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" />
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LPG碼頭改造接卸LNG可能性淺析

更新時(shí)間:2012/4/16  來源:中國(guó)燃?xì)庠O(shè)備網(wǎng)  [收藏此信息]

    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.自然條件
    (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椴ɡ,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.碼頭平面布置
  (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a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
靠泊速度(m/s)
有效撞擊能量(kj)
護(hù)舷類型
吸能量(kj)
護(hù)舷反力(kn)
0.1
278.8
Sc1700標(biāo)準(zhǔn)反力型
960
1287
0.15
627.3
Sc1700標(biāo)準(zhǔn)反力型
960
1287
表2新增主要工藝管線
管線名稱
介質(zhì)
尺寸
卸料總管
LNG
18”
回氣管線
BOG
12”
保冷管線
LNG
4”
放空管線
放空氣體
4”
表3碼頭消防水量
設(shè)備名稱
消防水量
兩個(gè)高架水炮
432
碼頭前沿水幕系統(tǒng)
259
炮塔水幕系統(tǒng)
37
緊急疏散通道水噴系統(tǒng)
98
閥門區(qū)水噴霧系統(tǒng)
25
收集池高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)
3
消火栓系統(tǒng)
228
總計(jì)
 
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略鲂读媳、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。
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