某LNG項目海水取排水設計方案探討

吳兆和

江蘇省電力設計院 江蘇南京 211102

1 工程概述

為了滿足江蘇省天然氣的需求，擬在江蘇省鹽城濱海港投資建設液化天然氣（LNG）項目，項目包括接收站工程、碼頭工程。為滿足本項目管殼式海水氣化器的熱交換工藝，需建設一座海水取排水設施，利用海水熱量對LNG進行加熱氣化。項目一期完成取排水設施的土建工程，配置4臺海水泵（3用1備），總供水量為23,400m3/h（約6.5m3/s）；二期增加2臺海水泵，5用1備，總供水量為39,000m3/h（10.8m3/s）。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)條件

在鉆探深度范圍內(nèi)，土層自上而下分布為：

（1）素填土主要成份為粉質(zhì)粘土，可塑-硬塑狀，土質(zhì)不均勻，混多量粉土及植物根系，工程性質(zhì)相對較差；

（2）②粉土呈中密-密實狀，土質(zhì)均勻，層位穩(wěn)定，平均標貫擊數(shù)N=33.3擊，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。②淤泥質(zhì)粘土，具有含水率高、孔隙比大、強度低、壓縮性高、土質(zhì)不均等特性，為該區(qū)的軟弱土層；

（3）①粘土、②粉質(zhì)粘土、③粉土一般呈硬塑狀，④粉細砂呈中密-密實狀，土質(zhì)整體相對較好；

2.2 水文條件

（1）設計水位。根據(jù)《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》中的規(guī)定，取水構(gòu)筑物應按保證率為97%的低水位設計，并以保證率99%的低水位校核，100年一遇高水位4.34m歷時累積頻率1%高水位3.20m歷時累積頻率98%低水位0.44m；50年一遇高水位4.26m[1]。

（2）波浪。根據(jù)六合莊海洋站（N34°16′、E120°17′）2000-2006年實測波浪資料統(tǒng)計，該區(qū)常浪向為ENE向，次常浪向為NE向，出現(xiàn)頻率分別為12.85%，11.17%，強浪向為NE向，該向H4%≥1.3m的波高出現(xiàn)頻率為0.95%，H4%≥1.6m的波高出現(xiàn)頻率為0.25%。

（3）潮流。根據(jù)水動力計算結(jié)果，漲急時新南港池內(nèi)流速較?。?0.1m/s），無明顯的渦流，外面潮流沿著深槽進入港池內(nèi)部；落急時港池內(nèi)流速同樣較?。s0.1m/s），但有明顯的順時針渦流。港池南側(cè)存在漲落潮水流均為西向流區(qū)域。近期港池條件下，港池內(nèi)南防波擋沙堤近岸堤根部漲落潮流速基本在0.10m/s以下，碼頭附近漲落潮流速基本在0.15m/s以下，港池口門及航道區(qū)域作為港池水體的主要進出水域，最大流速為1.60m/s。

（4）海水溫度。根據(jù)六合莊海洋站2008年03月-2012年02月海水溫度監(jiān)測。海水溫度低于6℃的月份主要為1月和2月，12月和3月各年海水最低溫度均低于6℃，4月也可能出現(xiàn)最低溫度低于6℃的情況。

（5）海水水質(zhì)。工程所處海域由于陸域污染項目少，污水排放量小，海水水質(zhì)始終保持在III類海水標準以上，其中PH、生化需氧量、六價鉻、揮發(fā)酚主要指標滿足II類水質(zhì)標準。濱海港入?？谒畞碜灾猩胶?，沿途無工業(yè)污染企業(yè)，水質(zhì)優(yōu)于其他入?？?。

（6）水體含沙量。濱海港近期港池條件下，港池內(nèi)南防波擋沙堤根部含沙量約0.02kg/m3，LNG碼頭附近含沙量約0.02kg/m3，口門附近含沙量約0.2kg/m3，航道內(nèi)含沙量約0.9kg/m3。

3 海水取排水工程總體布置方案比選

3.1 海水取水深度要求

無論是頂管蘑菇頭取水還是直接取水，取水口（頭部）位置應盡量選擇在海床穩(wěn)定有足夠水深區(qū)域，不沖不淤，在考慮足夠的取水量的同時還需考慮波浪影響和維持足夠的備淤深度[2]。

（1）安全取水位。安全取水位應考慮在校核低水位時波浪作用下仍能安全取水，經(jīng)計算本項目安全取水位為-2.86m。

H上min≤HLA-0.5hB-0.5=-2.06m

H上min≤HLAT-0.5hB=-2.86m

式中H上min為最小安全取水位。

HLA為保證率97%的低水位，由于缺少該參數(shù)，暫取歷時累計頻率98%低水位，取0.44m；HLAT并通過保證率99%低水位校核，由于缺少該參數(shù)，暫按50年一遇低水位減0.25計算，取-0.86m；hB為波高，取相應水位下50年一遇H1%波高，暫取4.0m；0.5為保證吸水的安全高度。

（2）取水頭部最小泥面高程。取水頭部最小泥面高程在考慮足夠取水量的同時，還應考慮足夠的備淤深度，經(jīng)計算本項目取水頭部最小泥面高程為-7.86m，這里取取水頭部最小泥面高程為-8.0m作為后續(xù)設計依據(jù)。

H下min≤H上min-h1-3.0=-7.86m

式中H下min為取水頭部最小泥面高程；h1為進水窗高度，一般為2m左右，這里取2.0m；3.0為備淤深度，應根據(jù)實際回淤厚度確定，一般宜大于3m。這里暫考慮1m/a的回淤強度，可滿足每3年清淤一次。

3.2 取排水總體布置方案

（1）方案一新南港池內(nèi)取水，港池南外側(cè)排水新南港池內(nèi)取水。海水泵房布置于防潮堤與儲罐之間的原施工用地上，同時考慮遠期新建泵房用地要求。泵房距離防潮堤背水側(cè)坡腳線100m，距離LNG儲罐超過45m。引水管采用頂管的方式，通過2根長360m、直徑2.4m的鋼制頂管進行引水。取水頭部布置于工作船碼頭與一期LNG碼頭之間以西區(qū)域。為滿足取水要求，取水頭水域疏浚至-8.0m。

排水口布置于新規(guī)劃南護岸以南。項目一期排水口排向海側(cè)，距離防潮堤約400m，距離火炬塔超過50m。為減少排水對火炬塔基礎(chǔ)的影響，排水口排放方向面向東南。

該方案的優(yōu)點是泵房布置于陸域，施工難度有所降低；排水距離短，取排水口之間有護岸阻擋，不會形成冷排水回流。該方案的缺點是引水管需頂管施工，存在一定施工難度；排水進入港池以南海域，受到環(huán)境影響評價、海域使用等方面的限制。

（2）方案二新南港池內(nèi)取水，港池內(nèi)南側(cè)排水

新南港池內(nèi)北側(cè)取水，港池內(nèi)南側(cè)排水。取水頭、海水泵房及引水布置方式與方案一相同。排水口布置于新南港池內(nèi)，新規(guī)劃南護岸根部，采用喇叭口排水。為減少冷排水對取水的影響，沿排水口北側(cè)設置長1250m導流墻將排放冷水直接排放至船舶掉頭區(qū)，排水渠末端距離取水口960m。

該方案的優(yōu)點在于取排水口均位于新南港池內(nèi)，受船舶及其他利益相關(guān)方相互影響少；泵房陸上施工建設，施工難度有所降低。該方案的缺點是取排水口同在一港池內(nèi)，排放冷水會影響取水水溫；導流墻工程量大，增加工程投資。

（3）方案三新南港池內(nèi)取水，原港池（南防波擋沙堤北）排水新南港池內(nèi)取水。取水頭、海水泵房及引水布置方式與方案一相同。排水口布置于南防波擋沙堤根部北側(cè)，原濱海港池內(nèi)，采用喇叭口排水。為減少排水對堤岸及防波堤的影響，排水口朝向東北布置。

該方案的優(yōu)點是泵房布置于陸域，施工難度有所降低；取排水口之間有南防波擋沙堤阻擋，不會形成冷排水回流[3]。該方案的缺點是從ORV氣化器至排水口，需經(jīng)過數(shù)家用地、用海單位，各方協(xié)調(diào)難度及成本巨大。

3.3 取排水布置方案比選

對于三套取排水布置方案，主要從以下4方面進行比選：

（1）從取排水相互影響來看，方案一、方案三取水和排水區(qū)域分別在兩個區(qū)域，相互影響較小；方案二取排水均在同一水域，取排水存在相互影響。

（2）從施工難度來看，方案一和方案三難度相當；方案二除需要進行導流墻建設，總體難度最大。

（3）從環(huán)評難度、海域使用申請難度、與各相關(guān)單位協(xié)調(diào)難度來看，方案一申請排水用海困難（詳見附件2）；方案三的排水通道與相關(guān)單位協(xié)調(diào)難度大、成本高；方案二均無以上顧慮。

（4）本項目方案一內(nèi)取南排方案工程總投資32,688萬元，其中建筑工程費17,922萬元。本項目方案二內(nèi)取內(nèi)排方案工程總投資32,961萬元，其中建筑工程費18,155萬元。本項目方案三內(nèi)取北排方案工程總投資31,521萬元，其中建筑工程費17,163萬元。

綜合以上對比因素，選擇方案二為取排水工程總體布置方案。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)最新設計參數(shù)，確定取水頭安全取水位為-2.86m，取水頭部最小泥面高程為-8.0m。

（2）根據(jù)最新港池布置方案，提出三套取排水布置方案。綜合考慮海域使用、利益相關(guān)方協(xié)調(diào)等因素，推薦采用方案二（內(nèi)取內(nèi)排）。

（3）推薦方案取水頭采用明挖水下施工；引水管采用頂管施工海水泵房采用沉井施工；供水管及排水管采用地下淺開挖施；排水口采用明挖施工。取排水工程分為兩階段，土建工程施工工期16個月；設備安裝及調(diào)試工期6個月。