吳華兵

馬鞍山港口(集團(tuán))有限責(zé)任公司

1 引言

我公司一臺微粉裝船機(jī)于2005年投入使用，該裝船機(jī)安裝在躉船上，通過膠帶機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行裝船(見圖1)。設(shè)計船型為1 000 t艙口駁，額定生產(chǎn)效率360 t/h，裝機(jī)功率136 kW，伸縮溜筒行程3 200～6 200 mm，甲板以上最大凈空高度為1 720 mm，水面至躉船甲板高度1.2 m。其裝船工藝流程為：后方輸送機(jī)-漏斗-裝船機(jī)上皮帶機(jī)系統(tǒng)-伸縮溜筒-艙口駁，在尾部漏斗處和伸縮溜筒處設(shè)置有收塵點，用于抑制微粉揚塵。由于皮帶機(jī)系統(tǒng)無法全封閉，雖配置有除塵系統(tǒng)，仍不能有效抑制揚塵，工作一段時間后，躉船甲板上會有飄落的微粉。為抑制揚塵，打造平安綠色港口，同時提升裝船機(jī)的作業(yè)能力，決定對該微粉裝船進(jìn)行改造，改造后生產(chǎn)效率為300 t/h。

1.伸縮溜筒 2.臂架系統(tǒng) 3.俯仰機(jī)構(gòu) 4.除塵管路 5.除塵系統(tǒng) 6.除塵風(fēng)機(jī) 7.皮帶機(jī)系統(tǒng)

2 改造需求

2.1 環(huán)保要求

微粉立磨機(jī)出料粒度一般為80～325目(47～198 um)，較細(xì)出料粒度達(dá)到650目(20 um)。由于微粉粒度極細(xì)，極易吸附在膠帶上，合金清掃器、滾刷清掃器等常用清掃器不能清掃干凈，造成返程膠帶上吸附的微粉在重力及風(fēng)力的作用下掉落引起揚塵，尤其是經(jīng)過托輥、滾筒時，引起的揚塵更大。若膠帶使用時間稍長，膠帶表面有細(xì)小裂紋，微粉揚塵更加嚴(yán)重。由于裝船機(jī)皮帶機(jī)配重滾筒、驅(qū)動裝置等安裝位置的影響，無法做到完全密封，故現(xiàn)裝船機(jī)不能滿足環(huán)保要求。

2.2 船舶大型化需求

該微粉裝船機(jī)原設(shè)計船型為1 000 t艙口駁，隨著船舶越來越大型化，微粉散裝船的最大船型達(dá)到3 000 t。該船空載時艙口位于水面以上6 m。根據(jù)現(xiàn)裝船機(jī)技術(shù)參數(shù)，其水面以上最大凈空高度為2.92 m，不能滿足3 000 t船水面以上6 m的高度要求。

2.3 罐裝船需求

散裝船雖然有貨艙蓋，但在裝船過程中，貨艙蓋需要打開，使裝船過程中不能完全密封，仍會產(chǎn)生少量揚塵。同時在運輸途中，由于貨艙蓋不能完全密封，也會產(chǎn)生揚塵。隨著環(huán)保要求的提高，散裝船將會越來越少，多采用罐裝船裝船運輸。但現(xiàn)有裝船機(jī)沒有罐裝船接口，不能裝罐裝船，且現(xiàn)裝船機(jī)伸縮溜筒下部直徑為1 150 mm，根據(jù)客戶提供的資料，罐裝船進(jìn)料口直徑為440 mm，尺寸相差太大，無法在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

3 改造方案比選

目前，應(yīng)用較廣泛的密封輸送設(shè)備主要有用于水平輸送或小角度輸送的空氣輸送斜槽、水平螺旋輸送機(jī)等，以及用于大角度或垂直輸送的垂直螺旋輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、氣力輸送機(jī)等。若采用氣力輸送機(jī)方案，現(xiàn)有裝船機(jī)將不能利用，需重新制造安裝氣力輸送機(jī)，且需要在躉船上新建分離器，躉船需要設(shè)計、改造、檢驗，改造成本大。因此，本改造方案不考慮氣力輸送機(jī)方案。

由于需滿足3 000 t船水面以上6 m的高度要求，受到后方來料點高度的限制，僅采用水平輸送或小角度輸送不能滿足需求。為此，必須利用提升設(shè)備，先將物料提升到一定高度，再采用水平或微傾斜輸送，以滿足裝船高度要求。

空氣輸送斜槽適用于流化性能較好的物料[1]，符合微粉的物料特性。根據(jù)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)用空氣輸送斜槽》(JC/T820-2012)，XZ-500、XZ-630等型號的空氣斜槽，在傾斜角度6°時，輸送能力達(dá)到或超過300 t/h[2]，滿足改造的效率需求。且空氣輸送斜槽具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低、維修方便等優(yōu)點，改造方案中優(yōu)先選用空氣輸送斜槽。在滿足改造需求的前提下，為了降低改造成本，優(yōu)先考慮利用現(xiàn)有裝船機(jī)進(jìn)行改造，受現(xiàn)有裝船機(jī)結(jié)構(gòu)空間位置的限制，要求提升設(shè)備占用的空間位置小，因此，提升設(shè)備在斗式提升機(jī)和垂直螺旋輸送機(jī)中選擇。

3.1 空氣輸送斜槽和斗式提升機(jī)方案

此方案(見圖2)的裝船流程為：后方輸送機(jī)-斗式提升機(jī)-空氣斜槽-伸縮溜筒-船，在伸縮溜筒上方及來料漏斗處設(shè)置收塵點。優(yōu)點是利用原有裝船機(jī)結(jié)構(gòu)，改造成本相對較低；斗式提升機(jī)適用于垂直提升塊狀、粒狀及粉狀等松散物料[3]，符合微粉的物料特性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、可靠性高、能耗低等優(yōu)點?？諝庑辈鄄贾迷诒奂苌戏?，伸縮溜筒可以縮回到臂架內(nèi)部，臂架底部離水面的高度可達(dá)6 020 mm，滿足3 000 t船的高度要求。缺點是除塵器安裝高度提高，承受的風(fēng)載加大；斗式提升機(jī)需要的安裝空間較大，需要縮短引橋皮帶機(jī)頭部滾筒、漏斗、平臺及欄桿等；斗式提升機(jī)重量較大，現(xiàn)有裝船機(jī)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承等的受力需要驗算。

1.伸縮溜筒 2.空氣斜槽 3.除塵管路 4.除塵系統(tǒng) 5.除塵管路 6.斗式提升機(jī) 7.引橋膠帶機(jī)

斗式提升機(jī)主要由牽引構(gòu)件、承載構(gòu)件(料斗)、驅(qū)動裝置、張緊裝置、上下滾筒或鏈輪、機(jī)架與罩殼等組成[1]。根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《垂直斗式提升機(jī)》(JB/T3926-2014)，斗式提升機(jī)的安裝技術(shù)要求中對機(jī)殼的垂直度和扭曲度(見圖3)要求較高，應(yīng)符合表1的規(guī)定[3]，所以斗式提升機(jī)一般安裝在混凝土基礎(chǔ)上。

表1 提升機(jī)機(jī)殼的垂直度和扭曲度

圖3 提升機(jī)機(jī)殼的垂直度和扭曲度

該方案中斗式提升機(jī)是安裝在躉船上，根據(jù)本工藝方案，H=6 000 mm。因躉船受到風(fēng)浪的作用晃動頻繁，由該躉船的完整穩(wěn)性計算書可知，其極限靜傾角約為6°，所以︱A1-A2︱=6 000×sin6°=600 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5 mm，不符合斗式提升機(jī)的安裝技術(shù)要求。

3.2 空氣輸送斜槽和垂直螺旋輸送機(jī)方案

此方案(見圖4)的裝船流程為：后方輸送機(jī)-螺旋提升機(jī)-空氣斜槽-伸縮溜筒-船，在伸縮溜筒上方及來料漏斗處設(shè)置收塵點。垂直螺旋輸送機(jī)由驅(qū)動裝置、螺旋體及上下支承、螺旋外管、進(jìn)料管等組成,適用于輸送各種粉狀、粒狀、小塊狀物料，符合微粉的物料特性。根據(jù)設(shè)計資料，螺旋直徑?400 mm，螺旋體轉(zhuǎn)速420 r/min，輸送能力達(dá)到或超過300 t/h，滿足改造的效率需求。垂直螺旋提升機(jī)的優(yōu)點是體積小、重量輕，占用空間位置小，維修方便，任意角度均能輸送物料，躉船的晃動對垂直螺旋提升機(jī)的工作無影響；缺點是垂直螺旋提升機(jī)是近幾年發(fā)展起來的新機(jī)型，還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)系列，能耗比斗式提升機(jī)大。但隨著環(huán)保要求的不斷提高，垂直螺旋輸送機(jī)的制造廠家及用戶越來越多，其應(yīng)用已逐漸成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。

1.伸縮溜筒 2.空氣斜槽 3.除塵管路 4.除塵系統(tǒng) 5.除塵管路 6.螺旋提升機(jī) 7.引橋皮帶機(jī)

根據(jù)上述分析，從改造技術(shù)方案的可行性、新技術(shù)的推廣應(yīng)用、改造投入、使用期運行成本及維修的方便性等多方面綜合考慮，此項目采用空氣輸送斜槽和垂直螺旋輸送機(jī)方案。

4 改造方案的實施

4.1 機(jī)械部分

該裝船機(jī)的機(jī)械部分改造項目和步驟如下：

(1)原裝船機(jī)內(nèi)部膠帶機(jī)整體拆除，原伸縮筒拆除。

(2)操作俯仰機(jī)構(gòu)，使臂架處于水平位置，安裝臂架與門架之間的拉桿；確認(rèn)安全后，拆除原臂架俯仰機(jī)構(gòu)。

(3)除塵系統(tǒng)移位安裝：除塵系統(tǒng)移至靠近門架處，留出尾部空間用于安裝螺旋提升機(jī)；同時加高支腿，使卸灰閥出灰口能進(jìn)入空氣斜槽；風(fēng)機(jī)移至臂架上部。

(4)安裝垂直螺旋提升機(jī)。

(5)安裝空氣斜槽及斜槽風(fēng)機(jī)。

(6)安裝伸縮溜筒(含散裝頭、罐裝頭)及其卷揚機(jī)構(gòu)。

(7)改造引橋膠帶機(jī)頭部漏斗。

(8)安裝除塵器風(fēng)管，引橋膠帶機(jī)漏斗上方頭部和伸縮溜筒上方各設(shè)置一處收塵點。

(9)安裝螺旋提升機(jī)螺旋體下定位芯軸集中潤滑系統(tǒng)及整機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

(10)安裝平臺、欄桿。

4.2 控制部分

改造后的裝船機(jī)利用PLC控制，利用PLC的CPU模塊、輸入輸出模塊等，通過檢測輸入信號的變化，根據(jù)編制的內(nèi)部邏輯程序，產(chǎn)生輸出信號，從而對裝船機(jī)啟動、停止、過載、過流、聲光報警等信號進(jìn)行監(jiān)控，實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，達(dá)到系統(tǒng)監(jiān)測及集中控制的要求。

在控制系統(tǒng)中設(shè)計多機(jī)構(gòu)聯(lián)動控制和單機(jī)構(gòu)單動控制、聯(lián)鎖和手動控制等多種控制方式，各方式之間能靈活、可靠、方便的切換，便于排除故障及檢修時操作。

配置觸摸屏人機(jī)交互系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的信息處理能力，設(shè)備運行參數(shù)、報警信息、故障記錄等數(shù)據(jù)自動顯示、保存，供信息系統(tǒng)隨時調(diào)用。具有全中文顯示、實時警報監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄以及故障自診斷記錄功能，可以通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障自診斷、傳輸故障點，并發(fā)出警報。

5 結(jié)語

該項目于2019年6月實施完成，取得了實用新型專利證書(ZL 2019 2 0800194.1)，可適應(yīng)3 000 t散裝船、1 450 t罐裝船的裝船需求。連續(xù)運行1年完成微粉裝船60萬t，設(shè)備運行穩(wěn)定，長期運行后無微粉粉塵飄落，滿足環(huán)保要求，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為傳統(tǒng)的皮帶機(jī)裝船機(jī)環(huán)保升級改造提供參考。