Terminal Portuar de Marfuri Solide In Vrac. Studiul Tehnico Economic al Instalatiei cu Benzi Transportoare

CAPITOLUL 3

3. Instalații și utilaje specifice operațiunilor desfășurate în terminalele de mărfuri solide în vrac

3.1. Tipuri de instalații portuare de operare

Principala activitate a unui port constă în efectuarea operațiunilor de manipulare a mărfurilor care trebuie astfel executate încât să conducă la costuri cât mai reduse și să asigure circulația rapidă și în deplină securitate și integritate a mărfurilor în port.

Aceasta se poate realiza numai prin adoptarea unui indice înalt de mecanizare și printr-o organizare rațională, urmărind reducerea timpului de staționare al navelor, a vagoanelor de cale ferată și a mijloacelor auto pentru același volum de trafic, precum și mărirea capacității de operare a danelor, ceea ce va avea un efect economic și asupra construcției portului.

Procesul de manipulare al mărfurilor se poate desfășura în diverse scheme tehnologice, fiecare având specificul său și necesitând utilaje adecvate, precum:

transbord direct -respectiv direct de la / la mijlocul de transport la / de la nava

transbord semidirect- în care are loc o depozitare temporară în port, în apropierea navei;

transbord indirect- când există 2 etape pe fluxul de transfer al mărfurilor de la / la mijloacele de transport terestru la / de la navă:

-în cazul exportului sau tranzitului de export:

– transferul de la mijlocul de transport la magazie;

– transferul de la magazie la nava;

-în cazul importului sau tranzitului de import:

– transferul de la nava la magazie;

– transferul de la magazie la mijlocul de transport.

În afară de procesul de descărcare sau încărcare a navei, trebuie avute în vedere și operațiunile din interiorul navei, vagoanelor sau depozitelor.

Un pas important în sporirea eficienței mecanizării proceselor de manipulare a mărfurilor s-a făcut prin introducerea automatizării, prin care dirijarea mașinilor se face automat pe baza unor scheme de lucru stabilite anterior. În acest caz personalul de exploatare trebuie să urmărească desfășurarea corectă a operațiunilor.

Toate utilajele și instalațiile aferente operațiunilor de transbord, se pot împărți în două mari categorii (Figura 3.1) după principul de funcționare:

utilaje cu acțiune ciclică la care se deosebesc faze distincte de lucru: apucarea sarcinii, ridicarea acesteia, deplasarea pe orizontală, coborârea și revenirea pentru manipularea unei noi sarcini. În această categorie intră în special macaralele (Figura 3.1.a) ;

utilaje cu acțiune continuă la care sarcina se deplasează continuu. Acestei categorii îi apatin utilajele echipate cu benzi transportoare, conductele prin are circulă produsele lichide, conductele pneumatice (Figura 3.1.b) prin care și curentul de aer se deplasează mărfuri pulverulente sau granulare (ciment, cereale);

Figura 3.1. a) Descărcarea de la navă la vagon cu macaraua de cheu cu graifer

b) Descărcarea de la navă la cheu cu turbosuflantă

3.1.2.Transportatoare cu bandă și elevatoare

Transportatoarele cu bandă se utilizează ca utilaje independente pentru deplasarea pe orizontală sau pe direcție înclinată a mărfurilor sau că părți componente ale unor instalații. Transportatoarele cu bandă pot fi fixe sau mobile. Cele mobile cu lungimi de cca.20 m sunt fixate pe un cadru metalic pe roți care poate să-și modifice înclinarea și nivelul de deversare. Unghiul de înclinare a transportatorului trebuie să fie cu 10°-15° mai mic decât unghiul de frecare internă dintre materialul covorului de bandă și marfă, practic, acest unghi este de 12° pentru palete, 18° pentru cereale și cărbune mărunt, 25° pentru minereu și nisip uscat, 28° pentru bulgari de cărbune și nisip umed, 20° pentru saci și alte mărfuri ambalate.

Rolele de susținere a covorului de bandă se dispun în funcție de lățimea acestuia, de care depinde capacitatea de transport. Pentru capacități mai mari, care impun și viteze mai mari, rolele laterale sunt dispuse sub un unghi de 40°-45°, ceea ce conduce la o umplere mai bună cu material și asigură stabilitatea laterală a covorului, în zonele de îndoire, în special în cazul vitezelor mari. Lățimea covoarelor de bandă variază între 0,3-0,5 m la 2-2,5 m. Acestea sunt alcătuite din cauciuc cu inserții metalice sau fibre din material plastic. Viteză de mișcare este de 1,5-3 m/sec., dar la unele instalații ajungând la 4-6 m/sec.

Capacitatea de transport depășește 1000 t/ora, ajungând și la 3000-4000 t/ora și chiar 16000-20000 t/ora, în funcție de lățimea benzii și viteză. Lungimea transportatoarelor continue poate ajunge la câțiva kilometrii, o limitare constituind-o puterile mari necesare pentru antrenare. Acestea depind și de înălțimea la care se ridică transportorul, 1 m înălțime însemnând 2-3 m de traseu orizontal. O altă concepție în acest domeniu o constituie bandă pe cablu la care solicitările de tracțiune sunt preluate de un cablu ce susține covorul de bandă.

Figura 3.2. Utilaj mobil pentru descărcarea mărfurilor în vrac.

Pentru deplasarea mărfurilor în interiorul magaziilor sau navelor se pot utiliza rolganguri, alcătuite dintr-o succesiune de role cilindrice fixate pe o ramă metalică prin rulmenți care permit o rotire usuoara. Rolgangul este dispus sub o anumită înclinare astfel că marfă să se deplaseze sub efectul componenței greutății proprii. Pentru deplasarea pe verticală a mărfurilor în vrac se utilizează și elevatoare.

Elevatoarele constau într-o succesiune de cupe cu capacitatea de cca. 130 litri fixate pe o bandă transportoare sau lanț. Capacitatea unui elevator pentru cereale poate atinge 500-1000 t/ora sau mai mult. Unele instalații au un sistem de două benzi transportoare paralele, între care este cuprinsă marfă în vrac sau saci.

3.1.3 Instalații pentru manipularea minereurilor, cărbunilor, cimentului și produselor chimice.

Existența numeroaselor sortimente de minereu și cărbune impune analizarea la proiectare a tehnologiilor de manipulare specifice. Principalele șorțuri de cărbune și greutățile volumice aferente sunt : antracitul (0,91 t/m3), cărbune (0,8 t/m3) și cărbune brun (0,7 t/m3.

Prin depozitarea în halde există pericolul de autoaprindere. Acest pericol crește cu mărimea procentului de substanțe volatile și de fracții mărunte. Șorțul cel mai instabil din punct de vedere al autoaprinderii este cărbunele brun, iar cele mai stabile sunt antracitul și cărbunii inferiori. Gradul de autoaprindere influențează alegerea înălțimii haldei care poate fi de 8-10 m. Principala metodă de împiedicare a autoaprinderii o constituie compactarea în timpul depozitării în haldă cu ajutorul compactoarelor cu pneuri, precum și menținerea în stare umedă a cărbunelui. Sfărâmarea bulgarilor de cărbune reduce calitatea acestuia, fapt de care trebuie să se țină cont la alegerea soluției de manipulare. Minereul fie de fier, mangan sau apatită are o greutate volumica cuprinsă între 1,7-3,5 t/m3 și o rezistență suficientă pentru a nu se sfărâma în timpul manipulării. Cărbunele și minereul în stare umedă, poate îngheța în timpul iernii, așa că se iau măsuri speciale la manipulare și depozitare, precum încălzirea vagoanelor, utilizarea grefierelor grele pentru ruperea crustei ce se formează în depozit etc. Tehnologiile de operare diferă în funcție de tipul de circulare al mărfii, import sau export dar și de mijloacele de transport.

Descărcarea vagoanelor: întrucât o mare parte a mafurilor sosește în port pe cale ferată, mecanizarea descărcării vagoanelor are o deosebită importanță. În acest sens se utilizează sisteme rotative de basculare a vagonului, denumite culbutoare. Vagoanele sunt introduse succesiv într-un rotor care se rotește cu 160° -170°, descărcând conținutul într-un buncăr de unde se distribuie pe un sistem de benzi transportoare care face legătură cu depozitul de pe platforma sau instalațiile de încărcat nave.

Se obține astfel o productivitate sporită și se reduce consumul de energie, iar instalația este relativ simplă. La sistemele moderne pentru garniturile feroviare specializate se pot bascula simultan câte două vagoane, fără a fi decuplate din garnitură care are cuplele concepute în consecință. Pentru deplasarea vagoanelor se poate folosi un dispozitiv automat care elimina utilizarea locomotivei reducând timpul de introducere a vagoanelor în culbutor. Culbutoarele pot realiza un ciclu de 120 sec. sau chiar mai puțin, vagoanele având o capacitate de 60-100 tone o unitate, realizând astfel productivități de 1800-4000 t/ora.

Datorită nivelului apelor subterane mai apropiate de suprafață platformei portuare, la realizarea cuvei culbutorului trebuie luate măsuri constructive pentru asigurarea etanșeității. Pentru evacuarea eventualelor infiltrații este necesară o stație de pompe.

În cazul în care pentru transportul de apă se utilizează barje, iar traficul este redus, vagoanele se pot descarcă direct în nava utilizând platforme mobile în consola, pe care se fixează succesiv câte un vagon și care se ridică și se înclină cu 40°-50°, descărcând vagonul lateral sau frontal, în funcție de construcția acestuia. Aplicarea tehnologiei de descărcare a vagoanelor cu grefierul nu este indicată întrucât se deteriorează vagoanele datorită izbiturilor grefierului, iar acesta nu se încarcă complet.

Încărcarea navei din depozit: în acest scop la un trafic redus se pot utiliza macarale portic echipate cu grefier de 10-25 tone și o deschidere a brațului de 30-35 m sau macarale tip portal de 15-30 tone capacitate la grefier cu o deschidere de 8-100 m ce acoperă și depozitul, având o productivitate practică de 500-600 t/ora.

Figura 3.3. Încărcarea navei de la siloz

Un sistem mai eficient este acela în care se utilizează instalații cu transportatoare cu bandă alimentate din depozit, care acoperă suprafață magaziilor navei prin deplasare în lung sau pivotare. Capacitatea unor astfel de instalații poate asigura productivități de încărcare a navelor maritime de până la 16000 tone/ora. Pentru barje, se recomandă debite de 2000-4000 t/ora care să asigure încărcarea navei în 1-2 ore, urmărind o umplere cât mai uniformă a magaziei acesteia realizată prin cel puțin două treceri în lung, pentru a nu solicită structura de rezistență a barjei.

Descărcarea navei: se face în general cu ajutorul grefierelor, dar în ultimul timp se utilizează și instalații cu rola. Transferul direct în vagon se face prin intermediul unor buncăre mobile. În cazul navelor mari pentru a realiza capacități sporite se folosesc poduri descărcătoare care predau materialul în depozit printr-un sistem de benzi.

.

Figura 3.4. Descărcarea minereului din navă

În cazul cerealelor, ele sunt caracterizate în principal după șorț și greutate volumica. Greutatea volumica este de 0,7-0,8 t/m3 pentru grâu, secară, orz, de 0,6 t/m3 pentru ovăz și de 0,35-0,6 t/m3 pentru deșeuri de cereale. Unghiul de taluz natural a cerealelor uscate în stare de repaos este 35°, iar în mișcare: mei 22°, grâu și secară 25°, orz 30°, floarea soarelui și orez 35°. Cerealele se manipulează neambalate, pentru sortare, curățire și păstrare se utilizează silozuri.

Încărcarea navelor se poate face gravitațional din buncăre dispuse la înălțime, deasupra navei pe marginea danei, folosind tuburi înclinate cu 45°-50° față de orizontală. În cazul în care silozul este amplasat mai departe de bazin se utilizează transportoare cu bandă paralele cu dana plasate într-o galerie de unde prin tuburi înclinate cu 35°-40° față de orizontală cerealele ajung în magazia navei sau prin intermediul unei instalații care se deplasează în lungul navei pe o cale de rulare.

Pentru o umplere uniformă a magaziei se poate utiliza un repartizator atașat capului tubului și care imprimă cerealelor o viteză de 15-20 m/sec., astfel că prin rotirea instalației jetul poate fi dirijat în orice punct al magaziei. Pentru cerealele de semănat trebuei avut în vedere faptul că datorită loviturilor puternice acestea pot pierde puterea de încolțire.

Transferul cerealelor din nava pe cheu, în silozuri se realizează cu ajutorul instalațiilor pneumatice, absorbind cerealele prin tuburi sau elevatoare introduse în magazia navei și susținute de instalații mobile și transferate pe benzile transportoarelor.

Figura 3.5. Instalație pneumatică de încărcare a cerealelor

Sistemul pneumatic asigura preluarea cerealelor din orice punct al magaziei navei datorită tubulaturii flexibile, fără a necesită un utilaj suplimentar, curată cerealele de praf, le răcește dacă s-au încălzit și le zvântă. Capacitatea unui tub de absorbție variază între 40-100 t/ora. O instalație poate avea 2-4 tuburi, iar consumul de energie variază de la 1 Kwh pentru 1 t de cereale.

Descărcătoarele pneumatice pot fi staționare, montate direct pe puntea navelor în cazul volumelor mici de trafic, mobile montate pe un portal ce se deplasează în lungul cheului sau plutitoare cu ultimile putându-se asigura transferul cerealelor dintr-o nava în altă fără că această să acosteze la un cheu.

Cimentul se manipulează în saci sau vrac. În primul caz se pot aplica tehnologiile specifice mărfurilor generale. Unele terminale sunt însă dotate cu echipamente speciale la care sacii sunt aduși cu transportoare cu bandă de la instalația de insacuire și descărcare în nava pe un șnec având la baza un transportor cu bandă scurt de distribuție a sacilor în cala. Gradul de mecanizare al descărcării navei este însă mult mai redus, sacii manipulandu-se manual în cala navei. Dacă cimentul este transportat în vrac, deversarea în navă se face prin intermediul tubului central al instalației. În acest caz se pot utiliza și instalații pneumatice montate pe cheu sau pe pontoane, care pot asigura și descărcarea navelor.

Pentru descărcarea navelor ce transporta produse chimice vrac se utilizează poduri descărcătoare asemănătoare cu cele pentru minereu, însă luându-se măsuri speciale de protecție împotriva poluării, respectiv de limitare a răspândirii particulelor fine. Materialul este dirijat cu ajutorul transportoarelor cu bandă în silozuri. Pentru încărcarea navelor cu produse chimice vrac sau saci se pot utiliza instalații similare cu cele pentru ciment.

3.2. Echipamentele utilizate la manipularea mărfurilor

Macarale portic rotative sunt echipate cu grefier, având o sarcina de ridicare de 10-25 t și o deschidere a brațului de 30-35 m.

Macaralele tip “Cangur” au cursa grefierului mai redusă pe drumul cel mai scurt între nava și buncărul susținut de portalul macaralei. La o capacitate de ridicare de 16 t productivitatea poate ajunge la 700 mii tone/an. Preluarea minereului din buncăr se realizează cu transportoare cu bandă ce asigura transferul în depozit sau barje (Figura 3.6.)

Figura 3.6. Macara tip Cangur

Poduri descărcătoare: În cazul mărfurilor de masă în vrac se poate obține un grad înalt de mecanizare, folosind echipamente cu productivități cât mai ridicate de tip pod la care s-a eliminat mișcarea de rotație, grefierul de mare capacitate efectuând numai o mișcare de translație de la nava până în dreptul unui buncăr de transfer și invers. Durata unui ciclu de 40-60 sec. Cinematica grefierului fiind automatizată (Figura 3.7.).

Figura 3.7. Pod descărcător

1-portal, 2-grindă principala, 3-consola rabatabilă, 4-pilonul, 5-căruciorul de sarcină, 6-balansină, 7-cabina mecanismelor, 8-buncăr

Un pod descărcător este alcătuit dintr-un portal cu deschiderea de 15-30 m sau mai mare și o grindă transversală frontului de acostare pe care se deplasează grefierul. La această grindă tronsonul dinspre apă este rabatabil și are o lungime de 36-45 m în funcție de magazia navei. În cazul în care este necesar, grinda se prelungește spre uscat făcând posibilă realizarea prestocului, necesar în situația în care s-ar defecta banda transportoare sau alt mijloc de preluare disponibil. Portalul susține toate mecanismele de acționare, precum și un buncăr cu capacitatea egală de minimum 3 grefiere, care distribuie materialul pe un sistem de benzi transportoare de evacuare. Buncărul este dotat cu un sistem de cântărire automată. Pentru transbord direct, din nava în nava podurile descărcătoare pot fi o estacada îngustă sau se pot utiliza instalații plutitoare.

Podurile descărcătoare pot fi de două feluri:

-sistemul “man-trolleys” cu motoarele de ridicare și închidere a grefierului și de translație a căruciorului plasate chiar pe cărucior care are o greutate de cca. 40 t pentru grefier de 15 t (7,5 t sarcina utilă) și de cca. 100 t pentru 50 t.

-sistemul “rope-trolleys” au motoarele instalate într-un punct fix, grefierul este susținut de un cărucior ușor care cuprinde eventual și cabina operatorului; mișcarea este transmisă printr-un sistem de cabluri. Căruciorul are astfel o greutate mai redusă (15-20 t pentru un grefier cu o sarcina utilă de 8-10 t).

Pentru sarcini mai mari și curse mai lungi, apar probleme dificile legate de uzură cablului de tractare, de tip rigid. Toate motoarele care echipează utilajul sunt motoare electrice alimentate de la o priză prin intermediul unui cablu ce de desfășoară automat pe un tambur, în timpul deplasării în lungul cheului.

Portalul podului descărcător este alcătuit din două pale, una încastrată iar alta articulată, montate pe mecanismele de translație ce permit deplasarea utilajului paralel cu cheul. Aceste mecanisme necesită numeroase roți funcție de sarcina admisă pe roată de 50-90 t, grupate în câte două boghiuri pe fiecare filă, distantate în lung de 15-20 m. În unele porturi se utilizează poduri descărcătoare cu deschidere mare de 80-100 m, între paleile amenanjandu-se și depozitul.

La stabilirea capacității de descărcare trebuie avută în vedere variația productivității pe măsură ce se golește magazia navei. Astfel față de capacitatea maximă ce se înregistrează la începutul descărcării magaziei, productivitatea medie reprezintă 60-65 %. O sporire a productivității se poate înregistra prin organizarea judicioasă a lucrului buldozelor introduse în magazia navei care să aducă materialul în același loc, astfel că durata de lucru a grefierului să fie cât mai redusă.

Un alt tip de descărcător este cel cu funcționare continuă la care grefierul este înlocuit cu un excavator cu roată sau cu transportor cu cupe tip elevator pentru ridicarea mărfii pe verticală până la grindă transversală, iar de aici în sistemul general de transportoare cu bandă.

Elevatorul și roata cu cupe sunt susținute pe un portal cu consolă, ceea ce permite reglarea nivelului și acoperirea suprafeței magaziei navei. Pentru barje se poate utiliza o instalație cu roată cu cupe sub care se deplasează nava.

Sistemele de descărcare cu funcționare ciclică sau continuă pot fi montate pe nave care devin astfel de tip autodescarcator. Prin intermediul unui transportor cu bandă montat în consola materialul este descărcat într-un stoc pe platforma cheului într-un buncăr ce alimentează alt sistem de benzi transportoare sau în altă nava. Productivitatea acestor echipamente poate ajunge la 3000 t/ora. Manipularea continuă poate evolua spre sisteme utilizând pompajul și refularea prin conducte a unui amestec în care produsele solide care nu sunt solubile sunt transportate în suspensie într-un lichid și se poate atinge o productivitate de 4000-5000 t/ora.

Stakerele sunt mașini de introdus materialele vrac în depozit și constau într-un bunker de preluare și un braț în consola ce se poate roti, pe care este montată banda transportoare. Instalația se deplasează pe șine în lungul depozitului și poate deversa materialul pe ambele părți ale căii de rulare.

Lungimea brațului stakerului și necesitatea asigurării stabilității determina în principal costul mașinii care crește practic proporțional cu pătratul razei de acțiune. Acest element trebuie avut în vedere la stabilirea dimensiunilor în plan ale depozitului. Capacitatea stakerului poate fi sporită prin mărirea vitezei transportorului. În marile depozite de minereu se utilizează stakere cu o capacitate de până la 10000 t/ora, având rază de acțiune de 25-35 m.

Recleimerul este o mașină de evacuare a materialul din depozit. Instalația are un braț mobil echipat la extremitate cu o roată cu cupe care excavează materialul și îl descarcă pe un transportor cu bandă montat pe braț și de aici printr-un buncăr pe transportul principal de evacuare a materialului din depozit.

Debitul de livrare este constant și depozitul poate fi bine acoperit de brațul recleimerului. Capacitatea practică a acestor instalații poate atinge 7000 t/ora pentru minereu și 3000 t/ora la cărbune, având o rază de acțiune de până la 50-55 m și diametrul roții cu cupe de până la 10 m.

Stakerul-recleimer este o mașină mixtă care utilizează un transportor cu bandă reversibil efectuând atât stocarea cât și preluarea materialului, reprezentând un avantaj în combinarea celor două funcții.

Figura 3.8. Staker-recleimer

Utilajele tip pod reprezintă portale cu deschidere mare de până la 100 m care acoperă întreg depozitul. Podul de stocaj transferă minereul în haldă printr-un sistem de transportoare cu bandă. În gabaritul acestuia se deplasează podul de preluare care cu ajutorul unui grefier ce preia materialul și îl depune pe un transportor cu bandă care-l transferă pe sistemul de benzi de expediție spre stația de încărcare în vagoane sau barje.

3.3. Concluzii

Întrucât scopul unui port este de a efectua operațiunile de manipulare a mărfurilor la costuri cât mai reduse și într-un timp cât mai scurt, putem spune că aceste lucruri nu ar fi posibile dacă nu s-ar difersifica instalațiile și utilajele specifice terminalelor , de aceea pentru fiecare operațiune se utilizează mijloacele cele mai favorabile situației respective.

Astfel se va obține un indice înalt de mecanizare și se va reduce timpul de staționare al navelor, vagoanelor sau mijloacelor auto și se va mari capacitatea de operare a danelor, ceea ce va favoriza din punct de vedere economic extinderea și modernizarea terminalelor.

Putem concluziona faptul că într-un terminal de mărfuri solide în vrac, cel mai răspândit mijloc de transfer al mărfurilor este transportorul cu bandă fie independent, fie făcând parte din construcția altei instalații, fiind indispensabil datorită fluxului continuu și a productivității bune .