連云港贛榆6號(hào)液化烴碼頭工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李正武，云 成，喬劍華

（1.連云港新旭港液化烴碼頭有限公司，江蘇 連云港 222113；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

本工程位于連云港港贛榆港區(qū)一突堤南端的防波堤內(nèi)側(cè)岸線，建設(shè)1個(gè)5萬(wàn)GT液化烴泊位，南北向順岸布置，可同時(shí)兼靠1艘5 000 GT LPG船和1艘3 000 GT LPG船，泊位長(zhǎng)度300 m，設(shè)計(jì)船型為2 000～5萬(wàn)GT LPG船舶；裝卸貨種包括7種液化烴，分別為低溫乙烷、低溫乙烯、低溫丙烷、低溫丁烷、常溫丙烯、常溫LPG、常溫丁烯，總運(yùn)量為240萬(wàn)t/a；碼頭平面采用中間為工作平臺(tái)、兩端設(shè)系纜墩的布置方案，工作平臺(tái)通過(guò)引橋與陸域相連，水工結(jié)構(gòu)采用高樁梁板結(jié)構(gòu)[1]。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）裝卸貨種多、靠泊船型多。因裝卸貨種的液化烴種類較多、儲(chǔ)存運(yùn)輸條件各不相同，且每種貨物的年運(yùn)輸量差別較大及其承運(yùn)船舶大小不同，如何滿足各種船型靠泊安全、且兼顧不同船型同時(shí)靠泊作業(yè)具有較大的設(shè)計(jì)難度；

2）貨種的物性差別大。因裝卸的貨物既有壓力式的液化烴，又有低溫式的液化烴，這些貨物對(duì)儲(chǔ)運(yùn)要求苛刻且儲(chǔ)運(yùn)條件差異較大，設(shè)計(jì)中需考慮貨種的溫度、壓力、運(yùn)輸要求、防靜電、保冷維溫措施、密閉安全泄放等，還需兼顧安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保等因素，致使工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜；

3）貨種危險(xiǎn)性大、對(duì)安全要求高。因液化烴類屬甲A類火災(zāi)危險(xiǎn)性介質(zhì)，具有明顯的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，設(shè)計(jì)時(shí)，還需針對(duì)其泄漏時(shí)的狀況，采取有效的安全措施、設(shè)置必要的安全設(shè)施，額外增加了工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 平面方案設(shè)計(jì)

根據(jù)船型預(yù)測(cè)，本工程承運(yùn)船型涵蓋了2 000～5萬(wàn)GT的LPG船，且5 000 GT及以下船舶占來(lái)船總數(shù)約70 %。為了充分利用岸線資源、增加泊位通過(guò)能力，針對(duì)本工程的特點(diǎn)，平面布置方案考慮了在批準(zhǔn)的岸線范圍內(nèi)同時(shí)停靠5 000 GT+3 000 GT兩艘小型船舶、同時(shí)作業(yè)的可能性。

因液體散貨船舶作業(yè)時(shí)要求船舶管匯接口與工藝設(shè)備對(duì)正的原因，泊位長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮船舶間安全距離、相臨工程安全間距、船舶帶纜、轉(zhuǎn)角富裕等因素[2]，碼頭長(zhǎng)度計(jì)算如表1所示，確定泊位長(zhǎng)度為300 m，經(jīng)測(cè)算，此布置方案較常規(guī)方案，可增加小船作業(yè)60艘/a，增加通過(guò)能力約16萬(wàn)t/a。

表1 碼頭長(zhǎng)度計(jì)算

考慮到船舶系靠泊作業(yè)、裝卸工藝布置的需要，并結(jié)合結(jié)構(gòu)安全和工程造價(jià)等因素，采用中間為工作平臺(tái)與靠船墩成連片式、兩端設(shè)系纜墩的布置型式；為了滿足船舶作業(yè)要求，在工作平臺(tái)上設(shè)置3個(gè)靠泊點(diǎn)，分別用于5萬(wàn)GT或5 000 GT和3 000 GT船舶作業(yè)；考慮到本工程建設(shè)早于港區(qū)口門及部分防波堤的建設(shè)、投產(chǎn)后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)碼頭掩護(hù)條件較差，為了避免極端天氣時(shí)碼頭面上水對(duì)裝卸設(shè)備造成損壞，在3個(gè)靠泊點(diǎn)各設(shè)1座高于碼頭面3 m的操作平臺(tái)，裝卸設(shè)備、管線均布置在操作平臺(tái)上；為了滿足管線敷設(shè)、通道的要求，設(shè)一座104 m長(zhǎng)、13 m寬的引橋?qū)⒐ぷ髌脚_(tái)與陸域相連接；考慮到碼頭生產(chǎn)作業(yè)的需要，在距離碼頭前沿線70 m處設(shè)2處輔建平臺(tái)，分別用于建設(shè)碼頭控制室、設(shè)備用房。其平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 碼頭工程平面布置

3.2 工藝設(shè)計(jì)方案

1）裝卸工藝設(shè)計(jì)

為了提高作業(yè)的安全性和裝卸效率，裝卸設(shè)備均選用裝卸臂，即：在1#靠泊點(diǎn)設(shè)置4臺(tái)DN300裝卸臂用于裝卸低溫液化烴，在2#、3#靠泊點(diǎn)各設(shè)置1臺(tái)DN250/DN100氣液兩相裝卸臂用于裝卸常溫液化烴；根據(jù)裝卸要求，1#靠泊點(diǎn)設(shè)3條DN450～DN600管道分別用于輸送低溫乙烷與乙烯、丙烷、丁烷等低溫液化烴，2#、3#靠泊點(diǎn)各設(shè)2條DN300管道和2條DN100氣相管、分別用于輸送常溫LPG、丙烯等常溫液化烴及其氣相，并設(shè)1條DN200放空氣管通至各靠泊點(diǎn)、用于將管道、設(shè)備的泄放物收集至庫(kù)區(qū)的地面火炬；為了防止低溫管道因停運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而隨著外界熱量的傳入引起管道溫度升高、發(fā)生危險(xiǎn)，低溫乙烷與乙烯、丙烷的管道采用了非作業(yè)期間使用小流量循環(huán)的工藝流程，并建設(shè)2條DN150循環(huán)保冷管道，低溫丁烷管采用提高管道壓力等級(jí)的方法，確保其非作業(yè)期間安全可靠。

2）工藝管道設(shè)計(jì)

因低溫乙烷、乙烯管道的操作溫度為-102 ℃，其管道材料應(yīng)有較好的耐低溫性能，SS30408奧氏體不銹鋼為面心晶格結(jié)構(gòu)，低溫下晶格間允許有較大的滑移，能耐-196 ℃低溫，故其管材選用SS30408不銹鋼；為了節(jié)省工程投資，且滿足低溫丙烷-43 ℃操作溫度的條件，其管材選用價(jià)格相對(duì)便宜、韌性與塑性較好、可焊接性能好的A333Gr.6低溫鋼；因普通碳鋼的使用溫度下限為-29 ℃，可滿足低溫丁烷、常溫丙烯、常溫LPG和常溫丁烯的使用要求，其管材選用普通碳鋼。

為了易于維護(hù)低溫液化烴的低溫狀態(tài)，其管道外設(shè)置保冷層、防潮層、保護(hù)層，保冷材料選用導(dǎo)熱率低的聚異氰脲酸酯管殼，并利用保冷管托打斷管道與支架間的熱橋；為了防止管道超壓，管道上設(shè)遠(yuǎn)傳式壓力傳感器及報(bào)警器，并在因閥門關(guān)斷而密閉、可能超壓的管段處設(shè)置安全閥，用于壓力超限時(shí)泄放；為了安全、環(huán)保，管道、設(shè)備的泄放物均排至放空氣管內(nèi)，通過(guò)放空氣管輸送至庫(kù)區(qū)的地面火炬、處理合格后排放。

3.3 低溫液化烴收集池設(shè)置

針對(duì)低溫液化烴泄漏后，由液相變?yōu)闅庀嘈栉沾罅繜帷⑶移浯罅繗饣枰欢螘r(shí)間的情況，為了減小低溫液化烴泄漏后的危害，在1#靠泊點(diǎn)處設(shè)置低溫液體收集池、1#操作平臺(tái)周圍設(shè)圍埝、圍埝與收集池間設(shè)導(dǎo)流管（槽），并在收集池、導(dǎo)流槽處設(shè)可燃?xì)怏w探測(cè)儀，在收集池內(nèi)設(shè)液位計(jì)和高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)。當(dāng)有低溫液化烴泄漏時(shí)，將引發(fā)可燃?xì)怏w探測(cè)儀的的聲、光報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)和控制室的操作人員及時(shí)切斷相關(guān)閥門，同時(shí)，高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)、對(duì)收集池內(nèi)液體進(jìn)行覆蓋，以防事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 低溫丙烷、丁烷卸船流程設(shè)計(jì)

通常低溫丙烷、丁烷的承運(yùn)船型為5萬(wàn)GT船舶、設(shè)4個(gè)貨艙且各貨艙均獨(dú)立設(shè)置卸船泵、裝載低溫丙烷、丁烷的比例常為3:1或2:2的情況，裝卸設(shè)備選用2臺(tái)DN300裝卸臂，工藝管道選用1條DN600低溫丙烷管、1根DN450低溫丁烷管，且分別與裝卸臂相連，具體流程見(jiàn)圖2。

圖2 低溫丙烷、丁烷卸船流程

因船舶管匯是固定在甲板上、運(yùn)輸船裝載低溫丙烷、丁烷的船艙位置不定，使低溫丙烷、丁烷的卸船管匯位置時(shí)常互換，受裝卸臂固定安裝在碼頭上、其與船舶管匯時(shí)需要位置一一對(duì)應(yīng)、且受重載船舶安全靠泊只能單一朝向停靠的限制，因此，低溫丙烷、丁烷卸船工藝流程應(yīng)具備靈活切換的功能。為了解決船舶管匯位置與裝卸臂位置相交叉時(shí)兩裝卸臂不能同時(shí)連接，而造成兩貨種不能同時(shí)卸船的問(wèn)題，通過(guò)采取在低溫丙烷、丁烷管道間增加了2條相互連接的管道及相應(yīng)切換閥門的辦法，以實(shí)現(xiàn)了任意1臺(tái)裝卸臂與任意1條管道相連通作業(yè)而不影響另1臺(tái)裝卸臂與另1條管道的連接作業(yè)，此流程具有簡(jiǎn)單、靈活、多變、易操作的特點(diǎn)，具體如下：

1）工況一：船舶管匯位置與裝卸臂位置對(duì)應(yīng)時(shí)，低溫丙烷、丁烷同時(shí)卸船。

低溫丙烷卸船：船艙→船泵→裝卸臂LA1002→閥門V4→閥門V5（閥門V8關(guān)閉）→閥門V6→閥門EV2→庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐。

低溫丁烷卸船：船艙→船泵→裝卸臂LA1001→閥門V1→閥門V2（閥門V7關(guān)閉）→閥門V3→閥門EV1→庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐。

2）工況二：船舶管匯位置與裝卸臂位置交叉時(shí)，低溫丙烷、丁烷同時(shí)卸船。

低溫丙烷卸船：船艙→船泵→裝卸臂LA1001→閥門V1→閥門V7（閥門V2關(guān)閉）→閥門V6→閥門EV2→庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐。

低溫丁烷卸船：船艙→船泵→裝卸臂LA1002→閥門V4→閥門V8（閥門V5關(guān)閉）→閥門V3→閥門EV1→庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐。

3）工況三：低溫丁烷卸船完成，低溫丙烷卸船流程如圖3。

圖3 低溫丁烷卸船完成后低溫丙烷卸船流程

4.2 碼頭控制室抗爆設(shè)計(jì)方案

針對(duì)壓力式液化烴泄漏后，瞬間氣化、其點(diǎn)火能小、爆炸危害大的特點(diǎn)[3]，為了保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員、提高項(xiàng)目安全生產(chǎn)水平，碼頭控制室進(jìn)行了抗爆設(shè)計(jì)[4]。

因抗爆設(shè)計(jì)的需要，碼頭控制室獨(dú)立建設(shè)，建于輔建平臺(tái)2上，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，分2層，建筑面積652.9 m2，主要功能包括：生產(chǎn)控制室及消防控制室、機(jī)柜間、更衣室、預(yù)留設(shè)備間、管理室、空調(diào)機(jī)房及排煙機(jī)房、安全教育室、值班室、應(yīng)急救援間等。一層設(shè)有2個(gè)直接對(duì)外出口，二層設(shè)有1部敞開(kāi)疏散樓梯和1部封閉樓梯間，安全出口設(shè)置雙層抗暴門及隔離前室；為了便于消防時(shí)觀察火情，在生產(chǎn)控制室及消防控制室的朝向碼頭側(cè)外墻上設(shè)3個(gè)固定抗爆防護(hù)窗；為了保護(hù)建筑物內(nèi)的人員及設(shè)備，設(shè)置了新風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，并在送排風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)口設(shè)抗爆閥，當(dāng)室外有爆炸產(chǎn)生的氣流沖擊建筑物時(shí)，抗爆閥會(huì)迅速關(guān)閉。具體平面布置情況見(jiàn)圖4。

圖4 碼頭控制室平面布置

5 結(jié) 語(yǔ)

連云港贛榆6號(hào)液化烴碼頭工程具有裝卸液化烴的種類多、物性差異大、危險(xiǎn)性高、工藝系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)。在此工程中，針對(duì)小船較多的特點(diǎn)，采用了工作平臺(tái)與系纜墩相結(jié)合的布置方案，實(shí)現(xiàn)了2艘小船同時(shí)安全靠泊、增加了泊位通過(guò)能力；采用增加連通管的辦法，使低溫丙烷、丁烷的工藝流程靈活多變，提高了工藝系統(tǒng)的適應(yīng)性；通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)工藝流程、合理選取管道與設(shè)備的材質(zhì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，使工藝系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保；并配置了低溫液體收集池、設(shè)計(jì)了抗爆控制室，提升了碼頭的安全水平。通過(guò)對(duì)連云港贛榆6號(hào)液化烴碼頭工程中設(shè)計(jì)要點(diǎn)的總結(jié)，希望能為同類工程設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。