LPG碼頭改造接卸LNG可能性淺析

    隨著天然氣消費(fèi)的日益增長(zhǎng)，近年來我國(guó)各地均不同程度的呈現(xiàn)用氣緊張態(tài)勢(shì)。進(jìn)口液化天然氣(LNG)是緩解用氣緊張局面的主要措施之一，但其配套的LNG碼頭和接收站建設(shè)工期較長(zhǎng)，一般至少需要3年時(shí)間。如何通過合理的工程措施，為氣源缺乏地區(qū)實(shí)現(xiàn)快速供氣，給LNG工程界帶來了新的挑戰(zhàn)。

    由于LNG碼頭在國(guó)內(nèi)處于起步階段，目前僅深圳、福建、上海三地有LNG碼頭投入運(yùn)行，其設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)與其他油氣碼頭相比有特殊性。比如：碼頭前沿水深起算面為當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵�；設(shè)計(jì)波浪要素為“雙百”標(biāo)準(zhǔn)，即百年一遇高水位和百年一遇波浪；進(jìn)港航行時(shí)，前后1 m訂e不得有其他船舶航行，等等。LNG碼頭一般與接收站和管線為一體化工程，由建設(shè)單位統(tǒng)一建設(shè)。

    近年來，國(guó)外出現(xiàn)了通過改造已有碼頭，增加必要的工藝和消防設(shè)施�？縇NG船的工程實(shí)例。如英國(guó)的South Hook LNG終端，日本的Ohgishima LNG終端，以及阿根廷的Bahia Blanca GasPort等。這種方案大大減少了傳統(tǒng)LNG接收站和碼頭的建設(shè)時(shí)問，是一種非常靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的工程方案。受此啟發(fā)，國(guó)內(nèi)能源企業(yè)也開始進(jìn)行這種嘗試。

    筆者結(jié)合所參與的此類項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，以某50000噸級(jí)液體化工碼頭改造接卸LNG工程為例，從航行條件適應(yīng)度(主要包括碼頭前沿水深、碼頭前沿停泊水域尺度及回旋水域)、碼頭結(jié)構(gòu)(撞擊力、擠靠力、系纜力的核算)及工藝設(shè)施的匹配等角度，探討LPG等液體化工碼頭改造為L(zhǎng)NG碼頭的可行性。以期能與同行探討此類改造工程中主要的考慮因素、方案和存在的問題，為此類改造工程的實(shí)施提供技術(shù)保障。

    一、自然條件及碼頭現(xiàn)狀

    (1)潮汐

    據(jù)1961～1980年驗(yàn)潮資料統(tǒng)計(jì)，潮型為不規(guī)則半日潮，最高高潮位3.19米，最低低潮位一1.46米，平均低潮位O.24米，平均高潮位1.15米，平均潮差

0.91米，****潮差2.87米。

    (2)設(shè)計(jì)水位

    設(shè)計(jì)高水位：1.69m(高潮累積頻率10％的潮位)；設(shè)計(jì)低水位：一0.13m(低潮累積頻率90％的潮位)；極端高水位：3．19m(重現(xiàn)期50年的年極值高水位)；極端低水位：一1．71m(重現(xiàn)期50年的年極值低水位)。

    (3)波浪

    本海區(qū)常波向Sw，出現(xiàn)頻率15％；次常波向SSW、 NE，頻率為12％。強(qiáng)浪向?yàn)閃SW向，****波高2．9m：次強(qiáng)浪向?yàn)镾、SSW和Sw向，****波高均為2.3m。

    (4)潮流

    本海區(qū)屬不規(guī)則半日潮流，以旋轉(zhuǎn)流為主，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，****漲潮流速0．84m／s，****落潮流速O.91m／s。

    (5)工程泥沙

    本海區(qū)屬砂質(zhì)海岸，主要?jiǎng)恿�為波浪，由于連島沙壩的掩護(hù)，波浪對(duì)本海區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)影響不大，年回於強(qiáng)度0.4m／a。

    (6)地震

    本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.15g，所對(duì)應(yīng)的地震基本烈度7度。

  2．碼頭現(xiàn)狀

  擬改造50000噸級(jí)液體化工碼頭主要情況如下：建成年份：2006年；碼頭結(jié)構(gòu)型式：重力式方塊結(jié)構(gòu)；碼頭泊位長(zhǎng)度：280m：碼頭前沿水域水深：15．6m；回旋水域：水深15．6m，直徑460m；碼頭面頂標(biāo)高：3.3m；碼頭系靠船構(gòu)件：原碼頭設(shè)置6個(gè)750kN系船柱，4個(gè)SCl700標(biāo)準(zhǔn)反力型護(hù)舷，航道：航道分為外段、內(nèi)段兩部分，長(zhǎng)約11500米，底寬200米，底標(biāo)高-16.O米。

  二、復(fù)核及改造方案

  (1)安全間距

  按轍化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTSl65-5—2009)， LNG泊位與LPG泊位以外的其他貨類泊位的船舶凈距  不應(yīng)小于200m，與LPG泊位的船舶凈距不應(yīng)小于0．3倍****設(shè)計(jì)船長(zhǎng)。擬改造碼頭左側(cè)為原油泊位，右側(cè)為成品油泊位，3個(gè)泊位都有船靠泊時(shí)船舶安全間距不滿足要求，可參考上海五號(hào)溝LNG應(yīng)急儲(chǔ)備站的做法，合理安排船期，錯(cuò)開作業(yè)時(shí)間。

    (2)泊位長(zhǎng)度

    碼頭泊位長(zhǎng)度應(yīng)滿足船舶安全靠離泊作業(yè)和系纜的要求。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，LNG船理想的泊位長(zhǎng)度通常在設(shè)計(jì)船長(zhǎng)的1．0～1．2倍之間。80000m3LNG運(yùn)輸船船長(zhǎng)239m，則理想的泊位長(zhǎng)度在239～290m。擬改造碼頭泊位全長(zhǎng)280m，為80000m3LNG船長(zhǎng)的1.17倍，泊位長(zhǎng)度能夠滿足80000m3LNG船要求。

    (3)靠船墩間距

    墩式液化天然氣碼頭宜設(shè)置兩個(gè)靠船墩，兩墩中心間距可取設(shè)計(jì)船長(zhǎng)的(O.3～0.45)倍。80000m3LNG運(yùn)輸船船長(zhǎng)239m，兩墩中心間距可取71.7～107.6m。

  擬改造碼頭為連片式結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)整護(hù)舷間距滿足靠船墩間距要求。

    (4)碼頭前沿停泊水域

    根據(jù)姆港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ211-99)和((、液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)渤(JTSl65-5-2009)中的5．4．3計(jì)算，碼頭前沿停泊水域底高程為-13．1m。原碼頭前沿停泊水域底標(biāo)高-15．6m，滿足80000m3LNG船停泊要求。

    (5)航道

    根據(jù)(侮港總平面設(shè)計(jì)規(guī)渤(JTJ211-99)，風(fēng)流壓偏角取3。，航速大于6knot，計(jì)算得到航道有效寬度為215m，航道設(shè)計(jì)水深-13．7m。現(xiàn)有航道底寬200m，邊坡1：5，則對(duì)于80000mSLNG船(吃水11m)有效寬度為223m，滿足80000m3LNG船航行要求。

    (6)船舶回旋水域

    按船舶回旋水域直徑大于2．5倍****設(shè)計(jì)船長(zhǎng)考慮，確定為600m；設(shè)計(jì)水深與航道相同，即回旋水域底高程為-13．7m。擬改造碼頭回旋水域直徑460m，底高程-15．6m，需要拓寬。

    2．水工結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算

    (1)船舶荷載

    ①船舶撞擊力

    船舶靠岸時(shí)的撞擊力根據(jù)船舶有效撞擊能量和橡膠護(hù)舷性能曲線確定。根據(jù)《港口工程荷載規(guī)渤  (JTSl44-1-2010)計(jì)算，80000m3LNG船在0.1m／s(控制靠泊法向速度)和O.15m／s(設(shè)計(jì)靠泊法向速度)靠泊速度下的有效撞擊能量分別為278.8kJ和627.3kJ，有效撞擊能量小于原護(hù)舷的吸能量，可不更換護(hù)舷。

    ②船舶擠靠力

    根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》(JTSl44-1-2010)，計(jì)算得擠靠力標(biāo)準(zhǔn)值為725kN。目前橡膠護(hù)舷可滿足要求。

  ③船舶系纜力

  取****設(shè)計(jì)風(fēng)速為V=22．0m／s，當(dāng)風(fēng)速大于22．Om／s時(shí)，船舶離開碼頭；水流流速V=2．0m／s，流向與LNG船舶夾角小于15。；同時(shí)受力的系船柱數(shù)目取6個(gè)。按以上組合計(jì)算系纜力，得到系纜力標(biāo)準(zhǔn)值為1275kN。原有系船柱不滿足要求，須增加2×1000kN快速脫纜鉤6臺(tái)。

    (2)結(jié)構(gòu)復(fù)核

    因?yàn)樵�碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)留有富余，80000m3LNG船作用于碼頭結(jié)構(gòu)的荷載不超過原設(shè)計(jì)船舶荷載，碼頭面上增加的荷載不大，故靠泊80000m3LNG船不影響碼頭結(jié)構(gòu)安全。

  3．裝卸工藝及輔助設(shè)施

  (1)卸料臂

  碼頭原先共有5個(gè)輸油臂基礎(chǔ)，其中3個(gè)已安裝輸油臂，2個(gè)為預(yù)留基礎(chǔ)。需新增一個(gè)卸料臂基礎(chǔ)，安裝3臺(tái)16”LNG卸料臂，兩臺(tái)液相(單臺(tái)能力為4400m3／h)，一臺(tái)氣相(能力為13200m3／h)。

    (2)管廊

    為滿足施工車輛要求，施工車輛道路寬度要求為5m。管廊上包括LNG卸料總管、BOG返回氣管道、保冷和放空管道、輔助系統(tǒng)管道和公用工程管道。如單層布置，管廊寬度約5m，低溫管道與其他管道雙層布置則寬度約3.5m。管廊與車輛道路間考慮一定間距，則管道單層布置棧橋?qū)挾?0.5m，管道雙層布置棧橋?qū)挾?m。

    新增管線如表2所示。

    (3)集液池

    LNG碼頭應(yīng)設(shè)置泄漏LNG的收集和處置系統(tǒng)，將泄漏的LNG收集到集液池內(nèi)，以防止泄漏的LNG四處溢流。同時(shí)每個(gè)集液池均設(shè)有高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蜏靥綔y(cè)器探測(cè)到集液池內(nèi)有低溫LNG時(shí)，自動(dòng)向集液池內(nèi)噴射高倍數(shù)泡沫混合液，使其安全氣化，碼頭集液池的位置可設(shè)置在靠船墩或系纜墩上，通過導(dǎo)流溝與可能發(fā)生泄漏的地方相連通。與接收站內(nèi)集液池不同的是，碼頭上的集液池可不設(shè)置雨水泵，而是通過導(dǎo)流孔將雨水直接排入海中。

    (4)登船梯

    為滿足使用要求，登船梯需增加提升機(jī)構(gòu)、改造整體梯架和液壓系統(tǒng)。

    (5)快速脫纜鉤

    根據(jù)3．2．1中計(jì)算，750kN系船柱改為2×1000kN快速脫纜鉤，相應(yīng)每個(gè)系纜墩均需增加鋼樁。

    (6)輔助靠泊系統(tǒng)

    原碼頭須新增靠泊輔助系統(tǒng)、纜繩張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境條件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及相應(yīng)供電設(shè)施。

    (7)消防設(shè)施

    LNG碼頭的消防設(shè)施主要包括滅火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和隔斷系統(tǒng)。LNG接收站和碼頭同一時(shí)間的火災(zāi)次數(shù)按1次計(jì)，消防水量由其兩者的****消防用水量確定。碼頭所需的消防水量見表3。

  三、結(jié)語

  通過以上各方面分析，該50000DWT碼頭通過改

表1不同靠泊速度下船舶撞擊力計(jì)算

表3碼頭消防水量

造�？�80000m3LNG船，接卸LNG是具有可行性的。本文僅從航行條件適應(yīng)度、碼頭結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)施的匹配三方面做初步的論證，考慮的因素不免有紕漏，改造工程實(shí)施與否還要參考專項(xiàng)評(píng)估的結(jié)果以及主管部門的意見。此外，本文的分析是基于主要結(jié)構(gòu)基本完好的前提下進(jìn)行的，下一步工作中還需請(qǐng)有資質(zhì)的單位對(duì)碼頭的主要構(gòu)件及設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)。

    結(jié)合以上例子，LPG碼頭改造接卸LNG，通常有以下問題需要注意：

    1．安全距離

    因?yàn)長(zhǎng)NG船的“排他性”，LNG船在港系泊時(shí)，安全距離的要求可能會(huì)對(duì)其他船舶的作業(yè)產(chǎn)生影響，特別是在船舶密度較大、或者港池水域比較狹窄的的港區(qū)。

    2．航道

    LNG船對(duì)航道寬度的要求比同噸級(jí)的油輪和LPG船高，并且LNG船通常不乘潮，所以往往需要對(duì)航道做一定的拓寬。

  3．船舶荷載

  LNG船橫向和縱向受風(fēng)面積比同噸級(jí)的油輪大，所以系纜力標(biāo)準(zhǔn)值一般比同噸位的原設(shè)計(jì)船型要大，而且系船柱要改為快速脫纜鉤。

  4．水工結(jié)構(gòu)

  如果原碼頭設(shè)計(jì)留有較大富余，靠泊LNG船型不超過原設(shè)計(jì)船型，通常結(jié)構(gòu)不需要加固。但如果富余較小，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，需要評(píng)估變形對(duì)結(jié)構(gòu)和工藝管線帶來的影響。

  5．管廊

  管廊架是否留有足夠空間是此類工程的關(guān)鍵問題之一。如單層布置，新增管線所需管廊寬度約5m，雙層布置則需約3.5m。

  6．碼頭工作平臺(tái)面積

    因?yàn)橐�新增卸料臂、分液罐、工藝管線等，原有碼頭工作平臺(tái)應(yīng)有足夠的面積。

  7．泊位利用率

  如果原碼頭貨種保留，還需考慮泊位利用率是否能保證LNG的吞吐量。