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液體石油化工品碼頭設計關鍵技術*

高明1，趙新宇2，趙瑞芬2，宋維善1

(1.日照港集團嵐山港務有限公司,山東 日照 276800；

2.中誠國際海洋工程勘察設計有限公司，山東 青島 266071)

摘要：依據(jù)日照港嵐山港區(qū)1#和2#液體石油化工品碼頭工程設計實例，對液體石油化工品碼頭工程設計中的平面布置形式和碼頭底高程的選擇進行了分析，同時對碼頭裝卸區(qū)接卸口和接卸管道的布置數(shù)量進行了研究，結果表明,在到港船舶等級相差懸殊，5 000 DWT以下船舶居多的情況下，平面布置應考慮組合靠泊，推薦碼頭采用順岸布置形式；在自然條件、航道等公共資源條件允許的情況下，碼頭底高程盡量一致；管道數(shù)量較多時，推薦采用一個接卸口布置一半數(shù)量的接卸管道且同品種管道的接卸口間隔布置，以及采用“U”型管布置方式。

關鍵詞：液體石油化工品碼頭；組合靠泊；結構比選；主要布置

液體石油化工品碼頭是專用于裝卸原油、成品油、液體化工品、液化石油氣和液化天然氣等散裝液體貨物的碼頭，目前統(tǒng)稱為液體散貨碼頭。化工品碼頭的主要特點是品種多、到港船型大小不一、船舶等級跨度大、裝卸船集中在船舶中部?？紤]液體石油化工品碼頭自身的特點，碼頭布置形式普遍采用蝶形，通常布置工作平臺、靠船墩、系纜墩，一般1個碼頭布置1個船舶接卸口，僅?？?艘船舶。這種布置形式的優(yōu)點是投資低、港口管理簡單，缺點是船舶靠泊的靈活性差、裝卸效率低、岸線資源不能充分利用。目前液體石油化工品碼頭普遍考慮船舶組合靠泊，通常采用長平臺和系船墩平面布置形式(“T”型布置形式)，在長平臺布置3個船舶接卸口，當大型船舶不停靠時，可同時?？?艘小型船舶，不同貨物的接卸管道可根據(jù)運輸船舶大小布置在不同的接卸口處，船舶靠泊和接卸的靈活性大大提高，裝卸效率得以提高，岸線也得到充分利用。

以上僅為單個碼頭且管線數(shù)量不多情況下的布置形式，對于2個或2個以上多個碼頭且管線數(shù)量較多時的布置形式還需進一步分析和研究。本文以日照港嵐山港區(qū)1#和2#液體石油化工品碼頭為例，介紹2個液體石油化工品碼頭設計的關鍵技術。

1工程概況

日照港嵐山港區(qū)是長江以北最大的化工品集散地，現(xiàn)有11個液體化工品泊位，2014年液體散貨總運量4 230萬t，其中，原油3 254萬t，成品油717萬t，液體化工品及植物油259萬t。

日照港嵐山港區(qū)1#和2#液體化工品碼頭工程*山東省航運設計院有限公司.日照港嵐山港區(qū)液體石油化工品1#、2#碼頭工程初步設計.2009.*山東省航運設計院有限公司.日照港嵐山港區(qū)液體石油化工品1#、2#碼頭工程施工圖設計.2010.位于日照港嵐山港區(qū)中作業(yè)區(qū)南港池口門西側，與日照港海明公司100 000 DWT油碼頭分列規(guī)劃作業(yè)區(qū)口門的西、東兩側。建設規(guī)模為50 000 DWT(結構兼顧100 000 DWT)和10 000 DWT泊位各1個，設計年通過能力235萬t。

主要貨種有石油及制品和化工品，前者包括原料油、成品油和瀝青等，后者包括醇類、乙烯類、苯類、氯仿和硫酸等近50多個品種。到港船舶范圍為500~100 000 DWT，主要集中在5 000 DWT以下和20 000~30 000 DWT兩個區(qū)間，5 000 DWT以下船舶占70%以上。

工程建設內(nèi)容包括碼頭長度489.7 m，其中50 000 DWT(1#)和10 000 DWT(2#)碼頭長度分別為300和189.7 m，直立岸壁長度51.65 m，護岸長度738.05 m，圍堰長度1 680.15 m，以及液體貨物碼頭裝卸、管道輸送和供電照明、給排水、消防等配套工程①?？偲矫娌贾靡妶D1②。

圖1　碼頭總平面圖Fig.1　General layout of the terminals

碼頭前沿設計底高程為-13.4 m(主體結構按-15.0 m預留)，碼頭頂面高程7.0 m。碼頭結構采用重力式沉箱結構，墻體由沉箱與現(xiàn)澆混凝土胸墻構成，總高22.0 m，墻后設拋石棱體，基床厚1.4～4.0 m，坐于強風化巖上(圖2)。

圖2　碼頭結構圖Fig.2　Structures of the terminals

裝卸工藝流程：船?罐。碼頭上共布置4組軟管接卸口、1組裝卸臂接卸口和1組“U”型管口，軟管接卸口自西向東依次標記為1#,2#,3#,4#，每組軟管接卸口管線均為35余根，裝卸臂接卸口布置4臺DN300裝卸臂，主要用于原料油、成品油的裝卸。碼頭上共布置接卸管線約150根，每個接卸口布置了氮氣、空氣和導熱油等公用工程管線。接卸口及管線布置如圖3所示。

碼頭上還設計了完善的消防、環(huán)保、供配電、監(jiān)控、通信、通訊等設施。

圖3　裝卸工藝平面布置圖Fig.3　The layout plan of cargo-handling technology

2設計關鍵技術

2.1　碼頭布置

針對液體化工品5 000 DWT以下到港船舶比例較大，同時30 000 DWT以上到港船舶不斷增多的發(fā)展特點，結合自然條件和投資等因素，對碼頭布置提出了連續(xù)布置(順岸布置)和非連續(xù)布置(“T”型布置)兩個方案進行比選[1-2]。對連續(xù)布置方案，通過船舶組合計算，綜合確定岸線長度；對非連續(xù)布置方案，綜合船型、工藝、船舶靠離泊、系纜等要求，通過繪制包絡圖，提出設多作業(yè)平臺和系纜墩方案。通過比選，方案一連續(xù)式布置方案岸線連續(xù)，陸域面積大，使用起來更為便利、靈活，管線布置較為順暢，兼顧船型組合情況也較多，建筑物施工種類少，但造價略高；方案二非連續(xù)式布置方案沉箱個數(shù)少，但需相應增加人行橋和碼頭后方護岸，在使用上不如方案一便利，對船只管理調(diào)度的要求也更為嚴格。

綜合考慮，推薦方案一連續(xù)式布置方案為碼頭布置方案。

推薦連續(xù)布置方案，可分別同時滿足3艘5 000 DWT；4艘3 000 DWT；1艘10 000 DWT和1艘50 000 DWT；2艘40 000 DWT化工品船舶多種靠泊組合(表1)。

表1 船型組合計算表

注：括號內(nèi)數(shù)值為考慮折角處岸線折減后的計算結果

2.2　碼頭設計底高程

在碼頭設計底高程的確定上，充分考慮了基巖埋深條件、在建的100 000 DWT航道公共資源條件、外海施工條件、造價與后期發(fā)展等多種因素，提出了厚基床、薄基床兩種碼頭結構方案，方案一為薄基床方案，碼頭設計底高程為-15.0 m，方案二為厚基床方案，碼頭設計底高程分別為-13.4和-12.8 m。根據(jù)地質資料，擬建碼頭處基巖埋深為-16.4～-19.0 m，方案二對應基床平均厚度為4.3和4.9 m；方案一將碼頭前沿底高程降低至-15.0 m后，基床平均厚度相應減少到2.7 m。既預留了后期發(fā)展空間，又減少了施工中的基槽挖泥、水上拋石等水上工作量，縮短了施工工期，工程造價也相應較方案二略低。同時，碼頭設計底高程的降低，為遠期適應船舶大型化發(fā)展趨勢預留了一定的發(fā)展空間，使得岸線資源更能得以充分利用，也進一步提高了碼頭岸線使用的適應性。此外方案一還具有沉箱種類少，施工便利等優(yōu)點。

表2　主要工程量比較表(每延米量)

2.3　裝卸工藝布置

裝卸工藝布置[3]包括裝卸船用接卸口和輸送管線布置，為滿足船舶組合靠泊的裝卸要求，并考慮提高碼頭區(qū)面積利用率，對接卸口和接卸管線的布置數(shù)量進行了分析。

2.3.1接卸口設計

根據(jù)船舶組合情況，接卸口的設置以3艘5 000 DWT、4艘3 000 DWT、1艘10 000 DWT和1艘50 000 DWT、2艘40 000 DWT化工品船舶同時靠泊接卸為基本靠泊組合設計。在對應4艘3 000 DWT船舶靠泊的中間部位布置4組軟管接卸口(自西向東依次為1#，2#，3#，4#)。為滿足10 000 DWT和50 000 DWT同時靠泊接卸，并考慮50 000 DWT船舶較大，軟管接卸口使用不便，在3#與4#接卸口間布置1個裝卸臂口， 1#接卸口與10 000 DWT船舶對應的接卸位置較近，可用于10 000 DWT船舶接卸。3艘5 000 DWT船舶同時靠泊接卸，東、西端船舶可分別采用4#、1#接卸口，為減少碼頭面上接卸管道的布置數(shù)量，中間靠泊的5 000 DWT接卸口采用“U”型口形式，通過“U”型管道與鄰近的2#和3#口管道連接，完成接卸。2艘40 000 DWT化學品船采用就近的1#、3#接卸口或裝卸臂口。即滿足以上4種基本船舶組合靠泊接卸共布置了6個接卸口。

經(jīng)船型靠泊組合分析，本工程接卸口布置除滿足以上4種組合形式外，還可滿足其他10多種組合形式(表3)，達到了接卸口數(shù)量少，船舶組合靠泊形式多的設計目標。

表3　主要船舶靠泊組合形式

注：經(jīng)調(diào)查，當前碼頭軟管的使用長度一般為9~40 m，以上組合考慮軟管長度為40 m

2.3.2輸送管線布置

本工程共設有76條管線，若在每個接卸口處布置76條管線，6個接卸口布置的管線占用岸線長度約為450 m。在總長489.7 m的碼頭上將無法布置消防、軟管吊、登船梯等必備設施。為減少管線數(shù)量，采用半數(shù)布置方案，即76條管線由2個軟管接卸口分擔，其余 2個軟管接卸口管線重復布置，即同一生產(chǎn)管線均有2個接卸點，布置在不同的2個接卸口處，且相同貨物的兩個接卸管道間隔布置，分別布置在1#、3#接卸口或者2#、4#接卸口。

為解決接卸口位置相同的液化品船舶不能同時靠泊裝卸的問題，接卸口間布置了“U”型管道。當其中一個接卸口?？繜o對應接卸管線的船舶時，船上的接口可與“U”型管的接口相連，通過“U”型管輸送到相鄰的另一個接卸口處，與對應的貨物管道連接，這樣可將4個軟管接卸口聯(lián)絡成一體，既保證了船舶的組合靠泊，提高了船舶靠泊的靈活性，又減少了接卸口管道的布置數(shù)量，同時減少了對陸域的占用。

3結語

日照港嵐山港區(qū)1#和2#液體石油化工品碼頭工程于2009-07竣工投產(chǎn)，至今運行良好。因考慮了船舶組合，碼頭采用了順岸布置形式，使碼頭泊位利用率逐年提高并明顯高于單個泊位。據(jù)統(tǒng)計，本工程碼頭現(xiàn)已靠泊船舶3 320艘次，完成吞吐量1 180萬t，泊位利用率2012年為61.1%、2014年高達86.17%。吞吐量亦隨之提高，2013年完成液化品吞吐量162萬t，2014年增至210萬t，年增長率近30%。由于碼頭底高程一致，使得船舶靠泊的靈活性和適應性得到了提高。采用一個接卸口布置一半數(shù)量的接卸管道且同品種管道的接卸口間隔布置和“U”型管布置方式，在滿足多種貨物船舶靠泊的情況下，減少了管線布置數(shù)量，提高了碼頭區(qū)面積利用率，同時降低了管線投資。通過對上海、寧波、珠海、張家港等國內(nèi)大型液體石油化工品碼頭的調(diào)查對比，本碼頭在船型組合、“U”型管和較多管線(76根管線)布置上均具有前瞻性。因此，在液體石油化工品到港船型大小不一、船舶等級跨度大時，平面布置建議考慮船舶組合靠泊，推薦碼頭采用順岸布置形式；在自然條件適宜、航道等公共資源條件具備條件下，碼頭底高程可有所預留并盡量一致；管道數(shù)量較多時，推薦采用一個接卸口布置一半數(shù)量的接卸管道且同品種管道的接卸口間隔布置和“U”型管布置方式。

參考文獻：

[1]JTJ 211—99 海港總平面設計規(guī)范[S].北京: 人民交通出版社,1999.

[2]JTS 165—2013 海港總體設計規(guī)范[S].北京: 人民交通出版社,2013.

[3]JTJ 237—99 裝卸油品碼頭防火設計規(guī)范[S].北京: 人民交通出版社,1999.

Key Technology for the Design of Liquid

Petrochemical Terminals

GAO Ming1, ZHAO Xin-yu2, ZHAO Rui-fen2, SONG Wei-shan1

(1.LanshanPortofRizhaoPortGroupCo.Ltd., Rizhao 276800, China;

2.ChinaIntegrityInternationalOceaneeringCo.Ltd., Qingdao 266071, China)

Abstract:According to the actual design of No.1 and No.2 liquid petrochemical terminals in the Lanshan Port of Rizhao City, the general layout form and the selection of the dock basis elevation designed for the liquid petrochemical terminals are analyzed and the numbers of discharge accesses and pipes arranged in the unloading areas of the terminals are studied. It can been concluded that: 1) If the classification of the ships arriving at the terminals differs greatly and a majority of the ships are below 5 000 DWT in size, berthing alongside following the combination of ships should be considered adequately for the plane layout. Herein, an alongshore continuous layout is recommended for the dock. 2) If the public resources such as natural conditions and channels are permitted, the elevation of the dock basis should be consistent as far as possible. 3) If the number of the discharge pipes is large, half the pipe number together with a U-shaped tube arrangement is recommended for the pipe spacing arrangement.

Key words:liquid petrochemical terminal; berthing alongside following the ship combination; structural comparison and selection; major layout

中圖分類號：U656.1

文獻標識碼：A

作者簡介：高明(1970-),男,高級工程師,碩士,主要從事港口建設及管理方面研究.E-mail:zbz23@163.com(王燕編輯)

收稿日期：*2015-05-11

文章編號：1002-3682(2015)02-0060-07