乔剑华，朱培旺

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.中油国际管道有限公司，北京 100010）

1 装卸软管作业的优缺点

装卸软管是液体化工品码头常用的连接于船岸间管道的装卸设备，分为金属软管和复合软管，常用口径为DN100～DN200，通常每根装卸软管由3～4节8～10 m的软管通过法兰连接而成[1]。

使用装卸软管进行装卸优点如下：可以专管专用以确保货物品质[1-2]；安装间距较小，可减小码头工作平台尺度，以节省工程投资；软管的价格较便宜，前期投资少等。

但因装卸软管易被破坏的原因，在安装、使用时需要注意的事项较多，给使用造成了诸多不便，如：每次装卸前后均需多人搬运软管、拆卸法兰，软管需时时处于自然伸直或自然弯曲状态，悬挂时应使用专用吊具，应避开码头护轮坎、船舶护栏等锋利边缘，装卸时避免船舶晃动挤压拉断软管等[1]。所以，使用装卸软管作业有如下缺点：软管使用寿命较短且需定期检查、检测；操作人员劳动强度大；受装卸软管搬运的限制，常用的软管口径为DN200以下，装卸效率较低。

2 软管架设计方法

软管架作为一种辅助软管装卸的新型港口设施，实现了利用机械吊运软管，确保软管在正常工况下工作，避免因软管损坏而造成货物泄漏、污染环境、甚至着火、爆炸等事故的发生。

2.1 软管架组成及工作原理

软管架是由软管升降机系统、钢制框架式结构组成[3]。软管升降机系统包括防爆电动机、减速器、钢丝绳及卷筒、软管挂架、电控系统等；将防爆电动机、减速器、钢丝绳及卷筒安装在钢制框架式结构的顶层，利用钢丝绳将软管挂架吊装在钢制框架式结构内，装卸软管安装在软管挂架内，钢制框架式结构为升降机系统的安装和装卸软管的吊装提供空间；电控系统安装在码头面上或钢制框架式结构底层。

装卸软管一端接工艺管道（固定端），穿过软管挂架后，另一端连接船舶（自由端）；钢丝绳一端连接软管挂架，另一端缠绕在钢丝绳卷筒上，用钢丝绳将软管挂架吊装在钢制框架式结构内，利用防爆电动机转动产生的扭矩，驱动钢丝绳卷筒转动，收、放钢丝绳，可调整软管挂架高度；当软管挂架高度的变化时，可将装卸软管接船端进行提升或降低，实现接船端软管的高度及长度适宜。

2.2 软管架设计要点

软管架的设计需要根据其工程条件、使用条件，合理确定其主要尺度及荷载，以确保装卸作业安全可靠。

应根据工程条件，首先确定软管口径及其平面布置、软管架生根位置、软管升降机安装位置、软管长度；然后根据软管自由端包络范围、软管升降机安装及维修保养要求、与工艺管廊合理结合布置情况、钢结构稳定要求等，确定软管架的分层、各层高度、各层尺度；最后根据工艺布置，计算各层设备荷载，进行钢结构设计。

3 工程实例

在天津港大港港区（南港）泰奥石化仓储物流项目码头一期工程中的4号泊位上建设软管架1座[4]，以此为例说明软管架的设计。

3.1 工程概况

项目建设规模为10 000 DWT泊位，设计船型为1 000～10 000 DWT油船和化工品船，装卸货种包括4种油品和12种化工品。油品分别为汽油、柴油、航煤、石脑油，运量为30万t/a；化工品分别为苯、对二甲苯、苯酚、混二甲苯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、环已酮、苯乙烯、甲乙酮、辛醇、环氧丙烷，运量为40万t/a，总运量为70万t。码头岸线长度176 m。业主要求专管专用、专设备专用，每条工艺管道均设管道通球设施，货种“苯”的工艺管道需要建3条，另外预留6条管道安装位置。

3.2 工艺设计方案

根据各货种到港船型的情况，确定汽油、柴油、航煤、石脑油的输送管道口径为DN350，其它化工品管道口径均为DN200，根据环保要求另设3条DN200的VOCs气体回收管道，共计新建工艺管道21条，并预留管道6条；装卸设备全部选用装卸软管，初步确定软管口径为DN200；工艺管道上均设清管阀用于清管作业。

因本工程装卸软管的数量较多，且清管设施间要留有足够的操作空间，即工艺管道平均间距不得小于1.5 m，如果工艺布置采用常规的平面布置，整个工艺操作区长度最少为42 m，因码头前沿放置软管数量较多，码头工作平台宽度为26 m。

如果采用软管架，工艺管道采用在码头面和软管架上各布置1层的双层布置方案，工艺操作区长度24 m，码头工作平台宽度22 m，可节省水工投资520万元，但需增加软管架建设投资约550万元。经综合比较，最终采用软管架建设方案。

3.3 软管架设计

1）根据水工结构为高桩梁板式码头的情况，软管架的纵向跨度需与其一致，以便生根，确定软管架纵向跨度为7.5 m一跨，根据工艺平面布置情况，确定共4跨。

2）进行软管挂架设计。软管挂架由2块三角形钢板加5个定滑轮组成，在三角形钢板上合理布置定滑轮位置并安装固定，使装卸软管在挂架内的弯曲状态满足其合理弯曲要求，并结合工艺管道接口向上安装，使装卸软管的弯曲状态较好，解决了装卸软管过度弯曲、遇锋利边缘破坏及被挤压损坏等问题。

3）确定装卸软管口径油品为DN250，化工品为DN200，软管选用中间无接头的整条软管，总长度为28 m。确定软管架总长为30 m，宽为7 m，第1层层高为3 m，总高度为18.5 m。为了节省空间和方便操作，将清管阀相向布置，使2个阀共用一个操作空间，并结合软管架跨度，确定工艺管道间距分别为2.25 m（有操作空间）和0.75 m，具体管道布置情况详见图1。

图1 一层工艺管道平面布置图Fig.1 The layout plan of first layer processing pipeline

4）将防爆电动机、减速器、钢丝绳及卷筒安装在钢制框架式结构的顶层，装卸软管安装在软管挂架内后，再将软管挂架吊装在钢制框架式结构内，电控系统安装在码头面上，详见图2。

图2 软管架立面图Fig.2 The vertical view of loading hose tower

电控系统发出控制信号，带有制动装置的防爆电机通过减速机驱动钢丝绳卷筒，卷绕或释放钢丝绳，带动软管挂架提升或降下软管，使其能稳定、可靠的定位在预期位置，实现机械式移动、吊运软管，辅助装卸作业。图3为现场实景。

3.4 软管架与常规方案对比

1）减小码头工作平台尺度，节省水工投资

因本工程工艺管道和装卸软管的数量较多，如采用常规的布置方案，需要的工作平台尺寸为82 m×26 m，采用了软管架方案后，工作平台尺寸为64 m×22 m，水工投资节省了520万元。

图3 软管架现场实景Fig.3 The site photo of loading hose tower

2）提高油品装卸效率，节省油品作业时间

采用软管架方案后，实现了利用机械吊运软管，突破了因受搬运软管困难而常选用DN200以下口径的限制，本工程油品的装卸软管选用了DN250口径，从而油品的装卸效率从500 m3/h提高到850 m3/h。油品船舶到港船舶平均卸货量为6 000 t/艘，要完成30万t/a的运量时，年需装卸船舶数量为50艘；完成1艘油船装卸可节省作业时间约4 h，完成年运量时可节省作业时间共计200 h，如果利用此时间进行油品装卸，年可多装卸油船11艘，可增加泊位通过能力约为7万t/a，增加装卸利润约为120万元/a。

3）减少操作人员，节省人员开销

因为本工程选用的软管是中间无接头的整条软管，且非装卸时间吊装在软管架内，从而无需操作人员进行搬运、连接软管中间接头等工作。当进行船与岸连接时，只需2人用0.5 h即可完成，与常规的软管作业需要5人用1 h完成连接相比，节省了大量人力和时间。本工程按四班三运转计，可减少操作人员12人，人员工资按4 000元/人/月计算，可节省开销约57万元/a。

4）增加软管架及其设备等投资，增加日常维修保养费用

采用软管架方案后，因需建造钢制框架式结构及采购软管升降机系统等，需要增加工程投资约550万元。经测算，这些设备的日常维修保养费用约为28万元/a。

5）安全性对比

因为软管受到过度弯曲、挤压、过度拉扯、拖拽时容易破坏，给生产带来较大的安全隐患。软管架的使用，能确保软管处于合理的弯曲状态，且当软管移动时其受力为滑动摩擦力，避免了人工搬运软管可能引起软管受磨损、弯曲半径过小而损坏的情况，可延长软管的使用寿命，提升了码头作业的安全性；软管架的使用，可使用中间无接头的整条软管，消除了常规软管的中间法兰泄漏的可能性，有利于作业安全。

综上，从投资和运营成本方面分析，软管架的建设可以带来一些利润；从其对作业安全方面分析，软管架比较先进，较大地提高了软管作业的安全性。

3.5 现场使用情况

经过将近1.5 a的试运营，共装卸46条船，实际装卸效率与设计的装卸效率相当，使用状况良好，得到了业主的好评。

3.6 软管架的优缺点

优点：1）利用机械来移动、吊运软管，再配合船吊，使船岸连接更加方便、快捷、省力，可减少作业人员；2）使装卸软管为一节长软管（中间无连接）成为现实，改变常规的装卸软管由3～4节8～10 m的软管通过法兰连接而成的现状，节省了人工连接法兰的安装时间，缩短辅助作业时间，并减小了泄漏的可能，有利于作业安全及环境保护；3）可用口径为DN250的装卸软管进行装卸，以提高其输送效率，增加泊位通过能力；4）能确保软管处于合理的弯曲状态，当软管移动时其受力为滑动摩擦力，避免了人工搬运软管可能引起软管受磨损、弯曲半径过小而损坏的情况，延长软管的使用寿命，提升了码头作业的安全性；5）将未作业的装卸软管整齐的吊垂在软管架内，使液体化工码头更加美观、整洁。

缺点：由于需要采购软管升降机系统等设备、建造软管架的钢结构，加大了工程投资；另外，软管架是钢制框架式结构，需对其进行防腐保护，软管升降机系统也需定期进行设备保养，增加了日常设备维修保养的工作量。

4 结语

软管架是一种新型港口装卸辅助设备，且操作方便，提升了液体化工码头装卸工艺的机械自动化程度，改善了软管的安装、使用环境，减少了软管泄漏点，可减少码头作业人员，一定程度上提升了液体化工码头的安全性。在液体化工码头中推广使用，对提升码头机械自动化程度及码头安全性具有重要意义。本文介绍了软管架的设计情况，可为同类工程设计提供参考。