天津港大港港區(qū)10—12號化工碼頭工程設(shè)計要點

喬劍華

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

1 工程背景及概況

天津港大港港區(qū)規(guī)劃為石油化工、冶金裝備制造工業(yè)為主導(dǎo)的綜合性工業(yè)港區(qū)，為了滿足工業(yè)區(qū)內(nèi)及周邊相關(guān)企業(yè)對于石化產(chǎn)品運輸需要，南港工業(yè)區(qū)與奧德費爾合資建設(shè)10—12 號化工碼頭工程（10—12 號化工碼頭工程全景見圖1）。奧德費爾是世界排名第一的液體化學(xué)品船運公司，擁有總載重約300 萬t 的近100 艘專業(yè)化工品油輪和總?cè)萘考s為400 萬m3的1 120 個儲罐，具有豐富的技術(shù)知識和業(yè)務(wù)經(jīng)驗。

圖1 天津港大港港區(qū)10—12 號化工碼頭工程全景Fig.1 The panoramic view of No.10-12 chemical terminal project in Dagang port area,Tianjin Port

本工程位于南港工業(yè)區(qū)西港池西岸，建設(shè)2個20 000 DWT 和1 個5 000 DWT 液體化工泊位，南北向順岸布置，泊位長度660 m，設(shè)計船型為1 000～50 000 DWT 油船和化工品船；裝卸貨種包括3種油品和19 種化工品，主要為成品油和石腦油、苯、甲苯、二甲苯、醋酸、基礎(chǔ)油、燒堿、潤滑油添加劑、醋酸乙烯等，總運量為450 萬t/a；碼頭平面采用兩端設(shè)置系纜墩、中間工作平臺與靠船段連片布置形式，工作平臺通過引橋與陸域相連，引橋作為管線、管廊及碼頭與陸域相連的通道，水工結(jié)構(gòu)采用高樁梁板結(jié)構(gòu)[1]。

2 設(shè)計難點

1）裝卸貨種種類多、靠泊船型多：因裝卸貨物包括油品和化工品共計22 種、而且每種貨物的年運輸量差別較大及其承運船舶大小不同，要滿足各種船型靠泊安全、且兼顧不同船型同時靠泊作業(yè)具有較大的設(shè)計難度。

2）功能要求高：奧德費爾具有嚴格的企業(yè)標準，對工藝系統(tǒng)要求高，如每個泊位需留有建設(shè)32 條工藝管道的條件，每條管道均需設(shè)置清管設(shè)施，貨物要求保質(zhì)保量，每條工藝管道可裝卸多個貨物以增加作業(yè)的靈活性，工藝系統(tǒng)要求操作安全方便，節(jié)省工程投資等，增加了工藝系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

3）貨種的物性差別大：貨種種類較多且物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，除常規(guī)的成品油外還包括腐蝕性較強的醋酸與燒堿、易聚合的醋酸乙烯、毒性為劇毒的苯等，造成了工藝系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜。

3 解決方案

3.1 平面方案設(shè)計

根據(jù)船型預(yù)測，本工程承運船型涵蓋了1 000～50 000 DWT 的油船和化學(xué)品船，且10 000 DWT及以下船舶占來船總數(shù)約75%。為了充分利用岸線資源、增加泊位通過能力，針對本工程裝卸船型多樣性的特點，平面布置應(yīng)考慮在批準的岸線范圍內(nèi)?？慷嗨倚⌒痛巴瑫r作業(yè)的可能性[2]。

因石化船舶作業(yè)時要求船舶裝卸接管口與工藝設(shè)備對正的原因，及泊位長度計算時應(yīng)綜合考慮船舶間安全距離、轉(zhuǎn)角富裕、船舶帶纜等問題[3]，碼頭長度計算如表1 所示，根據(jù)計算結(jié)果，確定10—12 號泊位長度為660 m，經(jīng)測算，本工程3個泊位的布置方案較常規(guī)2 個泊位的布置方案，通過能力增加約83 萬t/a。平面布置圖見圖2。

表1 碼頭長度計算表Table 1 The calculation table of wharf length

圖2 天津港大港港區(qū)10—12 號化工碼頭工程平面布置圖（m）Fig.2 The layout plan of No.10-12 chemical terminal project in Dagang port area,Tianjin Port(m)

如圖2 所示，為了確保船舶靠泊安全，在兩端各設(shè)置3 個系纜墩，將靠船部位與作業(yè)平臺連片式布置，并均布護舷和系船設(shè)施，以提高碼頭停靠各類船舶的適應(yīng)性；碼頭連續(xù)段中非作業(yè)區(qū)部分，考慮少量配套管線、通道和系船柱等設(shè)施布置需要，將承臺寬度由26 m 縮窄為16 m，以節(jié)省工程投資；根據(jù)貨運量、貨類及船型，將10號泊位和12 號泊位確定為油品兼化工品裝卸泊位、11 號泊位確定為化工品裝卸泊位，并將作業(yè)區(qū)劃分為油品作業(yè)區(qū)、化工品作業(yè)區(qū)、預(yù)留化工品作業(yè)區(qū)、發(fā)球筒安裝區(qū)、緊急切斷閥安裝區(qū)等，以利于作業(yè)安全及日常安全管理。

3.2 工藝方案

1）工藝設(shè)計方案

根據(jù)裝卸要求，10 號泊位和12 號泊位分別設(shè)置10 條DN300～DN500 的油品管道并預(yù)留4 條油品管道安裝位置、4 條DN200～DN300 的化工品管道并預(yù)留14 條油品管道安裝位置，11 號泊位設(shè)9 條DN200～DN300 的化工品管道并預(yù)留23 條化工品管道安裝位置；為了提高裝卸效率，油品裝卸設(shè)備選用DN300 裝卸臂，為了滿足化工品保質(zhì)要求，其裝卸設(shè)備選用DN200 裝卸軟管；為了滿足每個泊位具有建設(shè)32 條工藝管道的條件，每個泊位均建設(shè)15 m 寬棧橋與后方陸域連接，在棧橋上建4 層6.6 m 寬的管廊與庫區(qū)管廊相連；為了滿足清管要求，工藝管道上均設(shè)置發(fā)球筒，并且在清管球通過的管段上選用通徑球閥、帶篦三通、3D 彎頭等，以確保清管球的順利通過[4]。

2）碼頭寬度工藝設(shè)計

液體散貨碼頭的寬度通常由作業(yè)區(qū)寬度、裝卸設(shè)備安裝位置、通道寬度、管廊寬度等因素共同決定。因管道口徑越大、其閥門與管件的尺寸也越大，所需要的安裝空間也越大，作業(yè)區(qū)的寬度常取決于管道口徑及其安裝方式。

采用常規(guī)的布置方案，將油品管道的發(fā)球筒布置在作業(yè)區(qū)內(nèi)，因物性相似的油品共用裝卸臂，發(fā)球筒需安裝在高于閥門的較高位置，具體見圖3。此方案因發(fā)球筒安裝位置高造成操作不便；因發(fā)球筒和閥門的尺寸較長、且管道彎頭的彎曲半徑較大，使操作區(qū)較長，造成碼頭寬度較寬，水工結(jié)構(gòu)投資較大。

圖3 常規(guī)布置方案碼頭斷面圖（m）Fig.3 The terminal section of general layout plan（m）

經(jīng)過方案優(yōu)化，采取把作業(yè)區(qū)后方管廊架高的方法，將油品發(fā)球筒安裝在管廊下方，可使碼頭寬度由34 m 減少到26 m，可節(jié)省水工結(jié)構(gòu)投資730 余萬元，具體見圖4。此方案具有操作方便、節(jié)省投資的優(yōu)點。

3）工藝布置方案

10 號泊位和12 號泊位選用裝卸臂與裝卸軟管相結(jié)合的方案，受裝卸臂包絡(luò)范圍較小的限制，將裝卸臂布置在裝卸區(qū)的中心位置。因裝卸軟管較多，將其布置在裝卸臂兩側(cè)。因化工品管道口徑較小，其清管設(shè)施的安裝對碼頭寬度無影響，為了清管方便，將發(fā)球筒布置在作業(yè)區(qū)內(nèi)。為了軟管的船—岸連接方便，在每側(cè)設(shè)置軟管吊1 座。

圖4 優(yōu)化方案碼頭斷面圖（m）Fig.4 The terminal section of optimized solution(m)

為了操作安全便利、減小作業(yè)區(qū)長度，11 號泊位采用軟管架方案。將工藝管道分別安裝在碼頭面和軟管架第1 層上，此雙層布置方案與常規(guī)只在碼頭面上單層布置的方案相比，裝卸區(qū)長度由原來的41 m 減小至23 m。

4）特殊貨種的管道設(shè)計

因醋酸、燒堿具有較強的腐蝕性，為了確保管道的耐久性，醋酸管道選用316L 不銹鋼材質(zhì)，燒堿管道選用304L 不銹鋼材質(zhì)，并采用電伴熱的伴熱方式，管外設(shè)保溫層及保護層。

因醋酸乙烯具有易聚合性[5]，聚合是分子較小化合物相互結(jié)合而成分子很大化合物的反應(yīng)，在聚合過程中會產(chǎn)生反應(yīng)熱，如反應(yīng)熱不及時導(dǎo)出，會造成局部過熱，甚至爆炸[6]。對于此類貨種的裝卸，應(yīng)采取措施防止其聚合。本工程采取以下安全措施：管道設(shè)置了保冷層和保冷管托，打斷了外界熱量傳入的通道，確保作業(yè)過程中物料的溫度在安全操作區(qū)間；在管道上安裝溫度、壓力儀表，并設(shè)報警設(shè)施，使碼頭現(xiàn)場、控制室的人員可隨時掌握管道運行的情況，確保安全；設(shè)計了嚴格的管道清管措施，確保裝卸作業(yè)結(jié)束后及時、徹底清掃管道，以避免非作業(yè)期間物料在管道內(nèi)聚合升溫，發(fā)生危險。

4 設(shè)計創(chuàng)新點

4.1 異形平面布置方案

通過對裝卸設(shè)備、管廊支架、系纜設(shè)備、維修通道等的合理布設(shè)和優(yōu)化，采用兩端為系纜墩、中間為連片式工作平臺且非作業(yè)區(qū)處后方縮窄的異形平面布置方案，兼顧了傳統(tǒng)蝶式碼頭投資較低、連片式碼頭靠船安全方便的優(yōu)點。此布置形式節(jié)省水工投資550 余萬元。該方案既解決了兼顧不同船型同時靠泊作業(yè)難題，又增加了碼頭的靈活性和通過能力，節(jié)省工程投資的同時最大程度地利用了寶貴的岸線資源。

4.2 軟管架設(shè)計

軟管架是一種由軟管升降機系統(tǒng)、框架式鋼結(jié)構(gòu)組成，輔助軟管裝卸的新型港口設(shè)施。軟管升降機系統(tǒng)包括防爆電機、電控系統(tǒng)、鋼絲繩及卷筒、減速器、軟管掛架等。裝卸軟管的一端固定在工藝管道接口處，另一端穿過軟管掛架后連接船舶，用鋼絲繩將軟管掛架吊在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)?？赏ㄟ^電控系統(tǒng)控制防爆電機，驅(qū)動鋼絲繩卷筒轉(zhuǎn)動來收、放鋼絲繩，從而調(diào)整軟管掛架高度使軟管接船端提升或降低，實現(xiàn)軟管接船端的高度及長度適宜[7]。

11 號泊位建設(shè)了 1 座長 24 m、寬8.0 m、高18.5 m 的軟管架，為了船—岸連接更加方便，在軟管架頂部設(shè)軟管吊1 座，斷面圖見圖5。為了便于軟管在掛架滑動，裝卸軟管選用28 m 長的整條軟管，消除了常規(guī)軟管中間法蘭泄漏的可能，使作業(yè)更安全；船—岸連接時，通過防爆電機與軟管吊相配合，將軟管接船端吊至船舶甲板進行對接，實現(xiàn)了利用機械吊運軟管，提高了碼頭機械化程度，可減少操作工人數(shù)；在裝卸過程中，因水位總在變化，隨著貨物的裝卸船舶吃水也在變化，為防止軟管因過短被拉伸或過長被擠壓等造成破壞，可通過軟管架調(diào)整軟管至合理長度，避免了常規(guī)軟管作業(yè)中人工搬運軟管的繁重作業(yè)，大大降低了勞動強度；非作業(yè)的軟管吊垂在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)，可延長軟管的使用壽命，同時使碼頭更加整潔[8]。

圖5 11 號泊位軟管架斷面圖（m）Fig.5 The loading hose tower section of No.11 chemicalterminal(m)

5 結(jié)語

天津港大港港區(qū)10—12 號化工碼頭工程具有建設(shè)泊位數(shù)量多、工藝系統(tǒng)復(fù)雜、投資方要求高等特點。在此工程中，采用了將碟形布置與連片布置相結(jié)合的異形平面布置方案，確保船舶靠泊安全，增加了船舶靠泊的靈活性，節(jié)約了工程投資。軟管架的設(shè)計，提高了碼頭機械化程度，提升了碼頭安全環(huán)保性能，經(jīng)過幾年的生產(chǎn)運營應(yīng)用效果較好。本工程榮獲了2018 年度水運交通優(yōu)秀設(shè)計二等獎。