LPG码头改造接卸LNG可能性浅析

    随着天然气消费的日益增长，近年来我国各地均不同程度的呈现用气紧张态势。进口液化天然气(LNG)是缓解用气紧张局面的主要措施之一，但其配套的LNG码头和接收站建设工期较长，一般至少需要3年时间。如何通过合理的工程措施，为气源缺乏地区实现快速供气，给LNG工程界带来了新的挑战。

    由于LNG码头在国内处于起步阶段，目前仅深圳、福建、上海三地有LNG码头投入运行，其设计、建设和运营与其他油气码头相比有特殊性。比如：码头前沿水深起算面为当地理论最低潮面；设计波浪要素为“双百”标准，即百年一遇高水位和百年一遇波浪；进港航行时，前后1 m订e不得有其他船舶航行，等等。LNG码头一般与接收站和管线为一体化工程，由建设单位统一建设。

    近年来，国外出现了通过改造已有码头，增加必要的工艺和消防设施停靠LNG船的工程实例。如英国的South Hook LNG终端，日本的Ohgishima LNG终端，以及阿根廷的Bahia Blanca GasPort等。这种方案大大减少了传统LNG接收站和码头的建设时问，是一种非常灵活和适应性强的工程方案。受此启发，国内能源企业也开始进行这种尝试。

    笔者结合所参与的此类项目的经验，以某50000吨级液体化工码头改造接卸LNG工程为例，从航行条件适应度(主要包括码头前沿水深、码头前沿停泊水域尺度及回旋水域)、码头结构(撞击力、挤靠力、系缆力的核算)及工艺设施的匹配等角度，探讨LPG等液体化工码头改造为LNG码头的可行性。以期能与同行探讨此类改造工程中主要的考虑因素、方案和存在的问题，为此类改造工程的实施提供技术保障。

    一、自然条件及码头现状

    (1)潮汐

    据1961～1980年验潮资料统计，潮型为不规则半日潮，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)设计水位

    设计高水位：1.69m(高潮累积频率10％的潮位)；设计低水位：一0.13m(低潮累积频率90％的潮位)；极端高水位：3．19m(重现期50年的年极值高水位)；极端低水位：一1．71m(重现期50年的年极值低水位)。

    (3)波浪

    本海区常波向Sw，出现频率15％；次常波向SSW、 NE，频率为12％。强浪向为WSW向，****波高2．9m：次强浪向为S、SSW和Sw向，****波高均为2.3m。

    (4)潮流

    本海区属不规则半日潮流，以旋转流为主，旋转方向为逆时针旋转，****涨潮流速0．84m／s，****落潮流速O.91m／s。

    (5)工程泥沙

    本海区属砂质海岸，主要动力为波浪，由于连岛沙坝的掩护，波浪对本海区泥沙运动影响不大，年回於强度0.4m／a。

    (6)地震

    本地区地震动峰值加速度0.15g，所对应的地震基本烈度7度。

  2．码头现状

  拟改造50000吨级液体化工码头主要情况如下：建成年份：2006年；码头结构型式：重力式方块结构；码头泊位长度：280m：码头前沿水域水深：15．6m；回旋水域：水深15．6m，直径460m；码头面顶标高：3.3m；码头系靠船构件：原码头设置6个750kN系船柱，4个SCl700标准反力型护舷，航道：航道分为外段、内段两部分，长约11500米，底宽200米，底标高-16.O米。

  二、复核及改造方案

  (1)安全间距

  按辙化天然气码头设计规范》(JTSl65-5—2009)， LNG泊位与LPG泊位以外的其他货类泊位的船舶净距  不应小于200m，与LPG泊位的船舶净距不应小于0．3倍****设计船长。拟改造码头左侧为原油泊位，右侧为成品油泊位，3个泊位都有船靠泊时船舶安全间距不满足要求，可参考上海五号沟LNG应急储备站的做法，合理安排船期，错开作业时间。

    (2)泊位长度

    码头泊位长度应满足船舶安全靠离泊作业和系缆的要求。根据以往经验，LNG船理想的泊位长度通常在设计船长的1．0～1．2倍之间。80000m3LNG运输船船长239m，则理想的泊位长度在239～290m。拟改造码头泊位全长280m，为80000m3LNG船长的1.17倍，泊位长度能够满足80000m3LNG船要求。

    (3)靠船墩间距

    墩式液化天然气码头宜设置两个靠船墩，两墩中心间距可取设计船长的(O.3～0.45)倍。80000m3LNG运输船船长239m，两墩中心间距可取71.7～107.6m。

  拟改造码头为连片式结构，可通过调整护舷间距满足靠船墩间距要求。

    (4)码头前沿停泊水域

    根据姆港总平面设计规范》(JTJ211-99)和((、液化天然气码头设计规渤(JTSl65-5-2009)中的5．4．3计算，码头前沿停泊水域底高程为-13．1m。原码头前沿停泊水域底标高-15．6m，满足80000m3LNG船停泊要求。

    (5)航道

    根据(侮港总平面设计规渤(JTJ211-99)，风流压偏角取3。，航速大于6knot，计算得到航道有效宽度为215m，航道设计水深-13．7m。现有航道底宽200m，边坡1：5，则对于80000mSLNG船(吃水11m)有效宽度为223m，满足80000m3LNG船航行要求。

    (6)船舶回旋水域

    按船舶回旋水域直径大于2．5倍****设计船长考虑，确定为600m；设计水深与航道相同，即回旋水域底高程为-13．7m。拟改造码头回旋水域直径460m，底高程-15．6m，需要拓宽。

    2．水工结构复核验算

    (1)船舶荷载

    ①船舶撞击力

    船舶靠岸时的撞击力根据船舶有效撞击能量和橡胶护舷性能曲线确定。根据《港口工程荷载规渤  (JTSl44-1-2010)计算，80000m3LNG船在0.1m／s(控制靠泊法向速度)和O.15m／s(设计靠泊法向速度)靠泊速度下的有效撞击能量分别为278.8kJ和627.3kJ，有效撞击能量小于原护舷的吸能量，可不更换护舷。

    ②船舶挤靠力

    根据《港口工程荷载规范》(JTSl44-1-2010)，计算得挤靠力标准值为725kN。目前橡胶护舷可满足要求。

  ③船舶系缆力

  取****设计风速为V=22．0m／s，当风速大于22．Om／s时，船舶离开码头；水流流速V=2．0m／s，流向与LNG船舶夹角小于15。；同时受力的系船柱数目取6个。按以上组合计算系缆力，得到系缆力标准值为1275kN。原有系船柱不满足要求，须增加2×1000kN快速脱缆钩6台。

    (2)结构复核

    因为原码头结构设计留有富余，80000m3LNG船作用于码头结构的荷载不超过原设计船舶荷载，码头面上增加的荷载不大，故靠泊80000m3LNG船不影响码头结构安全。

  3．装卸工艺及辅助设施

  (1)卸料臂

  码头原先共有5个输油臂基础，其中3个已安装输油臂，2个为预留基础。需新增一个卸料臂基础，安装3台16”LNG卸料臂，两台液相(单台能力为4400m3／h)，一台气相(能力为13200m3／h)。

    (2)管廊

    为满足施工车辆要求，施工车辆道路宽度要求为5m。管廊上包括LNG卸料总管、BOG返回气管道、保冷和放空管道、辅助系统管道和公用工程管道。如单层布置，管廊宽度约5m，低温管道与其他管道双层布置则宽度约3.5m。管廊与车辆道路间考虑一定间距，则管道单层布置栈桥宽度10.5m，管道双层布置栈桥宽度9m。

    新增管线如表2所示。

    (3)集液池

    LNG码头应设置泄漏LNG的收集和处置系统，将泄漏的LNG收集到集液池内，以防止泄漏的LNG四处溢流。同时每个集液池均设有高倍数泡沫系统，当低温探测器探测到集液池内有低温LNG时，自动向集液池内喷射高倍数泡沫混合液，使其安全气化，码头集液池的位置可设置在靠船墩或系缆墩上，通过导流沟与可能发生泄漏的地方相连通。与接收站内集液池不同的是，码头上的集液池可不设置雨水泵，而是通过导流孔将雨水直接排入海中。

    (4)登船梯

    为满足使用要求，登船梯需增加提升机构、改造整体梯架和液压系统。

    (5)快速脱缆钩

    根据3．2．1中计算，750kN系船柱改为2×1000kN快速脱缆钩，相应每个系缆墩均需增加钢桩。

    (6)辅助靠泊系统

    原码头须新增靠泊辅助系统、缆绳张力监测系统、环境条件监测系统及相应供电设施。

    (7)消防设施

    LNG码头的消防设施主要包括灭火系统、冷却系统和隔断系统。LNG接收站和码头同一时间的火灾次数按1次计，消防水量由其两者的****消防用水量确定。码头所需的消防水量见表3。

  三、结语

  通过以上各方面分析，该50000DWT码头通过改

表1不同靠泊速度下船舶撞击力计算

表3码头消防水量

造停靠80000m3LNG船，接卸LNG是具有可行性的。本文仅从航行条件适应度、码头结构及工艺设施的匹配三方面做初步的论证，考虑的因素不免有纰漏，改造工程实施与否还要参考专项评估的结果以及主管部门的意见。此外，本文的分析是基于主要结构基本完好的前提下进行的，下一步工作中还需请有资质的单位对码头的主要构件及设施进行检测。

    结合以上例子，LPG码头改造接卸LNG，通常有以下问题需要注意：

    1．安全距离

    因为LNG船的“排他性”，LNG船在港系泊时，安全距离的要求可能会对其他船舶的作业产生影响，特别是在船舶密度较大、或者港池水域比较狭窄的的港区。

    2．航道

    LNG船对航道宽度的要求比同吨级的油轮和LPG船高，并且LNG船通常不乘潮，所以往往需要对航道做一定的拓宽。

  3．船舶荷载

  LNG船横向和纵向受风面积比同吨级的油轮大，所以系缆力标准值一般比同吨位的原设计船型要大，而且系船柱要改为快速脱缆钩。

  4．水工结构

  如果原码头设计留有较大富余，靠泊LNG船型不超过原设计船型，通常结构不需要加固。但如果富余较小，可能会导致结构变形，需要评估变形对结构和工艺管线带来的影响。

  5．管廊

  管廊架是否留有足够空间是此类工程的关键问题之一。如单层布置，新增管线所需管廊宽度约5m，双层布置则需约3.5m。

  6．码头工作平台面积

    因为要新增卸料臂、分液罐、工艺管线等，原有码头工作平台应有足够的面积。

  7．泊位利用率

  如果原码头货种保留，还需考虑泊位利用率是否能保证LNG的吞吐量。