LPG碼頭靠泊接卸LNG船的改建設計要點

彭延建

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京　100028）

LPG碼頭靠泊接卸LNG船的改建設計要點

彭延建

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京100028）

通過對現(xiàn)有的LPG碼頭進行改建，在滿足LNG船靠泊、系泊要求的條件下，增加相應的工藝和消防設施，使LPG碼頭能夠靠泊LNG船，從而進行LNG的裝卸，能夠節(jié)省新建LNG碼頭的建設投資和建設時間，為氣源缺乏地區(qū)實現(xiàn)快速供氣創(chuàng)造可能性。從航行條件適應度、碼頭結構及工藝設施的匹配等角度，提出LPG等液體化工碼頭通過改建實現(xiàn)靠泊LNG運輸船的關鍵設計要點和改建措施。

LPG碼頭；LNG；改建

1　概述

隨著我國天然氣用量的日益增長，近年來我國各地不同程度地呈現(xiàn)臨時“氣荒”態(tài)勢。通過進口液化天然氣（LNG）是緩解“氣荒”的重要解決措施之一，但是LNG碼頭和接收站建設工期較長，從選址到建成投產，至少需要3 a時間。如何通過合理的工程措施，為用氣緊張地區(qū)實現(xiàn)快速供氣，給LNG行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

LNG碼頭設計、建設和運營與其他油氣碼頭相比有特殊性，如碼頭前沿水深起算面為當地理論最低潮面；設計波浪要素為“雙百”標準，即100 a一遇高水位和100 a一遇波浪；進港航行時，前后1 n mile不得有其他船舶航行等。LNG碼頭一般與接收站和管線為一體化工程，由建設單位統(tǒng)一建設。

近年來，國外出現(xiàn)了通過改造原有碼頭，在增加必要的工藝、消防設施，實現(xiàn)停靠LNG船的工程建設實例。如英國米爾福德港的South Hook LNG接收站，日本的Ohgishima LNG終端，阿根廷的Bahia Blanca GasPort等。這種方案可以大幅度縮短新建LNG接收站和碼頭的建設時間，是一種具有極強靈活性、簡易性特點的工程方案。國內建設單位如東莞九豐等也進行了此種建設方式的嘗試，在原有LPG碼頭工程基礎上新增LNG貨種，碼頭泊位依托原有LPG碼頭，配套增設輸油臂聯(lián)合操作平臺等，實現(xiàn)靠泊和接卸LNG運輸船[1]。

結合LNG碼頭的設計、運行和類似LPG碼頭改建項目的經驗，總結LPG碼頭改建接卸LNG船舶的關鍵性問題，如航行水域條件（主要包括碼頭前沿水深、碼頭前沿停泊水域及回旋水域尺度）、碼頭結構強度（船舶撞擊力、擠靠力、系纜力的核算）及工藝設施的匹配性，并提出推薦改造方案，對擬改建的LPG碼頭的可行性評估以及類似工程的實施具有重要的借鑒意義，并為此類改造工程的實施提供技術保障。

2　復核及改造方案

2.1碼頭平面布置

2.1.1距離要求

LPG碼頭通過改建接卸LNG船，首先需校核安全距離是否滿足規(guī)范要求，包括碼頭前沿到儲罐外壁的安全距離應大于150 m，碼頭到儲罐的距離不宜過長，需校核LNG壓降是否滿足要求。江蘇如東LNG接收站卸料管道總長度約3 000 m，在卸料速度為13 500 m3/h情況下，管道壓降為0.15 MPa，儲罐底部壓力約0.23~0.25 MPa[2]，總體壓降已接近Q-flex船匯管連接法蘭處允許最大壓力0.42 MPa（Q-flex船泵的出口壓力為0.68 MPa），并且卸料管道的造價較高，每延米造價超過10萬元，碼頭前沿到儲罐的距離過大會使項目的經濟性受到極大影響。

根據JTS 165-5—2009《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》[3]，除LPG外，LNG泊位與其他貨類泊位的船舶凈距不應小于200 m，與LPG泊位不應小于0.3倍設計船長。

但在JTS 165—2013《海港總體設計規(guī)范》[4]實施之前設計的LPG碼頭，參考JTJ 211—99《海港總平面設計規(guī)范》，執(zhí)行的是與其他貨種碼頭150 m的船舶凈間距，所以，有些LPG碼頭改建靠泊LNG船時，船舶安全凈距難以滿足要求。對于此類情況，可借鑒上海五號溝LNG項目的經驗，通過合理安排船期，錯開靠泊和卸貨的作業(yè)時間[5]，即滿足“實質性”的安全間距。

另外，根據《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》，LNG船在碼頭系泊時，其他航行船舶與系泊LNG船的距離不應小于200 m。如果擬改建碼頭位于泊位數較多的大型港區(qū)內，如丹東港大東港區(qū)南3號泊位，相鄰泊位較多，其他泊位的船舶回旋水域與LNG碼頭距離不足200 m，LNG碼頭在港系泊時，勢必會對相鄰泊位的船舶靠離泊作業(yè)帶來影響。對于此類情況的泊位，需要對LNG碼頭改建對港區(qū)船舶通航的影響進行專題論證，利用排隊論、仿真模擬等方法，研究其他船舶的壓船壓港程度。

2.1.2泊位長度

根據相關規(guī)范和經驗，LNG船理想的泊位長度一般在設計船型船長的1.0~1.2倍之間。如果考慮最大停靠Q-flex船型，船長315 m，則理想的泊位長度在315 m以上。如果不能滿足，一般可以通過新建系纜墩、新增快速脫纜鉤等方案予以解決。

《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》規(guī)定，靠船墩墩中心間距可取設計船長的30%～45%。按此要求對LPG碼頭的靠船墩間距進行復核。

如設計船型217000m3LNG運輸船，兼顧30000 m3LNG運輸船，碼頭靠泊船型長度為185.2～315 m，所要求的靠船墩中心距為:內側靠船墩:185.2（0.3～0.45）=（55.6~83.3）m外側靠船墩:315（0.3～0.45）=（94.5~141.8）m

在項目實施中，核算靠船墩間距時，還需要具體考慮新增LNG裝卸臂的布置方案。

靠船墩間距不滿足要求時，可考慮增加靠船墩，以滿足靠泊需要。靠船墩與現(xiàn)有工作平臺通過人行橋連接。

2.1.3航行條件適應度

根據《海港總體設計規(guī)范》和《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》，對碼頭前沿停泊水域底高程、航道底寬、航道水深、船舶回旋水域進行復核。

2.2水工結構

2.2.1船舶荷載

1）船舶撞擊力

需校核船舶撞擊荷載是否超過LPG碼頭所安裝的護舷設計吸能。船舶靠岸時的撞擊力，可根據JTS 144-1—2010《港口工程荷載規(guī)范》[6]計算，217 000 m3LNG船在0.15 m/s（設計靠泊法向速度）靠泊速度下的有效撞擊能量為1 338.3 kJ，通過與LPG碼頭安裝的護舷設計吸能進行比較，以確定是否需要更換護舷。此外，撞擊力復核要考慮異常撞擊情況。

2）船舶擠靠力

根據《港口工程荷載規(guī)范》，計算擠靠力標準值，對護舷進行復核。船舶停靠碼頭后，由吹攏風及泊穩(wěn)波浪所產生的船舶擠靠力通過船舶的直線段與碼頭護舷的接觸傳遞給碼頭結構，由于船舶直線段較長，與護舷接觸點較多，其數值小于船舶靠泊撞擊力，非碼頭結構設計控制荷載，船舶擠靠力一般不會超過原設計值。

3）船舶系纜力

系纜力標準值按取最大設計風速為V=22.0 m/s，水流流速V=2.0 m/s，流向與LNG船舶夾角小于15°進行計算[6]。通過以上組合計算系纜力，得到系纜力標準值為829.9 kN。通過與LPG碼頭原有快速脫纜鉤進行比較以確定是否需要更換。此外，考慮瞬時風速，系纜力應按30 m/s風速進行結構核算。

2.2.2結構受力驗算

通常LPG碼頭的結構安全等級為二級，而LNG碼頭的結構安全等級要求一級，需要按照結構安全等級要求對原碼頭進行復核驗算。如果原碼頭靠泊能力留有富余，LNG船作用于碼頭結構的荷載不超過原設計能力，碼頭面上也不增加較大荷載，則靠泊LNG船一般不會影響碼頭結構的安全。

需要指出的是，不同于其他貨種液體化工碼頭，LNG碼頭在進行地震力計算時，設計地震動參數的選取應考慮OBE（操作基準地震，重現(xiàn)期475 a）和SSE（安全停運地震，重現(xiàn)期4 975 a）兩種狀態(tài)。

2.3裝卸工藝及輔助設施

2.3.1卸料臂

LPG碼頭工作平臺是否有新增LNG卸料臂的空間，是LPG碼頭能否成功改建接卸LNG船舶的關鍵問題之一。LNG卸料臂立柱間距通常在3.5~ 4.0 m之間。通常原碼頭設計將LPG的卸料臂安裝在碼頭工作平臺的中間位置，如果LPG貨種仍然保留，新增的LNG卸料臂也須與LPG卸料臂之間保持3.5~4.0 m的距離。LNG卸料臂與船舶匯管的水平距離如果較大，一般卸料臂水平位移超過1.5 m即觸發(fā)緊急切斷報警（ESD1），疊加船舶的縱蕩運動后，往往會超過卸料臂的包絡范圍。

2.3.2管廊

為滿足檢修車輛要求，棧橋上通行道路寬度一般最低要求為6 m。管廊上包括LNG卸料總管、BOG管道、保冷循環(huán)管道及公用工程管道。如果單層布置，管廊寬度約7 m，低溫管道與其他管道雙層布置時，寬度不宜小于4 m。對于雙層管廊，氣體管道、公用工程管道、儀表和電氣電纜橋架等宜布置在上層，低溫管道宜布置在下層。管廊與通行道路間考慮一定間距，則管道單層布置時棧橋寬度一般不宜小于13 m，雙層布置棧橋寬度不宜小于10 m，還應復核補償平臺的數量和尺寸是否滿足要求。

2.3.3公用設施

登船梯工作范圍也需要復核，當工作范圍不滿足使用要求時，可增加提升機構，改造整體梯架和液壓動力系統(tǒng)。

此外，改建為LNG泊位需新增靠泊輔助系統(tǒng)、環(huán)境條件監(jiān)測系統(tǒng)、纜繩張力監(jiān)測系統(tǒng)及相應供電設施。

碼頭消防系統(tǒng)包括水冷卻系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、雨淋系統(tǒng)、高倍泡沫滅火系統(tǒng)。水冷卻系統(tǒng)主要由冷卻水管線和設置于工作平臺前沿兩側的消防炮塔及登船梯上的消防炮組成，干粉滅火系統(tǒng)由卸裝站平臺下的干粉供應系統(tǒng)和放置于炮塔的干粉炮組成。需要復核消防水量是否滿足需求。

環(huán)保方面，碼頭新增LNG貨種后不新增工作人員，不新產生污水，但需要新增泄漏LNG的收集和處置系統(tǒng)，將泄漏的LNG收集到集液池內。

3　結語

通過以上分析，LPG碼頭改建接卸LNG是具有可行性的，需要考慮的關鍵問題包括泊位間安全距離、碼頭前沿距儲罐的距離、碼頭前沿水深、碼頭前沿停泊水域及回旋水域水深和尺度、碼頭結構強度驗算以及卸料臂預留空間等。需要重點注意的事項包括:

1）因為LNG船“排他性”特點，LNG船在港系泊作業(yè)時，安全距離的要求可能會影響其他船舶的靠離泊作業(yè)，特別是在船舶密度大或水域比較狹窄的港區(qū)。

2）LNG船對航道寬度的要求高于同噸級的油輪和LPG船，并且LNG船航行通常不乘潮，所以往往需要對航道做適當的拓寬。

3）是否留有足夠空間安裝LNG卸料臂以及管廊的預留空間，是此類工程的關鍵問題之一。因為要新增LNG卸料臂、碼頭分液罐、LNG卸料管線等，原有碼頭工作平臺和管廊帶應有足夠的面積。

4）原碼頭貨種是否保留，當保留原貨種時，泊位利用率是否能保證LNG的貨物通過能力尚需考慮。

5）在建設程序方面，由于建設項目平面布置、裝卸儲運貨種、工藝、設備設施等發(fā)生重大變化，安全條件論證、安全評價以及環(huán)境評價等需要重新論證和報批。

[1]彭延建，張超，畢曉星.LPG碼頭改造接卸LNG可能性淺析[C]//中國海洋工程學會.第十五屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集（上）.北京:海洋出版社，2011:598-602. PENG Yan-jian,ZHANG Chao,BI Xiao-xing.Analysis on possibility of unloading LNG by rebuilding LPG jetty[C]//China Marine Engineering Society.Proceedings of the 15th academic conference on China marine(offshore)engineering(Volume I).Beijing:China Ocean Press,2011:598-602.

[2]朱斌斌.江蘇LNG接收站卸料速度與壓力損失的關系[J].油氣儲運，2012，31（S1）:1-3. ZHU Bin-bin.Relationship between unloading speed and pressure loss of LNG receiving station in Jiangsu[J].Oil&Gas Storage and Transportation,2012,31(S1):1-3.

[3]JTS 165-5—2009，液化天然氣碼頭設計規(guī)范[S]. JTS 165-5—2009,Code for design liquefied natural gas port and jetty[S].

[4]JTJ 165—2013，海港總體設計規(guī)范[S]. JTJ 165—2013,Design code of general layout for sea ports[S].

[5]姚峰.五號溝LNG站接收LNG船舶及連續(xù)供氣能力分析[J].上海煤氣，2010（4）:4-5. YAO Feng.Analysis on the Capacity of Wu-Haogou LNG Station Receiving LNG Ship with Continuous Gas Supply[J].Shanghai Gas, 2010(4):4-5.

[6]JTS 144-1—2010，港口工程荷載規(guī)范[S]. JTS 144-1—2010,Load code for harbour engineering[S].

Design points for rebuilding of LPG jetty to mooring and unloading LNG carriers

PENG Yan-jian
（CNOOC Gas&Power Group Ltd.,Beijing 100028,China）

Based on the rebuilding of existing LPG jetty,under the condition that the existing LPG jetty meets the berthing and mooring requirements,we increased the appropriate process and fire fighting facilities,and make the LPG jetty suitable to mooring and unloading LNG carriers,can save the construction time and cost of new LNG jetty,and set the stage for alleviate natural gas resources in the amount of tension.We put forward design points and rebuilding measures for rebuilding LPG jetty and other liquid chemicals wharfs to mooring LNG carriers from the aspects as navigation suitability,jetty structure and process facilities,etc.

LPG jetty;LNG;rebuilding

U656.1；TV139.2

A

2095-7874（2016）02-0034-04

10.7640/zggwjs201602008

2015-07-20

2016-01-14

中海石油氣電集團科研項目（QDKY-2014-YFZX-03）

彭延建（1982—），男，山東濱州市人，碩士，工程師，主要從事LNG碼頭、儲罐設計與研究工作。E-mail:pengyj4@cnooc.com.cn