Ship Loader: Nó là gì, tàu được chất hàng như thế nào và phân loại

Máy xúc tàu là gì - Chức năng và các thành phần cốt lõi

Máy xúc tàu là một máy xử lý vật liệu được thiết kế nhằm mục đích chuyển chất rắn rời từ cơ sở hạ tầng băng tải và lưu trữ trên đất liền của bến cảng lên tàu với công suất định mức của bến cảng. Máy phải phù hợp với hình dạng của tàu - chiều dài khoang hàng, chiều rộng khoang hàng, kích thước cửa hầm và sự thay đổi của mạn khô tàu (chiều cao boong so với mực nước) khi tàu được chất tải dần dần và chìm xuống thấp hơn - tất cả trong khi vẫn duy trì dòng nguyên liệu liên tục.

Các thành phần cốt lõi của máy xúc tàu xoay tiêu chuẩn là:

Cách xếp hàng lên tàu - Quá trình xếp hàng lên tàu

Xếp hàng lên tàu chở hàng rời là một hoạt động được sắp xếp theo trình tự chính xác nhằm cân bằng sản lượng với độ ổn định của tàu, sức căng kết cấu và thời gian cập cảng. Trình tự chất hàng lên tàu chở hàng rời Capesize chở quặng sắt minh họa quy trình trong bối cảnh thực tế về mặt thương mại:

• Giám định tàu đến và trước khi xếp hàng: Trước khi bắt đầu xếp hàng, tàu phải trải qua cuộc khảo sát trước khi xếp hàng - các phép đo mớn nước, độ nghiêng và danh sách được ghi lại và so sánh với kế hoạch xếp hàng. Hầm hàng được kiểm tra cặn từ hàng trước đó có thể làm nhiễm bẩn hàng mới. Trình tự xếp tàu (giữ hàng trước và theo thứ tự) do trưởng tàu, người chỉ huy xếp hàng của bến và đại lý tàu thống nhất.
• Định vị máy xúc tàu: Máy xúc tàu di chuyển dọc theo đường ray để thẳng hàng với cửa sập được chỉ định đầu tiên. Cần xoay và hạ xuống để đưa máng chất hàng vào giữa cửa sập. Máng ống lồng kéo dài vào hầm chứa vào bên trong 1–3 mét bề mặt cọc . Vị trí bắt đầu thường là vị trí giữ phía trước hoặc phía sau thay vì giữ ở giữa tàu, để bắt đầu tạo ra sự phân bổ trọng lượng chính xác nhằm đảm bảo sự ổn định trong quá trình chất hàng.
• Tăng tốc độ tải: Việc nạp nguyên liệu được bắt đầu với tốc độ giảm trong khi người vận hành xác nhận việc căn chỉnh, kiểm tra xem máng trượt có tự do và phần giữ có thông thoáng hay không, đồng thời thiết lập liên lạc với tàu. Tốc độ tải được tăng lên đến mức thông lượng hoạt động đầy đủ - thường là 5.000–15.000 tấn/giờ trên các trạm quặng hiện đại — một khi tất cả các hệ thống được xác nhận hoạt động chính xác.
• Cắt tỉa: Khi đống hàng trong hầm hàng được xây dựng, người vận hành định kỳ quay cần trục và định vị lại máng xếp hàng để trải đều hàng hóa trên sàn hầm hàng. Hàng hóa không được cắt tỉa tạo thành một đống có đỉnh làm giảm việc sử dụng hầm hàng và có thể dịch chuyển trong suốt hành trình, tạo thành danh sách. Việc cắt tỉa được thực hiện trong thời gian tạm dừng tải hoặc bằng cách quay chậm liên tục trong khi vẫn duy trì dòng nguyên liệu.
• Trình tự nở để nở: Khi một hầm hàng đạt đến một phần hoặc toàn bộ trọng tải theo kế hoạch, việc tải sẽ bị tạm dừng, máng nâng lên và rút lại, đồng thời máy sẽ di chuyển đến hầm tiếp theo. Trình tự chất tải được thiết kế để duy trì sự ổn định của tàu (bằng cách chất tải đối xứng qua đường tâm) và giữ ứng suất thân tàu trong giới hạn kết cấu của tàu - vượt quá giới hạn độ võng hoặc độ võng trong khi chất hàng có thể làm hỏng vĩnh viễn sống tàu.
• Khảo sát và hoàn thiện dự thảo cuối cùng: Khi tất cả các hầm hàng đều đạt trọng tải mục tiêu, chất xếp hàng được cố định chắc chắn, mớn nước của tàu được đo lại tại sáu điểm (trước, sau, giữa cảng và mạn phải), và lượng hàng hóa cuối cùng được tính toán từ khảo sát mớn nước. Con số này là trọng lượng hàng hóa được chứng nhận chính thức cho mục đích vận chuyển và thanh toán cước vận chuyển.

Các loại máy xúc tàu và ứng dụng của chúng

Máy xúc tàu được phân loại theo tính di động, cấu hình kết cấu và loại hàng hóa mà chúng xử lý. Việc chọn đúng loại phụ thuộc vào các yêu cầu về thông lượng bến cảng, hình dạng bến cảng, phạm vi kích thước tàu và các đặc tính của vật liệu rời đang được chất tải.

Máy xếp tàu xoay gắn trên đường ray chiếm ưu thế tại các bến xuất khẩu số lượng lớn công suất cao vì nó kết hợp đầy đủ các chuyển động cần thiết để phục vụ bất kỳ cửa sập nào trên bất kỳ tàu nào trong cửa sổ bến — di chuyển dọc theo cầu cảng, xoay ngang qua cửa hầm, di chuyển để phù hợp với mạn khô đang thay đổi của tàu — trong khi vẫn duy trì độ cứng kết cấu cần thiết để hoạt động liên tục với trọng tải cao. Những máy lớn nhất thuộc loại này, chẳng hạn như những máy ở cảng quặng sắt Pilbara ở Tây Úc, có tải trọng vượt quá 16.000 tấn/giờ và có thể hoàn thành việc xếp hàng cho tàu 180.000 DWT trong vòng chưa đầy 14 giờ.

Cách xếp hàng lên tàu - Các yêu cầu kỹ thuật và vận hành chính

Việc xếp hàng lên tàu chở hàng rời một cách chính xác đòi hỏi phải quản lý đồng thời bốn ràng buộc kỹ thuật căng thẳng với nhau: tối đa hóa thông lượng, duy trì sự ổn định của tàu, kiểm soát chất lượng hàng hóa và quản lý tuân thủ môi trường. Việc không thực hiện bất kỳ điều nào trong bốn điều trên có thể dẫn đến hư hỏng tàu, ô nhiễm hàng hóa, bị chính quyền cảng trừng phạt hoặc bị giữ tàu.

• Quản lý ổn định trong quá trình tải: Khi hàng hóa được thêm vào hầm, chiều cao trung tâm (GM) và độ nghiêng của tàu thay đổi liên tục. Trình tự chất tải đặt toàn bộ trọng lượng lên các khoang phía trước trước tiên sẽ tạo ra ứng suất bám nghiêm trọng lên dầm thân tàu, có khả năng vượt quá giới hạn kết cấu được xác định trong sổ tay hướng dẫn xếp hàng của tàu. Mỗi tàu chở hàng rời đều chỉ định mômen uốn và lực cắt tối đa cho phép tại mỗi trạm khung - người chủ tải phải tính toán những điều này ở mỗi giai đoạn tải và điều chỉnh trình tự để giữ ứng suất tính toán trong giới hạn. Hệ thống quản lý bến cảng hiện đại tự động hóa các tính toán này theo thời gian thực khi trọng tải tích lũy.
• Đồng bộ hóa băng tải và trung chuyển: Băng tải cần cẩu của máy xúc vận hành ở tốc độ và chiều rộng băng tải cố định - công suất thông lượng của nó được xác định bởi diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trên băng tải. Tốc độ cấp liệu từ hệ thống băng tải chính của thiết bị đầu cuối phải phù hợp với công suất của máy xúc. Việc nạp thiếu sẽ khiến cần cẩu không hoạt động và lãng phí thời gian tải. Việc cho ăn quá mức làm đổ vật liệu hoặc buộc máy xúc phải dừng lại, gây ra sự gián đoạn ngoài kế hoạch, tích tụ lại khiến thời gian vận chuyển tăng lên đáng kể. Trên các thiết bị đầu cuối tự động, cảm biến tải trọng trên băng tải và cân băng tải tại điểm nạp của bộ nạp sẽ duy trì tốc độ nạp trong phạm vi ±2% mục tiêu liên tục.
• Tuân thủ giới hạn dự thảo: Mỗi bến cảng đều có mớn nước tối đa cho phép được công bố - mức sâu nhất mà tàu có thể chìm trong nước khi đã chất đầy hàng tại cảng đó. Mớn nước này được xác định bởi độ sâu của luồng, cửa sổ thủy triều và giới hạn an toàn của chính quyền cảng. Thuyền trưởng bốc hàng phải tính toán chính xác mớn nước có tải cuối cùng và đảm bảo tàu đã chất tải không vượt quá mớn nước hoạt động của bến. Một lỗi của 10 cm dự thảo vượt quá mức tối đa cho phép có thể khiến tàu bị mắc cạn trong luồng bến và gây ra sự chậm trễ hàng giờ hoặc hàng ngày.
• Độ ẩm và khả năng chảy của vật liệu: Một số loại hàng rời - quặng niken, quặng sắt mịn, than có độ ẩm cao - có nguy cơ hóa lỏng. Nếu độ ẩm vượt quá Giới hạn Độ ẩm Vận chuyển (TML) của hàng hóa, hàng hóa có thể hoạt động như chất lỏng trong suốt hành trình, gây ra sự dịch chuyển hàng hóa thảm khốc và lật tàu. Bộ luật Quốc tế về Vận chuyển Hàng rời Rắn Hàng rời bằng Đường biển (IMSBC) yêu cầu kiểm tra độ ẩm trước khi bắt đầu xếp hàng và việc xếp hàng phải bị từ chối nếu độ ẩm vượt quá TML. Đây là một hạn chế vận hành ảnh hưởng đến quyết định tải mà không phụ thuộc vào khả năng cơ học của thiết bị đầu cuối.

Tiêu chí lựa chọn máy xúc tàu cho các dự án nhà ga mới

Chỉ định một máy xúc tàu đối với một dự án nhà ga mới đòi hỏi phải chuyển các yêu cầu vận hành thương mại thành các thông số kỹ thuật về cơ khí và kết cấu. Các thông số sau đây xác định thông số kỹ thuật của máy:

• Công suất thông lượng thiết kế (t/h): Công suất định mức danh nghĩa phải được điều chỉnh để đáp ứng mục tiêu thông lượng hàng năm của bến với khả năng sẵn sàng vận hành thực tế. Nhắm mục tiêu thiết bị đầu cuối 10 triệu tấn mỗi năm với một năm hoạt động 300 ngày và 18 giờ bốc hàng hiệu quả mỗi ngày cần năng suất duy trì khoảng 1.850 tấn/giờ với công suất sử dụng 100% - nhưng tính đến thời gian chuyển tàu, độ trễ do thời tiết và thời gian bảo trì, công suất định mức của máy phải được xác định tại 1,3–1,5× tỷ lệ duy trì , cho công suất thiết kế là 2.400–2.800 t/h trong ví dụ này.
• Phạm vi tàu (DWT): Máy phải đáp ứng đầy đủ các kích cỡ tàu sẽ sử dụng bến - từ tàu ven biển nhỏ nhất đến tàu lớn nhất mà bến có thể tiếp nhận. Tàu lớn hơn có hầm chứa sâu hơn (thường giữ độ sâu 12–18 m trên tàu Capesize ), cửa hầm rộng hơn và sự thay đổi mạn khô lớn hơn trong quá trình chất hàng, đòi hỏi máng trượt dài hơn, vòng quay rộng hơn và phạm vi xoay lớn hơn so với các máy phục vụ các tàu nhỏ hơn.
• Tải trọng bến (kN/m2): Các tải trọng tĩnh và động do máy bốc xếp tác dụng lên kết cấu bến cảng phải nằm trong khả năng chịu tải của kết cấu bến cảng. Trọng lượng bản thân của máy, trọng lượng hàng hóa trên cần và tải trọng động do di chuyển, xoay và treo đều góp phần vào việc này. Thiết kế cầu cảng mới có thể được tối ưu hóa cho máy xúc; trang bị thêm một máy xúc lớn lên một bến cảng hiện có thường đòi hỏi chi phí gia cố kết cấu cao hơn bản thân máy xúc.
• Thuộc tính hàng hóa: Mật độ khối, kích thước hạt, phạm vi độ ẩm, độ mài mòn (được đo bằng Chỉ số mài mòn liên kết) và góc nghỉ đều ảnh hưởng đến chiều rộng băng tải, tốc độ băng tải, hình dạng máng và lựa chọn lớp lót mòn. Một vật liệu xử lý máy xúc quặng sắt có mật độ lớn là 2,0–2,4 tấn/m³ đòi hỏi dây đai rộng hơn và khung kết cấu nặng hơn so với vật liệu xử lý máy xúc ngũ cốc ở mức 0,7–0,8 t/m³ cho cùng một khối lượng thông lượng.
• Yêu cầu về môi trường: Giấy phép môi trường của chính quyền cảng quy định mức phát thải bụi tối đa cho phép tại điểm bốc hàng. Để đạt được sự tuân thủ có thể cần có băng tải cần kèm theo, máng ống lồng kín có ngăn bụi bằng tất vải, hệ thống ngăn chặn phun nước hoặc kết tủa tĩnh điện trên lỗ thoát khí của vỏ máng tải. Các hệ thống này làm tăng thêm chi phí vốn và yêu cầu các điều khoản truy cập bảo trì trong thiết kế máy.

Điểm chuẩn hiệu suất của máy xúc lật tại các bến cảng hàng rời lớn

Thương mại hàng rời toàn cầu tập trung tại một số ít bến cảng có khối lượng lớn, nơi các tiêu chuẩn hiệu suất của máy bốc xếp tàu xác định tiêu chuẩn cho ngành. Các tiêu chuẩn này được báo cáo công khai thông qua số liệu thống kê của cảng và là điểm tham chiếu hữu ích cho thiết kế bến cảng mới: