一種港口駁運系統(tǒng)設(shè)備配置方案

李 剛 黃敬東

中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司

1 引言

近年來，越來越多的散貨類港口項目，受限于建設(shè)條件、建設(shè)成本、運營周期等因素，在裝卸船環(huán)節(jié)采用水上過駁作業(yè)。幾內(nèi)亞某鋁土礦出口項目，海灘平緩，水深變化小，不具備建設(shè)大型(Capesize型)碼頭的條件。為順利將鋁土礦運出，擬在內(nèi)河上游選擇合適地點建設(shè)內(nèi)河裝船碼頭，通過8 000 t級甲板駁船將鋁土礦轉(zhuǎn)運至外海過駁錨地，再由過駁設(shè)施將鋁土礦過駁至遠(yuǎn)洋運輸船上，從而實現(xiàn)鋁土礦的遠(yuǎn)洋運輸。

2 項目設(shè)計條件

幾內(nèi)亞旱、雨季分明，每年6月～9月份降雨較為集中，對港口裝卸作業(yè)影響較大，根據(jù)統(tǒng)計，8 000 t級船舶年作業(yè)天數(shù)約為270天。

該項目內(nèi)河共設(shè)2個鋁土礦裝船泊位，每個泊位配置1臺額定能力為3 500 t/h的弧線擺動裝船機，單駁船平均裝船效率為2 400 t/h。年轉(zhuǎn)運量共計1 200萬t[1]。

從內(nèi)河碼頭至外海過駁錨地間轉(zhuǎn)運航道總長64 km，其中內(nèi)河航道24 km，外海航道40 km，航道為雙向航道，本次研究中不考慮乘潮。轉(zhuǎn)運船型為8 000 t級駁船，船長95 m，船寬28.5 m，型深6.3 m，設(shè)計吃水4.3 m，實際裝卸量按7 500 t考慮。船舶在航道中滿載順流、空載逆流航速分別按5節(jié)、6節(jié)考慮。

3 駁運系統(tǒng)組成

駁運系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、過駁系統(tǒng)以及輔助設(shè)施。

3.1 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

轉(zhuǎn)運系統(tǒng)利用駁船將鋁土礦從內(nèi)河碼頭轉(zhuǎn)運至外海錨地，駁船有自航駁船和非自航駁船。自航駁船依靠自身動力裝置行使；非自航駁船自身無動力裝置，依靠拖輪頂推或拖帶行使[2-3]。非自航駁船又分為頂推和拖帶兩種類型，頂推駁船作業(yè)時拖輪與駁船剛性接觸，而拖帶駁船作業(yè)時拖輪與駁船柔性連接，比較而言，頂推更容易控制行使方向，行使阻力更小，利于減小駁船動力，節(jié)省油耗。自航駁與頂推式非自航駁比較見表1。

表1 自航駁船與非自航駁船方案比較

綜上比選，雖然采用非自航駁設(shè)備購置費較高，但碼頭航道建設(shè)費用低，運營期間人員配置少、燃料消耗低、維護(hù)保養(yǎng)費用少，推薦采用頂推式非自航駁方案，駁船噸級為8 000 DWT，頂推拖輪規(guī)格為3 000 hp。

3.2 過駁系統(tǒng)

過駁系統(tǒng)常見有兩種方式：平臺過駁和浮吊過駁[4-5]。

過駁平臺采用與大型遠(yuǎn)洋運輸船舶相似的自航海上移動平臺作為載體，在其主甲板上設(shè)置裝卸船設(shè)備。平臺采用單點單錨系泊方式停泊于相對固定的海域，平臺上除上述裝卸船設(shè)備、儲存艙外，還配備必要的清倉設(shè)備和維修、維護(hù)設(shè)備，并提供船上人員的食、宿等后勤服務(wù)。平臺兩側(cè)分別配備卸船設(shè)施和裝船設(shè)施，卸船設(shè)施一般為甲板固定吊；另外一側(cè)為可回轉(zhuǎn)、俯仰裝卸臂。作業(yè)時，固定吊抓起物料放入同側(cè)布置的接料料斗中，經(jīng)皮帶機轉(zhuǎn)運后，由裝船臂裝船。

浮吊過駁作業(yè)是指利用海上浮式起重船完成轉(zhuǎn)運船和遠(yuǎn)洋運輸船上貨物的相互吊運。作業(yè)時，轉(zhuǎn)運船和遠(yuǎn)洋運輸船分別?？吭诟〉醯膬蓚?cè)。

根據(jù)轉(zhuǎn)運船型尺度，過駁平臺卸船側(cè)擬配置2臺固定吊，配置50 t抓斗，平均作業(yè)效率為1 200 t/h，則過駁平臺平均卸船效率為2 400 t/h；浮吊同樣配置50 t抓斗，平均作業(yè)效率為600 t/h。根據(jù)運量，綜合考慮作業(yè)靈活性、經(jīng)濟性等因素，過駁系統(tǒng)采用平臺過駁和浮吊過駁組合方式。

3.3 輔助設(shè)施

駁運輔助作業(yè)設(shè)施包括港作拖輪、交通艇等。本項目根據(jù)船舶?？啃枰渲? 200 hp拖輪4艘。另外，為滿足內(nèi)河碼頭與平臺間的人員往來和物資運輸，配置1艘20座交通艇。

4 駁運系統(tǒng)配置計算

駁運系統(tǒng)配置包括駁船、拖輪、過駁平臺和浮吊數(shù)量的確定。

4.1 船舶數(shù)量計算

4.1.1 駁船數(shù)量

駁船數(shù)量計算的思路為：通過計算每艘駁船從內(nèi)河碼頭裝船、航道行駛、外海錨地過駁作業(yè)等各環(huán)節(jié)的作業(yè)時間，得出駁船一個運輸循環(huán)需要的總時間，進(jìn)一步計算出每艘駁船每年總的運輸循環(huán)數(shù)和年運輸量，最后根據(jù)年周轉(zhuǎn)量得出駁船數(shù)量。各環(huán)節(jié)時間計算見表2。

表2 駁船每個運輸循環(huán)各環(huán)節(jié)所需時間計算

若每天非工作時間按2 h考慮，則采用平臺作業(yè)時，1年總的作業(yè)循環(huán)數(shù)為270次，1艘駁船每年作業(yè)量為202.5萬t，完成年運量需要駁船數(shù)量6艘。采用浮吊作業(yè)時，1年總的作業(yè)循環(huán)數(shù)為189次，則1艘駁船每年作業(yè)量為141.8萬t，完成年運量需要駁船數(shù)量為9艘。

4.1.2 拖輪數(shù)量計算

采用同樣的思路對拖輪數(shù)量進(jìn)行計算，拖輪的作業(yè)環(huán)節(jié)包括內(nèi)河系泊、外海解泊時間以及航道的行駛時間，每個循環(huán)拖輪總耗時約為13.76 h。每年總的作業(yè)循環(huán)約為431.7次，則1艘拖輪每年作業(yè)量約為323.8萬t，完成年運量需要拖輪數(shù)量為4艘。

4.1.3 過駁平臺及浮吊作業(yè)量計算

本次方案選取過駁平臺、浮吊卸船平均效率分別為2 400 t/h、600 t/h，按上文相關(guān)參數(shù)計算，過駁平臺和浮吊每年作業(yè)量分別為810萬t和356.4萬t(見表3)。

表3 年作業(yè)量計算

4.2 平臺和浮吊組合方案設(shè)備配置方案

根據(jù)前文計算結(jié)果，1個平臺每年完成810萬t卸船量，1艘浮吊每年完成356.4萬t卸船量，配置1個平臺和1艘浮吊年完成量1 166.4萬t，略低于年運量1 200萬t。

實際生產(chǎn)中，考慮到幾內(nèi)亞當(dāng)?shù)匚镔Y缺乏，往往在遠(yuǎn)洋船空船返回幾內(nèi)亞時捎帶一些生活物資，通過過駁方式運至內(nèi)河碼頭卸船。生活物資一般為件雜貨形式運輸，采用浮吊(配置吊鉤)過駁較為合理，浮吊配置吊鉤可以用作件雜貨過駁，配置抓斗時可用于鋁土礦過駁。本方案多配置1艘浮吊，兼顧鋁土礦和件雜貨的過駁作業(yè)，即平臺和過駁組合方案配置為1個平臺和2艘浮吊。在此組合方案下，平臺作業(yè)需駁船數(shù)量為4艘，浮吊作業(yè)需駁船數(shù)量為3艘，共計配置駁船7艘。

綜上所述，根據(jù)計算完成年1 200萬t運量及少量生活物資，需要配置頂推拖輪4艘、駁船7艘、過駁平臺1個及浮吊2艘?？紤]到拖輪和駁船維修保養(yǎng)、船隊的機動性等因素，拖輪和駁船分別增加1艘，即配置5艘拖輪和8艘駁船。

4.3 過駁轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要設(shè)備配置

過駁轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要設(shè)備配置見表4。

表4 主要設(shè)備設(shè)施配置表

5 結(jié)語

根據(jù)某鋁土礦出口項目實際作業(yè)需求，結(jié)合作業(yè)環(huán)境、條件等因素，對該項目過駁轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出了既滿足功能需求，又經(jīng)濟合理的過駁轉(zhuǎn)運方案，對類似項目研究具有一定的參考意義。需要說明的是，為了計算簡便，對作業(yè)環(huán)境條件進(jìn)行了一定程度的簡化，例如假定航道水深滿足駁船重載行駛，無需乘潮進(jìn)出港，而實際情況中，考慮乘潮可以減少航道建設(shè)期及運營期疏浚費用，但會增加駁船數(shù)量。其他如自然條件、航道寬度、潮汐對航速影響等因素，均可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，對作業(yè)條件復(fù)雜的項目，建議采用Simio仿真軟件對作業(yè)過程進(jìn)行仿真，從而得出更加準(zhǔn)確的過駁轉(zhuǎn)運系統(tǒng)方案。