30萬t級原油碼頭裝卸工藝方案優(yōu)化設(shè)計

周一寧 胡瑞瑞

中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司

1 引言

為降低日照港嵐山港區(qū)30萬t級原油碼頭項目工程投資，提出一種裝卸工藝優(yōu)化設(shè)計方案，從優(yōu)化平面布局、減少管道伴熱投資等方面進(jìn)行研究，在降低成本的同時確保工藝方案可行。

2 工程基本情況

2.1 工程概況

日照港嵐山港區(qū)30萬t級原油碼頭工程位于山東省日照市嵐山區(qū)佛手灣，工程建設(shè)1個30萬t級原油泊位及相應(yīng)配套設(shè)施，設(shè)計年通過能力1 097萬t，年吞吐量850萬t[1]。

項目卸船原油主要包括沙特輕油、沙特重油、尼羅油、杰諾油以及卡賓達(dá)油。到港船型主尺度見表1。

2.2 裝卸工藝設(shè)備配置

2.2.1 輸油臂

對于30萬t級原油泊位，其作業(yè)效率通常為12 000～15 000 m3/h。因此，在30萬t級原油泊位上設(shè)置4臺20″液壓驅(qū)動輸油臂(3用1備)，單臺輸油臂裝卸效率為5 000 m3/h，輸油臂內(nèi)流速為7.1 m/s，用于原油卸船作業(yè)。考慮到30萬t級原油泊位在外海水域，風(fēng)浪條件較差，為使船舶在緊急情況下能夠安全、快速的進(jìn)行船岸分離，故在每臺輸油臂上均配置緊急脫離裝置(ERS)。

表1 項目到港船舶主尺度表

2.2.2 登船梯

為方便工作人員上下船舶，在30萬t級原油泊位工作平臺前沿設(shè)置1臺電液驅(qū)動登船梯，登船梯能滿足不同靠泊船型在不同水位及載重條件下的工作需求。登船梯采用電、液驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)由塔架、懸梯、升降架及相應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)組成。

2.2.3 工藝閥門

為保證碼頭工藝系統(tǒng)具有可靠的操作性和安全性，在與輸油臂相接的工藝分支管線上設(shè)置2道電動球閥，其中靠近輸油臂一側(cè)閥門為常閉狀態(tài)，另一側(cè)為常開狀態(tài)。在水陸域分界線附近設(shè)置水陸域緊急切斷閥，在緊急情況時，可以快速關(guān)閉，防止原油外泄。所有電動閥門均可就地操作，也可在控制室實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2.2.4 輸油管線

按《海港總體設(shè)計規(guī)范》(JTS 165-2013)，載重量30萬DWT的油輪凈卸船時間為35～40 h，為保證此卸船效率，輸油管線采用2根DN900螺旋縫埋弧焊鋼管，管內(nèi)流速1.6～2.52 m/s。引堤、引橋段和陸域管線采用低支墩明敷。工藝管道參數(shù)見表2。

表2 工藝管道參數(shù)表

2.2.5 泄空及吹掃系統(tǒng)

考慮碼頭平臺上輸油臂及連接支管的泄空作業(yè)，在30萬t級原油泊位設(shè)置泄空系統(tǒng)及氮氣吹掃系統(tǒng)。在工作平臺上設(shè)置2臺立式雙螺桿泵，對輸油臂內(nèi)臂、立柱以及相連支管進(jìn)行泄空作業(yè)，并將油品抽吸至工藝主管中。同時在碼頭上設(shè)置氮氣吹掃系統(tǒng)，將輸油臂外臂油品吹掃至船艙，并將輸油臂內(nèi)臂、立柱和相連支管吹掃干凈。在原油泊位碼頭平臺設(shè)置1座12 m3氮氣儲罐，氮氣氣源來自于輔建區(qū)已建的氮氣站。

3 裝卸工藝優(yōu)化設(shè)計

3.1 裝卸工藝平面布置

裝卸工藝平面布置2根原油管道共同通向碼頭平臺上的1根匯油管，再從匯油管分別與輸油臂相連。為節(jié)省空間，碼頭設(shè)備盡量布置在船中心范圍，碼頭平面布置見圖1。

圖1 碼頭裝卸工藝平面布置圖

3.2 管道保溫伴熱方案

原油屬高粘易凝貨種，為防止凝管并降低原油輸送摩阻，原油管道需要進(jìn)行保溫伴熱[2]。工藝管道的伴熱方式主要有2種方案。

方案一：采用電伴熱，其優(yōu)點是安全可靠、施工方便，能夠有效地利用能量和控制溫度，費用低、維修量小、使用靈活；缺點是一次性投資較大。

方案二：采用蒸汽伴熱，該方案在國內(nèi)外石油化工企業(yè)中廣泛采用，取用方便，優(yōu)點是冷凝潛熱大、溫度易于調(diào)節(jié)、適用范圍廣、有成熟的使用經(jīng)驗；缺點是后期運營維護(hù)費用較高，冷凝水回收較困難。

由于碼頭至陸域庫區(qū)工藝管道較長、口徑較大，電伴熱耗電量較大，且項目公共管廊上已經(jīng)敷設(shè)有1根DN200蒸汽管道至原油碼頭工程引橋根部，根據(jù)港區(qū)蒸汽管線規(guī)劃，蒸汽用量已經(jīng)包含30萬t級原油泊位的用氣需求。綜合考慮港區(qū)設(shè)施現(xiàn)狀，原油管道采用蒸汽伴熱方案。

3.3 水力坡降計算

船舶卸油泵的揚(yáng)程值必須大于陸域油罐最高液位和油輪泵最低液位的標(biāo)高差值及輸油管道總摩阻損失值的總和。

30萬t原油船型深31.2 m，設(shè)計低水位0.63 m，卸貨油泵最不利情況出口標(biāo)高為-20.67 m，罐區(qū)基礎(chǔ)地面標(biāo)高7.4 m，二者相差28.07 m。碼頭區(qū)及后方庫區(qū)輸油管道的水力坡降值見表3。

由表3可知，在最不利工況下管道總水頭損失74 m，油輪卸油泵的揚(yáng)程為140～150 m，因此原油卸船后可順利輸送至后方罐區(qū)。

3.4 工藝優(yōu)化設(shè)計方案

根據(jù)船舶卸船泵流量、設(shè)計允許流速確定輸油臂、管道等參數(shù)，優(yōu)化方案流程見表4。

4 結(jié)語

根據(jù)工程節(jié)省投資的需求，對裝卸工藝平面布局、管道保溫伴熱系統(tǒng)，提出優(yōu)化方案，并對管道水

表3 原油管道水力坡降計算表

力坡降進(jìn)行核算，確保原油卸船后可順利輸送至后方罐區(qū)，優(yōu)化方案可行。

表4 優(yōu)化方案工藝流程