輪胎吊高架滑觸線供電方式油改電在集裝箱港區的應用

【發布時間:2017/3/30 17:28:23】

1、前言
  近年來,上海港集裝箱吞吐量增長迅速。集裝箱碼頭堆場裝卸采用輪胎式集裝箱起重機(簡稱RTG)作業,依賴自身配置的柴油發電機組供電,不但效率低、能耗大,且隨著國際原油市場的動蕩及燃油價格的不斷上揚,RTG的運行成本不斷攀升。同時RTG柴油機組供電方式存在維護量大,運行中廢氣排放高、噪音大等缺點,與環保要求有很大的出入。國家在“十一五”規劃中明確提出節能降耗和污染減排的目標,因此對傳統RTG進行節能改造具有非常重要的戰略意義。


  目前傳統RTG節能措施主要有兩大類,一是對輪胎吊原有柴油發電機組進行改造和優化,從而降低能源消耗;二是采用市電取代柴油發電機組供電,簡稱“輪胎吊油改電”。由于采用市電供電,RTG除轉場作業外,柴油發電機組被徹底取代,可以大幅降低RTG運行成本和能耗成本,是一種非常徹底的節能方法。因此本文著重對輪胎吊油改電方案在集裝箱港區堆場的應用進行研究。
2、輪胎吊油改電供電方案
  就目前輪胎吊油改電方案而言,主要區別在于供電方式不同。主要有電纜卷盤供電、低架滑觸線供電和高架滑觸線供電三種方式。


2.1電纜卷盤供電方案
  電纜卷盤供電方式的供電系統由電纜卷盤、控制系統、電纜溝、電纜快速插頭、地面接線箱等共同組成。當RTG沿堆場跑道行走時,由電纜卷盤的控制系統根據RTG行走時上機電纜的張力,通過變頻控制來調節電纜卷盤的收放,使之與RTG的行走速度相匹配,以保證上機電纜的安全。上機電纜經導纜架引導進入電纜溝,電纜端部通過快速插頭與地面接線箱連接獲得市電。


2.2低架滑觸線供電方案
  低架滑觸線供電方式的供電系統由滑觸線饋電裝置、集電小車及柔性牽引連接裝置、上機電纜快速連接裝置等共同組成。采用鋼體滑觸線作為RTG供電的導體。一般架設高度為2~3米,每隔3米左右必須有一個電桿作為支撐。

2.3高架滑觸線供電方案
  高架滑觸線供電方式的供電系統由滑觸線饋電系統、RTG取電裝置等組成。以電車銅滑觸線作為載流導體架設在RTG頂上。一般架設高度在25米以上,塔架間隔距離約為150米。


3、高架滑觸線供電方式油改電在滬東集裝箱碼頭的應用
3.1公司情況
  上海滬東集裝箱碼頭有限公司是上海國際港務(集團)股份有限公司與著名的跨國企業埃彼穆勒-馬士基集團旗下的碼頭公司在中國上海共同組建的合資公司,管理經營上海港外高橋港區四期集裝箱碼頭。
  自2003年公司成立以來,集裝箱吞吐量逐年增長,公司能耗成本特別是油耗成本隨之成倍增長。同時大量的能源消耗也與國家在“十一五”規劃中明確提出節能降耗和污染減排的目標相違背。因此節能減排工作成為我公司目前重要工作之一。 window.google_render_ad();
3.2油改電方案選擇
  滬東公司近幾年集裝箱年吞吐量均高達360萬TEU,公司擁有RTG48臺,堆場面積78萬平方米,堆場使用率高達75%。RTG作業時轉場作業和跨箱區作業十分頻繁。公司根據以上實際情況,經過專家評審最終選擇了高架滑觸線供電方案。此方案具有以下特點:
  (1)架設高度在25米以上,超過RTG和其他碼頭移動設備的高度,對港口設備沒有妨礙,可避免由于碰撞造成的損失。
  (2)RTG司機無需改變操作習慣.可操作性很好,安全性也強。
  (3)在直線箱區間移動自由,保證了絕大部分RTG轉場機動性的要求,因此,可以結合其他簡單方法,徹底讓RTG從柴油發電機中解放出來,并省去相當大的柴油機維護成本。
  (4)RTG切換供電時,由于電源開關的安全距離達2米,所以系統安全性很高。
  (5)高架滑觸線的架線依靠高桿塔架來完成,塔高為34.2米,間隔為150米左右,因此,可選擇合適的空間來安裝,保證不影響運行,沒有碰撞危險。
  (6)設備使用壽命很長,主要部件在30~50年以上。維護成本低。
  (7)系統供電效率高,綜合經濟性很好。
  (8)采用市電供電的RTG,達到了很好的降耗減排的目的。
  (9)雖然堆場改造成本相對較高,但考慮到壽命、效率、維護和省略柴油發電機,綜合經濟性相當優越。
  (10)該方法不僅適用于老堆場,對于新堆場,由于高空滑觸線方式還保留了轉場的機動性,所以它在機動性方面比RTG有優勢,這是它目前被新建碼頭看中的重要原因。


3.3滬東公司高架滑觸線供電方式油改電的應用
3.3.1項目范圍及主要內容
  我公司已經完成4條RTG作業線改造工作,每條作業線長度為1160米;每條線架設塔架9座,其中中間塔7座,端塔2座。塔架間距為143.6米,高度為34.5米。每條線架設避雷索2根、承重鎖4根、銅滑線8根。改造輪胎吊32臺。 window.google_render_ad();
3.3.2項目設計概況
①項目設計指導思想
  輪胎吊工作時,架空滑觸線應保持平直,平即滑觸線與地面道路應保持平行,直即要求在最大八級橫風作用下,滑觸線風致擺動單側最大值不應超過l米。改造后的輪胎吊要求滑觸線距地面高度24米。根據工藝要求并結合場地條件,本工程采用了塔索組合結構作為電線的支撐結構:在場地內每間隔146.3米設置高度為34.5米鋼結構塔架,并在塔架之間張拉承重鋼索,由承重鋼索及調節掛索將懸掛的滑觸電線調節至設計標高并使之平直(每側箱區設兩根承重索及四根滑觸線,兩側箱區對稱設置)。塔架分中間塔及端塔,中間塔為承重鋼索及滑觸線提供豎向支撐,端塔為承重鋼索提供錨固點。在平行于承重鋼索的上部5米處設置避雷索(每側箱區設一根)。由于工程地址在港口集裝箱集中堆放區,對塔架占地的范圍有一定的限制,本設計決定采用抗彎性能較好的鋼結構空間桁架式的塔架結構,同時桁架主材采用鋼管,這樣既減小了作用在結構上的風荷載又提高材料的使用效率。塔架橫截面為邊寬1.5米正方形,主體結構沿高度方向等寬度,通過桁架弦桿截面積的變化達到結構豎向剛度變化的效果(與結構上外荷載產生的彎矩變化趨勢一致)。塔架橫擔在滑觸線連接點處設計成滑動或活動構造,以保證銅質滑觸線在外界溫度變化下的自由伸縮。考慮到安全因素及不影響場內交通,為滑觸線在端塔處的張拉配重專門設置了轉換桁架、滑輪組及活動鋼梁,在滿足工藝操作的前提下成功地將配重塊置于塔架邊的安全區域。


②塔架基礎設計
  本工程于港口地質條件較差,地基土的承載力和側向土抗力都較低,而集裝箱堆放區不適宜采用大開挖基礎, 采用混凝土預制方樁,其樁的單位面積承載力高;樁身質量易于保證和檢查;樁身混凝土的密度大,抗腐蝕性能強,施工工效高。
  經計算采用400X400預制方樁,樁長32米,樁持力層為5-2-2層粉細砂夾粉質粘土。單樁豎向抗壓承載力設計值為800KN,單樁豎向抗拔承載力設計值為450KN。承臺基礎埋深為自然地坪下2.1米。


③鋼結構設計
  本工程項目由于港口碼頭場地可立塔的位置有限,所以采用窄基鋼管塔。結構主體為正方形鋼結構桁架,現場采用承壓型高強螺栓拼裝,鋼結構與基礎的連接采用預埋地錨螺栓。中間塔設計重量約18噸,端塔設計重量約28噸。所有外露鋼構件均需作熱浸鋅防腐處理,鍍鋅厚度不低于86UM。


④高空滑觸線系統的設計
  雙溝銅滑線具有運行可靠、壓降小、造價低、通用性強等多種優點。用電線桿將雙溝銅滑線架設在24m高空中,重量由鋼索支撐,保證其水平雙溝銅滑線固定在絕緣瓷瓶吊鏈上,幾根銅滑線水平放置,間距在400mm左右,銅滑線端部采用滑輪或者加以配重以保證銅滑線能夠安全可靠地處于水平張緊狀態,保證輪胎吊的可靠供電。本次使用的雙溝銅滑線是截面積為185平方毫米的銅滑線。


⑤避雷系統設計
  線路防雷采用避雷索作為接閃器,利用塔身作為引下線,接地裝置利用建筑物基礎,內鋼筋及基礎槽外敷設的人工接地體,塔身與基礎避雷帶螺栓連接,基地裝置的接地電阻≤4.0Ω。


⑥RTG設備改造
  RTG上采用一套集電器(每套四根)保證RTG的可靠供電,裝有雙電源切換開關,可以使得RTG的供電方式能夠在柴油機電源和滑觸線電源兩種方式中任意切換。滑觸線集電器的水平擺動范圍保證在1000mm,保證在八級以下大風干擾和RTG適當跑偏的情況下也能夠正常供電。滑觸線集電器的安裝高度以集電器受電碳刷高度計算,確定為24米。


⑦供電系統設計
  本項目電源由港區35KV總變引出2路10KV進線電源,接至港區新增高壓配電站,再由高壓配電站降壓至0.45KV后每條作業線的箱式變電站。每條作業線布置2臺箱式變壓站,可提供8臺RTG正常使用。


3.3.3項目實施情況
  本工程由同濟大學建筑設計研究院設計,上海海得控制系統股份有限公司提供技術支持,上海遠東水運工程建設監理咨詢公司監理,上海港務工程公司承建。在各方努力下,克服了工期緊、施工條件差等困難,工程歷時5個月按照上港集團節點要求于2008年6月30日全面完工。


3.3.4項目主要難點
①公司生產作業繁忙,改造工程對日常生產帶來較大影響,必需與公司作業部門加強溝通、協調,同時做好現場安全維護工作,以防人員及設備發生安全事故。
②本工程鋼結構采用鋼管桁架結構,相貫線放樣以及手工焊接工作量大,加工質量和進度控制難度較大。建議設計可以加以改善和優化。
③本工程為創新項目,在今后使用中應不斷積累經驗,制定操作流程。同時應對碳刷等易耗件加強檢查,制定詳細的維護保養計劃,確保系統正常運行。


3.3.5運行效益分析
  本項目截至2008年7月底已投入試運行一個月,總計完成集裝箱操作量為19萬TEU。經過統計分析,項目取得了預期的效果。
①社會效益
  通過對能源消耗分析,折合成標準煤,采用柴油發電機單耗為0.976公斤/TEU,采用滑觸線供電方式為0.525公斤/TEU,用電比柴油在能耗上節省了46%。
  輪胎吊省去柴油發動機后,可以杜絕廢氣排放,降低設備運行噪聲,防止對環境的污染。
②經濟效益
  經分析輪胎吊采用柴油發電機成本為4.74元/TEU;采用滑觸線供電方式成本為1.00元/TEU。用電比柴油在成本上可節約79%,按每臺RTG年作業箱量12萬TEU計算,年消耗燃油費56.88萬元計算,消耗電費12萬元,每臺一年可節約45萬元,按32臺RTG配置計算,一年節約運行成本1440萬元人民幣,按本項目總投資額5500萬元計算(包括設備改造),投資回收期為3.8年。


4、結束語
  節能降耗工作不僅影響企業自身利益,對解決整個國家乃至全球的能源和環境問題也起到至關重要的作用,具有非常深遠的意義。滬東公司輪胎吊高架油改電項目在實施過程中得到了上海國際港務集團股份有限公司的大力支持和幫助,同時我公司將在集團領導下一如既往的開展節能降耗工作,為節約能源和改善環境做出努力。


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