Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор существующих работ по теме диссертации 12
1.1 Сроки службы морских причальных комплексов (ПК). Физический и моральный износ 15
1.2 Выбор вариантов реконструкция причальных комплексов 24
Выводы по разделу 1 28
2 Исследование остаточного ресурса портовых причальных комплексов 29
2.1 Предпосылки для разработки методики расчета остаточного ресурса ПК 30
2.2 Основные положения методики расчета остаточного ресурса причальных комплексов 34
2.3 Остаточный ресурс ПК в основных портах Арктического морского бассейна 38
2.4 Остаточный ресурс ПК в основных портах Балтииского морского бассейна 46
2.5 Остаточный ресурс ПК в основных портах Тихоокеанского морского бассейна 53
2.6 Остаточный ресурс ПК в основных портах Черноморского морского бассейна 63
Выводы по разделу 2 72
3 Тренд и среднесрочный прогноз грузооборота порта 74
3.1 Тренды грузооборота порта 75
3.2. Среднесрочный прогноз грузооборота портов 83
Выводы по разделу 3 92
4. Пример сравнения вариантов реконструкции морского порта с многоэтапными капитальными вложениями
4.1 Действующая технология обработки морских судов 93
4.2 Первый вариант реконструкции морского порта 95
4.3 Второй вариант реконструкции морского порта 104
Программа расчета суммарных затрат на ЭВМ 107
Выводы по разделу 4 110
Заключение 111
Список использованных источников 113
- Сроки службы морских причальных комплексов (ПК). Физический и моральный износ
- Основные положения методики расчета остаточного ресурса причальных комплексов
- Среднесрочный прогноз грузооборота портов
- Первый вариант реконструкции морского порта
Введение к работе
Актуальность темы. Значительная часть морских и речных портов на территории России построена или реконструирована в 60-80-е годы прошлого столетия. Следовательно, по состоянию на 2010 год значительная доля причалов при нормативном сроке службы 50 лет в среднем достигнет продолжительности эксплуатации 40 и более лет. Произошло старение основных фондов, остаточный ресурс таких причальных комплексов (ПК) либо полностью исчерпан, либо имеет минимальный запас в 5-10 лет.
В связи с этим, в настоящее время и в ближайшие годы потребуется решение вопросов ремонта или реконструкции большого числа причалов в портах на всех морских бассейнах страны.
Выполнить такой объем строительных работ одновременно ни технически, ни экономически невозможно, да и нецелесообразно, поскольку физическое состояние и роль портов в экономике страны или региона отличаются друг от друга. Очевидно, необходимо выполнить классификацию портов с целью предварительного отбора перегрузочных комплексов, и в первую очередь причалов, рекомендуемых для реконструкции, модернизации или полной замены.
Основными показателями в методике предварительного отбора ПК, рекомендуемых для реконструкции, принимаются остаточный ресурс причала и среднесрочный прогноз грузооборота порта.
В качестве критерия наиболее выгодного варианта реконструкции предварительно отобранного причального сооружения применяется метод сравнения суммарных затрат на реконструкцию с многоэтапными капитальными вложениями.
Таким образом, диссертационная работа посвящена актуальной эксплуатационной проблеме реконструкции портовых причальных комплексов.
Цель работы - разработать методику исследования факторов, определяющих дальнейшее развитие причального фронта в порту.
Задачи исследований:
-
Разработать основные положения методики расчета остаточного ресурса причалов.
-
Выполнить статистический анализ продолжительности эксплуатации и скорости физического износа причалов в основных портах Арктического, Балтийского, Тихоокеанского и Черноморского морских бассейнов и на их основе определить остаточный ресурс.
-
Выполнить статистический анализ грузооборота портов Арктического, Балтийского, Тихоокеанского и Черноморского морских бассейнов и на их основе определить тенденции динамики и среднесрочный прогноз грузооборота.
-
Разработать пример расчета сравнения вариантов реконструкции морского порта с многоэтапными капитальными вложениями для условий роста грузооборота
Объект исследования – морские порты и причалы.
Предмет исследования – Скорость физического износа и остаточный ресурс причальных сооружений, тенденции и среднесрочный прогноз грузооборота порта, сравнение вариантов реконструкции морского порта.
Методы исследований. Статистический анализ существующих материалов обследований и паспортов причалов портовых перегрузочных комплексов.
Для определения остаточного ресурса причала по сроку физического износа разработана методика, учитывающая основные положения РД 31.3.3-97 "Руководство по техническому контролю гидротехнических сооружений морского транспорта".
Статистический анализ динамики и среднесрочного прогноза грузооборота порта выполнен на базе данных Единой Государственной системы информации об обстановке в мировом океане - ЕСИМО за 2003-2009 годы.
Сравнение вариантов реконструкции морского порта с многоэтапными капитальными вложениями для условий роста грузооборота выполнено на примере одного из морских портов России. Для расчетов на ЭВМ разработана программа на базе Mathcad 14.
Научная новизна. Впервые поставлена задача разработки методики предварительного отбора морских портов и причальных комплексов, рекомендуемых для реконструкции. Для этого разработаны основы методики определения остаточного ресурса причалов и рассчитаны среднесрочные прогнозы грузооборота портов.
Теоретическая значимость
Результаты статистических исследований остаточного ресурса причалов портовых перегрузочных комплексов;
статистический анализ динамики и среднесрочного прогноза грузооборота порта;
сравнения вариантов реконструкции морского порта с многоэтапными капитальными вложениями для условий роста грузооборота
Практическая ценность.
Основные положения и результаты выполненной работы позволяют определить предварительные рекомендации по выбору перегрузочных комплексов для реконструкции.
Разработанная в диссертации методика расчета остаточного ресурса применена при проектировании реконструкции причальных комплексов в порту Петропавловск-Камчатский.
Достоверность полученных результатов обеспечена за счет:
статистического анализа паспортных данных коррозионного износа причалов портовых перегрузочных комплексов;
статистического анализа значений грузооборота портов;
расчетов реальных проектов перегрузочных комплексов (в том числе в порту Петропавловск-Камчатский);
применения разработанной программы для расчета вариантов реконструкции на ЭВМ.
Научные положения, выносимые на защиту.
Основы методики определения остаточного ресурса причалов перегрузочных комплексов.
Статистический анализ продолжительности эксплуатации и скорости физического износа причалов перегрузочных комплексов.
Статистический анализ грузооборота порта для определения среднесрочного прогноза.
Сравнение вариантов реконструкции морского порта.
Личный вклад автора в получении научных результатов.
Автором лично разработаны все разделы диссертации.
Апробация работы.
Доклады по теме диссертации сделаны на конференциях профессорско-преподавательского состава МГАВТ в 2009 - 2011 годах. На международную конференцию, проходившую в Новосибирской академии водного транспорта в 2011 году, был представлен доклад «Исследования остаточного ресурса портовых перегрузочных комплексов».
Публикации основных положений работы.
Основные положения диссертации опубликованы в журнале «Речной транспорт XXI век» (№ 2, 2011 г.), входящий в перечень ВАК.
Реализация результатов исследований.
На основе проведенных исследований разработаны проектные материалы для реконструкции порта Петропавловск-Камчатский. Материалы исследований могут быть использованы для разработки информационной базы морских портов, а также - в учебном процессе для подготовки специалистов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов, заключения по диссертации, списка использованных источников из 39 наименований, в том числе 2 зарубежных и 5 приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 27 таблиц и 31 страницу приложений.
Сроки службы морских причальных комплексов (ПК). Физический и моральный износ
Задача проектировщиков и строителей заключается в разработке и осуществлении проекта надежного и экономичного причального комплекса, способного осуществлять перегрузочные операции грузов или пассажиров в течение периода его эксплуатации или по принятой в технической литературе терминологии - в течение нормативного срока службы - Тн.
Сроки службы портовых гидротехнических сооружений на морском транспорте были впервые определены в Справочнике укрупненных показателей стоимости капитального ремонта портовых зданий и сооружений РД 31.35.04— 71(табл. 1.1.) [7].
В соответствии с таблицей 1.1. для средних условий эксплуатации перегрузочных комплексов для железобетонных и металлических конструкций нормативный срок службы 7 был установлен 40-70 лет, а нормативная периодичность капитального ремонта 7 = 15-25 лет.
В 2003 году в СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» [1] установлены новые сроки службы. «Гидротехнические сооружения, их конструкции и основания, как правило, надлежит проектировать таким образом, чтобы условие недопущения наступления предельных состояний соблюдалось на всех этапах их строительства и эксплуатации, в том числе и в конце назначенного срока их службы».
Назначенные сроки службы основных гидротехнических сооружений в зависимости от их класса должны быть не менее расчетных сроков, которые в СНиП 33-01-2003 принимают равными: для сооружений 1 и 2 класса - 100 лет; для сооружений 3 и 4 класса - 50 лет.
При надлежащем технико-экономическом обосновании назначенный срок службы отдельных конструкций и элементов сооружения, разрушение которых не влияет на сохранность всего сооружения, допускается уменьшать. При этом проектом должны быть предусмотрены технические решения, обеспечивающие восстановление разрушенных и ремонт поврежденных конструкций и элементов сооружения».
Морские причальные сооружения основного назначения (грузовые, пассажирские, судостроительные, судоремонтные и т.д.) при глубине основания причала более 25 м соответствуют 1 классу, при глубине основания от 20 до25 м - 2 классу и при глубине основания менее 20 м соответствуют 3-му классу. При этом дополнительным условием является следующее: морские причальные сооружения, гидротехнические сооружения железнодорожных паромов, лихте-ровозной системы при грузообороте свыше 0.5 млн. т. соответствуют 2 классу, 0.5 млн. т. и менее - 3 классу.
Таким образом, назначенный срок службы перегрузочного комплекса зависит от класса причального сооружения. В свою очередь класс зависит от размеров сооружения и его социально-экономической ответственности.
В то же время в практике эксплуатации морских портов и перегрузочных комплексов наблюдается не полное соответствие между «назначенными срока ми службы...» и фактическими. Результаты обследований нередко показывают почти 50% расхождение назначенных и фактических сроков. Это свидетельствует о допущенных неточностях или при нормировании «назначенных сроков службы..», или при расчете долговечности перегрузочного комплекса.
В конечном итоге, независимо от причины, государство или частный инвестор несет значительные экономические потери, связанные с необходимостью или реконструкции преждевременно вышедшего из строя перегрузочного комплекса, или продолжения эксплуатации еще физически прочного, но морально устаревшего причала.
Исследованиями установлено, что основной причиной физического износа перегрузочных комплексов является коррозионный износ [8,11].
Изучением проблем коррозионного износа портовых перегрузочных комплексов в разное время занимались Горюнов Б.Ф. [9], Златоверховников Л.Ф. [9], Смирнов Н.А., Курочкин G.H., Мартыненко Ф.А., Амбарян О.А., Костюков В.Д., Бик Ю.И., Корчагин Е.А., Беляев Н.Д., Колгушкин А.В., Литвиненко Г.И., Цыкало В.А., Костин И.В., Сахненко М.А. и др.
«За последние 50 лет все свайные основания морских причалов возводятся с использованием металла. Строительство причалов имеет и стратегическое значение для России, так как ее омывают двенадцать окраинных и одно внутреннее море: Каспийское, Азовское, Черное Балтийское, Белое, Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, Берингово, Охотское, Японское (рис. 1.1). Территория России простирается с запада на восток более чем на 10 тыс.км, а с севера на юг около 3 тыс.км. Климат морей значительно различается, некоторые данные для сравнения приведены в табл. 1.2.»[11].
В работах [8,11] получены характеристики скорости коррозионного износа металлических перегрузочных комплексов (табл. 1.3).
В целях поддержания морских причалов в исправном состоянии и обеспечения их бесперебойной эксплуатации Министерством морского флота СССР еще в шестидесятых годах прошлого столетия была установлена система технического контроля портовых сооружений [9]. Все виды наблюдений и обследований проводились в соответствии с «Правилами технической эксплуатации гидротехнических сооружений и акваторий портов Министерства морского флота» и «Временными техническими указаниями по ремонту бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений в зоне переменного уровня» [9].
Инструментальные наблюдения за смещениями (общими деформациями) гидротехнических сооружений проводились в соответствии с разработанными Ленморниипроектом «Временными указаниями по наблюдениям за смещениями портовых гидротехнических сооружений геодезическими методами», изданными в 1965 г.
Основные положения методики расчета остаточного ресурса причальных комплексов
Для принятия решения о необходимости реконструкции или модернизации портовых перегрузочных комплексов, наряду с показателем эксплуатационной надежности ПК, не менее важное значение, имеет показатель динамики грузооборота - тренд и среднесрочный (5-10 лет) прогноз грузооборота порта или перегрузочного комплекса.
По указанным показателям можно составить предварительный приоритетный список портов и перегрузочных комплексов, рекомендуемых для реконструкции, модернизации или полной замены. Кроме того, такой анализ дает возможность получить предварительную оценку объемов работ, а также - сроков реконструкции или капитального ремонта ПК.
Исходные данные для статистического анализа за последние 7 лет приняты по «Единой государственной системе информации об обстановке в мировом океане - ЕСИМО» [5].
.Поскольку разница прогнозируемого грузооборота для интерполяционных функций первого и второго порядка может быть значительной (примеры на рис. 3.4, 3.5, 3.8, 3.9.), для более точного обоснования варианта реконструкции или строительства нового ПК требуется разработка технико-экономического обоснования.
Действующая в настоящее время технология обработки морских судов на рейде включает в себя следующие операции (рис. 4.1): уголь со склада порта портальными кранами (емкость грейферов-4 -6 м3) грузится на самоходные плашкоуты СРП-150 грузоподъемностью 150 т, пришвартованные к восточной набережной в ковше. На плашкоут грузится по рядка 100 т угля. загруженные плашкоуты выходят из ковша, прибывают на морской рейд и швартуются к находящемуся на рейде морскому судну. « докеры-механизаторы порта с использованием грузового оборудования судна (краны или грузовые стрелы), укомплектованного одноканатными грейферами ёмкостью 1-1,5 м , перегружают уголь с плашкоутов в трюмы судна. В зависимости от оснащения морского судна грузовым оборудованием у борта могут разгружаться одновременно до 3х плашкоутов. После выгрузки плашкоуты возвращаются в ковш порта и технологический цикл повторяется. Интенсивность грузовых работ на рейде составляет 1200 т. (зимой) - 1500 т. (летом) т в сутки. С учетом технологических перерывов и погодных условий при такой технологии обработка 3-х тысячного судна, как правило, не менее 2-х суток, а 5-й тысячного не менее 3-х суток. Такая организация погрузки угля на морские суда технологически и морально устарела и является значительным сдерживающим фактором отгрузки угля, как для потребителей области, так и для продвижения его на рынке за ее пределы. Из-за длительных простоев судов под погрузкой морской флот используется непроизводительно, стоимость доставки угля по этой причине для потребителя становится неприемлемой, а морской торговый порт из-за морально и физически устаревшей технологии значительно уступает другим портам на рынке портовых услуг и является малопривлекательным для судовладельцев. Первый вариант реконструкции состоит из двух этапов. Уголь со склада порта портальным краном подается в бункер, от-куда поступает на конвейерную линию, состоящую из 3-х секций общей длиной 320 м. (Рис. 4.2) По конвейеру уголь поступает к судопогрузочной машине (рис. 4.3), смонтированной на базе портального крана с колеей 10,5 м. Техническая производительность машины 1000 т/час, эксплуатационная -800 т/час. В зону действия портального крана «Альбатрос» уголь подается бульдозером. Производительность линии лимитируется производительностью крана, работающего на бункер с ограниченными размерами, и составляет 300 -350 т/час. // этап. Реализация проектной производительности судопогрузочной машины (800 т/час) предполагается за счет организации подачи угля второй линией конвейеров непосредственно от склада обогатительной фабрики (рис. 4.4). Это решение обусловливается не только недостаточной производительностью действующей линии. В большей степени это определяется тем, что для создания оперативного склада угля по схеме первого этапа требуются дополнительные трудозатраты (загрузка в автотранспорт на обогатительной фабрике, разгрузка на склад в районе причала, загрузка на конвейер). Очевидно, промежуточные операции можно исключить за счет создания склада на обогатительной фабрике и подачи угля конвейером непосредственно на причальную погрузочную машину. В этом случае уголь со склада обогатительной фабрики будет бульдозером подаваться в загрузочное устройство конвейера и транспортироваться до узла загрузки судна.
Среднесрочный прогноз грузооборота портов
Для этого необходимо: восстановить подземную галерею в районе обогатительной фабрики; смонтировать конвейерную линию подачи угля от склада обогатительной фабрики до причала; приобрести бульдозер для подачи угля со склада обогатительной фабрики на подземный конвейер. При продолжительности навигационного периода - 9 месяцев, режим работы - круглосуточный, трехсменный, продолжительность рабочей смены 7,5 часов. Производительность технологической линии (комплексная норма выработки) склад - конвейер -погрузочная машина - судно на 1-м этапе принята равной 300 т/час, на полное развитие - 800 т/час. Склады. В соответствии с Нормами технологического проектирования морских портов для обеспечения бесперебойной обработки судов вместимость склада (емкость) должна быть не менее 1,5 и не более 2,5 вместимости максимального расчетного судна, т. е. в пределах 8250 - 13750 т. Площадь угольного склада в районе ковша составляет 1250 м (50м х 25м), вместимость около 5000 тонн угля (при высоте складирования от 8 до 10 м). В районе обогатительной фабрики необходимо разместить склад для хра-нения угля емкостью до 8750 т и площадью 2200 м . Капиталовложения, необходимые для реализации проектных решений по реконструкции комплекса для перевалки угля, определены сводным сметным расчетом в ценах 2003 г.: 1 этап - в объеме 24715,7 тыс. руб., 2 этап - в объеме 40092,73 тыс. руб. (табл.4.1). Продолжительность строительных работ по реконструкции терминала на первом этапе 1 год, на втором этапе 1 год. Затраты на топливо, электроэнергию определены на основании данных о потребности топлива в тоннах, электроэнергии в кВт час. Стоимость единицы приведена ниже: 1 т дизельного топлива - 8800 руб.; 1 кВт час электроэнергии - 1,05 руб.; Смазочные и обтирочные материалы приняты в размере 5% от расходов на электроэнергию. Затраты на оплату труда определились на основании проектной численности и месячного заработка одного работника, принятого по результатам анализа отчетных данных терминалов для навалочных грузов: работники основного производственного персонала - 14900 тыс. руб.; административно - управленческий персонал - 11150 тыс. руб.; Единый социальный налог рассчитан на основании действующих нормативов (35,6 % от затрат на оплату труда). Отчисления в ремонтный фонд составляют 1,0 % от сметной стоимости сооружений и приобретений. Расходы; на амортизацию приняты по Нормам амортизационных.отчислений на полное восстановление основных фондов (Постановление Совмина СССР от 22 октября 1990 г.). Расходы на материалы и малоценный инвентарь рассчитаны исходя из затрат на переработку 1 т груза, согласно отчетных данных угольного комплекса, в размере 0,45 руб. Расходы на содержание вспомогательных производств рассчитаны согласно отчетных данных. Общеэксплуатационные расходы и прочие определены в размере 30% от заработанной платы с единым социальным налогом. Результаты расчетов производственных затрат по статьям затрат на 1 и 2 этапы реконструкции приведены в табл. 4.2. Таким образом, по первому варианту капитальные вложения по отдельным годам их осуществления, составляют: Эксплуатационные расходы по первому этапу. Продолжительность первого этапа 5 лет. Эксплуатационные расходы, пропорциональные объему работы, для нулевого года эксплуатации определены в 5.65 млн. руб., расходы по содержанию и амортизации ПК -8.352 млн. руб. Эксплуатационные расходы по второму этапу. Продолжительность второго этапа 5 лет. Пятый год эксплуатации, как год новых дополнительных капитальных вложений, является нулевым годом, по отношению ко второму этапу. Эксплуатационные расходы, пропорциональные объему работы, для нулевого года эксплуатации определены в 15.59 млн. руб., расходы по содержанию и амортизации ІЖ 19,01 млн. руб.
Первый вариант реконструкции морского порта
Основным недостатком первого варианта реконструкции является незащищенность перегрузочного комплекса от волновых воздействий с северного, северо-западного и северо-восточного направлений, что может привести к потерям в результате простоя судов. В связи с этим во втором варианте рассматривается возможность реконструкции портовой гавани (рис. 4.5), для этого варианта обработка судов будет происходить в благоприятной волновой обстановке.
Реконструкции подлежит Восточная набережная, разрушенная часть Западного мола, внутренняя акватория порта и подходной канал. Внутренняя акватория порта должна быть углублена до отметки -5.0м для возможности захода судов река-море типа «Волга» и «Сибирский». Перед Восточной набережной возводится оторочка из металлического шпунта с глубиной у причала 5м. Для входа в порт расчетных типов судов необходимо строительство подходного канала протяженностью 0.5 км.
Реконструкция производится в 2 этапа. I этап. Ремонт Западного мола, строительство оторочки длиной 150 м у Восточной набережной со стороны Южного мола. Дноуглубление 2/3 площади внутренней акватории до расчетной отметки. І7 этап. Строительство второй оторочки длиной 50 м у Восточной набережной со стороны эстакады. Дноуглубление 1/3 площади внутренней акватории до расчетной отметки. Таким образом, к 2019 г. полностью завершается реконструкция существующих специализированных грузовых районов, после чего пропускная способность морского порта будет удовлетворять требованиям возросшего грузооборота. Период сравнения для обоих вариантов принят 10 лет. В расчетах принято, что осуществление мероприятий производится равномерно по годам каждого этапа. Таким образом, по второму варианту капитальные вложения по отдельным годам их осуществления, составляют: в первом году Ко = 83,995 млн. руб., на пятом году Д5=19,563млн. руб. Эксплуатационные расходы по первому этапу. Продолжительность первого этапа 5 лет. Эксплуатационные расходы, пропорциональные объему работы, для нулевого года эксплуатации определены в 3,25 млн. руб., расходы по содержанию и амортизации ПК -15 млн. руб. Эксплуатационные расходы по второму этапу. Продолжительность второго этапа 5 лет. Пятый год эксплуатации, как год новых дополнительных капитальных вложений, является нулевым годом, по отношению ко второму этапу. Эксплуатационные расходы, пропорциональные объему работы, для нулевого года эксплуатации определены в 10,0 млн. руб., расходы по содержанию и амортизации ПК 16 млн. руб. Выполним сравнение вариантов реконструкции порта путем прямого сопоставления общей суммы затрат по каждому из вариантов. Для выполнения сравнительных расчетов воспользуемся формулой (1.2). Минимум общей суммы затрат является достаточным условием для оценки выгодности варианта. К0,Кг,К2,..Хп - величины капитальных вложений в моменты времени 0, 1, 2... годы; Eh ,Eh ,..tn - эксплуатационные расходы за tIf t2,... tn годы; tc — момент окончания периода, за который суммируются затраты. Для автоматизации вариантных расчетов разработана программа на базе Mathcad 14, которая позволяет значительно ускорить выполнение счетных работ. Программа выполнена в среде Mathcad 14 - системы компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированной на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением. Общий вид программы представлен ниже.
