LPG码头靠泊接卸LNG船的改建设计要点

彭延建

（中海石油气电集团有限责任公司，北京　100028）

LPG码头靠泊接卸LNG船的改建设计要点

彭延建

（中海石油气电集团有限责任公司，北京100028）

通过对现有的LPG码头进行改建，在满足LNG船靠泊、系泊要求的条件下，增加相应的工艺和消防设施，使LPG码头能够靠泊LNG船，从而进行LNG的装卸，能够节省新建LNG码头的建设投资和建设时间，为气源缺乏地区实现快速供气创造可能性。从航行条件适应度、码头结构及工艺设施的匹配等角度，提出LPG等液体化工码头通过改建实现靠泊LNG运输船的关键设计要点和改建措施。

LPG码头；LNG；改建

1　概述

随着我国天然气用量的日益增长，近年来我国各地不同程度地呈现临时“气荒”态势。通过进口液化天然气（LNG）是缓解“气荒”的重要解决措施之一，但是LNG码头和接收站建设工期较长，从选址到建成投产，至少需要3 a时间。如何通过合理的工程措施，为用气紧张地区实现快速供气，给LNG行业带来了新的挑战。

LNG码头设计、建设和运营与其他油气码头相比有特殊性，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100 a一遇高水位和100 a一遇波浪；进港航行时，前后1 n mile不得有其他船舶航行等。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原有码头，在增加必要的工艺、消防设施，实现停靠LNG船的工程建设实例。如英国米尔福德港的South Hook LNG接收站，日本的Ohgishima LNG终端，阿根廷的Bahia Blanca GasPort等。这种方案可以大幅度缩短新建LNG接收站和码头的建设时间，是一种具有极强灵活性、简易性特点的工程方案。国内建设单位如东莞九丰等也进行了此种建设方式的尝试，在原有LPG码头工程基础上新增LNG货种，码头泊位依托原有LPG码头，配套增设输油臂联合操作平台等，实现靠泊和接卸LNG运输船[1]。

结合LNG码头的设计、运行和类似LPG码头改建项目的经验，总结LPG码头改建接卸LNG船舶的关键性问题，如航行水域条件（主要包括码头前沿水深、码头前沿停泊水域及回旋水域尺度）、码头结构强度（船舶撞击力、挤靠力、系缆力的核算）及工艺设施的匹配性，并提出推荐改造方案，对拟改建的LPG码头的可行性评估以及类似工程的实施具有重要的借鉴意义，并为此类改造工程的实施提供技术保障。

2　复核及改造方案

2.1码头平面布置

2.1.1距离要求

LPG码头通过改建接卸LNG船，首先需校核安全距离是否满足规范要求，包括码头前沿到储罐外壁的安全距离应大于150 m，码头到储罐的距离不宜过长，需校核LNG压降是否满足要求。江苏如东LNG接收站卸料管道总长度约3 000 m，在卸料速度为13 500 m3/h情况下，管道压降为0.15 MPa，储罐底部压力约0.23~0.25 MPa[2]，总体压降已接近Q-flex船汇管连接法兰处允许最大压力0.42 MPa（Q-flex船泵的出口压力为0.68 MPa），并且卸料管道的造价较高，每延米造价超过10万元，码头前沿到储罐的距离过大会使项目的经济性受到极大影响。

根据JTS 165-5—2009《液化天然气码头设计规范》[3]，除LPG外，LNG泊位与其他货类泊位的船舶净距不应小于200 m，与LPG泊位不应小于0.3倍设计船长。

但在JTS 165—2013《海港总体设计规范》[4]实施之前设计的LPG码头，参考JTJ 211—99《海港总平面设计规范》，执行的是与其他货种码头150 m的船舶净间距，所以，有些LPG码头改建靠泊LNG船时，船舶安全净距难以满足要求。对于此类情况，可借鉴上海五号沟LNG项目的经验，通过合理安排船期，错开靠泊和卸货的作业时间[5]，即满足“实质性”的安全间距。

另外，根据《液化天然气码头设计规范》，LNG船在码头系泊时，其他航行船舶与系泊LNG船的距离不应小于200 m。如果拟改建码头位于泊位数较多的大型港区内，如丹东港大东港区南3号泊位，相邻泊位较多，其他泊位的船舶回旋水域与LNG码头距离不足200 m，LNG码头在港系泊时，势必会对相邻泊位的船舶靠离泊作业带来影响。对于此类情况的泊位，需要对LNG码头改建对港区船舶通航的影响进行专题论证，利用排队论、仿真模拟等方法，研究其他船舶的压船压港程度。

2.1.2泊位长度

根据相关规范和经验，LNG船理想的泊位长度一般在设计船型船长的1.0~1.2倍之间。如果考虑最大停靠Q-flex船型，船长315 m，则理想的泊位长度在315 m以上。如果不能满足，一般可以通过新建系缆墩、新增快速脱缆钩等方案予以解决。

《液化天然气码头设计规范》规定，靠船墩墩中心间距可取设计船长的30%～45%。按此要求对LPG码头的靠船墩间距进行复核。

如设计船型217000m3LNG运输船，兼顾30000 m3LNG运输船，码头靠泊船型长度为185.2～315 m，所要求的靠船墩中心距为:内侧靠船墩:185.2（0.3～0.45）=（55.6~83.3）m外侧靠船墩:315（0.3～0.45）=（94.5~141.8）m

在项目实施中，核算靠船墩间距时，还需要具体考虑新增LNG装卸臂的布置方案。

靠船墩间距不满足要求时，可考虑增加靠船墩，以满足靠泊需要。靠船墩与现有工作平台通过人行桥连接。

2.1.3航行条件适应度

根据《海港总体设计规范》和《液化天然气码头设计规范》，对码头前沿停泊水域底高程、航道底宽、航道水深、船舶回旋水域进行复核。

2.2水工结构

2.2.1船舶荷载

1）船舶撞击力

需校核船舶撞击荷载是否超过LPG码头所安装的护舷设计吸能。船舶靠岸时的撞击力，可根据JTS 144-1—2010《港口工程荷载规范》[6]计算，217 000 m3LNG船在0.15 m/s（设计靠泊法向速度）靠泊速度下的有效撞击能量为1 338.3 kJ，通过与LPG码头安装的护舷设计吸能进行比较，以确定是否需要更换护舷。此外，撞击力复核要考虑异常撞击情况。

2）船舶挤靠力

根据《港口工程荷载规范》，计算挤靠力标准值，对护舷进行复核。船舶停靠码头后，由吹拢风及泊稳波浪所产生的船舶挤靠力通过船舶的直线段与码头护舷的接触传递给码头结构，由于船舶直线段较长，与护舷接触点较多，其数值小于船舶靠泊撞击力，非码头结构设计控制荷载，船舶挤靠力一般不会超过原设计值。

3）船舶系缆力

系缆力标准值按取最大设计风速为V=22.0 m/s，水流流速V=2.0 m/s，流向与LNG船舶夹角小于15°进行计算[6]。通过以上组合计算系缆力，得到系缆力标准值为829.9 kN。通过与LPG码头原有快速脱缆钩进行比较以确定是否需要更换。此外，考虑瞬时风速，系缆力应按30 m/s风速进行结构核算。

2.2.2结构受力验算

通常LPG码头的结构安全等级为二级，而LNG码头的结构安全等级要求一级，需要按照结构安全等级要求对原码头进行复核验算。如果原码头靠泊能力留有富余，LNG船作用于码头结构的荷载不超过原设计能力，码头面上也不增加较大荷载，则靠泊LNG船一般不会影响码头结构的安全。

需要指出的是，不同于其他货种液体化工码头，LNG码头在进行地震力计算时，设计地震动参数的选取应考虑OBE（操作基准地震，重现期475 a）和SSE（安全停运地震，重现期4 975 a）两种状态。

2.3装卸工艺及辅助设施

2.3.1卸料臂

LPG码头工作平台是否有新增LNG卸料臂的空间，是LPG码头能否成功改建接卸LNG船舶的关键问题之一。LNG卸料臂立柱间距通常在3.5~ 4.0 m之间。通常原码头设计将LPG的卸料臂安装在码头工作平台的中间位置，如果LPG货种仍然保留，新增的LNG卸料臂也须与LPG卸料臂之间保持3.5~4.0 m的距离。LNG卸料臂与船舶汇管的水平距离如果较大，一般卸料臂水平位移超过1.5 m即触发紧急切断报警（ESD1），叠加船舶的纵荡运动后，往往会超过卸料臂的包络范围。

2.3.2管廊

为满足检修车辆要求，栈桥上通行道路宽度一般最低要求为6 m。管廊上包括LNG卸料总管、BOG管道、保冷循环管道及公用工程管道。如果单层布置，管廊宽度约7 m，低温管道与其他管道双层布置时，宽度不宜小于4 m。对于双层管廊，气体管道、公用工程管道、仪表和电气电缆桥架等宜布置在上层，低温管道宜布置在下层。管廊与通行道路间考虑一定间距，则管道单层布置时栈桥宽度一般不宜小于13 m，双层布置栈桥宽度不宜小于10 m，还应复核补偿平台的数量和尺寸是否满足要求。

2.3.3公用设施

登船梯工作范围也需要复核，当工作范围不满足使用要求时，可增加提升机构，改造整体梯架和液压动力系统。

此外，改建为LNG泊位需新增靠泊辅助系统、环境条件监测系统、缆绳张力监测系统及相应供电设施。

码头消防系统包括水冷却系统、干粉灭火系统、雨淋系统、高倍泡沫灭火系统。水冷却系统主要由冷却水管线和设置于工作平台前沿两侧的消防炮塔及登船梯上的消防炮组成，干粉灭火系统由卸装站平台下的干粉供应系统和放置于炮塔的干粉炮组成。需要复核消防水量是否满足需求。

环保方面，码头新增LNG货种后不新增工作人员，不新产生污水，但需要新增泄漏LNG的收集和处置系统，将泄漏的LNG收集到集液池内。

3　结语

通过以上分析，LPG码头改建接卸LNG是具有可行性的，需要考虑的关键问题包括泊位间安全距离、码头前沿距储罐的距离、码头前沿水深、码头前沿停泊水域及回旋水域水深和尺度、码头结构强度验算以及卸料臂预留空间等。需要重点注意的事项包括:

1）因为LNG船“排他性”特点，LNG船在港系泊作业时，安全距离的要求可能会影响其他船舶的靠离泊作业，特别是在船舶密度大或水域比较狭窄的港区。

2）LNG船对航道宽度的要求高于同吨级的油轮和LPG船，并且LNG船航行通常不乘潮，所以往往需要对航道做适当的拓宽。

3）是否留有足够空间安装LNG卸料臂以及管廊的预留空间，是此类工程的关键问题之一。因为要新增LNG卸料臂、码头分液罐、LNG卸料管线等，原有码头工作平台和管廊带应有足够的面积。

4）原码头货种是否保留，当保留原货种时，泊位利用率是否能保证LNG的货物通过能力尚需考虑。

5）在建设程序方面，由于建设项目平面布置、装卸储运货种、工艺、设备设施等发生重大变化，安全条件论证、安全评价以及环境评价等需要重新论证和报批。

[1]彭延建，张超，毕晓星.LPG码头改造接卸LNG可能性浅析[C]//中国海洋工程学会.第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上）.北京:海洋出版社，2011:598-602. PENG Yan-jian,ZHANG Chao,BI Xiao-xing.Analysis on possibility of unloading LNG by rebuilding LPG jetty[C]//China Marine Engineering Society.Proceedings of the 15th academic conference on China marine(offshore)engineering(Volume I).Beijing:China Ocean Press,2011:598-602.

[2]朱斌斌.江苏LNG接收站卸料速度与压力损失的关系[J].油气储运，2012，31（S1）:1-3. ZHU Bin-bin.Relationship between unloading speed and pressure loss of LNG receiving station in Jiangsu[J].Oil&Gas Storage and Transportation,2012,31(S1):1-3.

[3]JTS 165-5—2009，液化天然气码头设计规范[S]. JTS 165-5—2009,Code for design liquefied natural gas port and jetty[S].

[4]JTJ 165—2013，海港总体设计规范[S]. JTJ 165—2013,Design code of general layout for sea ports[S].

[5]姚峰.五号沟LNG站接收LNG船舶及连续供气能力分析[J].上海煤气，2010（4）:4-5. YAO Feng.Analysis on the Capacity of Wu-Haogou LNG Station Receiving LNG Ship with Continuous Gas Supply[J].Shanghai Gas, 2010(4):4-5.

[6]JTS 144-1—2010，港口工程荷载规范[S]. JTS 144-1—2010,Load code for harbour engineering[S].

Design points for rebuilding of LPG jetty to mooring and unloading LNG carriers

PENG Yan-jian
（CNOOC Gas&Power Group Ltd.,Beijing 100028,China）

Based on the rebuilding of existing LPG jetty,under the condition that the existing LPG jetty meets the berthing and mooring requirements,we increased the appropriate process and fire fighting facilities,and make the LPG jetty suitable to mooring and unloading LNG carriers,can save the construction time and cost of new LNG jetty,and set the stage for alleviate natural gas resources in the amount of tension.We put forward design points and rebuilding measures for rebuilding LPG jetty and other liquid chemicals wharfs to mooring LNG carriers from the aspects as navigation suitability,jetty structure and process facilities,etc.

LPG jetty;LNG;rebuilding

U656.1；TV139.2

A

2095-7874（2016）02-0034-04

10.7640/zggwjs201602008

2015-07-20

2016-01-14

中海石油气电集团科研项目（QDKY-2014-YFZX-03）

彭延建（1982—），男，山东滨州市人，硕士，工程师，主要从事LNG码头、储罐设计与研究工作。E-mail:pengyj4@cnooc.com.cn