營口港仙人島港區(qū)LNG碼頭選址規(guī)劃方案*

薛天寒，楊 欣，沈 忱，張民輝，孫 平

(1.交通運輸部規(guī)劃研究院，北京 100028；2.中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100007)

天然氣在我國能源結(jié)構(gòu)體系中的地位和作用日益凸顯，伴隨著綠色發(fā)展理念的深入落實和大氣污染防治的持續(xù)推進，特別是北方地區(qū)清潔取暖政策的實施，天然氣在國家能源體系中的地位迅速加強，天然氣需求量將在未來很長一段時間內(nèi)穩(wěn)定增長。作為保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)的重要方式，海運進口LNG將在供氣體系中發(fā)揮更為突出的作用[1]。

為落實國家層面LNG碼頭布局、支撐遼寧省乃至東北地區(qū)不斷增長的天然氣需求，利用營口港仙人島港區(qū)優(yōu)良的港口資源條件建設(shè)LNG碼頭是十分必要的。

LNG碼頭具有一定的特殊性和排他性，面對我國沿海船舶流量密集等條件，其選址和規(guī)劃的技術(shù)較為復(fù)雜。商丹等[2]結(jié)合實際工程經(jīng)驗對LNG碼頭選址的關(guān)鍵因素進行探討，趙倉龍等[3]就深圳港LNG船采取單向通航方式進出港時對航路通過能力的影響程度進行分析，房卓等[4]通過建立涵蓋LNG船舶通航影響機制的港口運營系統(tǒng)仿真模型對LNG船舶通航影響問題進行了研究，HU Jin-qiu等[5]基于相互依賴網(wǎng)絡(luò)理論對LNG碼頭系統(tǒng)的信息-物理-社會危害和風(fēng)險因素進行分析。

仙人島港區(qū)是雙堤環(huán)抱形成的大型綜合性港區(qū)，規(guī)劃泊位數(shù)量大，布置有多個大型原油泊位，通航船型多，陸域資源緊張，LNG碼頭的選址規(guī)劃面對技術(shù)難題需要破解。本文基于仙人島港區(qū)的建設(shè)條件，集成利用多項模型技術(shù)，量化分析不同碼頭選址的影響，論證碼頭通航和陸域安全，提出平面布置方案，對仙人島港區(qū)科學(xué)建設(shè)LNG碼頭起到了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 碼頭建設(shè)條件

1.1 港區(qū)概況

仙人島港區(qū)是營口港兩大主體港區(qū)之一，是遼寧沿海經(jīng)濟帶和東北老工業(yè)基地振興的重要支撐，主要承擔油氣、液體化工品和干散貨、雜貨運輸，規(guī)劃適時發(fā)展集裝箱運輸，逐步發(fā)展成為多功能、現(xiàn)代化的大型綜合性港區(qū)。2019年完成吞吐量1 929萬t，其中原油1 815萬t。

港區(qū)平面布置上形成“三突堤、六港池”的總體格局，包括液體散貨作業(yè)區(qū)、通用和多用途作業(yè)區(qū)、集裝箱作業(yè)區(qū)和預(yù)留發(fā)展區(qū)。

1.2 自然條件

1)風(fēng)。仙人島港區(qū)常風(fēng)向為S向，頻率為14.51%，次常風(fēng)向為NE向，頻率為13.93%，強風(fēng)向為SSW向，該向≥6級風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.57%、該向≥7級風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.05%。全年≥6級風(fēng)出現(xiàn)頻率為2.03%，全年≥7級風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.22%。要關(guān)注≥6級風(fēng)對LNG船舶的影響。

2)冰。仙人島港區(qū)冰情從每年11月中旬至翌年3月中下旬，平均冰期120 d。港區(qū)近海海域以流冰為主，近岸的淺水海岸地帶則為固定冰。港區(qū)固定冰以西海域有一呈東北—西南走向的流冰帶，在風(fēng)、流等綜合作用下往復(fù)運動。流冰往往由薄冰、厚冰組成，并有可能在整體港池口門處產(chǎn)生堆積冰現(xiàn)象，平均冰厚1月份為7～15 cm、2月份為15～30 cm。要減少冰對LNG船舶的影響，LNG碼頭應(yīng)盡量靠近寬闊水域。

3)浪。據(jù)仙人島測站觀測資料統(tǒng)計，常波向為SW向，頻率為12.28%；次常波向為N向，頻率為11.48%；強浪向為NNW向，該向H4%>1.0 m出現(xiàn)頻率為2.08%，H4%>1.5 m出現(xiàn)頻率為0.40%，全年H4%>1.0 m出現(xiàn)頻率為9.36%，H4%>1.5 m出現(xiàn)頻率為1.60%。

1.3 運輸需求

仙人島LNG碼頭可以通過管道連接干線管道，供應(yīng)東北地區(qū)，也可兼顧供應(yīng)京津冀地區(qū)。未來，東北地區(qū)天然氣需求增長潛力巨大，供需矛盾依然存在。黑龍江省和吉林省自產(chǎn)天然氣不能滿足消費需要時，產(chǎn)生的消費缺口將依靠中俄東線管道供應(yīng)；遼寧省天然氣供應(yīng)的缺口主要依靠沿海LNG補充。因此，營口港仙人島LNG接收站的供應(yīng)腹地應(yīng)立足遼寧、輻射東北。

預(yù)測2035年遼寧省天然氣消費量將達到200億m3。除去自產(chǎn)氣和陸上管道來氣，預(yù)計2035年遼寧省沿海港口需要接收147億m3，約合1 065萬t LNG?；跔I口市及周邊地區(qū)需求，預(yù)測營口LNG接收站2025年LNG接卸量約300萬t?；谙扇藣u港區(qū)LNG碼頭的定位和運量需求，結(jié)合減少船舶艘次、控制通航影響的考慮，將仙人島港區(qū)LNG碼頭規(guī)模確定為1個15萬總噸的泊位。

2 碼頭選址論證

仙人島港區(qū)是環(huán)抱式港池，港池內(nèi)LNG碼頭選址的關(guān)鍵因素是通航安全、通航影響和陸域罐區(qū)布置問題，港池內(nèi)掩護條件較好，波浪潮流一般不造成制約。通航安全方面，通過操船模擬試驗，分析船舶在航道通航和靠離泊的安全問題；通航影響方面，建立LNG船舶進出港仿真模型，量化LNG船舶對港區(qū)其他船舶通航效率的影響；陸域罐區(qū)布置方面，選址規(guī)劃層面關(guān)注的是安全問題，論證陸域選址安全可行性。

2.1 選址方案

考慮到圍填海政策，在仙人島南側(cè)已形成陸域區(qū)域開展LNG碼頭選址，根據(jù)LNG碼頭選址和設(shè)計要求，基于碼頭和陸域建設(shè)現(xiàn)狀，將一港池和二港池間棧橋端部兩側(cè)作為選址方案。仙人島港區(qū)陸域形成現(xiàn)狀見圖1，LNG碼頭選址方案見圖2。

圖1 仙人島港區(qū)陸域形成現(xiàn)狀

圖2 LNG碼頭選址方案(單位：m)

2.1.1選址方案1

LNG碼頭位于現(xiàn)狀棧橋東側(cè)端部、二港池西側(cè)，布置一個15萬總噸LNG泊位，采用蝶形布置，接收站位于二港池順岸泊位后方陸域。鑒于二港池內(nèi)水域相對狹窄，回旋水域布置在港池北側(cè)。此方案中，LNG碼頭棧橋背側(cè)布置有30萬噸級原油泊位。

2.1.2選址方案2

LNG碼頭位于現(xiàn)狀棧橋西側(cè)端部、一港池東側(cè)，布置1個15萬總噸LNG泊位。采用蝶形布置，接收站位置與方案1相同，位于二港池順岸泊位后方陸域，回旋水域布置在一港池內(nèi)。此方案中，LNG碼頭占用了原規(guī)劃30萬噸級原油泊位的位置，原油泊位將調(diào)整至棧橋東側(cè)。

2.2 通航安全分析

依托船舶操縱模型，對兩個選址開展船舶航道、靠離泊操縱模擬試驗，考慮風(fēng)流對船舶操縱的影響，試驗中采用了極限風(fēng)速和最不利的大潮漲急、落急流速。

通航安全影響十分關(guān)鍵的兩個階段是口門通航和靠離泊階段。橫風(fēng)、橫流疊加時口門段船舶通航操縱較為困難，部分試驗記錄見圖3，LNG船舶靠船模擬試驗記錄見圖4。

圖3 口門段LNG船舶航道航行模擬試驗記錄(單位：m)

圖4 LNG船舶靠泊模擬試驗記錄(單位：m)

試驗結(jié)果表明：1)在限定條件下，兩個LNG碼頭選址，設(shè)計船型能夠安全進出港、靠離泊。2)碼頭前沿掉頭水域，能夠滿足最大船型掉頭操縱的要求。3)限制條件為航道航行、靠離泊時風(fēng)力≤6級。口門附近漲急流流速較強時達4.07 km/h左右，流向與航道接近垂直，盡管試驗中在急流時段能夠完成進出港操縱，但急流時段對船舶操縱十分不利，實際工作中應(yīng)盡可能在緩流時段進行進出港靠離泊操縱。4)優(yōu)選的操作方式左右舷靠泊均可。根據(jù)規(guī)范，船首宜朝向有利于船舶緊急離開碼頭的方向。優(yōu)選的靠泊方式是方案1左舷靠泊、方案2右舷靠泊。

2.3 通航效率影響

LNG船舶通航的嚴格管制會對港區(qū)其他船舶產(chǎn)生影響，通過建立LNG船舶進出港全過程仿真模型，對仙人島現(xiàn)狀陸域全投產(chǎn)和規(guī)劃陸域全投產(chǎn)兩種工況下的LNG船舶通航影響進行分析。LNG船舶通航管制規(guī)則是：待前一艘LNG船舶進港靠泊完成后或離港駛出港區(qū)航道后，船舶方允許進出港。分析LNG船舶進出港航路影響范圍，由于仙人島和鲅魚圈兩個港區(qū)地理位置較近，大型船舶從外海進入港區(qū)經(jīng)過同一段航路，因此通航效率影響研究范圍覆蓋兩個港區(qū)。通航效率研究范圍見圖5。

圖5 通航效率研究范圍

2.3.1工況設(shè)置

基于營口港相關(guān)岸線及水域條件，綜合考慮現(xiàn)階段環(huán)渤海區(qū)域嚴格的圍填海政策等因素，共設(shè)計2組工況，即是否考慮仙人島預(yù)留發(fā)展區(qū)的船舶流量，用以分析LNG船舶進出對其他船舶進出港的影響，見表1。

表1 通航效率影響基礎(chǔ)工況設(shè)置

2.3.2仿真結(jié)果

仿真結(jié)果顯示，選址1比選址2影響略大，但差異較小：全年進出港船舶延誤艘次占比相差在0%～0.14%，單艘LNG船舶導(dǎo)致的船舶進出港延誤艘次相差在0.1～0.7艘，單船進出港平均延誤時間相差在0.03～0.26 h。

2.3.3通航優(yōu)化

通過對LNG船舶的通航組織進行優(yōu)化，可進一步減緩LNG船舶通航的影響。以現(xiàn)狀陸域全投產(chǎn)(工況F2)作為基礎(chǔ)工況，采取的優(yōu)化措施包括允許船舶尾隨(優(yōu)化工況1)、縮短管制距離(優(yōu)化工況2，從20 m以上吃水船舶登輪點縮短至13～16 m吃水船舶登輪點)以及兩種措施共同實施(優(yōu)化工況3)。從結(jié)果來看，允許船舶尾隨的優(yōu)化效果更佳，且兩種優(yōu)化措施共同實施時，LNG船舶通航影響會顯著降低，縮短管制距離的方式對鲅魚圈港區(qū)的影響將極大降低。LNG船舶通航效率影響優(yōu)化效果見圖6。

圖6 LNG船舶通航效率影響優(yōu)化效果

2.4 陸域安全分析

選址1與選址2的陸域方案一致。為判斷LNG規(guī)劃陸域選址安全可行性，分析評估國家產(chǎn)業(yè)政策、國家及地方的相關(guān)規(guī)劃、外部安全間距及其與周邊場所相互影響。分析認為，接收站具備項目建設(shè)的良好自然條件，與周邊敏感場所、設(shè)施的防火間距滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

2.5 選址結(jié)論

從陸域安全角度，兩個LNG選址的罐區(qū)布置方案一致。

從通航安全和通航影響角度，兩個LNG選址差距不大。根據(jù)通航安全影響分析結(jié)論，兩個選址設(shè)計船型都符合安全進出港、靠離泊要求，并存在各自優(yōu)劣點，技術(shù)上總體方案2略優(yōu)；根據(jù)通航影響仿真結(jié)論，方案2的通航影響略大于方案1，但差異較小。

從泊位布置角度，方案2選址需占用原規(guī)劃30萬噸級原油泊位岸線，若取消30萬噸級原油泊位，則仙人島原油接卸能力將大幅下降，若調(diào)整位置至二港池，30萬噸級原油船的操縱空間和安全需要專題研究。

從空間利用角度，LNG罐區(qū)位于二港池南側(cè)，方案1位于一港池，管道布置需要穿越棧橋，與二港池油品及液體化學(xué)品管道存在交叉可能性。方案1位于二港池，空間利用相對更易統(tǒng)籌。

LNG碼頭選址論證情況見表2。綜合考慮，將方案1作為LNG推薦選址，在二港池西側(cè)、現(xiàn)狀棧橋東側(cè)端部規(guī)劃LNG泊位。

表2 LNG碼頭選址論證情況

3 碼頭規(guī)劃方案

3.1 碼頭布置

將二港池西側(cè)、棧橋端部區(qū)域規(guī)劃為LNG泊位，布置1個15萬總噸LNG泊位(設(shè)計船型：26.6萬m3LNG船舶)，采用蝶形布置。棧橋內(nèi)側(cè)維持原有成品油和液體化工品泊位規(guī)劃方案。二港池南側(cè)考慮到岸線后方布置有LNG罐區(qū)，在通過安全論證前，作為預(yù)留泊位。規(guī)劃實施階段，嚴格落實規(guī)范和安全要求，保障船舶靠離泊和碼頭運營安全。碼頭布置方案見圖7。

圖7 LNG碼頭泊位布置方案(單位：m)

3.2 航道布置

仙人島港區(qū)進港主航道是30萬噸級原油碼頭的配套工程，目前該航道已建成。按照規(guī)范15萬總噸LNG船計算，航道設(shè)計底高程為-16.0 m、通航寬度為342.2 m。經(jīng)核算，現(xiàn)有仙人島港區(qū)進港主航道滿足規(guī)范15萬總噸LNG船和26.6萬m3LNG實際最大船型安全進出港要求，可以作為LNG船舶進出港航道。

4 結(jié)語

1)環(huán)抱式港池內(nèi)部，特別是周邊布置有大型泊位的情況，LNG碼頭選址規(guī)劃應(yīng)充分論證通航和靠離泊安全影響，減少相互干擾。大型原油船舶的通航安全一定程度上比LNG船舶更為復(fù)雜，要統(tǒng)籌好大型泊位之間的空間關(guān)系。

2)仙人島港區(qū)LNG泊位布置在罐區(qū)西側(cè)棧橋，罐區(qū)前方岸線不是LNG泊位。對于此類情況，LNG罐區(qū)前方岸線應(yīng)盡量布置與LNG功能有關(guān)的設(shè)施，布置其他類型泊位時要開展安全論證。

3)LNG船舶通航會對港區(qū)其他船舶通航效率產(chǎn)生影響，在運營初期應(yīng)嚴格進行通航管制，隨著經(jīng)驗累積，可以研究允許船舶尾隨和縮短管制距離等優(yōu)化通航組織措施，減少影響。