港口大型起重機防風災的思考

港口大型起重機防風災的思考

有效抵抗風災是促進安全生產、保障裝卸車間正常運行的一項重要工作。上海港本著堅持“安全第一、預防為主”的方針,多年來從自身的安全預控與安全防范實際需要出發(fā),制訂并采取了一整套大型起重機防風災事故的有力措施,收到良好效果。1大型起重機產品在“受”臺風襲擊而造成的損害港口用大型起重機幾乎每年都會出現(xiàn)因風害而引發(fā)的事故。1996年9月我國湛江港遭9615號臺風襲擊和2003年9月韓國釜山港受“蟬鳴”號臺風襲擊(見圖1)的破壞最為慘重、教訓深刻,導致港口生產癱瘓,造成嚴重經濟損失,給大型起重機的安全工作敲響了警鐘,人們至今記憶猶新。上海港開平碼頭在1990年8月中下旬的某日下午16時左右,突遭一股強陣風襲擊,導致碼頭上的4臺門機全部被吹離軌道,其中401號門機跑出碼頭軌道終端,幸虧卡在兩分離碼頭(開平碼頭和鐵路南站碼頭)的間隔當中,否則后果無疑是整機報廢。2大型起重機動態(tài)防風設計要求大型起重機受風災主要有3種,即陣風、龍卷風和臺風。其中,陣風和龍卷風歸屬于突發(fā)風范疇,臺風亦稱颶風。突發(fā)風指一種強對流天氣,是風速大于15m/s以上的間隙性大風,通常風力作用的時間僅10～30min(數分鐘情況也發(fā)生過),風速劇烈變化。突發(fā)風是災害性天氣,由于受現(xiàn)今測報技術手段所限,事前很難預知,故它的破壞性和危害性極大,大型起重機對突發(fā)風的防范稱防風(或稱防陣風),為動態(tài)防風和靜態(tài)防風。颶風則是指風力等于或大于12級(風速≥32.7m/s)的熱帶氣旋最高形式,同樣屬災害性天氣,其破壞力相當大,但能從氣象部門的預報中事先得知并加以防范。臺風報告通常分為3種形式:預報(風來臨時間≤48h)、緊報(風來臨時間≤24h)和緊急緊報(風來臨時間≤12h)。同理,大型起重機對臺風的防范為靜態(tài)防風。動態(tài)防風是大型起重機在生產作業(yè)(即工作)過程中的安全防風,靜態(tài)防風則是大型起重機非作業(yè)狀態(tài)(即非工作)時的安全防風。由于大型起重機作業(yè)時,操作者和機械設備都處于工作狀態(tài),兩者同時遭受著風力的威脅,災害的結果無法預料和想象。所以,大型起重機的動態(tài)防風就顯得尤為重要,應當置其于防風工作的首要地位。上海港依據沿海地區(qū)多發(fā)季風特點以及從保障企業(yè)重要設備生產安全考慮,結合碼頭水工設施和防風裝備的性能,現(xiàn)界定:大型起重機作業(yè)動態(tài)抗風的安全設防等級(上限)為蒲福風力(Beaufortscale)11級,取其最大風速值32.6m/s;大型起重機非作業(yè)靜態(tài)抗風的安全設防等級為大于11級蒲福風力;對防臺/抗臺的安全設防等級則以1990年為時點,1990年前建成的碼頭按最大風速44m/s限值設防,1990年后建設的碼頭按最大風速55m/s限值設防?；谝酝涷灲逃?上海港大型起重機設備防范突發(fā)風定義為3級。具體量值如下:第1級按照GB6067《起重機械安全規(guī)程》規(guī)定,沿海起重機,當風力大于7級時,應停止工作。由此得到必須具備的設防風速v≥17.1m/s,為設防下限(最低要求)。第2級以制造廠大型起重機設計的工作風速為依據。確定標準設防風速v=20m/s,為防陣風襲擊的通常狀態(tài)(基本要求)。第3級短時出現(xiàn)的龍卷風,風力達到11級時(認定的最大設防等級),即風速vmax=32.6m/s,為設防上限(極限要求)。說明:①當風速大于32.6m/s以上的天象情況,理應歸屬起重機靜態(tài)抗臺風范疇;②考慮防風裝備本身固有特性的不同,最大抗風能力勢必存在差異;③樹立整合資源發(fā)揮聯(lián)防作用的抗風抗臺理念;④洋山港按工作風速25m/s、非工作風速70m/s(瞬時78m/s)。由此可明確:所有抵抗水平力裝置的動態(tài)防御等級不得低于起重機設計工作風速,就是說必須超過上述第1級(最低要求)動態(tài)防風要求;滿足第2級(常態(tài)要求)風速設防的基本條件;要求達到或超過第3級(極限要求)抗風能級。否則,該防風裝置被視作不合格,不能而且不應裝備在大型起重機上使用(質量不保證的產品,使用后患無窮)。再者,又規(guī)定所有抵抗上拔力(垂直力)裝置/設施的單個防風拉索地錨的最小抗拉值≥98kN,單臺大型起重機必須配置≥4個防上拔力的地錨裝置(注:增加數量和/或最大抗拉值應依據理論計算出臺風作用時大型起重機產生的上拔力值來確定)。3大型起重機防風防臺裝置/設施保護防風防臺裝備由2部分組成,安裝于大型起重機設備上的稱之為防風防臺裝置;安設在碼頭地面上的稱作基建輔助配套設施,如錨定坑、防風拉索地錨、地銷、軌道終端阻擋和系纜墩柱等。綜上所述,防風防臺裝置系防風裝置和防臺裝置總稱。防風防臺工作是一個相互關聯(lián)、相互依存的有機整體,防風裝置亦能兼顧防臺而用,反之防臺裝置中包含了防風裝置。裝置/設施的分類只不過是為便于區(qū)別和歸口管理。防風裝置包括防跑制動器、慣性制動器、從動輪液壓式輪邊制動器(夾輪器)、行走制動器、頂軌器、防爬器、防風塞鐵和防風預(警)報裝置等。防臺裝置包括夾軌器、錨定鉤(見圖2)、拉索或拉桿、索具螺旋扣、卸扣、栓銷等。裝備在大型起重機上的各類防風防臺裝置/設施要達到以下2種保護,其一抵御風害作用對大型起重機產生的水平力,其二抵御風害作用對大型起重機產生的上拔力。近年來,我們根據防風防臺安全管理形勢需要,頒發(fā)了《上海港大型機械防臺管理暫行規(guī)定》、轉發(fā)了交通部令2003年第3號《港口大型機械防陣風防臺風管理規(guī)定》、制訂了“軌道式大型機械防風技術操作要求(試行)”、完善了安全操作規(guī)程及技術操作規(guī)程、加強了檢查制度(自查、互查、巡查和抽查),從而有力地推進了防風抗臺工作的規(guī)范化與步步深入。4輪液壓式輪邊土壤主要處理工藝上海港目前使用的主要防風防臺裝置組成有,防跑制動器、從動輪液壓式輪邊制動器(夾輪器)、行走制動器(含二級制動,主動輪制動)、頂軌器、防爬器、防風塞鐵、防風預(警)報裝置、夾軌器、錨定鉤、拉索/拉桿、索具螺旋扣、卸扣/栓銷等。4.1防跑冷凝器類大型起重機除了防臺裝置外,其余防風裝置在滿足抗風工況要求前提下都可配用;為保障作業(yè)和輔助作業(yè)人員的安全,提升防風裝備的機械化、自動化水平,對作業(yè)過程中需經常移動大車行走的大型起重機,應用電動鐵鞋(即防跑制動器類)取代手動防風塞鐵。并限定:處于動態(tài)防風中的大型起重機遇突發(fā)風時,切不可盲目回開至錨定位,必須采取就地防風的原則,多加塞防風塞鐵,還可增加一些其他的防風措施(如填拋沙袋、加塞木楔、減少迎風面積等)來保障大型起重機的安全。在此介紹幾種動態(tài)防風裝置。(1)輪的滑動或滑動產品由通州市意達港口機械有限公司研制生產。該產品不改變設備原結構,僅在行走輪邊加裝一套電動鐵鞋裝置(見圖3),利用液壓推動器的動作使落在軌道面上帶齒板的鐵鞋提起或放下,達到阻止行走輪的滾動或滑動。其最大優(yōu)點是不改變原結構,調試和維護保養(yǎng)簡便。產品取代了防風塞鐵、大大提高了可靠性,最大特點是:當風力不大時固然能防止大型起重機在軌道上跑動、滑動;當風力增大時,防風能力也隨之增強(技術理論創(chuàng)新點是變摩擦系數)。該產品已應用于上海港的岸邊集裝箱起重機(簡稱岸橋)、門座起重機(簡稱門機)、裝船機、卸船機、斗輪堆取料機等大型起重機,至今共安裝了135臺套(每套4～8只),其中岸橋32臺套、裝船機2臺套、卸船機6臺套、斗輪堆取料機5臺套、門機90臺套。配套的防跑制動器經拉力測試都達到或超過了上述第3級(極限要求)抗風能級要求。(2)動液壓制動裝置產品由上海振華港機(集團)股份有限公司研制生產。該產品不改變設備原結構,而是在從動行走輪邊加裝一套電動液壓制動裝置,利用液壓推動器動作使閘瓦松開或抱緊,起到阻止從動行走輪滾動(見圖4)。該產品目前在大型橋式起重機上使用較多,例如上海港新添的岸橋上廣泛應用。其作用是達到起重機工作狀態(tài)下的防風制動及非工作狀態(tài)下的輔助防風制動。理論上講,加裝該產品后能使大型起重機的抗風能力提高一倍(主動輪數等于從動輪數)。(3)液壓推動器的應用,使鉗口案面設置在軌道面該產品不改變設備原有結構,將其安裝在2個行走臺車中間,利用液壓推動器的作用使鉗口頂住軌道面或脫開軌面(見圖5)。另處,防爬器、主動輪制動器等皆屬動態(tài)防風裝置,其基本原理、功能和作用與已介紹的產品相似。4.2防臺措施的確定防臺是在防風基礎上的再設防,因此,大型起重機必須在錨定位并錨定住,同時栓緊防風拉索(拉桿),條件允許時門機采用單機設防(旋轉制動器上鎖到帶阻尼狀態(tài))、岸橋前大梁置水平狀態(tài),按防臺要求做好防范工作。在此再介紹幾種靜態(tài)抗臺裝置。(1)地錨桿拔力的組成防風拉索/防風拉桿用以抵抗臺風作用于大型起重機時產生的上拔力,其主要由鋼絲繩、索具螺旋扣、卸扣和地錨/拉桿、栓銷和地錨等用具組成。垂直使用時僅承受上拔力,與地面成角度使用時除能承受上拔力外還承受風作用產生的水平力(見圖6、圖7)。(2)定坑連接件構成該裝置主要有錨定鈑、錨定插銷或者錨定鉤與碼頭面上的錨定坑連接件構成,起到防止風的水平力作用的危害。由于飯、銷插入坑中或多或少存在間隙,這對大型起重機防風防臺工作帶來隱患,因而已研制出錨定鉤克服其不足(見圖8)。(3)防風和鐵脈防風塞鐵是最早應用在大型起重機上的防風用具,因其簡便實用、成本低廉、效果尚佳,所以也不失為一種較理想的輔助用品(見圖9)。4.3防跑器及防風裝置的抗風能力我們先后與上海交通大學、同濟大學、海事大學和振華港機公司的檢驗檢測機構對應用在上海港門機和岸橋上的防跑制動器、慣性制動器、防風拉索、從動輪制動器、主動輪二級制動器等裝備進行性能測定,驗證(模擬法)防風防臺裝備的抗風有效性。圖10和圖11是門機、岸橋裝備防風防臺裝置/設施的具體應用,實物性能測定結論為:(1)M02型10t-30m門機單一方向裝2只防跑制動器,其抗風能力大于386kN,相當可抗15級風力作用所產生的水平推力。(2)M60型20/40t-35/20m門機單一方向裝2個防跑制動器,其抗風能力為260kN,相當可抗11級風力作用;如裝4個防跑制動器(單一方向),其抗風能力為440kN,相當可抗14級風力作用。(3)50t-50m超巴拿馬型岸橋同方向加裝2個防跑制動器時,就能抗擊≥8級風襲擊(對應的風力249.2kN;實測值259.5kN,此時測試用的牽引設備已達到極限輸出馬力)。我們規(guī)定,岸橋同一方向必須裝設4個防跑制動器(即2套防風裝置),以確保安全。(4)單個防風塞鐵的實際抗風能力為83.5kN,是一種有效的防風輔助用具。(5)防風拉索地錨的抗拉能力實測值≥111kN,超過了規(guī)定的最小抗拉值98kN。(6)61t-63m岸橋,只要大車全部車輪有效地制動(主、從動輪不滾動),就能有效地防止工作情況下的陣風(35m/s),不被吹動(見圖11)。5防風防臺的注意事項實施防風防臺工作管理,務必建立起一套完整的體系、制度和規(guī)程作保證,完備應急預案,落實三方面工作:(1)健全和理順指揮決策系統(tǒng)、信息傳遞系統(tǒng)、搶險救災及災后恢復系統(tǒng);(2)設施到位、人員到位、責任到位、獎懲到位;(3)在每年4月份,布