1概述

在聚烯烃装置中，后包装处理及仓库是必不可少的一部分，对成品物料的安全储存提供了良好保障。随着炼化一体化项目的大型化和装置生产能力不断提高，特别是人力成本的上升，传统的平面储存仓库已不能满足现代化企业的需求，这不仅仅体现在仓库储能方面的要求，也包括仓库的作业管理方式模式等。自动化立体仓库是仓储功能革新后的产物，它可有效地在固定占有面积下完成更多的作业量，且不会因货物积存而影响整个系统的运行[1]。合理高效的自动化立体仓库可以很大程度地减少占地面积，增加存储量，缩短存储周期。因其具有存储立体化、搬运无人化、收发自动化、管理信息化等特点，越来越受到化工企业的重视与青睐。

笔者以两个项目中同等规模聚烯烃装置的成品仓库为例，分析了平面仓库和立体仓库的功能对比，以及在设计方法上存在的差异。

2平面仓库

2.1平面布置

以往聚烯烃成品储存多采用袋装平面仓库(如图1所示)，将成垛的物料按两层码放在地面上进行储存，储存模式主要是通过人工操作叉车叉取包装码垛后的成品物料运输进库;取料时通常用叉车对货物进行叉取，完成运输装车。

图1 平面仓库布置示意   

以某600 kt/a聚烯烃项目为例，按照装置运行8 000 h/a计算，产品储存时间15 d，采用平面仓库储存，占地面积约32 000 m2，采用叉车对货物进行人工叉取，则对操作人员的需求量大。

2.2设计要点

设计平面仓库时，设计方法相对简单，主要需要考虑门窗的设置、地面的材质和叉车通道等因素。当仓库的建筑面积大于1 000 m2的火灾危险性为丙类的物料仓库时，应设置排烟系统。排烟系统可以采用窗式自然排烟，若窗式自然排烟满足不了需求时也可设置机械排烟。同时，仓库大门也要符合保温、防腐的要求，大门的尺寸根据不同的通行工具确定。成品仓库的地面也应考虑耐碾压、耐磨、防滑等处理，防止叉车碾压起灰及龟裂等问题出现。

平面仓库中叉车通道的数量和宽窄度对仓库的利用率有直接影响。叉车通道数量越多、宽度越宽，仓库的利用率越低。因此，应合理考虑叉车通道的设计。平面仓库中叉车通道的布置如图2所示。

图2 平面仓库中叉车通道的布置 

2.3占地面积计算

根据GB 50475-2008《石油化工全厂性仓库及堆场设计规范》“附录B仓库面积计算法”，可以初步估算出一定产量下所需的仓储面积，公式如下:

式中:S———仓库的仓储面积，m2;

Q———仓库内物料年入库总量，t/a;

t———物料库存天数，d;

T———装置年理论操作时间，d/a;

q———仓库单位面积的储存量，t/m2;

K———仓库面积利用系数，1。

通过上述公式可以大致估算出仓库面积，供总图设计时规划仓库的占地面积做参考。

3自动化立体仓库

自动化立体仓库采用智能化出入库管理，包括仓库管理系统(WMS)和运输管理系统(TMS)两个智能管理系统，通过仓储控制系统(WCS)路径控制，与库内运输设备(包括成品入库输送机、自动堆垛机、高位货架、无人货运小车(RGV)或辊道以及链条输送机，带数字识别标签(RFID)的托盘、数字标签读写设备、托盘自动回收系统)、带数字识别标签的货物、智能调度系统、远程通讯系统等共同组成全智能、全自动、立体化、高效率的现代化仓库[2]。

3.1平面布置及系统构成

以某总产量600 kt/a聚烯烃项目的自动化立体仓库为例，其平面布置如图3所示。该立体仓库系统规格为:货架共36排，每排10层，每层50个货位，总货位数约18 000个，每个货位可储存物料的规格为1.5 t/垛。

从图3可以看出，自动化立体仓库部分的设计不仅包括运输和存储系统的硬件设备，还包括智能管理系统的软件设备，设计方法相对复杂得多。

3.2设计参数确定

3.2.1仓库的整体外形尺寸

自动化立体仓库的整体外形尺寸如图4所示，主要包括:仓库的长度A、宽度B、高度H，货架的长度L、货架高度J及巷道单元宽度W等。

从图4可见，仓库中设置了多行立体货架，每排货架分若干层，每层又布置了若干个货位(货格)。因此，仓库的整体外形尺寸由立体货架的外形尺寸和行数、堆垛机的操作空间、巷道单元宽度W等参数决定。

3.2.2设计参数的确定

自动化立体仓库的设计参数包括仓库整体的外形尺寸、货架的外形尺寸及货架行数、巷道单元宽度和巷道数(堆垛机数)等。根据上述分析，自动化立体仓库主要设计参数的确定步骤大致如下。

1．货架的尺寸

每个货格[见图5(a)]可堆存多个货物单元[包含托盘，其外形尺寸如图5(b)]。

图3 立体仓库的平面布置示意   

图4 自动化立体仓库外形尺寸示意 

图5 货格外形尺寸示意   

从图5可以得货格的尺寸:

式中:R———货格宽度，mm;

a———托盘宽度，mm;

h———货物单元垛形的高度，mm;

k———货物单元之间的垂直距离，一般取k=150～230 mm。

因此，则货架的尺寸:

式中:M———竖直方向货格数(层数)，1;

P———货架每层的货格数(列数)，1。

为了验证货架尺寸的合理性，必要进行进行检查核算。核算标准为:计算出的货架高度与长度比J/L=1/6～1/4，即基本符合设计的基本原则[3]。

2．堆垛机数和货架行数

按每一个巷道(即2排货架)配置一台堆垛机，则巷道数即为堆垛机数。仓库所需的堆垛机数量:

货架行数:

式中:F———自动化立体仓库每小时最大进/出库托盘数，次/h;

T———标准动作时间，指堆垛机将货物入库或出库时所需要的时间，s。

3．立体仓库的尺寸

立体仓库系统的尺寸如图7所示。从图6(a)可见，立体仓库系统的高度:

式中:hu———货物上表面距屋顶下表面距离，一般取hu=600 mm;

图6 自动化立体仓库系统尺寸示意 

hd———堆垛机的操作空间，一般取hd=750 mm。

从图6(b)可见，立体仓库系统的宽度:

立体仓库系统的长度:

式中:T———堆垛机在货架两端活动的必要距离，一般取T=7 500 mm;

U———仓库内周边各种特殊设备所占的空间长度，mm。

4主要特性比较

以600 kt/a聚烯烃的仓库为例，采用平面仓库和自动化立体仓库的主要特性比较见表1。

从表1可以归纳出，平面仓库和自动化立体仓库的主要区别表现在以下几个方面。

1．占地面积

同样储存量下，自动化立体仓库的占用面积要少很多，这是因为高层货架在其中得到了合理的应用，很大程度地提高了仓库空间的利用率，即在相同单位面积下自动化立体仓库可以储存更多物料。

表1 平面仓库和自动化立体仓库的特性对比 

2．人工成本

传统的平面仓库需要人工操作叉车进行货物的堆放以及运输装车，故需要的人工多、工作量大。而自动化立体仓库完全采用智能化的软件控制系统对物料自行存取，大量减少了人力成本，有效地降低了人工的工作强度。

3．工作环境

对于仓库的工作环境方面，传统的平面仓库使用的多为柴油叉车，数量大，产生的尾气会影响到仓库的环境，操作人员在污染的环境下作业，不利于身心健康。

4．存取方式

在成品物料的储存形式上，自动化立体仓库采用货架，每一垛成品物料都有独立的货格进行存储。而平面仓库在物料储存方面是采用叠放形式，上层成品物料的托盘与下层物料直接接触，在叉车叉取物料时下层物料易破损。因此，无论是从物料储存的稳定性来讲，亦或是从货品的破损率来讲，自动化立体仓库的优势极大。

5．管理模式

智能化管理的立体仓库的优势在于可以实时的查看追踪物料信息，并定期的对仓库进行盘点清理。由于应用了先进先出的原则，可以避免物料存放时间过长而带来的一些问题和影响。平面仓库的管理模式相对繁琐，且都是由人工进行确认，这样可能导致人为上出现一些错误[4]。

5结束语

综上所述，通过对平面仓库和立体仓库的设计方法和仓库的主要特性进行对比，更加清晰地了解到自动化立体仓库与平面仓库的区别。虽然自动化立体仓库在占地面积、人工成本、工作环境、存取方式、管理模式等方面的优势明显高于平面仓库，但自动化立体仓库的设计难度大，投资费用更多。因此，在今后的项目设计中，应根据项目投资、设计总图的条件、占地面积等因素，合理地选择是设计平面仓库还是自动化立体仓库。