液化天然氣接收站取排水口位置選擇分析

逄 永 健

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液化天然氣接收站取排水口位置選擇分析

逄 永 健

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

液化天然氣（LNG）接收站取排水口位置的選擇影響著接收站總平面布置的合理性和接收站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。從幾方面分析了在選擇取排水口時(shí)需注意的問(wèn)題，并詳細(xì)和舉例說(shuō)明在選擇取排水口時(shí)需要考慮的幾個(gè)重要因素。

液化天然氣接收站；氣化器；取水口；排水口；最大溫降

隨著國(guó)家和地方政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視，使用清潔能源逐步取代以煤為主的能源消費(fèi)正快速推進(jìn)。天然氣作為一種清潔、優(yōu)質(zhì)能源，在能源消費(fèi)中的比例也在逐步增加，液化天然氣（LNG）作為天然氣能源中的重要組成部分，其需求量也隨之快速增長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)使用的LNG大部分是進(jìn)口，一般采用LNG運(yùn)輸船運(yùn)至中國(guó)沿海地區(qū)，再通過(guò)沿海的LNG接收站接收、儲(chǔ)存，最后外輸至用戶。

LNG接收站的外輸主要為氣態(tài)外輸，目前國(guó)際上用于LNG接收站的氣化器主要分為以下幾類：開架式氣化器 (ORV)、中間介質(zhì)氣化器（IFV）、管殼式氣化器(STV)、浸沒(méi)燃燒式氣化器（SCV）。ORV是以海水作為氣化器的加熱介質(zhì)，對(duì)海水水質(zhì)要求較高。IFV是以丙烷作為中間加熱介質(zhì)，采用海水作為加熱源氣化，可以在海水水質(zhì)較差環(huán)境下使用。STV的熱源是空氣，因其占地面積很大，通常不被采用在LNG接收站。SCV是燃燒天然氣將水加熱，再由熱水加熱LNG使其氣化，但因其需消耗天然氣，一般用作其它氣化器的備用。

因此目前LNG接收站采用的氣化熱源主要是海水，而且海水的使用量很大，單臺(tái)一般能達(dá)到6 500 m3/h，大部分接收站的氣化器都在6臺(tái)以上。因此接收站建設(shè)時(shí)需要考慮取海水口和排海水口的位置選擇。取排水口的布置位置需要考慮取水處的水質(zhì)、最低低潮位、對(duì)船舶靠泊影響，同時(shí)還要考慮取水口和排水口之間相對(duì)位置，避免冷水短路回流，盡可能取進(jìn)高溫海水，確保接收站的取水工程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也避免對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。

1 取水口處水質(zhì)

由于海水的不同水質(zhì)對(duì)氣化器的選擇有著不同要求。一般為確保開架式氣化器（ORV）防腐層不出現(xiàn)問(wèn)題，海水中含固體懸浮物濃度應(yīng)小于10 mg/L[1]；中間介質(zhì)氣化器（IFV）雖然可以在海水水質(zhì)較差環(huán)境下使用，但如果海水被污染或者包含對(duì)設(shè)備有害的物質(zhì)而不能使用海水的場(chǎng)所，則需要選擇浸沒(méi)燃燒式氣化器（SCV）。

IFV的價(jià)格是ORV的幾倍，而SCV則需要消耗1%~2%的氣化生產(chǎn)出的天然氣作為燃料氣，運(yùn)行費(fèi)用較高，所以在布置取水口位置時(shí)盡量避免在航道、排污口等附近。最好選在海水水深較深、海水流動(dòng)性好的開敞區(qū)域，以避免淺海的海底泥沙和海面漂浮污染物進(jìn)入取水口，造成設(shè)備故障，影響取海水設(shè)施的正常運(yùn)行。

2 最低低潮位

為保證取海水口能夠在低潮位時(shí)依舊吸進(jìn)足夠的海水，取海水口的高程確定應(yīng)在當(dāng)?shù)刈畹偷统蔽灰韵?~3 m，如果水文資料中的設(shè)計(jì)低水位或校核低水位在最低低潮位以下，則應(yīng)將取海水口高程確定在設(shè)計(jì)低水位或校核低水位以下2~3 m處。

3 船舶靠泊影響

《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》JTS 165-5-2009中規(guī)定液化天然氣船舶靠泊操作時(shí)海水橫流小于0.5 m/s，順流小于1.0 m/s（橫流指與船舶的夾角大于等于15°的水流，小于15°的為順流）[2]。所以在布置排海水口時(shí)盡量遠(yuǎn)離LNG碼頭，如果無(wú)法避免時(shí)也不要直接朝向LNG碼頭，以減少對(duì)碼頭局部區(qū)域海水流速的干擾，影響LNG運(yùn)輸船安全靠泊。

4 取水口與排水口之間相對(duì)位置

使用海水對(duì)LNG進(jìn)行氣化，會(huì)使經(jīng)過(guò)LNG氣化器的海水溫度降低，為控制水溫降低對(duì)一定區(qū)域內(nèi)海洋生態(tài)環(huán)境的影響,要求海水氣化器出水溫度與當(dāng)?shù)睾Ｋ臏夭羁刂圃? ℃以內(nèi)。

針對(duì)以上原因，取水口和排水口布置時(shí)需要保持一定的距離，以避免低溫海水一直被循環(huán)使用，造成海水溫降過(guò)大。取排水口之間距離的多少會(huì)受到其布置的位置、潮流方向及大小的影響。如果取水口和排水口之間有較大的阻擋物，二者距離較遠(yuǎn)，海水的溫降會(huì)較小。如果因條件限制取排水口之間距離較近，則需要進(jìn)行數(shù)模分析或物模試驗(yàn)判斷。

本文結(jié)合某LNG接收站的取排水工程數(shù)模分析，說(shuō)明阻擋物、潮流方向、大小對(duì)海水溫度的影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，LNG接收站取水口位于港池內(nèi)陸域岸線東側(cè),排水口位于港池內(nèi)陸域與防波堤夾角處，詳見圖1。取排水量為48 500 m3/h，取排水溫差為5 ℃。

本工程西側(cè)防波堤建成后，港內(nèi)形成封閉型水域，潮流動(dòng)力減弱，港內(nèi)大部分水域平均流速在0.1~0.2 m/s；本工程碼頭區(qū)及回旋水域在漲潮時(shí)受漲潮流的影響，存在一個(gè)帶狀分布的流速較大區(qū)域，大潮時(shí)該區(qū)域最大流速可達(dá)0.6 m/s，流向向東，基本與本工程碼頭軸線平行。

為了研究排水口位置對(duì)取水的影響，分別對(duì)兩個(gè)方案冷排水隨潮流的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬。溫降場(chǎng)的分布采用全潮最大溫降包絡(luò)線圖表示，從直觀上理解，最大溫降包絡(luò)線就是所有任意時(shí)刻等溫降線所圍區(qū)域的并集。本次模擬了15 d的潮流運(yùn)動(dòng)和溫度場(chǎng)分布。

兩個(gè)方案的冷排水隨潮流的擴(kuò)散情況詳見圖2和圖3。

圖2 排水口方案一最大溫降包絡(luò)線

從包絡(luò)線的分布可以看出，采用港內(nèi)排水的方案一由于港內(nèi)動(dòng)力較弱，冷水團(tuán)主要集中在以排水口為中心、防波堤內(nèi)側(cè)和本工程岸線形成的三角形區(qū)域內(nèi)，在漲潮時(shí)冷水團(tuán)在由口門進(jìn)入沿本工程護(hù)岸前沿的較強(qiáng)的潮流帶動(dòng)下向東移動(dòng)，從而對(duì)取水口的溫度造成影響，冷排水對(duì)取水口的溫度影響最大為0.6 ℃。對(duì)于采用港外排水的方案二，冷排水在較強(qiáng)的潮流帶動(dòng)下向南北兩側(cè)海域擴(kuò)散，很難形成明顯的低溫水團(tuán)，漲潮時(shí)冷水向北運(yùn)動(dòng)，落潮時(shí)向南運(yùn)動(dòng)，但由于港內(nèi)水體向外流出，因此冷水很難進(jìn)入港內(nèi)，僅在低潮轉(zhuǎn)潮階段部分越過(guò)航道以南的冷水隨漲潮流進(jìn)入港內(nèi)從本工程護(hù)岸前流過(guò)，對(duì)取水口造成一定影響，冷排水對(duì)取水口的溫度影響最大為0.05 ℃，影響更小。

由于冷排水方案二需要穿越防波堤，需要同當(dāng)?shù)馗蹌?wù)部門協(xié)商，所以兩個(gè)方案的選擇還存在外部不確定因素影響。

因此在進(jìn)行數(shù)模分析前選擇取排水口位置時(shí)預(yù)先預(yù)判潮流的方向和大小對(duì)海水溫降的影響，這樣在數(shù)模分析時(shí)能提高選擇位置的可行性，但同時(shí)也要考慮一些外部條件因素影響。

5 對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響

為防止海洋生物在LNG氣化器和海水系統(tǒng)中附著造成設(shè)備故障，在取水處會(huì)投加一定量的次氯酸鈉，這樣導(dǎo)致排出的海水中還有一定量的余氯。海水中的余氯會(huì)破壞浮游植物細(xì)胞中有關(guān)酶的活性，影響細(xì)胞代謝，抑制其光合作用和呼吸作用，造成其死亡。對(duì)于魚類，余氯會(huì)損害魚的呼吸器官鰓，影響呼吸或把血液中血紅蛋白氧化成正鐵血紅蛋白，使血液的pH值下降，降低血液運(yùn)輸氧的能力，最終使魚類缺氧而死。為避免余氯對(duì)區(qū)域內(nèi)海洋生態(tài)環(huán)境的影響,排除海水的氯含量要求控制在0.2 mg/L以內(nèi)[3]。

如果排水口處的水體相對(duì)穩(wěn)定擴(kuò)散較慢，會(huì)造成余氯的積累，使一定區(qū)域范圍內(nèi)余氯濃度超過(guò)生物的適應(yīng)范圍，破壞海洋生態(tài)環(huán)境。因此在選擇排水口位置時(shí)應(yīng)避免選在潮流動(dòng)力較弱區(qū)域，如港池內(nèi)的死角處，建議選擇在潮流動(dòng)力較強(qiáng)區(qū)域或開闊的海域。

6 對(duì)接收站總平面布置的影響

LNG氣化用的海水是使用海水泵房加壓后通過(guò)防海水腐蝕的玻璃鋼管送至氣化器，如果距離較遠(yuǎn)會(huì)增加投資費(fèi)用和運(yùn)行成本[4]，故二者宜靠近布置，但由于耐低溫的LNG管道價(jià)格昂貴，64英寸可達(dá)到10萬(wàn)元/m，因此氣化器也應(yīng)靠近LNG儲(chǔ)罐布置，而LNG儲(chǔ)罐的位置又和LNG碼頭的位置有關(guān)，所以在選擇取水口時(shí)還需要結(jié)合接收站的總平面布置綜合考慮確定[5]。

經(jīng)過(guò)LNG氣化器后的海水會(huì)通過(guò)海水明渠排至大海，該海水渠一般寬4~5 m，深3~4 m，所以在選擇排水口位置時(shí)還要兼顧海水渠的布置，使其盡量避免穿越整個(gè)廠區(qū)。

7 結(jié)束語(yǔ)

取排水口作為L(zhǎng)NG接收站的重要部分，其選址位置除考慮上述的幾項(xiàng)因素外，還應(yīng)考慮在使用運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法，如取水口的清淤問(wèn)題等，所以取排水口的選址是一項(xiàng)復(fù)雜性的工作，需要綜合判斷各方面的因素，才能選出科學(xué)合理的位置。

［1］ 吳時(shí)強(qiáng)，周杰，吳修鋒. 液化天然氣接收站取排水工程冷排水影響預(yù)測(cè)與分析[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2007(3)：38-43.

［2］ JTS 165-5-2009 液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 張繼周. LNG接收站工程冷排水及余氯排放對(duì)海洋生物的影響研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(17)：64.

［4］ 王勇. 中國(guó)石油唐山LNG項(xiàng)目站址技術(shù)評(píng)估與比選[J]. 天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2014，8(3)：53-55+64.37-40．

［5］ 秦慧艷，劉家洪，余翔，等. 液化天然氣工廠廠址選擇和總圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J] .天然氣與石油，2013(6)：23-25.

Selection of Water Intake and Outfall Location in LNG Receiving Terminal

PANG Yong-jian

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.,Ltd., Shandong Jinan 250000，China)

The water intake and outfall location of liquefied natural gas (LNG) receiving terminal can affect the rationality of the general layout and the economy of operation. In this paper, some problems in selection of the water intake and outfall location were analyzed; several important factors to affect selection of the water intake and outfall location were discussed.

liquefied natural gas receiving terminal; gasifier; water intake; water outfall; maximum temperature drop

TE 624

A

1671-0460（2016）06-1281-03

2016-04-10

逄永?。?981-），男，山東省濟(jì)南市人，工程師，工程碩士學(xué)位，2015年畢業(yè)于山東建筑大學(xué)城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)專業(yè)，研究方向：城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)，從事總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)工作。E-mail：pcl21@163.com。