躉船與活動(dòng)鋼引橋搭接處軟管布置方案優(yōu)化

曹宇，黃兆睿

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢430071）

1 引言

為了提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，打造一流乙烯裝置，積極推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、挖潛增效工作，中韓（武漢）石油化工有限公司擬在現(xiàn)有8×105t/a乙烯的基礎(chǔ)上，通過挖潛、改造，將乙烯生產(chǎn)能力擴(kuò)至1.1×106t/a。為滿足新增3×105t/a乙烯項(xiàng)目原料運(yùn)輸以及今后發(fā)展需要，計(jì)劃安排新增7×105t/a的運(yùn)量從碼頭運(yùn)輸。但從現(xiàn)有的9#液體化工碼頭的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，其通過能力已無(wú)法滿足新增物料運(yùn)輸?shù)男枰?。為此，中韓（武漢）石油化工有限公司擬在現(xiàn)有9#碼頭下游新增1個(gè)5 000 t級(jí)液體化工泊位，即10#碼頭。

2 優(yōu)化緣由

根據(jù)漢口水文站的資料分析，10#碼頭工程設(shè)計(jì)高水位25.77 m（重現(xiàn)期50 a），設(shè)計(jì)低水位8.77 m（當(dāng)?shù)睾叫谢妫?，設(shè)計(jì)高、低水位差值達(dá)到17 m，因此，該碼頭采用浮式碼頭架構(gòu)形式。高、低水位變化時(shí)，躉船與活動(dòng)鋼引橋之間會(huì)產(chǎn)生橫向位移，而由躉船與活動(dòng)鋼引橋間產(chǎn)生的位移量一般依靠設(shè)置柔性軟管進(jìn)行吸收，既能起到補(bǔ)償位移量的作用，又能良好地適應(yīng)端點(diǎn)間的相對(duì)位移。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本工程躉船設(shè)計(jì)采用鋼撐桿消能，極大地限制了躉船的位移，使躉船與活動(dòng)鋼引橋之間的橫向位移超過了常用錨固消能的1 m，達(dá)到了1.5 m，水工結(jié)構(gòu)方案在躉船的岸側(cè)距上下游端9 m處各布設(shè)1套撐桿式消能設(shè)施，撐桿以撐墩為中心，隨水位漲落與躉船同步上下浮動(dòng)。高、低水位碼頭躉船起落行程斷面設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

由圖1可知，躉船隨水位漲落進(jìn)行上下浮動(dòng)，同時(shí)搭接在躉船甲板面上的鋼引橋活動(dòng)端也隨之進(jìn)行橫向移位，此處采用柔性軟管連接躉船和鋼引橋上的管線，以吸收躉船在上下浮動(dòng)時(shí)，鋼引橋活動(dòng)端產(chǎn)生的全部橫向位移量。鋼引橋上管廊布置各類物料管線13根，預(yù)留3根，管道數(shù)量較多，鋼引橋與躉船搭接處柔性軟管的布置可以確保有足夠的余量吸收浮動(dòng)鋼引橋活動(dòng)端產(chǎn)生的橫向位移量，便于拆卸與安裝，結(jié)合躉船與活動(dòng)鋼引橋搭接處的特征及10#碼頭工程管道的數(shù)量，活動(dòng)鋼引橋擬設(shè)計(jì)寬度為9 m，橋面上的管道采用單層布置（見圖2），搭接處管道采用軟管柔性連接。

圖1 高、低水位碼頭躉船起落行程斷面設(shè)計(jì)圖

圖2 活動(dòng)鋼引橋單層管道布置斷面圖

活動(dòng)鋼引橋長(zhǎng)60 m，寬9 m，高8 m，總重約180 t。安裝如此龐然大物，需在長(zhǎng)江水位達(dá)到設(shè)計(jì)安裝高度，且在躉船拋錨定位完成后實(shí)施。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部令第37號(hào)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》，吊裝該活動(dòng)鋼引橋?qū)儆凇翱缍?6 m及以上的鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，或跨度60 m及以上的網(wǎng)架和索膜結(jié)構(gòu)安裝工程”超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，該活動(dòng)鋼引橋的寬度及總重導(dǎo)致其安裝難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)躉船的穩(wěn)性也有一定的影響，且安裝其所需的浮吊船舶調(diào)遣非常困難。因此，在不影響躉船的穩(wěn)性，躉船與活動(dòng)鋼引橋搭接處的管道柔性連接安全、可靠的前提下，需對(duì)鋼引橋的尺寸、重量進(jìn)行優(yōu)化。

3 原因分析

通過對(duì)影響軟管布置的各種因素進(jìn)行分類，采用5M1E即人、機(jī)、料、法、測(cè)、環(huán)的方式綜合分析。因9 m寬活動(dòng)鋼引橋未建造，排除了測(cè)量因素，將分析出的影響躉船與活動(dòng)鋼引橋搭接處軟管布置的原因繪制成魚骨圖，詳見圖3。

圖3 原因分析魚骨圖

1）10#碼頭工程設(shè)計(jì)人員同類型項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)躉船與活動(dòng)鋼引橋搭接處軟管布置方案有深入研究?！叭恕钡囊蛩胤侵饕?。

2）碼頭裝卸的不同物料具有不同的特性，其腐蝕強(qiáng)度、毒性、危險(xiǎn)等級(jí)等對(duì)軟管的類型有不同的要求。10#碼頭裝卸的主要物料為石腦油、C5、LPG（液化石油氣）、丙烯等，均為有毒，易燃易爆，輸送物料采用的軟管為金屬軟管，根據(jù)輸送各物料工況，各金屬軟管有其相對(duì)應(yīng)的壓力使用范圍，查閱GB/T 14525—2010《波紋金屬軟管通用技術(shù)條件》可得出金屬軟管的使用壓力范圍，以及軟管爆裂時(shí)的爆破壓力等數(shù)據(jù)，且國(guó)內(nèi)金屬軟管供應(yīng)商很多，制造技術(shù)非常成熟。10#碼頭工程有PN25和PN40兩種設(shè)計(jì)壓力，均在金屬軟管適用壓力范圍內(nèi)?！傲稀钡囊蛩胤侵饕?。

3）管線數(shù)量越多，若單層布置，其布置所占的空間越大。由于輸送各物料的軟管類型口徑的不同，且在活動(dòng)鋼引橋上布置了13根管線及3根預(yù)留管線，通過縮小間距、調(diào)整管架形式等調(diào)整布置方式。而多根管線布置時(shí)需要考慮相互之間防擠壓等，所以，管線的數(shù)量是直接影響活動(dòng)鋼引橋?qū)捳囊驍?shù)；保溫隔熱常用于低溫物料管線或高溫物料管線，如LNG，低溫乙烯，蒸氣及蒸氣伴熱管線。其增加軟管重量，增加變形阻力，擴(kuò)大管線布置間距，但對(duì)軟管實(shí)際變形不產(chǎn)生根本影響。10#碼頭工程僅有C5、LPG、丙烯需要保冷，所以，保溫隔熱對(duì)本項(xiàng)目的軟管布置影響較小?！胺ā钡囊驍?shù)為主要原因。

4）經(jīng)查閱相關(guān)規(guī)范，對(duì)應(yīng)管徑下金屬軟管和復(fù)合軟管的彎曲半徑見表1?？芍饘佘浌茏钚≡试S彎曲半徑遠(yuǎn)大于復(fù)合軟管最小允許彎曲半徑。10#碼頭裝卸的主要物料均采用金屬軟管，彎曲半徑大?！皺C(jī)”的因數(shù)非主要原因。

表1 金屬軟管和復(fù)合軟管的彎曲半徑

5）躉船隨水位的漲落上下浮動(dòng)，進(jìn)而在躉船與活動(dòng)鋼引橋之間產(chǎn)生橫向位移。通過對(duì)高、低水位時(shí)躉船邊緣到活動(dòng)鋼引橋端部定位點(diǎn)的距離計(jì)算，10#碼頭躉船隨年最高水位與年最低水位變化產(chǎn)生的橫向位移量為1.5 m。產(chǎn)生的橫向位移量全部靠軟管來吸收，但高低水位差為自然因素，無(wú)法人為調(diào)控；因操作人員需經(jīng)常在躉船上進(jìn)行閥門開關(guān)操作，所以，軟管的布置要考慮操作人員上下躉船方便、安全，同時(shí)避免由于軟管數(shù)量較多，布置不合理，導(dǎo)致通行空間狹小，引發(fā)操作人員踩踏軟管，致使軟管使用壽命縮短；躉船隨水位的漲落上下浮動(dòng)，軟管在活動(dòng)鋼引橋移動(dòng)過程中磨損，造成軟管的使用壽命縮短，軟管的使用壽命為8～10 a，實(shí)際定期約2 a需要進(jìn)行檢測(cè)及更換?！碍h(huán)”的因素非主要原因。

4 優(yōu)化措施

針對(duì)上述分析出的主要原因，按“5W1H”原則制定相關(guān)措施，具體措施為：（1）活動(dòng)鋼引橋上的管架采用雙層設(shè)置，縮小管線布置空間。10#碼頭共有各類物料管線13根，預(yù)留管線3根。所有管線在活動(dòng)鋼引橋上分兩層布置，縮短鋼引橋?qū)挾戎? m，詳見圖4。（2）考慮到躉船甲板面上空間有限，在躉船甲板面上設(shè)置雙層軟管托架平臺(tái)，13根軟管分兩層鋪設(shè)在軟管托架平臺(tái)上。如此即可滿足軟管的檢維修、拆卸與安裝的要求，又保障了操作人員的通行便利。

圖4 活動(dòng)鋼引橋雙層管道布置斷面圖

5 優(yōu)化結(jié)果

通過對(duì)活動(dòng)鋼引橋上管線布置的優(yōu)化，采用雙層布置的方式縮短了活動(dòng)鋼引橋?qū)挾龋瑢⑵鋵挾扔? m縮減至6 m，直接減少了鋼引橋所需鋼量，減少制造成本和施工成本約108萬(wàn)元，同時(shí)還提高了躉船穩(wěn)性。躉船甲板面上設(shè)置雙層軟管托架平臺(tái)，有效利用了躉船甲板面上軟管布放所需空間，此方案的優(yōu)化既可良好地吸收高、低水位變化時(shí)躉船與活動(dòng)鋼引橋間的1.5 m橫向位移量，又降低了軟管擠壓情況的出現(xiàn)，減小了軟管的磨阻，保障了軟管的使用安全，為碼頭的裝卸安全提供了保障，也為躉船操作人員的通行、操作提供了便利。

6 結(jié)語(yǔ)

浮碼頭活動(dòng)鋼引橋管線布置問題一直是浮碼頭研究的重要問題之一，在保障裝卸安全、操作安全的基礎(chǔ)上，如何合理布置管線，減小鋼引橋?qū)挾?，良好地吸收橫向位移量等問題的解決方案有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。今后將依托BIM三維建模，結(jié)合最新的技術(shù)研究不斷創(chuàng)新，為設(shè)計(jì)和項(xiàng)目做好服務(wù)。