LPG碼頭改造接卸LNG可能性淺析

    隨著天然氣消費的日益增長，近年來我國各地均不同程度的呈現用氣緊張態勢。進口液化天然氣(LNG)是緩解用氣緊張局面的主要措施之一，但其配套的LNG碼頭和接收站建設工期較長，一般至少需要3年時間。如何通過合理的工程措施，為氣源缺乏地區實現快速供氣，給LNG工程界帶來了新的挑戰。

    由于LNG碼頭在國內處于起步階段，目前僅深圳、福建、上海三地有LNG碼頭投入運行，其設計、建設和運營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地理論最低潮面；設計波浪要素為“雙百”標準，即百年一遇高水位和百年一遇波浪；進港航行時，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，由建設單位統一建設。

    近年來，國外出現了通過改造已有碼頭，增加必要的工藝和消防設施停靠LNG船的工程實例。如英國的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LNG接收站和碼頭的建設時問，是一種非常靈活和適應性強的工程方案。受此啟發，國內能源企業也開始進行這種嘗試。

    筆者結合所參與的此類項目的經驗，以某50000噸級液體化工碼頭改造接卸LNG工程為例，從航行條件適應度(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)、碼頭結構(撞擊力、擠靠力、系纜力的核算)及工藝設施的匹配等角度，探討LPG等液體化工碼頭改造為LNG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施提供技術保障。

    一、自然條件及碼頭現狀

    (1)潮汐

    據1961～1980年驗潮資料統計，潮型為不規則半日潮，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)設計水位

    設計高水位：1.69m(高潮累積頻率10％的潮位)；設計低水位：一0.13m(低潮累積頻率90％的潮位)；極端高水位：3．19m(重現期50年的年極值高水位)；極端低水位：一1．71m(重現期50年的年極值低水位)。

    (3)波浪

    本海區常波向Sw，出現頻率15％；次常波向SSW、 NE，頻率為12％。強浪向為WSW向，****波高2．9m：次強浪向為S、SSW和Sw向，****波高均為2.3m。

    (4)潮流

    本海區屬不規則半日潮流，以旋轉流為主，旋轉方向為逆時針旋轉，****漲潮流速0．84m／s，****落潮流速O.91m／s。

    (5)工程泥沙

    本海區屬砂質海岸，主要動力為波浪，由于連島沙壩的掩護，波浪對本海區泥沙運動影響不大，年回於強度0.4m／a。

    (6)地震

    本地區地震動峰值加速度0.15g，所對應的地震基本烈度7度。

  2．碼頭現狀

  擬改造50000噸級液體化工碼頭主要情況如下：建成年份：2006年；碼頭結構型式：重力式方塊結構；碼頭泊位長度：280m：碼頭前沿水域水深：15．6m；回旋水域：水深15．6m，直徑460m；碼頭面頂標高：3.3m；碼頭系靠船構件：原碼頭設置6個750kN系船柱，4個SCl700標準反力型護舷，航道：航道分為外段、內段兩部分，長約11500米，底寬200米，底標高-16.O米。

  二、復核及改造方案

  (1)安全間距

  按轍化天然氣碼頭設計規范》(JTSl65-5—2009)， LNG泊位與LPG泊位以外的其他貨類泊位的船舶凈距  不應小于200m，與LPG泊位的船舶凈距不應小于0．3倍****設計船長。擬改造碼頭左側為原油泊位，右側為成品油泊位，3個泊位都有船靠泊時船舶安全間距不滿足要求，可參考上海五號溝LNG應急儲備站的做法，合理安排船期，錯開作業時間。

    (2)泊位長度

    碼頭泊位長度應滿足船舶安全靠離泊作業和系纜的要求。根據以往經驗，LNG船理想的泊位長度通常在設計船長的1．0～1．2倍之間。80000m3LNG運輸船船長239m，則理想的泊位長度在239～290m。擬改造碼頭泊位全長280m，為80000m3LNG船長的1.17倍，泊位長度能夠滿足80000m3LNG船要求。

    (3)靠船墩間距

    墩式液化天然氣碼頭宜設置兩個靠船墩，兩墩中心間距可取設計船長的(O.3～0.45)倍。80000m3LNG運輸船船長239m，兩墩中心間距可取71.7～107.6m。

  擬改造碼頭為連片式結構，可通過調整護舷間距滿足靠船墩間距要求。

    (4)碼頭前沿停泊水域

    根據姆港總平面設計規范》(JTJ211-99)和((、液化天然氣碼頭設計規渤(JTSl65-5-2009)中的5．4．3計算，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高-15．6m，滿足80000m3LNG船停泊要求。

    (5)航道

    根據(侮港總平面設計規渤(JTJ211-99)，風流壓偏角取3。，航速大于6knot，計算得到航道有效寬度為215m，航道設計水深-13．7m。現有航道底寬200m，邊坡1：5，則對于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****設計船長考慮，確定為600m；設計水深與航道相同，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．水工結構復核驗算

    (1)船舶荷載

    ①船舶撞擊力

    船舶靠岸時的撞擊力根據船舶有效撞擊能量和橡膠護舷性能曲線確定。根據《港口工程荷載規渤  (JTSl44-1-2010)計算，80000m3LNG船在0.1m／s(控制靠泊法向速度)和O.15m／s(設計靠泊法向速度)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舷的吸能量，可不更換護舷。

    ②船舶擠靠力

    根據《港口工程荷載規范》(JTSl44-1-2010)，計算得擠靠力標準值為725kN。目前橡膠護舷可滿足要求。

  ③船舶系纜力

  取****設計風速為V=22．0m／s，當風速大于22．Om／s時，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。；同時受力的系船柱數目取6個。按以上組合計算系纜力，得到系纜力標準值為1275kN。原有系船柱不滿足要求，須增加2×1000kN快速脫纜鉤6臺。

    (2)結構復核

    因為原碼頭結構設計留有富余，80000m3LNG船作用于碼頭結構的荷載不超過原設計船舶荷載，碼頭面上增加的荷載不大，故靠泊80000m3LNG船不影響碼頭結構安全。

  3．裝卸工藝及輔助設施

  (1)卸料臂

  碼頭原先共有5個輸油臂基礎，其中3個已安裝輸油臂，2個為預留基礎。需新增一個卸料臂基礎，安裝3臺16”LNG卸料臂，兩臺液相(單臺能力為4400m3／h)，一臺氣相(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寬度10.5m，管道雙層布置棧橋寬度9m。

    新增管線如表2所示。

    (3)集液池

    LNG碼頭應設置泄漏LNG的收集和處置系統，將泄漏的LNG收集到集液池內，以防止泄漏的LNG四處溢流。同時每個集液池均設有高倍數泡沫系統，當低溫探測器探測到集液池內有低溫LNG時，自動向集液池內噴射高倍數泡沫混合液，使其安全氣化，碼頭集液池的位置可設置在靠船墩或系纜墩上，通過導流溝與可能發生泄漏的地方相連通。與接收站內集液池不同的是，碼頭上的集液池可不設置雨水泵，而是通過導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構、改造整體梯架和液壓系統。

    (5)快速脫纜鉤

    根據3．2．1中計算，750kN系船柱改為2×1000kN快速脫纜鉤，相應每個系纜墩均需增加鋼樁。

    (6)輔助靠泊系統

    原碼頭須新增靠泊輔助系統、纜繩張力監測系統、環境條件監測系統及相應供電設施。

    (7)消防設施

    LNG碼頭的消防設施主要包括滅火系統、冷卻系統和隔斷系統。LNG接收站和碼頭同一時間的火災次數按1次計，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算

表3碼頭消防水量

造�？�80000m3LNG船，接卸LNG是具有可行性的。本文僅從航行條件適應度、碼頭結構及工藝設施的匹配三方面做初步的論證，考慮的因素不免有紕漏，改造工程實施與否還要參考專項評估的結果以及主管部門的意見。此外，本文的分析是基于主要結構基本完好的前提下進行的，下一步工作中還需請有資質的單位對碼頭的主要構件及設施進行檢測。

    結合以上例子，LPG碼頭改造接卸LNG，通常有以下問題需要注意：

    1．安全距離

    因為LNG船的“排他性”，LNG船在港系泊時，安全距離的要求可能會對其他船舶的作業產生影響，特別是在船舶密度較大、或者港池水域比較狹窄的的港區。

    2．航道

    LNG船對航道寬度的要求比同噸級的油輪和LPG船高，并且LNG船通常不乘潮，所以往往需要對航道做一定的拓寬。

  3．船舶荷載

  LNG船橫向和縱向受風面積比同噸級的油輪大，所以系纜力標準值一般比同噸位的原設計船型要大，而且系船柱要改為快速脫纜鉤。

  4．水工結構

  如果原碼頭設計留有較大富余，靠泊LNG船型不超過原設計船型，通常結構不需要加固。但如果富余較小，可能會導致結構變形，需要評估變形對結構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．碼頭工作平臺面積

    因為要新增卸料臂、分液罐、工藝管線等，原有碼頭工作平臺應有足夠的面積。

  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。