油氣化工碼頭岸電設施設計重難點分析

楊亞賓 李偉儀 覃 杰

中交第四航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

我國自2010年首次采用高壓岸電系統開始，船舶岸電設施建設逐步在全國推廣。根據交通運輸部網站的數據顯示，截至2018年年底，全國已建成岸電設施3 700余套，覆蓋5 200余泊位。建設船舶岸電設施已成為大勢所趨，但是對于油氣化工碼頭建設船舶岸電設施，政府部門、建設單位、設計單位及船級社均未形成明確的結論，也沒有完整的設計方案，給從業人員造成了較大困擾。

2 油氣化工碼頭船舶岸電設施的背景及現狀

2.1 研究背景

遵照JTS 155-2012《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》，對油氣化工碼頭未做明確要求，鑒于安全考慮，油氣化工碼頭一般不建設船舶岸電設施。JTS 155-2019《碼頭岸電設施建設技術規范》也未增加油氣化工碼頭類型[1]。

交通部2018年12月發布的交海發〔2018〕168號《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》對船舶靠港使用岸電要求規定：“2019年1月1日及以后建造的中國籍公務船、內河船舶(液貨船除外)和江海直達船舶應具備船舶岸電系統船載裝置”。該文對船舶岸電系統船載裝置的要求將液貨船排除在外。

2020年2月1日起正式施行的《港口和船舶岸電管理辦法》，其解讀文件中指出“考慮到油氣化工碼頭安全風險較大，防爆要求高，實踐經驗不足，暫不具備推廣使用岸電的條件，因此未對此類碼頭岸電設施建設進行強制性規定。同時考慮到岸電技術的進步和今后應用的可能，新建、改建、擴建的油氣化工碼頭應當預留岸電設施的空間或通路。”

2.2 油氣化工碼頭船舶岸電設施建設現狀

自2018年3月交通運輸部2號令頒布后，國內油氣化工碼頭在規劃、設計時基本會考慮建設船舶岸電設施的可行性，具備可行性時，設計單位提供設計方案；當現行技術不能提供成熟方案時，會考慮預留岸電配電裝置安裝空間和電源容量。

經調研，國內油氣化工碼頭船舶岸電設施的已建案例有3套，分別為：江蘇索普港海納川危化品碼頭800 kVA岸電系統、浙江嘉港石化碼頭2 MVA岸電系統和嘉興美福石油碼頭2 MVA岸電系統。這3套岸電設施存在幾個共同點：①岸電插座箱和電纜絞車上電機等電氣設備采用防爆設計[2-3]；②均為低壓上船；③船上無配套的岸電受電裝置，需要岸上提供轉接箱，且愿意使用岸電的船舶多為碼頭方自家船只。

3 設計方案重難點分析

船舶岸電系統主要由岸基供電系統、船岸連接系統和船載受電系統組成。對于油氣化工碼頭船舶岸電系統，岸基供電系統一般安裝在爆炸危險區域之外的碼頭工作樓內，與其他類型碼頭船舶岸電系統沒有區別。油氣化工碼頭船舶岸電系統的重難點主要包括船舶岸電系統容量的確定、船岸連接系統的設備布置及防爆岸電插接件。

3.1 電容量需求不明確

船舶岸電系統的系統容量由船舶靠泊、裝船或卸船作業時的用電需求決定。當無岸電可接入時，由船舶輔機提供電源，所以單泊位岸電系統容量，一般以該泊位允許靠泊船舶的最大單臺輔機的額定容量作為參考。

JTS 155-2019《碼頭岸電設施建設技術規范》附錄A給出了干散貨、集裝箱、郵輪等船舶輔機功率，但未包含油氣化工船舶。在船舶資料庫查詢船舶相關資料，經對比發現，同量級油氣化工船舶的配置存在較大差異。且油氣化工船舶卸貨作業時，主要用電負荷為卸料泵、平衡泵，此類用電負荷信息很難得知。若要確定岸電系統容量，需針對所建設泊位停靠船舶進行用電需求調研，此類數據可通過船方和碼頭運營公司獲取。

3.2 上船電壓等級與容量的矛盾

考慮到經濟性和電纜連接的可實施性等因素，上船電壓等級一般根據容量確定。JTS 155-2019 《碼頭岸電設施建設技術規范》4.2.3條：供電容量小于630 kVA時，可采用低壓供電方式；供電容量為630 kVA～1 600 kVA時，宜采用高壓供電方式；供電容量大于1 600 kVA時，應采用高壓供電方式。

但船舶輔機一般為低壓發電機，設備用電為低壓三相電源。大容量岸電設施存在著這一矛盾，岸方和船方必須有一方需要作出妥協，在本方范圍內進行電壓等級變換。大容量岸電設施采用低壓上船方式時，多根大電纜的連接對電纜提升裝置、岸電箱和船舶接電箱等設備提出更高技術要求，連船操作也變得困難。市場上缺少高壓防爆插接件是高壓上船方案的重要制約因素。

3.3 船岸連接系統的設備布置受限

船岸連接系統主要包含岸電箱、電纜提升裝置(上船電纜可人工提升時取消)和插接件，設備一般布置在碼頭面上，對于油氣化工碼頭，其安裝位置主要受爆炸危險區域、船舶接電位置影響。

3.3.1 爆炸危險區域的影響

船岸連接系統的電氣設備是否需要采用防爆型設備，取決于安裝位置是否處于爆炸危險區域內。工程實際中爆炸危險區域的平面劃分較為保守，常見劃分見圖1。

圖1 碼頭爆炸危險區域劃分平面圖

實際上船舶外沿四周15 m范圍內并不全是爆炸危險區域2區，根據IEC 60092-502，閃點不超過60℃易燃液體貨輪，以船舶艙口、管道法蘭、排氣口等釋放源為中心，半徑為3 m的范圍內可劃為2區[4]。船舶尾部主要是駕駛室和機艙，無釋放源。若船岸連接設備不在岸上裝卸設備的爆炸危險區域內，則船岸連接設備可以采用非防爆設備；否則，船岸連接系統內的電氣設備應采用防爆設備，如岸電箱、插接頭、電纜絞車的電機及配套電氣設備。

3.3.2 碼頭平面形式的影響

油氣化工碼頭的平面方案主要有一字型布置、蝶式布置兩種，兩種不同形式的平面，也決定著船岸連接系統的設備布置方案。

船舶靠泊一字型布置的碼頭時，船身可與碼頭貼臨，且碼頭平面空間較充裕，岸上接卸裝置主要集中在船艙接卸口附近，船尾對應的碼頭區域有空間可供岸電設備安裝。國內已建岸電設施的案例都屬于該工況。

船舶靠泊蝶式布置的碼頭時，船身僅貨艙段與碼頭平臺貼臨，船首船尾通過纜繩系在系纜墩，船舶噸級越大，船尾接電位置離碼頭距離越遠(見圖2)。如果將船岸連接設備設置在系纜墩上，則無法直接將電纜提升至甲板，可能需要通過小船運送，操作難度大。如果將船岸連接設備設置在工作平臺上，也存在3個難點，分別是：工作平臺需要加大，增加投資；設備大概率將處于爆炸危險區域內，需采用防爆設備；電纜提升上船后，需從船身中部連接至船尾，連船操作困難。

圖2 蝶式布置碼頭平面圖

4 結語

通過梳理政策背景，調研建設現狀，基于常規的船舶岸電設施，總結了油氣化工碼頭船舶岸電設施主要的實施難點有：缺少油氣化工船舶用電負荷信息，樣本容量小，岸電系統容量難確定；大容量岸電系統上船電壓等級難確定，低壓上船電纜多，高壓上船缺防爆插接件；船岸連接設備設置位置難確定，若想使用非防爆設備，需要謹慎選擇安裝位置，避開爆炸危險區域；蝶式布置的碼頭缺少合適的安裝位置，加設岸電的工程投資較大，且也存在電氣設備防爆和連船操作困難的問題。