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干散货码头分析：探索机遇
摘要：
过去十年来，全球经济发展对干散货市场的供求趋势的影响越来越大。 这种增长影响了航运，干散货装卸，散装码头业务和陆地运输业。 因此，必须提高散货装卸码头的能力，另一方面，需要加强关于散货码头的环境法规和污染增加的讨论。
本文的目的是指出在不久的将来要解决的几个问题。它可以对散装材料的装卸，储存和加工设施的差异和相似之处进行概述和分析，提出解决办法。
该分析将用于在代尔夫特理工大学海运与陆运技术部门设立研究项目，以进一步调查改进散装材料颗粒固体及其物流的储存和运输设备的机会和挑战。
关键词：设计、干散货、环境、维护、储存、码头
1介绍
干散货码头是水路运输和陆路运输联合系统，由不同的子系统组成，能够根据地点、时间、人员和方式分配职能。海路运输船难以渗透到内陆的生产者或用户的市场。因此，码头对于在海运船舶和内陆运输工具之间转运货物是必要的。港口中干散货码头的主要功能是收到由松散干燥物料组成的货物流。货物不是在散货码头装载上船就是从运输船上卸载下来。它形成了整个海外与国内的供应商与产品用户之间的联系。散货商品的特性决定了运输设备的主要装卸方式，有可能是连续或不连续的。存储系统根据散货商品的储存要求决定开放式储存或者封闭式储存。例如，煤和铁矿石的降解性很低，允许露天储存。然而，环境因素对码头布局、存储设施的选择和物料装卸方式的影响也日益增加。
由于例如装卸散装材料的预期需求，德国关闭矿井和内陆运输模式的变化是几家公司升级或更新其散货码头的激励措施。本文的目的是指出以散货码头为研究对象的项目的目标，即建设环保、高效的散货码头。本文中将会讨论环境问题，码头物流、布局和设计以及维修问题和设备问题。
2一般干散货码头
干散货通常分为“大宗散装固体材料”和“小宗固体材料”两大类。大宗的散装固体材料包括煤、铁矿石、谷物、铝土矿/氧化铝和磷酸盐岩。
干散货的吞吐量在过去几十年中大幅增长。 世界各地的干散货物流的发展情况如下：
表1 全世界干散货吞吐量[1,2]
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年份 |
吞吐量[百万吨] |
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1978 |
850 |
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1985 |
1200 |
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1997 |
1945 |
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2005 |
2590 |
干散货吞吐量的增长意味着不得不建造新的装卸设施，或者必须扩大现有的设施规模。这就意味着，完成海外和陆上运输链（海港码头）之间联系的整个转运系统也不得不扩大或调整。子系统之间能够高效连接以及有应对不断变化的供应和需求关系的灵活性的码头才是一个设计较好的散货码头。
一个码头同时存在进口系统、仓库系统和出口系统。进口系统可以是散货船在进口码头的情况下的靠海侧，也可以是在出口码头的情况下火车运送矿石的靠陆地侧。在进口码头中，散货船可以通过抓斗或连续的卸船机卸载货物。然后将该货物送入进料带式输送机的沙坑中。带式输送机系统将散货输送到将材料堆叠在堆场上的堆料机。在出口码头中，一般使用卸车机卸载货运火车或使用自卸式货车。材料被堆在通过振动进料器或带式进料器卸载的沙坑中。这些进料器输送物料至料仓输送系统。出口系统由取料机供料，取料机机从仓库取物料，并将其再次送入带式输送机系统。在进口码头中，可以使用列车出站，卡车或驳船在火车车厢内出货。在出口码头中，船舶装载机用于装载散货船。仓库系统主要用于将入口侧与出口侧分离。只有在入口和出口可以物流耦合时才有可能出现无仓库系统的散货码头。
3勒阿弗尔-汉堡地区干散货码头分析
对于勒阿弗尔地区-汉堡地区的干散货进口码头这一分析，是基于互联网上有关港务局的信息进行分析的。分析的重点是装卸最第一大和第二大干散货商品，煤和铁矿石的散货码头。这些码头的大致吞吐量如图1所示，鹿特丹港在过去20年的吞吐量如图2所示。
图1 2005年汉堡-勒阿弗尔地区煤和铁矿石的产量[3]
图2 鹿特丹港干散货吞吐量[3]
勒阿弗尔-汉堡地区的散货码头几乎没有为煤矿和铁矿石提供储存服务。对于其他散货如矿物和谷物，可以使用封闭式储存设施，但也需要根据通过物料的特性来使用，例如，物料的降解性。
3.1装卸
卸载海上船舶主要是使用抓斗卸船机完成的。2003年，欧洲转运的第一台连续卸船机（铲斗式卸船机）已安装在鹿特丹港的EECV，由CoalTrans发布[4]。 抓斗与几种不同类型的起重机一起使用：龙门起重机，移动式起重机和浮式起重机。此外，花岗岩进口有限公司拥有自卸式船舶，装卸量为4000吨/小时。大多数码头使用门架起重机，起重量在16至60吨之间，每小时可装卸500至2300吨。陆域装卸能力高达每小时11,000吨，使用大量不同的设备，如连续装船机（图4）、浮式起重机、前装载机、火车或卡车装载站和输送带系统。
图3 直接装载驳船
图4 装船机
与龙门起重机相比，使用移动式起重机和浮式起重机提供更多的灵活性，但排放能力较低。使用浮式起重机提供了甲板到甲板转运的可能性（图3），因此减少了泊位占用。
Betuwelijn是从鹿特丹港到德国内陆的货运铁路，它激励了几家公司在码头设置火车装载站。
3.2储存
散货码头煤炭和铁矿石的储存设施主要是海港环境中大面积的露天储存场地。有小部分码头的地理位置更接近城市地区，开放式的堆场产生的灰尘和噪音污染是有害的。开放式存储设施相对来说比较便宜，因为不需要对建筑物的投资，并且可以将货品储存在大堆中。然而，为了避免由于开放式存储造成的污染和环境问题，需要额外的成本加强环境保护措施（图5）。
图5 散货码头的环境保护措施
表2给出了汉堡-勒阿弗尔地区只有装卸煤和铁矿石业务的码头的开放式存储区域的估计。
表2 煤炭和铁矿石开放式存储区域
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港口 |
煤炭和铁矿石的开放式存储区域面积[m2] |
煤炭和铁矿石的封闭式存储区域面积 [m3] |
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阿姆斯特丹港 |
600.000 |
– |
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安特卫普港 |
900.000 |
– |
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敦刻尔克港 |
260.000 |
– |
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汉堡港 |
350.000 |
– |
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勒阿弗尔港 |
350.000 |
– |
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鹿特丹港 |
2.300.000 |
– |
显然，提供封闭式存储的激励措施不够有力度，不足以说服散货码头使用封闭时式存储。使用封闭式存储器由于缺乏灵活性和缺乏存储、处装卸力而受到影响。另一方面，越来越多的发电厂使用封闭的储存设施来存储煤炭。台湾的麦寮港已经安装了10个圆形储料罐用于煤炭储存，每个储料罐的储存能力为18万吨。
除了卸船机以外，整个系统都是封闭的，导致了清洁的环境。在德国和美国使用欧罗赛洛型巨型筒仓，就是发电厂封闭式煤炭储存需求的一个例子。图6展示了用于储存肥料的四个圆顶系统。
图6 俄罗斯的化肥装卸码头
将企业的激励措施与市场的可能性联系起来很有趣。是否可能使用满足装卸能力和存储容量及其灵活性要求的封闭式系统？封闭式仓储是一项高投入，另一方面又防止了增加成本的环境保护措施。土地利用能否更有效率？（地方）当局的鼓励是为了说服公司走向建设清洁型码头。
3.3码头布局
干散货码头的总体布局非常多样。 其中一些码头布置良好，其他码头布局相当混乱。一个重要的原因是一些码头设计是从零开始，而其他码头则在时间上扩展，并且可能没有优化码头布局的这一选项。就码头设计而言，一些问题很重要：总体布局、规模、设施、路线和平衡的选择、仓库管理理念和维护管理。
图7展示了干散货码头布局的典型例子，铁矿石出口码头。码头的规模大小取决于其使用，吞吐能力，装卸的货品数量和运营商的经营理念。如果码头纯粹作为出口或进口码头使用，则存储货物的堆场的平均尺寸约为年吞吐量的10％。 然而，如果码头用于存储例如在发电站中使用的煤，则该尺寸主要与电站的一定数量的运行天数所需的吨数的安全裕度有关。典型的数字是两周的安全库存。 在行业中显而易见的一个趋势是使用码头旁路系统，绕过存储系统，增加码头容量，而不必增加存储系统面积。
图7 南非萨尔丹尼亚湾铁矿石出口码头
干散货码头上使用的典型设备有抓斗式起重机、连续装船机、翻车机、皮带输送机、堆料机、取料机、堆取料机和船舶装载机。使用组合式堆取料机，还是单独的堆料机和单独的取料机是需要做出的一个重要选择。使用分开的系统的优点是码头入口侧与出口侧完全分离。这也意味着可以将堆料或取料能力用于其额定工作效率。在使用组合式堆取料机的情况下，平均取料能力以及堆料能力约为其额定工作能力的50％，这是由于设备使用50％的时间用于堆料，另外50％用于取料， 假设平衡操作，一般来说，码头设备的平均工作能力（以总吞吐量除以总运行时间）为很少超过50％。
码头平面布置，特别是带式输送机系统的布局确定了从入口系统到出口系统的路线数量，以及平衡系统中不同部分的效用的选项。码头应设计成有足够的方式从码头的一侧到另一侧。在某些情况下，这意味着可以使用可逆式皮带输送机进行双向运输。在其他情况下，这意味着两个组合式堆取料机在一条线中被使用以具有100％的多余工作能力，以确保在一个系统故障的情况下始终可以堆取材料。
库场管理理念取决于码头是基于拉式发料还是推式发料系统的问题。拉式发料系统意味着码头客户端请求要加载的货物。向电厂提供煤的码头就是这样一个例子。电站将物料从码头“拉”到系统中。推式发料系统是供应商交付物料的码头，请求装卸。码头有时不能控制什么样的材料在什么时候交付。一个例子可以是一个出口码头，矿山从矿井运送物料到火车站。这些列车是预约的，但码头无法控制列车数量或者到达时间。
最后，维护管理在最大化码头的使用设备的实用性方面非常重要。如前所述，码头设备的平均工作能力很少超过50％。第3.5节进一步讨论了维护管理。未来与码头布局相关的研究包括码头布局与码头设备平均工作效率关系的物流研究，以及与码头入口，库场和出口系统的运行可用性相关的码头维护管理关系的研究。
3.4环境问题
鹿特丹港务局已经启动了2020年的计划，其目的是为了建设一个更清洁的港口。这意味着：噪音较小，水质更好，空气质量更好，而且在欧洲港口的环境措施和保存方面也是平等的。这不仅是为了更好的生活环境，也是加强竞争地位。
监管问题不仅仅在欧洲层面出现。例如，在荷兰，根据省份，航道类型，位置等方面的不同，保护政策有所不同。这一现象促使物料装卸公司（散货码头和装卸工）开始与代尔夫特理工大学、鹿特丹港和政府开展研究项目，调查船舶卸货和装载期间防止污染物漏出的措施的有效性。
为了拥有清洁的环境不应成为采取环境保护措施的唯一原因。例如噪音污染越来越严重，因为随着土地的稀缺，城市化进程越来越接近港口。另一方面，从人事角度来看，保护工作人员也是相当重要的。具有可移动部件的系统和子系统存在的机械操作可能是嘈杂的，特别是当设备老化时。
噪音污染在不久的将来会起非常重要的作用。例如，鹿特丹市在欧盟有关噪声污染的规定方面遇到问题，暂时停止甚至取消了计划的建设项目。
图8 装载开车时的灰尘云
除了在水、空气、土地质量等方面，尘埃造成了环境问题，而且对工作环境中的人们也是一种危害（图8）。邻近的工业也会受到灰尘的滋扰。除此之外，灰尘还是造成散货码头设备高维护成本的原因之一。
3.5维护
目前越来越多的公司外包维护，试图平衡预算并减少长期工作人员的数量。此外，在干散货码头中，维护在许多情况下是外包的，尽管在某些码头，可以看到码头接管维护工作，尝试增加码头设备的平均工作效率的逆向发展。然而，外包维护只有在接管维护的公司使用训练有素且经验丰富的人员在相当长的时间内保持特定工作的情况下才有效。不幸的是，现实是不同的，许多公司没有经验，对于外包公司进行的维护工作一知半解。
一般来说，码头设备的维护可以分为总体系统的检查或状态监控，组件的更换和/或维修（简称维修）。外包维护所遇到的大多数问题都与系统的检查或状态监控有关。设备的有时移动部件的状态并不是微不足道的。同样的，有经验的维护人员应定期对其进行检查。
为了克服外部维护人员缺乏经验而造成的操作问题，码头设备的检查可以自动化。以这种
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