巴基斯坦某核电厂重件码头的装卸工艺

2022-10-14蒋志同

中国水运 2022年9期

蒋志同

（1.中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200090；2.上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心，上海 200000）

核电机组的设备一般尺寸较大，重量较重，且不易拆分，选择哪种运输方式，是非常有重要的。水路运输相对于公路、铁路等其他运输方式，对核电机组的设备限制较小，而且更加安全、经济。航道一般不需要因运输的重件重量加大而去加宽加深，水上运输也不会对其他船舶航行造成影响，现在核电重件大部分都是通过水路运输，所以重件通过码头的装卸如何合理地设计将至关重要。

1 工程概述

本工程重件码头是巴基斯坦某核电厂运输重大件的重要配套工程，位于取水明渠的东内护岸，顺岸布置，受进水渠导流堤全掩护。核电厂规划二台1100MW 级机组，采用ACP1000 机型，根据工程建设规模，相应重件码头年卸船量按工程进度年运输重大件220 件，其中80t 以上重大件36 件，建设5000DWT 级码头，设计船型为5000DWT 甲板驳，重大件全部通过码头上岸。本工程装卸工艺主要考虑从5000DWT 甲板驳接卸核电重大件到码头的工艺。

2 货运分析

根据核电厂机组和堆型，对重大件设备进行整理和分析，得出控制性重大件设备最宽设备为闸门筒体宽，宽度为8.7m；最高设备为压力容器，高度为6.8m；最长设备为环吊大梁，长度为47m；最重设备为发电机定子，重量为526 吨。

3 船型分析

根据货运量分析重大件设备的最大件、最高件、最长件，确定进出港船舶采用5000DWT 甲板驳。

本项目重大件主要来自国内货运码头，经远洋运输船运至本项目临近的码头后，转运到5000DWT 甲板驳，再由5000t 甲板驳运至本工程重大件码头，船型尺度见表1：

表1 设计船型表

4 工艺方案

目前核电设备的装卸船工艺一般分为滚装工艺和吊装工艺。滚装工艺又有顺岸靠泊和丁靠靠泊两种。顺岸靠泊需要足够的通道和较大的转弯半径，会增加码头投资。丁靠靠泊需要水域有足够的停泊和回旋水域。滚装工艺码头优点是造价较低，码头不需要配套装卸设备。但缺点易受气象、水文条件限制，需要大量的准备工作，尤其核电厂的厂区面高程较一般工程高，导致水位与码头厂区面高程相差较大，卸船时间较短，安全性不易保证。

吊装工艺按目前常用的重大件卸船工艺，可分为机械起重机设备（固定回转式起重机、桥式起重机、履带吊等）、浮吊（起重船）卸货等多种形式。

由于本工程位置地形水域限制，以及装卸设备的尺寸和重量，大致确定采用吊装工艺类型。

4.1 吊装工艺

4.1.1 固定回转式起重机方案

固定回转式起重机一般固定放置在码头上。该起重机配备主、副起升机构并可作旋转和变幅运动，能覆盖一定宽度的圆环作业区域。当船舶顺岸靠泊于码头，起重机可直接将重大件从船上吊至码头平台上的模块车或平板车上。固定起重机式吊装方式受潮位、波浪等影响较小，装卸作业安全可靠、便捷，一年中绝大部分天数均可吊装作业。

4.1.2 桥式起重机方案

重大件桥式起重机行走范围一般能够覆盖水域和陆域，桥式起重机可在高架的轨道上行走，轨道梁支墩一侧在陆域码头平台上，另一侧支墩深入水域。船舶停靠位置分为悬臂外和跨距内两种形式，对于桥式起重机悬臂外停船，有船舶停靠方便的优点，但通常要求外伸悬臂较长，对桥式起重机的结构设计要求较高；跨距内停船对桥式起重机结构无特殊要求，但受到有限跨度的影响，船舶靠离泊较为不便。

使用该类型桥式起重机装卸重大件，技术较为成熟，对水位的变化适应性较好。但是其受限于桥式起重机的轨道梁跨度，所适应的船型通常较小，船舶在轨道梁跨距内的停靠较为麻烦。同时由于需要在伸入水域侧设置轨道梁支墩基础，其后期改造为其他一般装卸泊位的灵活性较差，常用于靠近厂区的有长期固定货源的重大件装卸船。

4.1.3 履带吊方案

履带吊为流动式设备，重件码头上不需要安装固定的起重设备。对于重大件的吊装，除了回转平台后的配重外，还需要在尾部加载额外的超起配重，故其超起工况需要的码头宽度通常较大。同时履带吊起重量随着幅度的增加降低较多，如1000t 的履带吊载 40m 幅度时仅能起吊 330t 的重件。对于长度或者重量较大的构件，可能需要两台设备进行抬吊作业。履带吊设备自重较大，设备转场时需进行拆卸，同时履带会对码头面层造成较大破坏。因此履带吊常用于厂区建设期大件安装，大件码头上使用较少。在核电领域，因为重大件的特殊性，重大件的卸船还没有采用履带吊的先例。

4.1.4 浮吊方案

浮吊也叫起重船，是由船体、起升机构和俯仰机构等组成，其作业范围较大。作业时装运大件的驳船平行靠泊码头，浮吊在驳船外侧定位锚定，通过臂架俯仰变幅将重大件吊装至码头水平运输车辆上。采用浮吊的作业方式对码头的要求较低，码头上无需配置装卸设备，码头平台仅需满足水平运输车辆的通行即可。但核电站装卸重大件作业前需安排浮吊起重船到港，租用价格较高，调遣周期较长，需要提前进行安排、协调。另外本项目为海外项目，调遣周期和费用都很难估量。

4.2 吊装工艺方案对比

在保证重大件设备的安全运输、经济可靠的前提下，吊装工艺方案进行以下对比，见表2。

表2 吊装工艺对比表

经过表2比较，推荐采用固定回转式起重机方案。

4.3 起重机参数的确定

根据货运量分析重大件设备可知，最重设备为发电机定子，重量为526 吨，确定起重机最大起重量为620t。根据工艺布置和船型尺度，确定吊钩的外伸距，主吊钩吊装620t 设备的最大外伸距离为27m，副吊钩吊装125t 重大件的最大外伸距离为38m。主吊钩码头面起升高度大于32m，码头面以下最少11m。本起重机应能做360°旋转及起升、变幅动作。除主钩与副钩，主起升机构与变幅机构不能联合作业外，其余每两个机构能联合作业。各机构运行速度采用人工手柄分档控制，各档间的加减速度时间由PLC 控制。机构启动时，速度逐渐递增，最高速度为额定速度；机构制动在速度几乎为零时，制动器制动，保证工作安全平稳。

起升机构、旋转机构、变幅机构等主要驱动机构均采用交流变频电机。电机防护等级为IP44，绝缘等级为F 级。各相关的机构设置必要的联锁及安全保护装置。

4.4 水平运输工艺

目前重大件的水平运输基本采用自行式模块运输车或者牵引平板车。自行式模块运输车（SPMT）主要是由动力头也称动力单元（PPU）和带有驱动车桥的液压挂车组合而成。用户可以根据运输货物特征（外型尺寸，吨位等）对多辆模块运输车组进行多模式的组合并车(长度或者宽度方向)。其可实现多种转向模式，由于其灵活的转向方式，其转弯半径通常可以比较小，机动、通行性较好。

同时，自行式模块运输车每轴均由独立的液压油缸控制，可以整体、局部抬高，以更好的适应重大件的顶起装载作业，以及在不平整路面通行时始终保持车辆承载面水平。

牵引平板车可实现全挂和半挂牵引两种模式，对于较远距离的大件陆地运输，牵引车+平板挂车方式速度可较高，效率更高，造价相对较低。其缺点是转弯时主要靠车轮“八字转向”，转弯半径较大。

由于模块式运输车优点众多，并广泛使用，本项目优先使用模块式运输车，对小型重件运输可采用牵引平板车。