大型原油碼頭通過能力分析

危 拓

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

近年來，隨著國內(nèi)大型千萬噸級煉油項目的逐步建設及開工，配套的大噸位原油碼頭的數(shù)量也顯著增加。如何提高大型原油碼頭的通過能力，減少船舶滯期是碼頭調(diào)度時面臨的首要問題[1]。文章研究的煉油廠位于廣東，原設計原油加工能力為12 Mt/a，2017年10月，該煉廠二期項目投用，使最大原油加工能力大幅提高至22 Mt/a，目前實際加工能力約20 Mt/a。該煉油項目配套建設了1個300 kt級的原油碼頭和6×105m3的原油庫區(qū)，煉廠加工的原油全部通過該原油碼頭進行接卸，再通過海管轉輸至廠內(nèi)加工罐。

目前，該碼頭面臨著原油船舶靠卸頻繁、滯期情況日趨嚴重的問題，原油碼頭的接卸能力已成為制約該煉廠提高負荷、優(yōu)化原油結構的重要因素。文章通過引入港口服務水平指標——船舶等待時間占泊位作業(yè)時間的比例，研究原油碼頭的最佳通過能力。

1 通過能力分析

目前國內(nèi)300 kt級碼頭泊位通過能力按照國家行業(yè)標準《海港總平面設計規(guī)范》(JTJ 211—1999)中的公式進行計算[2]。一般300 kt級原油碼頭參考實際營運情況，通過選擇計算參數(shù)，控制在20 Mkt/a以內(nèi)[3-4]。

式中，Pt為一個泊位的年通過能力，T為年日歷天數(shù)，G為設計船型的實際載貨量，td為晝夜小時數(shù)，tz為裝卸一艘設計代表船型所需時間，tf為船舶的裝卸輔助作業(yè)、技術作業(yè)時間以及船舶靠離泊時間之和，tp為油船排壓艙水時間，ρ為泊位利用率(取0.5)。

1.1 設計通過能力

在設計300 kt級原油碼頭通過能力時，除了考慮上述公式中的有關參數(shù)，還需要結合碼頭實際靠泊的各種船舶運量占比。

該煉油廠設計加工原油品種包括國內(nèi)的海洋原油和來自中東、西非的進口原油，設計靠泊船型從80～300 kt級，設計碼頭通過能力為15 200 kt/a，詳見表1。

表1 300 kt級泊位設計年通過能力

續(xù)表1

1.2 實際通過能力

設計通過能力計算時，船型、船時效率、輔助作業(yè)時間等均采用經(jīng)驗值，與目前碼頭實際數(shù)據(jù)不盡相同。以該碼頭2016—2018年實際發(fā)生的原油接卸數(shù)據(jù)，對碼頭實際通過能力進行計算，結果如表2所示。

表2 300 kt級泊位實際年通過能力

從表2的計算數(shù)據(jù)可以看出：船舶額定載質(zhì)量越大，單船型泊位年通過能力越大。由于目前實際靠泊的大噸位原油船舶比例較設計高，因此按公式計算的碼頭實際通過能力比設計通過能力大1.2 Mt/a(設計為15.2 Mt/a，實際為16.4 Mt/a)，而目前碼頭接卸量已達到20 Mt/a，這說明目前碼頭實際已超負荷運行。

1.3 碼頭作業(yè)時間

碼頭接卸能力除了用碼頭通過能力來表示外，還可以通過碼頭實際作業(yè)時間來反映，表3為近年來該碼頭實際作業(yè)時間。從表3可以看到：二期開工前，10 kt原油平均在港作業(yè)時間需要4.46 h，碼頭平均使用時間為每月23.1 d，尚存在富余；二期開工后，10 kt原油平均在港作業(yè)時間經(jīng)過優(yōu)化降低至3.43 h，但碼頭每月平均使用時間卻上升至28.8 d，這說明二期開工后，碼頭基本上已處于24 h不間歇作業(yè)，沒有富余能力。

表3 碼頭實際作業(yè)時間

注：每月按30 d計。

再考慮到碼頭地處南海，每年均會受到不同數(shù)量臺風的影響從而封航，同時目前碼頭沒有實現(xiàn)夜間靠離泊作業(yè)，因此目前碼頭實際已經(jīng)處于超負荷狀態(tài)。

1.4 最佳通過能力

關于300 kt級原油碼頭的最佳通過能力，行業(yè)內(nèi)有較多的研究。國際上通常使用港口服務水平指標AWT/AST來評價一個港口的服務水平，AWT表示船舶的平均等待時間，AST表示船舶平均在泊作業(yè)時間，指標AWT/AST反映的是船舶等待時間占泊位作業(yè)時間的比例[5]。

一般而言，AWT/AST越高，說明船舶相對等待時間就會越長，是以犧牲船方利益為代價來提升港口的吞吐量；AWT/AST越低，對船舶服務水平越高，是以犧牲部分港區(qū)裝卸能力和泊位資源為代價的[5]。通常認為船舶等待時間不宜超過在泊作業(yè)時間的30%～50%，當AWT/AST達到0.5時，此時的港方和船方的總體利益為最大化，認為達到碼頭的合理通過能力[5]。

以廣東某大型原油接卸碼頭為工程實例[5]，通過建立仿真模型，引入港口服務水平指標對300 kt級原油碼頭的最佳通過能力進行了分析，研究結果如表4所示。當港口服務水平指標AWT/AST為0.5時，港口合理的通過能力為17 Mt/a，此時港方和船方的總體利益最大化；當港口吞吐量達到20 Mt/a時，港口服務水平指標AWT/AST達到了0.61，已經(jīng)超過聯(lián)合國貿(mào)易和發(fā)展會議建議的合理值。

因此，其工程實例中300 kt級原油碼頭的合理通過能力為17 Mt/a，當碼頭吞吐量大于17 Mt/a時，會造成船舶壓港，滯期增加，損害船方和港方的利益，同時也降低碼頭后方煉油項目的正常生產(chǎn)的可靠性，建議若煉油項目加工能力大于17 Mt/a時，需要建設第2個泊位以保障煉油廠的正常生產(chǎn)。該碼頭在二期開工前，原油吞吐量約為12 Mt/a，港口服務水平指標AWT/AST平均為0.55，屬于合理水平；二期開工后，原油吞吐量增加到20 Mt/a，港口服務水平指標AWT/AST平均值上升到1.75，部分月份甚至超過了2.5，已遠超聯(lián)合國貿(mào)易與發(fā)展會議建議的合理值。這說明當前碼頭通過能力已無法滿足20 Mt/a的原油加工量的接卸要求，也反映當前碼頭確已處于超負荷狀態(tài)。

表4 仿真試驗結果

2 通過能力影響因素分析

碼頭通過能力的確定本身是一個非常復雜的問題，影響大型原油碼頭通過能力的因素可以歸結為以下5個方面：①港口設施因素，泊位前沿水深、泊位長度、航道等級、航道長度、錨地位置、錨地規(guī)模等；②裝卸工藝因素，泊位裝卸效率、原油儲罐配備等；③船舶因素，船舶到港頻率、到港船舶噸級及其分布等；④天氣因素，霧、風、浪、雨、流等；⑤其他因素，碼頭管理水平、船舶交通管制，比如船舶不能夜間通航等。

實際生產(chǎn)運行表明，該原油碼頭在原油接卸時也受上述因素的影響，如：①航道吃水無法滿足300 kt級船舶滿載進泊，實際載貨量一般在260 kt左右；②原油庫容有限，海管轉輸能力較低，時有因罐容不夠導致船舶在泊等待情況的發(fā)生；③船舶集中到港嚴重，錨地同時等待船舶數(shù)量較多。

受上述因素的綜合影響，導致碼頭達到17 Mt/a的通過能力時，往往港口服務水平指標AWT/AST較模擬要差，這也是為什么該碼頭在通過能力達到20 Mt/a時，AWT/AST指標遠高于文獻[5]中仿真試驗結果的原因。

3 通過能力優(yōu)化

300 kt/a級原油碼頭的最佳通過能力應當為16～17 Mt/a。該原油碼頭無法滿足煉廠20 Mt/a加工量的原油接卸，目前是以犧牲船方利益、增加等泊時間、補償滯期費的方法來滿足煉廠原油的加工要求。由于碼頭的規(guī)劃建設需要相當長的一段時間，因此在現(xiàn)有的條件下，碼頭通過能力優(yōu)化只能圍繞以下幾個方面開展。

(1)提高大噸位船舶運量占比。在其他參數(shù)相同情況下，大噸位船舶通過能力大，在港作業(yè)效率更高，提高大噸位船舶運量占比能減少碼頭接卸船次，進而減少輔助作業(yè)及靠離泊時間，有助于提高碼頭通過能力。

(2)合理控制船舶到港船期。合理有序的船期有利于減少船舶集中到港，提高碼頭服務水平，減少滯期。2018年5月和11月該碼頭原油到港情況合理有序，AWT/AST指標在0.64左右，當月的滯期費也是二期開工后最低的兩個月。

(3)縮短船舶接卸輔助作業(yè)及靠離泊時間。碼頭通過能力計算公式中，降低船舶的裝卸輔助作業(yè)、技術作業(yè)時間以及船舶靠離泊時間，有利于提高泊位通過能力，可以考慮從報關、引水、夜航靠離泊方面來縮短船舶接卸輔助作業(yè)及靠離泊時間。

4 結語

港口服務水平指標AWT/AST為0.5時，碼頭通過能力達到最佳，因此300 kt級大型原油碼頭的最佳通過能力應當為16～17 Mt/a，超過這個水平的原油接卸將導致碼頭超負荷，船舶滯期情況頻繁發(fā)生。在原油碼頭無法擴建的情況下，可從提高大噸位船舶運量占比、合理控制船舶到港船期和縮短船舶接卸輔助作業(yè)及靠離泊時間等方面來優(yōu)化提高碼頭通過能力。