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(jī)（簡稱RTG）作業(yè)，依賴自身配置的柴油發(fā)電機(jī)組供電，不但效率低、能耗大，且隨著國際原油市場的動(dòng)蕩及燃油價(jià)格的不斷上揚(yáng)，RTG的運(yùn)行成本不斷攀升。同時(shí)RTG柴油機(jī)組供電方式存在維護(hù)量大，運(yùn)行中廢氣排放高、噪音大等缺點(diǎn)，與環(huán)保要求有很大的出入。國家在“十一五”規(guī)劃中明確提出節(jié)能降耗和污染減排的目標(biāo)，因此對傳統(tǒng)RTG進(jìn)行節(jié)能改造具有非常重要的戰(zhàn)略意義。
目前傳統(tǒng)RTG節(jié)能措施主要有兩大類，一是對輪胎吊原有柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造和優(yōu)化，從而降低能源消耗；二是采用市電取代柴油發(fā)電機(jī)組供電，簡稱“輪胎吊油改電”。由于采用市電供電，RTG除轉(zhuǎn)場作業(yè)外，柴油發(fā)電機(jī)組被徹底取代，可以大幅降低RTG運(yùn)行成本和能耗成本，是一種非常徹底的節(jié)能方法。因此本文著重對輪胎吊油改電方案在集裝箱港區(qū)堆場的應(yīng)用進(jìn)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(qū)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(tǒng)由電纜卷盤、控制系統(tǒng)、電纜溝、電纜快速插頭、地面接線箱等共同組成。當(dāng)RTG沿堆場跑道行走時(shí)，由電纜卷盤的控制系統(tǒng)根據(jù)RTG行走時(shí)上機(jī)電纜的張力，通過變頻控制來調(diào)節(jié)電纜卷盤的收放，使之與RTG的行走速度相匹配，以保證上機(jī)電纜的安全。上機(jī)電纜經(jīng)導(dǎo)纜架引導(dǎo)進(jìn)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低架安全滑觸線供電方案
低架滑觸線供電方式的供電系統(tǒng)由滑觸線饋電裝置、集電小車及柔性牽引連接裝置、上機(jī)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(dǎo)體。一般架設(shè)高度為2~3米，每隔3米左右必須有一個(gè)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(tǒng)由滑觸線饋電系統(tǒng)、RTG取電裝置等組成。以電車銅滑觸線作為載流導(dǎo)體架設(shè)在RTG頂上。一般架設(shè)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(yīng)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(wù)（集團(tuán)）股份有限公司與著名的跨國企業(yè)埃彼穆勒-馬士基集團(tuán)旗下的碼頭公司在中國上海共同組建的合資公司，管理經(jīng)營上海港外高橋港區(qū)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(shí)大量的能源消耗也與國家在“十一五”規(guī)劃中明確提出節(jié)能降耗和污染減排的目標(biāo)相違背。因此節(jié)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(dá)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(dá)75%。RTG作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)場作業(yè)和跨箱區(qū)作業(yè)十分頻繁。公司根據(jù)以上實(shí)際情況，經(jīng)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(diǎn)：
(1)架設(shè)高度在25米以上，超過RTG和其他碼頭移動(dòng)設(shè)備的高度，對港口設(shè)備沒有妨礙，可避免由于碰撞造成的損失。
(2)RTG司機(jī)無需改變操作習(xí)慣．可操作性很好，安全性也強(qiáng)。
(3)在直線箱區(qū)間移動(dòng)自由，保證了絕大部分RTG轉(zhuǎn)場機(jī)動(dòng)性的要求，因此，可以結(jié)合其他簡單方法，徹底讓RTG從柴油發(fā)電機(jī)中解放出來，并省去相當(dāng)大的柴油機(jī)維護(hù)成本。
(4)RTG切換供電時(shí)，由于電源開關(guān)的安全距離達(dá)2米，所以系統(tǒng)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(yùn)行，沒有碰撞危險(xiǎn)。
(6)設(shè)備使用壽命很長，主要部件在30～50年以上。維護(hù)成本低。
(7)系統(tǒng)供電效率高，綜合經(jīng)濟(jì)性很好。
(8)采用市電供電的RTG，達(dá)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(hù)和省略柴油發(fā)電機(jī)，綜合經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)優(yōu)越。
(10)該方法不僅適用于老堆場，對于新堆場，由于高空安全滑觸線方式還保留了轉(zhuǎn)場的機(jī)動(dòng)性，所以它在機(jī)動(dòng)性方面比RTG有優(yōu)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(yīng)用
3.3.1項(xiàng)目范圍及主要內(nèi)容
我公司已經(jīng)完成4條RTG作業(yè)線改造工作，每條作業(yè)線長度為1160米；每條線架設(shè)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(shè)避雷索2根、承重鎖4根、銅滑線8根。改造輪胎吊32臺。
3.3.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)概況
①項(xiàng)目設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
輪胎吊工作時(shí)，架空滑觸線應(yīng)保持平直，平即滑觸線與地面道路應(yīng)保持平行，直即要求在最大八級橫風(fēng)作用下，滑觸線風(fēng)致擺動(dòng)單側(cè)最大值不應(yīng)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(jù)工藝要求并結(jié)合場地條件，本工程采用了塔索組合結(jié)構(gòu)作為電線的支撐結(jié)構(gòu)：在場地內(nèi)每間隔146.3米設(shè)置高度為34．5米鋼結(jié)構(gòu)塔架，并在塔架之間張拉承重鋼索，由承重鋼索及調(diào)節(jié)掛索將懸掛的滑觸電線調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)標(biāo)高并使之平直(每側(cè)箱區(qū)設(shè)兩根承重索及四根滑觸線，兩側(cè)箱區(qū)對稱設(shè)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(diǎn)。在平行于承重鋼索的上部5米處設(shè)置避雷索(每側(cè)箱區(qū)設(shè)一根)。由于工程地址在港口集裝箱集中堆放區(qū)，對塔架占地的范圍有一定的限制，本設(shè)計(jì)決定采用抗彎性能較好的鋼結(jié)構(gòu)空間桁架式的塔架結(jié)構(gòu)，同時(shí)桁架主材采用鋼管，這樣既減小了作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)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(jié)構(gòu)沿高度方向等寬度，通過桁架弦桿截面積的變化達(dá)到結(jié)構(gòu)豎向剛度變化的效果(與結(jié)構(gòu)上外荷載產(chǎn)生的彎矩變化趨勢一致)。塔架橫擔(dān)在滑觸線連接點(diǎn)處設(shè)計(jì)成滑動(dòng)或活動(dòng)構(gòu)造，以保證銅質(zhì)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(nèi)交通，為滑觸線在端塔處的張拉配重專門設(shè)置了轉(zhuǎn)換桁架、滑輪組及活動(dòng)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(qū)域。
②塔架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
本工程于港口地質(zhì)條件較差，地基土的承載力和側(cè)向土抗力都較低，而集裝箱堆放區(qū)不適宜采用大開挖基礎(chǔ), 采用混凝土預(yù)制方樁，其樁的單位面積承載力高；樁身質(zhì)量易于保證和檢查；樁身混凝土的密度大，抗腐蝕性能強(qiáng)，施工工效高。
經(jīng)計(jì)算采用400400預(yù)制方樁，樁長32米，樁持力層為5-2-2層粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土。單樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)值為800KN，單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值為450KN。承臺基礎(chǔ)埋深為自然地坪下2.1米。
③鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本工程項(xiàng)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(jié)構(gòu)主體為正方形鋼結(jié)構(gòu)桁架，現(xiàn)場采用承壓型高強(qiáng)螺栓拼裝，鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接采用預(yù)埋地錨螺栓。中間塔設(shè)計(jì)重量約18噸，端塔設(shè)計(jì)重量約28噸。所有外露鋼構(gòu)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(tǒng)的設(shè)計(jì)
雙溝銅滑線具有運(yùn)行可靠、壓降小、造價(jià)低、通用性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)。用電線桿將雙溝銅滑線架設(shè)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(tài)，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(tǒng)設(shè)計(jì)
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(chǔ)，內(nèi)鋼筋及基礎(chǔ)槽外敷設(shè)的人工接地體，塔身與基礎(chǔ)避雷帶螺栓連接，基地裝置的接地電阻≤4.0Ω。
⑥RTG設(shè)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(guān)，可以使得RTG的供電方式能夠在柴油機(jī)電源和滑觸線電源兩種方式中任意切換�；|線集電器的水平擺動(dòng)范圍保證在1000mm，保證在八級以下大風(fēng)干擾和RTG適當(dāng)跑偏的情況下也能夠正常供電�；|線集電器的安裝高度以集電器受電碳刷高度計(jì)算，確定為24米。
⑦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目電源由港區(qū)35KV總變引出2路10KV進(jìn)線電源，接至港區(qū)新增高壓配電站，再由高壓配電站降壓至0.45KV后每條作業(yè)線的箱式變電站。每條作業(yè)線布置2臺箱式變壓站，可提供8臺RTG正常使用。
3.3.3項(xiàng)目實(shí)施情況
本工程由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，上海海得控制系統(tǒng)股份有限公司提供技術(shù)支持，上海遠(yuǎn)東水運(yùn)工程建設(shè)監(jiān)理咨詢公司監(jiān)理，上海港務(wù)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(shí)5個(gè)月按照上港集團(tuán)節(jié)點(diǎn)要求于2008年6月30日全面完工。
3.3.4項(xiàng)目主要難點(diǎn)
①公司生產(chǎn)作業(yè)繁忙，改造工程對日常生產(chǎn)帶來較大影響，必需與公司作業(yè)部門加強(qiáng)溝通、協(xié)調(diào)，同時(shí)做好現(xiàn)場安全維護(hù)工作，以防人員及設(shè)備發(fā)生安全事故。
②本工程鋼結(jié)構(gòu)采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)，相貫線放樣以及手工焊接工作量大，加工質(zhì)量和進(jìn)度控制難度較大。建議設(shè)計(jì)可以加以改善和優(yōu)化。
③本工程為創(chuàng)新項(xiàng)目，在今后使用中應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，制定操作流程。同時(shí)應(yīng)對碳刷等易耗件加強(qiáng)檢查，制定詳細(xì)的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。
3.3.5運(yùn)行效益分析
本項(xiàng)目截至2008年7月底已投入試運(yùn)行一個(gè)月，總計(jì)完成集裝箱操作量為19萬TEU。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，項(xiàng)目取得了預(yù)期的效果。
①社會效益
通過對能源消耗分析，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤，采用柴油發(fā)電機(jī)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(jié)省了46%。
輪胎吊省去柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后，可以杜絕廢氣排放，降低設(shè)備運(yùn)行噪聲，防止對環(huán)境的污染。
②經(jīng)濟(jì)效益
經(jīng)分析輪胎吊采用柴油發(fā)電機(jī)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(jié)約79%，按每臺RTG年作業(yè)箱量12萬TEU計(jì)算，年消耗燃油費(fèi)56.88萬元計(jì)算，消耗電費(fèi)12萬元，每臺一年可節(jié)約45萬元，按32臺RTG配置計(jì)算，一年節(jié)約運(yùn)行成本1440萬元人民幣，按本項(xiàng)目總投資額5500萬元計(jì)算（包括設(shè)備改造），投資回收期為3.8年。
4、結(jié)束語
節(jié)能降耗工作不僅影響企業(yè)自身利益，對解決整個(gè)國家乃至全球的能源和環(huán)境問題也起到至關(guān)重要的作用，具有非常深遠(yuǎn)的意義。滬東公司輪胎吊高架油改電項(xiàng)目在實(shí)施過程中得到了上海國際港務(wù)集團(tuán)股份有限公司的大力支持和幫助，同時(shí)我公司將在集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)下一如既往的開展節(jié)能降耗工作，為節(jié)約能源和改善環(huán)境做出努力。
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