LNG浮式轉(zhuǎn)接駁設(shè)計方案對比

周斌，周毅，李萌，孫冰，何金平

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

LNG浮式轉(zhuǎn)接駁可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的LNG碼頭，不需要花費(fèi)高昂的價格專門建造LNG船靠港所需要的各種設(shè)備。同時，轉(zhuǎn)接駁讓LNG的傳輸變得更加方便快捷，LNG船不需要靠岸，只需要在碼頭附近的水域通過浮筒進(jìn)行系泊等待轉(zhuǎn)接駁到來即可。目前，國外正在積極研究并推廣浮式LNG轉(zhuǎn)駁系統(tǒng)，采用LNG轉(zhuǎn)駁平臺結(jié)合漂浮軟管的方式，在無需碼頭的情況下實現(xiàn)LNG運(yùn)輸船和陸地或浮式儲罐間的傳輸，可有效解決傳統(tǒng)LNG接收站布局受限問題。但在國內(nèi)，LNG浮式轉(zhuǎn)接駁設(shè)施的相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及制造有待研究。為此，探討LNG浮式轉(zhuǎn)接駁的選型及技術(shù)方案，涉及碼頭節(jié)省成本，LNG接收站布局，釋放碼頭空間等各方面的考慮。

1 LNG浮式轉(zhuǎn)接駁建造的必要性

LNG碼頭作為接收站的重要組成，是LNG海上運(yùn)輸和陸上管道運(yùn)輸?shù)慕徊纥c，是整個LNG運(yùn)輸?shù)难屎硪馈：侠磉x擇LNG碼頭位置是LNG接收站工程建設(shè)的重要工作，對整個工程的后續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。雖然全國沿海新增布局了多處港址，但受制于規(guī)劃的符合性、水域條件、陸域條件、船舶航行條件等多因素影響，需開展碼頭選址研究，部分站址通過充分的可行性論證可以實現(xiàn)傳統(tǒng)LNG接收站模式的布局。但是，也存在部分站址通過充分的可行性論證后，最終得出的結(jié)論是不具備布局傳統(tǒng)的碼頭接駁設(shè)施條件。

因此，積極探索LNG浮式接轉(zhuǎn)駁系統(tǒng)的應(yīng)用可行性，深入開展 LNG浮式轉(zhuǎn)接駁平臺適用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)研究和LNG浮式轉(zhuǎn)接駁平臺方案論證，進(jìn)而形成可行的優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)LNG行業(yè)的技術(shù)突破，解決我國局部港口發(fā)展LNG的限制，加快中國海油沿海及長江干線的LNG接收站碼頭布局非常必要。

2 LNG轉(zhuǎn)接駁技術(shù)方案

2.1 LNG浮式轉(zhuǎn)接駁選型

LNG浮式轉(zhuǎn)接駁選型主要有以下三種。

1)挪威Connect LNG公司投入使用的半潛式品字形轉(zhuǎn)接駁UTS。該方案中用于傳輸貨物的軟管盤放于甲板，所以對甲板的面積需求較大，船寬較大。主船體采用3根立柱提供浮力，波浪載荷較小，連接方式采用真空吸附裝置與LNG船體連接，能快速牢固傳輸貨物，該方案的優(yōu)點是不需要人值班看守、能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。采用Connect LNG方案傳輸貨物的場景見圖1。

圖1 Connect LNG方案作業(yè)場景

2)HOULDER公司研發(fā)的方駁箱型轉(zhuǎn)接駁。該方案采用普通駁船型，船體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，淺吃水，甲板上面布置軟管吊和軟管架。連接方式采用纜繩與LNG船體連接。該方案的優(yōu)勢在于可自航，但需要有人操作。配有KHOBRA傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括折臂吊和具備運(yùn)動補(bǔ)償和應(yīng)急釋放ERS的裝卸系統(tǒng)。HOULDER方案傳輸貨物的場景見圖2。

圖2 HOULDER方案作業(yè)場景

3)Stena公司研發(fā)的半潛式方形轉(zhuǎn)接駁。該方案將設(shè)備系統(tǒng)直接布置在運(yùn)輸船上，獨(dú)立性較高，不需要值守，可以遠(yuǎn)程操作。系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)時不需額外的輔助船舶，軟管卷筒布置在甲板上，吊機(jī)需要占用較大的甲板面積來用于軟管操作，因此對甲板尺度要求較大。采用內(nèi)置式錨鏈定位，用大型低摩擦護(hù)舷與LNG船體連接。方形轉(zhuǎn)接駁作業(yè)場景見圖3。

圖3 Stena方案作業(yè)場景

2.2 技術(shù)方案總體設(shè)想

ConnectLNG的品字形轉(zhuǎn)接駁和Stena公司的方形轉(zhuǎn)接駁均為半潛式，小水線面型，抵抗環(huán)境能力更強(qiáng)。駁船船型設(shè)計及施工簡單，吃水淺，易于使用和維護(hù)，能夠在指定海域下安全可靠系泊作業(yè)，故推薦駁船型。LNG船采用浮筒式多點系泊，轉(zhuǎn)接駁采用旁靠纜繩系泊或吸盤系泊，轉(zhuǎn)接駁閑置時系泊在浮筒上或停靠碼頭。轉(zhuǎn)接駁要盡量簡配，不配軟管吊和漂浮軟管卷筒，重要設(shè)備包括岸端電網(wǎng)、控制、氮?dú)庀到y(tǒng)等重要設(shè)備依托在岸上。動力設(shè)計不配置推進(jìn)系統(tǒng)，依托作業(yè)值守拖輪頂推驅(qū)動。采用無人遙控作業(yè)，不配置現(xiàn)場人員，僅在接卸軟管時人員會輔助操作。

2.3 LNG浮式轉(zhuǎn)接駁主尺度的確定思路

1)優(yōu)化布置，合理高效使用空間。收納槽盡可能向船體邊緣靠，增加甲板有效面積。各種裝置布置緊湊，在保留足夠的人行過道時，盡可能減少占用甲板面積。

2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，控制空船重量。進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)置固定壓載艙，控制平臺船體的結(jié)構(gòu)重量。

3)尺度優(yōu)化，總體性能不降低。在滿足性能要求的前提下，盡力降低主要尺度：型長、型寬、型深。優(yōu)化布置，使空間更合理高效小巧靈便更易于操作，同時還能節(jié)約成本。

4)安全環(huán)保，考慮海洋防污染要求。平臺沒有動力系統(tǒng)和居住艙室，不產(chǎn)生大氣污染和生活廢水，具有綠色環(huán)保的特點。

3 LNG轉(zhuǎn)接駁設(shè)計方案

考慮到碼頭的實際情況和LNG浮式裝接駁主尺度的設(shè)計思路，設(shè)計5種方案并進(jìn)行對比分析，5種設(shè)計方案的主要參數(shù)見表1。

表1 5種方案主要參數(shù)

3.1 方案一

方案一軟管的收納是繞成圓盤狀堆放于甲板上(見圖4)，為了保護(hù)軟管不被擠壓破壞，需要單獨(dú)給軟管設(shè)置較大的甲板面積，并且為了便于其他管系和設(shè)備的布置還需將軟管所在位置的甲板升高，需要較大的船體結(jié)構(gòu)。

圖4 軟管盤放于甲板

這種布置方式不僅浪費(fèi)甲板面積，而且對軟管的彎曲要求較高，還需要配置專用的鞍座放置軟管接口。軟管在被軟管吊拉上去時，管子展開一圈，需要繞自己的軸旋轉(zhuǎn)360°，扭轉(zhuǎn)變形對軟管的損傷較大。傳輸作業(yè)時由現(xiàn)場人員協(xié)調(diào)LNG船軟管吊進(jìn)行軟管的吊放，以及軟管接頭的連接。方案一布置方式見圖5。

圖5 方案一布置示意

3.2 方案二

方案二在轉(zhuǎn)接駁平臺上面設(shè)計軟管收納槽(見圖6)，可以根據(jù)軟管的長度來設(shè)計收納槽的大小，槽的數(shù)目根據(jù)軟管數(shù)目確定。每根管子都是一個獨(dú)立的槽，互不干擾，在收納槽的的頂端，每個槽之間都有半圓形的喇叭口，喇叭口也是互不干涉的，槽里面全部都是軟管呈蛇形儲存盤放在里面，當(dāng)轉(zhuǎn)接駁和LNG船靠近時，通過LNG船的軟管吊將收納槽中，這個軟管給拉到LNG船的軟管接口處，當(dāng)貨物傳輸完畢后，由于每個槽比軟管的直徑稍大，軟管通過重力作用回到槽里面后，只能自動折曲成最初狀態(tài)，通過這樣的設(shè)計，軟管在完成傳輸后回到槽里面的過程中不會出現(xiàn)其他的狀態(tài)。占用甲板面積較小，不需要為了防止軟管形變而改變船體的形狀，并且不需要安裝專用的鞍座。

圖6 軟管收納槽

這種收納槽的主要優(yōu)點是進(jìn)出自如，沒有阻礙，除了有小量的彎曲變形，沒有任何扭曲變形。

采用的這種復(fù)合軟管重量輕、更柔軟，抗臭氧，耐老化，壽命長，彎曲半徑小易于操作，尺寸范圍大，耐化學(xué)腐蝕性能廣，管體沒有金屬疲勞破壞點，不會產(chǎn)生突然破裂，安全性能好，5倍的壓力安全系數(shù)，能承受更大的脈沖壓力。

方案二在轉(zhuǎn)接駁平臺上面的軟管收納槽共設(shè)計有3個槽位，按照液管、氣管和液管的順序放置軟管，通過LNG船的軟管吊將收納槽里面的軟管吊起來和LNG船上的管匯連接，從而進(jìn)行貨物輸送。方案二的布置方式見圖7。

圖7 方案二布置示意

3.3 方案三

方案三的布置方式見圖8，甲板上的收納槽設(shè)計成5個槽位，中間放置氣管，其余兩邊均放置液管，收納槽的位置放置在甲板中間，防止轉(zhuǎn)接駁發(fā)生橫傾現(xiàn)象，在左右兩舷布置信號燈，用于表示船舶所處的狀態(tài)或者發(fā)出某種信號以及進(jìn)行近距離通信聯(lián)絡(luò)。

圖8 方案三布置示意

3.4 方案四

方案四的布置方式見圖9，在收納槽的周圍布置1圈走臺，方便人員進(jìn)行操作和日常維修，走臺兩側(cè)布置扶梯。同時，由于采用了較重的吸附裝置放置在轉(zhuǎn)接駁左舷，導(dǎo)致轉(zhuǎn)接駁具有重心失衡的現(xiàn)象，為了保證轉(zhuǎn)接駁整體浮態(tài)，在右舷設(shè)計一個固定壓載艙來平衡左舷超出的重量。

圖9 方案四布置示意

3.5 方案五

由于固定壓載艙是設(shè)計在轉(zhuǎn)接駁中間，且橫艙壁斷開，對整體的結(jié)構(gòu)有較大的損傷。因此，調(diào)整后將甲板室的位置設(shè)計在了轉(zhuǎn)接駁中部，在右舷設(shè)計兩個固定壓載箱，專門放置重物用于平衡左舷超出的重量。并且微調(diào)了收納槽的位置，使整體的布局更加合理協(xié)調(diào)。方案五的布置見圖10。

圖10 方案五布置示意

4 方案比較

經(jīng)過綜合分析，方案一的設(shè)計較為簡單，考慮的情況不多，僅就平臺的作業(yè)進(jìn)行了設(shè)計，在軟管的放置、連接方式等方面欠缺考慮，與實際情況有差距。方案二設(shè)計了收納槽，但是其他方面考慮的較少。方案三增加了跨接管收納槽、甲板室等布置，但是采用纜繩系泊可能會使平臺與LNG船浮態(tài)不一致，容易造成事故，而且主尺度和排水量較大，由于收納槽在船左舷，右舷沒有與之相匹配的重量，容易造成橫傾，給平臺的作業(yè)造成干擾，同時收納槽要離左舷要有足夠的人行道距離，而且靠球的位置容易影響纜繩系泊的位置，總體的布置不協(xié)調(diào)。

方案四在方案三基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用吸附裝置和LNG船連接，保證了平臺的浮態(tài)能夠隨著LNG船吃水的減小而變化，不會產(chǎn)生風(fēng)險；收納槽的長度進(jìn)行了縮短，高度增加，并且在周圍設(shè)置了1圈走臺，以覆蓋和保護(hù)軟管，方便人員檢修操作；距離左舷保證了至少210 mm的距離，并且將靠球的位置移到了船中間兩側(cè)，使其不會影響吸附裝置的布置；跨接軟管在收納槽底部的出口移到收納槽首部，出槽后彎轉(zhuǎn)180°，然后向后延伸與管匯相連，舷燈也布置在了兩側(cè)的欄桿上，可減少甲板的占用面積。為了平衡左舷的重量，使平臺的整體重力和浮力保持平衡，在右舷設(shè)置了1個固定壓載艙，裝載礦砂來平衡左舷的重量。

方案五在方案四的基礎(chǔ)上考慮了管系的布置合理性，使設(shè)計更加符合工程實際。收納槽外面連接的部分通過三通接頭和甲板上20 in軟管連接，從而減少軟管數(shù)量。同時為了調(diào)節(jié)浮態(tài)方便，在右舷增設(shè)2個固定壓載箱，使之代替固定壓載艙。

總結(jié)每個方案的特點,見表2、3。

表2 各方案缺點對比

表3 各方案優(yōu)點對比

對比以上5個方案，綜合評價認(rèn)為方案五符合性能要求且較優(yōu)。

5 結(jié)論

考慮到甲板上的軟管收納、船體的結(jié)構(gòu)重量、LNG船的連接方式，以及整體空間布局的要求，最終選取五種方案五。但在設(shè)計中沒有考慮材料選擇和投入使用方面對設(shè)計方案的影響，如不同材料對轉(zhuǎn)接駁使用壽命和安全性以及穩(wěn)定性的影響。因此，在后續(xù)的研究中，還要結(jié)合更多實際的作業(yè)環(huán)境來完善設(shè)計方案，如操作方面，配備專業(yè)的傳輸操作手冊。安全方面，要劃分出危險區(qū)域，要在轉(zhuǎn)接駁上布置及考慮船上消防、救生設(shè)備及逃生路線等。