孫 家 鵬

（上海船舶研究設計院，上海 200032）

0 引 言

15000t自卸水泥船為上海船舶研究設計院設計的國內最大且唯一擁有自我知識產(chǎn)權的先進自卸水泥船（見圖1），主要技術指標達到國際先進水平[1]。該船采用了目前世界上最先進的集機械式和氣動式裝卸貨于一體的自卸設備，具有安全（集塵器、貨位指示器等多重保護）、環(huán)保（全封閉式、裝卸貨零污染）、自動化程度高（所有操作均由一人完成）等現(xiàn)代自卸水泥船的特點[2]。該船自卸系統(tǒng)見圖2。

圖1 15000t自卸水泥船

1 水泥運輸現(xiàn)狀

對于大量水泥運輸，低成本的水運是最佳方式。使用常規(guī)散貨船運輸散裝水泥的主要問題在于清艙困難以及再裝運其他貨物時需要徹底洗艙，人工成本的增加降低了經(jīng)濟性。以上原因促使了專運水泥船的產(chǎn)生。然而從1998年至今，在國內建造的較為先進的自卸水泥船僅有3型，而且均為國外船東。其原因是：

1)前些年環(huán)保相關的理念及制度尚不完善，加之先進的自卸水泥船初始投資較高，因此高效環(huán)保的自卸水泥船未得到船東、大企業(yè)的青睞。需要海運的散裝水泥通常使用大開口的散貨船運載，內陸水泥的運輸通常包裝后通過火車運輸，或者通過效率低下的內河小船運輸。

2)目前國內水泥的需求量大，大企業(yè)缺乏走出去在海外投資建廠的動力。由于出口量不大，因此使用專運水泥船運輸沒有優(yōu)勢。面對出口國港口對污染的要求相對嚴格時，船東往往從新加坡、日本租用自卸水泥船。

2 散裝水泥裝卸貨方式及特點

2.1 機械式裝貨

機械式裝貨時（見圖3左），水泥由機械裝貨點①（見圖2中對應的編號，下同）載入，在水平螺旋系統(tǒng)②中輸送，通過機械裝貨點④注入貨艙。每個貨艙的前后及左右均勻地設置了4個進貨口，保證了貨物盡可能地均勻裝載，從而避免了平艙工作；另外，在末貨艙靠后的兩個進貨口及前貨艙靠前的兩個進貨口下方設置了緩沖槽⑤，縮短了水平螺旋系統(tǒng)的長度從而節(jié)省了成本。每個進貨口的附近的上甲板下裝有貨位指示器⑥，裝貨過程中，指示器底端的槳葉旋轉。當裝載至槳葉位置時，槳葉受阻停止轉動并發(fā)出報警信號，該支路便中止裝貨，起到了安全保護的作用。

在裝貨的過程中，貨艙內部空間一直處于混沌狀態(tài)。如果混合著顆粒狀水泥的氣體密度過大則會導致爆炸。對此，在每個貨艙中間的頂部各設置一個封閉的集塵室，每個集塵室內部設置兩臺集塵器⑦，集塵器底部布置了數(shù)量眾多的細管與貨艙連通。裝卸貨過程中集塵器一直處于工作狀態(tài)，收集貨艙里懸浮的水泥粉塵，排出貨艙內過量的空氣，達到降低粉塵密度、同時平衡艙內壓力的目的。裝卸貨結束時，收集的水泥可以重新釋放至貨艙內。

另外，在相鄰貨艙的頂部通過倒V型連通管⑧，使整個貨艙區(qū)域連通。此項創(chuàng)新保證了整個貨艙區(qū)的壓力平衡，可以說是起到了雙重保護的作用，同時也避免了單臺集塵器負荷過重。

圖3 機械式、氣動式裝貨

2.2 氣動式裝貨

氣動式裝貨（見圖3右）時，船上的氣動裝貨點⑨通過軟管與碼頭上的水泥存儲庫連接，水泥直接通過氣動管道分流至各個貨艙。與機械式裝貨類似，每個貨艙均勻布置了4個氣動進貨口，貨位指示器和集塵器在裝貨過程中同時工作。

2.3 機械式卸貨

機械式卸貨時，貨艙正中間的垂直螺旋系統(tǒng)③兩側的流控制閥（見圖4）開啟，水泥靠自身的重力注入其中，通過該裝置提升到水平螺旋系統(tǒng)。當水泥在水平螺旋系統(tǒng)中傳送至機械裝貨點①位置時，通過其下端的橫向螺旋式輸送裝置及與之相連的卸料臂，輸送至碼頭上的罐裝卡車或水泥儲存庫。15000t自卸水泥船采用的卸料臂是目前最新的產(chǎn)品，吊臂上有兩個輸出口，加快了卸貨速度。

自卸水泥船的高效率的體現(xiàn)之一是不需要清倉。為達到最大的卸貨率，將各貨艙的內底設計成漏斗形雙斜度的形式，見圖 5，使水泥能夠最大限度地利用自身的重力集中至貨艙中心。當各個貨艙的水泥卸載至 90%～95%時，由于水泥的黏性及較大的休止角，雙斜度內底已不能很好地解決殘余水泥的卸載了，對此涉及到水泥船設計的關鍵技術之一：氣流床的設計與安裝。整個內底由約1600m2的帆布覆蓋，帆布通過螺栓固定在內底上。每個貨艙的內底靠近船中處設置兩排充氣管，下端與兩根總管連接，總管由位于泵艙底部的兩臺鼓風機驅動。當水泥卸載至90%～95%時，鼓風機啟動，充氣管使各貨艙內底上表面的帆布受力，其上的水泥在摩擦力的作用下從高處向低處滾動，最終在最低點匯集。通過以上的措施，基本上可以達到100%的卸貨率。

圖4 垂直螺旋系統(tǒng)的流控制閥

圖5 雙斜度內底

2.4 氣動式卸貨

氣動式卸貨的前期階段與機械式卸貨類似，水泥通過垂直螺旋系統(tǒng)進入水平螺旋系統(tǒng)。之后通過與水平螺旋系統(tǒng)連接的支管進入泵艙頂部的緩沖漏斗，緩沖漏斗的底部與兩套鼓吹泵系統(tǒng)（見圖6）連接，水泥由緩沖漏斗流入鼓吹泵的同時，位于泵艙頂部壓縮機室的兩臺空氣壓縮機啟動并加壓，其強大的驅動力使水泥順著與鼓吹泵連接的管道流出，由甲板兩側的氣動卸貨管道及與之連接的岸上軟管，傳送到碼頭上的水泥儲存庫。

圖6 鼓吹泵系統(tǒng)

表1 機械式和氣動式裝卸貨的特點比較

從表1可見，集機械、氣動裝卸貨于一體的自卸水泥船能適用各種情況。

3 新一代自卸水泥船發(fā)展趨勢

新一代自卸水泥船的發(fā)展趨勢可歸納如下：

1)吃水淺、操縱靈活的江海直達中小型自卸水泥船將大有市場。自卸水泥船屬于高附加值的船舶，而水泥價格相對較低，另外水泥產(chǎn)地分布很不均勻，大量的廠商位于內地，因此如果能夠航行并靈活操縱于大多數(shù)內河河道，將大幅降低成本。

2)自卸設備系統(tǒng)將簡化。多種裝卸貨形式并存以及高自動化，帶來了自卸設備的復雜化，從而增加了維修、維護的困難，因此在保證功能的前提下，如何精簡設備是設備商將來要考慮的問題。

3)針對不同碼頭配套設備的“支線型”單一裝卸貨方式的大型自卸水泥船將出現(xiàn)。隨著產(chǎn)業(yè)調整的深入以及國家對節(jié)能減排要求的提高，技術低下的小型水泥廠商將逐漸淘汰，大型水泥企業(yè)的實力將逐漸增強，針對不同大型專用碼頭的具有單一功能（特別是針對碼頭存儲設備齊全的氣動裝卸貨）的大型自卸水泥船將涌現(xiàn)。

4 結 語

近年來，綠色環(huán)保及高自動化已經(jīng)成為當前造船的重要主題，“綠色造船”的概念已經(jīng)成為強制性規(guī)范，我國作為水泥生產(chǎn)大國，自卸水泥船的時代即將到來。

[1] 孫家鵬，郭晟江等.15000dwt新一代自卸水泥船開發(fā)設計和建造技術[R].中國國防科學技術報告.2011.

[2] 上海科學技術情報研究所.15000t自卸水泥船水平檢索報告[R].編號：20111226SH.2011.