成为了企业物流和生产管理不可或缺的仓储技术，越来越受到生产和物流企业的重视［8］。

本研究将自动化立体仓库应用于危险废物仓储领域，借助工程案例提出危险废物自动化立体仓库设计方案和管理要点，并对立体化仓储仓库的经济效益进行评价，为后续危险废物处理工程和危险废物转运站的仓库设计提供参考。

2 自动化仓库仓储设施

2.1 入库及出库设施

1）射频识别技术（Radio Frequency Identifica⁃tion，RFID）读写器：智能货架上安装了固定式读写器用于仓库及资产盘点与统计。RFID 固定读写器对固定区域内的无源标签进行扫描，并将扫描的数据传输到系统计算机中。

2）外形检测器：用于检测货物外形的长、宽、高尺寸，满足存放要求方可进入货架。

3）LED 显示器：设置于入库口，主要用于显示当前立体仓库的作业状态。

2.2 输送设备

1）输送带：本项目入库出库采用的均为滚轮传送带，入库的传送带还具有计量称质量功能。滚轮传送带由滚轮、轴承及框架构成，是用于暂存库房传送货物的必要设备。根据传送物体的外形尺寸选择滚轮宽度，确定为1.5 m，荷载3 t。

2） 轨 道 穿 梭 小 车（Rail Guided Vehicle，RGV）：本工程借助RGV 来完成货物从输送线至堆垛机和货架内部的全自动输送。暂存库可为单层设计，结合入库与出库同步进行，确定生产节拍，每100 个货位配备1 辆RGV，考虑连续生产需要，设置备用，RGV 荷载3 t。

2.3 货架

本项目智能仓库内采用重型插接组合可调式货架储存方式，分为8 层，底层直接置地；货架由立柱、横梁、货架RGV 和RGV 导轨组成。

单元托盘规格与最大承载质量：1 200 mm×1 200 mm×1 350 mm（长×宽×高），承载800 kg/托，托盘镶嵌RFID 卡。货物局部侧视和单元货物放大示意见图1。

图1 货架局部侧视和单元货物放大示意Figure 1 Local side view of shelves and schematic of the enlarged unit cargo

2.4 其他配套设施

根据HJ 2025—2012、HJ/T 176—2005 危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范、GB 50016—2014 建筑设计防火规范（2018 版）以及GB 50084—2005 自动喷水灭火系统设计规范等标准的相关要求，设置如下。

1） 库房地面与裙角采用坚固、防渗的材料建造，建筑材料与危险废物相容。地面与裙角围建容积不低于最大容器的最大储量或者总储量的1/5。

2）库房设置有泄漏液体收集装置、气体导出口及气体净化装置。库房内全室通风风量根据有害物质的浓度按6～8 次/h 换气次数计算。同时，对于有消防要求的事故通风场所，换气次数应≥12 次/h。对采用局部通风的设备以轴流风机为主，小体量建筑采用换气扇，高大厂房选用屋顶风机。排放易燃易爆有害物选用防爆型风机，排放腐蚀性废气选用防腐型风机，所有库房排出的空气均需要经清洁处理后排放。

3）暂存库房内设有全天候摄像监视装置，安全照明设施以及吸气式感烟探测器，确保库房的安全运行。

4）本工程自动化立体仓库采用消火栓系统、自动喷水灭火系统、水炮系统。消火栓系统室外消火栓用水量为45 L/s，室内消火栓用水量为25 L/s，一次火灾延续时间为3 h，一次火灾消火栓系统用水量为756 m³。自动喷水灭火系统设货架内喷头，且货架内置洒水喷头上方的层间隔板应为实层板，计算用水量为1 022 m³；水炮系统设计流量60 L/s，一次火灾延续时间为1 h，计算用水量为216 m³；消防用水总量为1 994 m³，自动灭火系统可提高仓库的自防、自救能力，而自动消防炮灭火系统可以远程控制并且自动搜索火源、对准着火点、自动喷洒水进行灭火，并与自动报警系统联动。

5）库房外卸货区设有复合式洗眼器（洗眼和冲淋），以防工作人员不慎被危废沾染皮肤，以冲洗方式作为应急措施，随后再做进一步的处理。

3 自动化仓储工艺系统设计

以广东省某固体废物转运中心项目为例，项目每年主要收集和储存的危险废物为1.2×105t、一般工业固体废物为3.0×105t，设置有危险废物仓储仓库1 座（单层）和一般工业固体废物仓储仓库1座（单层）。其中，危险废物仓储仓库按照自动化立体式仓库设计，用于存放火灾危险性为丙类的危险废物。转运中心的平面布置如图2 所示。

图2 广东省某固体废物转运中心平面布置Figure 2 Layout of a solid waste transfer center in Guangdong Province

3.1 自动化立体仓库设计

仓库主要有库房本体、出入库检验系统、滚筒式输送系统、装卸装置、立体货架及自动控制系统，仓库内部结构示意如图3所示。

图3 自动化立体仓库内部结构示意（俯视）Figure 3 Internal structure diagram of automated high-rise warehouse （top view）

1）仓库为封闭库房，在非出入库时段，库房门须关闭，以便进行间歇式通风除臭和气体净化。库房内须设置排水沟和收集池，用于火灾发生时消防废水的排放或危险废物泄漏时的收集，安全围栏设置于入库输送系统外围，未经许可不能随意进出围栏；库房外设置遮雨罩棚，避免雨雪天卸货时货物被淋湿。

2）入库检测系统采用了基于红外光电检测的外形检测器、货物RFID 读取器和LED 显示屏。

3）滚筒式输送系统包括滚筒、支架、驱动电机、入库RGV 及其滑行轨道。入库RGV 采用往复直线运动形式在钢轨道上运输货物。

4）装卸装置包括巷道堆垛机及轨道。堆垛机为有轨双立柱堆垛机，配备有水平、垂直电机和货叉电机，分别控制堆垛机的水平、升降运动和货叉伸缩，水平导轨和立柱导轨端部均设置有限位器。

5）立体货架采用穿梭式货架，穿梭式货架的外围货物存取由堆垛机完成，内部货物存取由货架RGV 配合堆垛车完成。

6）自动控制系统包括连接出入库检验系统的识别模块、连接输送系统的控制模块、连接装卸装置的装卸模块及连接货架的存储模块。

3.2 危险废物自动化立体仓库仓储工艺设计

3.2.1 废物检验接收

危险废物运输车辆采用具有明显标识的专用车辆，当运输车辆进入贮存场后，首先对危险废物进行化验、验收和计量，货物信息录入仓库管理系统后进行贮存，对于高毒废物应按下列程序进行：①需要设专人负责接收，在验收前查验联单内容及产废单位公章；②接收负责人对到场的危险废物进行单货清点核实；③对危险废物进行放射性检查，具有放射性的危险废物禁止入库，将其交由专业公司统一进行技术处理；④检查危险废物的包装，同一容器内不能有性质不兼容物质，包装容器不能出现破损、渗漏，腐蚀性危险废物必须使用防腐蚀包装容器，凡不符合危险废物包装详细规定的均视为不合格，需采取相应措施直至合格；⑤分析化验，进场废物须取样检验，分析报告单据作为储存的技术依据。

危险废物运输车进入卸货区后，化验室需对每个单元废物做成分检验，化验数据需进行提前准备，检验人员要将所有送达的货物数据以电子数据交换（Electronic Data Interchange，EDI）、Ex⁃cel 或者手工录入的方式导入仓库管理系统（Ware⁃house Management System，WMS）。每个单元废物录入的信息包括废物的成分、产生厂家、入库时间、废物热值等；这些信息将录入到单元废物的RFID 卡中。为了支持RFID 卡的使用，需要在如下环节进行条码化规划与设计：仓库内所有作业单元的条码化，包括托盘、周转箱；作业容器上粘贴固定的流水号标签；仓库内货物库位的条码化，按照库-排-位-层的顺序对货位进行编码并粘贴条形码标签；作业单据和作业指令的条码化；在入库清单上打印单据编号和产品编码的条码。在各项检验、复核均满足要求后，再对危险废物进行称量登记和仓库储存，危险废物的接收工作到此结束。

3.2.2 废物入库管理

托盘货物通过出入库检验系统，首先经过固定不动的外形检测器完成外形检测，外形尺寸符合要求方可进入库房，避免库房存放过程中发生倾倒和泄漏。然后RFID 读写器将货物化验信息及质量信息同步写入货物托盘上的RFID 标签，以通信方式将数据传至仓库信息管理系统。外形检测合格的货物经过传输机转移至入库RGV 滚筒线，仓储信息管理系统根据存库规则向RGV 和堆垛机下发库位号，入库RGV 按照无线通信发出的指令，在滑行轨道上直线运动，并停靠到指定巷道对应入库站台位置，将单元废物传送至入库站台滚筒线。

堆垛机接收装卸控制系统发出的入库指令后，叉取入库站台滚筒线上的托盘货物，通过滑行轨道停靠在货架区指定列的位置，堆垛机货叉将托盘货物托举至指定层高，并且将单元废物放置在货架的最前端货位。

货架RGV 响应无线通信发出的搬运指令，从货架最前端装载托盘货物后，自动行驶至指定的内部货位，并且反馈信息到货架控制模块，记录货位存储信息。货架RGV 通过所述堆垛机在货架单元间进行转移。

3.2.3 库房货物管理

危险废物应按照不同的化学特性，根据彼此的相容性分区分类贮存。常见的相抵触的废物见表1。

表1 化学物品混合后危险特性清单Table 1 Hazardous characteristics list of mixed chemicals

据GB 12268—2005 危险货物品名表的分类原则，应当按贮存场地已有仓库和设备条件，对危险废物实行分区分库间隔储存。危险废物自动化立体仓库需要分区或者分库存放不同属性、容易发生反应的物料。化学性质不同，接触能引起燃烧、爆炸，灭火方法不同的化学品不得同库储存。性质不稳定，受温度或外部其他因素影响容易引发燃烧、爆炸等事故的化学品应当单独另建甲类库房存放。

3.2.4 危险废物出库管理

焚烧工段生产人员根据焚烧配伍的需求，选择需要出库的废物种类和质量，系统根据先进先出的原则，优先将先入库的产品安排出库。控制系统向RGV 下达取货指令。RGV 接收无线通信系统发出的取货指令后，从指定单元货物货架上取出相应的单元废物，单元货物货架上的货位显示为空置，等待下批次废物。RGV 将单元货物交接给巷道堆垛机，巷道堆垛机将其转送至相应出库通道输送设备上，单元废物经出库通道扫描所有信息后进入预处理区。

危险废物入库、出库、库内取货、运输、上架采用全自动控制系统，无人工作业。危险废物仓库管理系统见图4。

图4 智能仓储管理系统结构Figure 4 Structure of automated warehouse management system

4 经济效益分析

相比于危险废物普通货架仓库而言，自动化立体仓库采用高层立体货架，提高了仓库存储面积和空间利用率；周转率高，降低资金积压；物品品种、库存总量大；自动化程度高，机械操作代替人工操作，大幅节约劳动力；计算机仓库管理系统更加准确、高效等。表2 为用于存储危险废物的普通货架仓库和自动化立体仓库经济指标的对比。

表2 普通货架仓库和自动化立体仓库主要经济指标对比Table 2 Comparision of major economic indicators between ordinary shelves warehouse and automated high-rise warehouse

由表2 可以看出，仓库占地面积相同的条件下，采用自动立体仓库的危废货物存储量约是普通仓库的3～4 倍。1 a 工作时间按330 d 计，周转周期为15 d，可周转22 次，普通货架仓库根据以往经验估算约有446 个货位，每个货位2 个货物，4 层货架，单个货物1.5 t，可得年周转货物质量为1.177×105t；而自动化立体仓库有1 850 个货位，8层货架，可计算出年周转危废货物质量为4.884×105t。此外，自动化立体仓库的人员投入约为普通仓库的40%，可以大幅降低仓库运行中的人员成本。虽然自动化立体仓库的设备投资较大，但其货物周转量大幅提高，可以快速回本并盈利。

5 结论

1）自动化立体仓库提高了单位占地面积的库容量，节省库房建筑占地面积。

2）采用自动化管理，可以更加灵活地将产废单位和处理处置单位衔接起来，优化生产调配，提高危废仓储运营精细化水平。

3）采用自动化机械设备进行存取货物，减少操作人员数量，降低了操作人员在危险环境中的暴露风险。