張超，彭延建

(中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100028)

臺(tái)風(fēng)地區(qū)LN G接收站風(fēng)速設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的探討

張超，彭延建

(中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100028)

國內(nèi)LN G接收站及其他相關(guān)設(shè)施多位于東南沿海，在臺(tái)風(fēng)頻繁登陸的廣東、海南、廣西、福建、浙江等省份都有LN G項(xiàng)目分布。LN G接收站建設(shè)和運(yùn)營過程中也曾有遭受臺(tái)風(fēng)破壞的先例。對于接收站主要設(shè)施設(shè)備的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，美國等國的規(guī)范的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值要高于我國的規(guī)范要求，并且對建設(shè)地點(diǎn)有無臺(tái)風(fēng)傾向進(jìn)行了區(qū)別，要求LN G設(shè)施應(yīng)設(shè)計(jì)為能夠抵御風(fēng)荷載的直接作用，而不會(huì)帶來結(jié)構(gòu)和功能完整性的損失。典型情況下應(yīng)采用3s陣風(fēng)風(fēng)速作為設(shè)計(jì)風(fēng)速取值。建議在將來的LN G接收站建設(shè)過程中，在有臺(tái)風(fēng)傾向的地區(qū)，建設(shè)施工單位應(yīng)適度進(jìn)一步提高對風(fēng)荷載敏感、非LN G相關(guān)設(shè)施設(shè)備（如塔吊、臨建等）的抗風(fēng)強(qiáng)度，避免發(fā)生人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

LNG接收站;臺(tái)風(fēng);風(fēng)荷載;設(shè)計(jì)風(fēng)速

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.004

1 引言

國內(nèi)LNG接收站及其他相關(guān)設(shè)施多位于東南沿海，在臺(tái)風(fēng)頻繁登陸的廣東、海南、廣西、福建、浙江等省份都有LNG項(xiàng)目分布。LNG接收站建設(shè)和運(yùn)營過程中也曾有遭受臺(tái)風(fēng)破壞的先例：中石化廣西北海LNG接收站位于南海北部海域，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，2014年7月超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”正面登陸，強(qiáng)風(fēng)力持續(xù)約14h，最大風(fēng)力達(dá)到17級。此次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中未造成人員傷亡，但現(xiàn)場有較大損失：施工現(xiàn)場1臺(tái)塔吊自根部折斷，另有1臺(tái)塔吊根部型鋼嚴(yán)重變形，其余6臺(tái)塔吊均不同程度受損。臨建設(shè)施及生活區(qū)遭臺(tái)風(fēng)嚴(yán)重破壞。4臺(tái)罐的大、小門洞的加固防雨措施受到嚴(yán)重破壞，罐內(nèi)保冷玻璃磚不同程度的受雨水浸濕。自陸地通往施工現(xiàn)場的10根高壓線線桿被風(fēng)刮斷，造成施工現(xiàn)場線路中斷，20多天后施工生產(chǎn)才恢復(fù)正常。2012年，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“韋森特”曾在廣東登陸，珠海高欄島自動(dòng)氣象站錄得最大陣風(fēng)60m/s，給珠海LNG現(xiàn)場造成較大影響。

國際上LNG項(xiàng)目也有受臺(tái)風(fēng)襲擊者造成損失的案例。2007年9月，颶風(fēng)“溫貝托”在不到兩天的時(shí)間內(nèi)形成，并在得克薩斯州路易斯安那州邊界登陸，風(fēng)速達(dá)35.7m/s，海水將在建的GoldenPassLNG接收站淹沒。由于儲(chǔ)罐建設(shè)正處于較為脆弱的階段，還沒有升頂，在建儲(chǔ)罐的襯板遭到損壞。

LNG接收站設(shè)施設(shè)備的抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要依據(jù)風(fēng)荷載規(guī)范。風(fēng)荷載規(guī)范作為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)文獻(xiàn)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。國內(nèi)眾多學(xué)者對中外規(guī)范進(jìn)行了比較[1～3]。金鋒、陳瑞金[4]分別利用中美規(guī)范計(jì)算了設(shè)備支撐鋼框架的主體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用美國規(guī)范計(jì)算的風(fēng)剪力值，大約為中國規(guī)范計(jì)算值的1.2～1.3倍，彎矩約為中國規(guī)范計(jì)算值的1.1～1.2倍。對于海岸地帶油罐可能經(jīng)受臺(tái)風(fēng)襲擊的情況，張有渝[5]提出位于臺(tái)風(fēng)區(qū)海岸立式油罐的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題，風(fēng)速的取值應(yīng)以該地區(qū)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速作為瞬時(shí)風(fēng)速，若采用30a一遇時(shí)距10min的基本風(fēng)壓，除乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)外，宜加大20%～40%。Kim,DongHyawnetal.[6]對于風(fēng)荷載對LNG接收站卸料臂的影響進(jìn)行了研究，考慮風(fēng)速的不確定性，對LNG卸料臂的可靠性進(jìn)行了分析。

從接收站遭受高強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的實(shí)例可以看出，雖然LNG接收站的設(shè)施設(shè)備按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了抗風(fēng)設(shè)計(jì)，但在面臨高強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，仍然造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以,仍有必要對接收站內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

2 國內(nèi)接收站設(shè)計(jì)風(fēng)速取值

國內(nèi)接收站對于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，一般是遵循現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[7]（GB50009—2012）、《港口工程荷載規(guī)范》[8]（JTS 144-1—2010）、《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]（GB 50135—2006）、《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]（JTS 165-5—2009）。定義的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，一般形式為：

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值=風(fēng)振系數(shù)×體型系數(shù)×高度變化系數(shù)×基本風(fēng)壓

其中，基本風(fēng)壓為:“根據(jù)全國各氣象臺(tái)站歷年來的最大風(fēng)速記錄,按基本風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)要求,將不同風(fēng)儀高度和時(shí)次時(shí)距的年最大風(fēng)速,統(tǒng)一換算為離地10m高,地面粗糙度為B,自記最大10min平均風(fēng)速(m/s)。根據(jù)該風(fēng)速數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定重現(xiàn)期為50a的最大風(fēng)速,作為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)速v0?；撅L(fēng)壓可統(tǒng)一按公式w=v02/1600(kN/m2)計(jì)算。

目前，國內(nèi)接收站設(shè)計(jì)風(fēng)速取值，陸上一般取離地10m高,重現(xiàn)期50a最大10min平均風(fēng)速(m/s)。對于陸上高聳建構(gòu)筑物，各項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則有所差異，如美國芝加哥橋梁公司在福建LNG接收站的設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)煙囪，火炬塔架和高塔結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮20%的風(fēng)荷載安全余量。

在《液化天然氣接收站工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51156—2015)中，要求液體裝卸臂應(yīng)按最大受風(fēng)面進(jìn)行風(fēng)載荷計(jì)算，并符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50135—2006）的規(guī)定；船用裝卸臂的設(shè)計(jì)風(fēng)速為：工作狀態(tài)小于等于20m/s，復(fù)位狀態(tài)為60m/s。項(xiàng)目另有規(guī)定時(shí)按項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件執(zhí)行。

對于LNG碼頭和碼頭上部設(shè)備設(shè)施《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165—5—2009）中要求，“基本風(fēng)壓采用離地10m高、100a一遇的風(fēng)速計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)整體計(jì)算宜取10min平均最大風(fēng)速。工作平臺(tái)和棧橋面以上的結(jié)構(gòu)物承載能力極限狀態(tài)宜取3s平均最大風(fēng)速?！?/p>

綜合以上，目前國內(nèi)規(guī)范對LNG接收站的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值，考慮到LNG接收站作為生命線工程，已經(jīng)考慮了適當(dāng)提高，特別是對于碼頭上的設(shè)備和結(jié)構(gòu)。在重現(xiàn)期的要求上，碼頭已經(jīng)提高到100a。對于平均時(shí)距，碼頭工作平臺(tái)和棧橋面以上的結(jié)構(gòu)物，平均時(shí)距縮短到3s。

3 國內(nèi)外設(shè)計(jì)風(fēng)速取值比較

各國設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值，其風(fēng)荷載規(guī)范是主要指導(dǎo)文獻(xiàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。隨著理論和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，以及工程經(jīng)驗(yàn)的累積，風(fēng)荷載規(guī)范也隨之多次修正。美國風(fēng)荷載規(guī)范是ASCE/SEI 7-05:Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[11]。日本最新的風(fēng)荷載規(guī)范是2004年版的《AIJ RecommendationsforLoadsonBuilding》，即日本建筑學(xué)會(huì)的《建築物荷重指針·同解説》[12]。歐洲現(xiàn)行風(fēng)荷載規(guī)范是EN 1991-1-4：2005(Eurocode1:Actionsonstructures-Part1-4:General actions-Windactions)。

不同國家的風(fēng)荷載規(guī)范，對于基本風(fēng)速時(shí)距，歐洲、加拿大、中國和日本都選用10min的平均風(fēng)速，而美國、英國和澳大利亞則選擇3s的陣風(fēng)風(fēng)速。平均風(fēng)速時(shí)距取值越短，則風(fēng)速越大，缺乏實(shí)測資料時(shí)，不同時(shí)距平均風(fēng)速進(jìn)行換算，3s陣風(fēng)風(fēng)速約是10min平均風(fēng)速的1.43倍。日本規(guī)范《油料儲(chǔ)存用鋼制焊接容器》（JISB8501—2013）規(guī)定，在有可能遭受強(qiáng)風(fēng)的海岸、河岸地區(qū)，以及儲(chǔ)罐高度超過25m的計(jì)算段，風(fēng)壓值取定常數(shù)3000，單位為Pa。法國某公司在海南某地設(shè)計(jì)的立式鋼制油罐，設(shè)計(jì)風(fēng)速取臺(tái)風(fēng)瞬時(shí)風(fēng)速60m/s。

對中美規(guī)范進(jìn)行比較，將美國規(guī)范中的基本風(fēng)壓公式，與國內(nèi)規(guī)范統(tǒng)一計(jì)量單位后，公式形式與國內(nèi)規(guī)范基本相等。也即風(fēng)速和風(fēng)壓的關(guān)系基本相等，美國規(guī)范風(fēng)荷載與國內(nèi)規(guī)范的差異，主要在于風(fēng)速的取值不同。美國規(guī)范中，定義的基本風(fēng)速為:“距地高10m,地面粗糙度為C(相當(dāng)中國B類),3s陣風(fēng)風(fēng)速,無颶風(fēng)傾向地區(qū)重現(xiàn)期為50a,颶風(fēng)傾向的地區(qū)重現(xiàn)期為500a?！?/p>

對LNG接收站或液化廠等基礎(chǔ)設(shè)施，在美國交通運(yùn)輸部管道與危險(xiǎn)物質(zhì)安全管理局的網(wǎng)站答疑上，對LNG相關(guān)設(shè)施設(shè)備設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值有如下規(guī)定：

根據(jù)美國聯(lián)邦法律49CFR§193.2067關(guān)于風(fēng)荷載的說明，LNG設(shè)施應(yīng)設(shè)計(jì)為能夠抵御風(fēng)荷載的直接作用，而不會(huì)帶來結(jié)構(gòu)和功能完整性的損失。典型情況下應(yīng)采用3s陣風(fēng)風(fēng)速作為設(shè)計(jì)風(fēng)速取值。

對于工廠預(yù)制的、容積不大于265m3的LNG或其他危險(xiǎn)品流體容器，風(fēng)荷載的計(jì)算應(yīng)基于ASCE/SEI7-05Minimum DesignLoadsforBuildingsandOtherStructures。

對于其他LNG設(shè)施，風(fēng)荷載的計(jì)算應(yīng)基于以下原則：

假定的持續(xù)風(fēng)速不應(yīng)低于67m/s；

當(dāng)采用低于67m/s的風(fēng)速作為設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，應(yīng)有足夠的支持?jǐn)?shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)被管理當(dāng)局認(rèn)可；

超越概率應(yīng)采用50a超越概率0.5%的設(shè)計(jì)風(fēng)速，即重現(xiàn)期為9 975a，取值低于此數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)有足夠的支持?jǐn)?shù)據(jù)。

從以上比較可以看出，美國規(guī)范的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值要高于我國的規(guī)范要求，并且美國設(shè)計(jì)規(guī)范中，對建設(shè)地點(diǎn)有無臺(tái)風(fēng)傾向進(jìn)行了區(qū)別。而對于LNG相關(guān)設(shè)施設(shè)備，美國規(guī)范有更嚴(yán)格的特殊規(guī)定。

4 結(jié)論與建議

目前，LNG碼頭相比其他貨種碼頭，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速提高了等級；接收站儲(chǔ)罐等高聳設(shè)施設(shè)備，按特定的規(guī)范執(zhí)行，風(fēng)荷載和地震都是水平力作用，儲(chǔ)罐按能夠抵御SSE地震（4 975a一遇）設(shè)計(jì)，一般大于風(fēng)荷載。因此,按照LNG相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建成后的碼頭、儲(chǔ)罐等設(shè)施設(shè)備，一般能夠抵御“彩虹”級別的臺(tái)風(fēng)。但是對于建設(shè)期的塔吊、臨建（一般由施工單位自行委托設(shè)計(jì)），以及公用性的路燈、線桿等，由于并不需要遵循LNG行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此,在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中可能發(fā)生損壞。

建議在將來的LNG接收站建設(shè)過程中，在有臺(tái)風(fēng)傾向的地區(qū)，建設(shè)施工單位應(yīng)適度進(jìn)一步提高對風(fēng)荷載敏感、非LNG相關(guān)設(shè)施設(shè)備（如塔吊、臨建等）的抗風(fēng)強(qiáng)度，避免發(fā)生人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

對接收站設(shè)施設(shè)備的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值，建議參考美國經(jīng)驗(yàn)，按照有無臺(tái)風(fēng)傾向?qū)Φ貐^(qū)進(jìn)行分類，提高有臺(tái)風(fēng)傾向地區(qū)的設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)，如重現(xiàn)期由50a一遇改為100a一遇或更高。

【1】陳鑫,李愛群,王泳,等.國內(nèi)外規(guī)范自立式高聳結(jié)構(gòu)等效風(fēng)荷載及響應(yīng)比較[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2014,35(4):304-311.

【2】梁樞果,王磊,王述良,等.國內(nèi)外規(guī)范圓截面高聳結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向等效風(fēng)荷載取值對比研究[J].特種結(jié)構(gòu),2013(5):94-98.

【3】吳純?nèi)A.淺議中美規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算對比[J].低溫建筑技術(shù),2015,37 (6):95-98.

【4】金鋒,陳瑞金.中美結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算比較[J].石油化工設(shè)計(jì),2011,28(4):55-59.

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【7】GB50009—201建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

【8】JTS144-1—2010港口工程荷載規(guī)范[S].

【9】GB50135—2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【10】JTS165-5—2009液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【11】ASCE.MinimumDesignLoadsforBuildings and Other Structures (ASCE/SEI7-10)[J].AmericanSocietyofCivilEngineers,2014,559 (3):996.

【12】日本建築學(xué)會(huì).建築物荷重指針·同解説[M].日本建築學(xué)會(huì),丸善(発売),2004.

Discussion of Design WindSpeedforLNGReceivingTerminal in Typhoon Area

ZHANGChao,PENG Yan-jian,
(CNOOC Gas&Power GroupLtd.,Beijing 100028,China)

LNGreceivingterminalandotherrelatedfacilitiesinChinalocatedinthesoutheastcoast,alsodistributedintyphoonarea such as Guangdong, Hainan, Guangxi, Fujian, Zhejiang etc. There were LNG receiving terminals had been damaged by typhoon in construction or operation phase. For the wind speed should be used in LNG facility equipment design calculations, the United States and other countries' specification for designwind speed values are higher than China's specification requirements,which requires that LNGfacilities be designed to withstand the direct effect of wind forces without loss of structural or functional integrity. Structural engineering design is typically performed using 3-second gust wind speeds. This paper suggests that in the construction of LNG receiving terminals in hurricane area,constructioncontractorshouldimprovethedesignwindspeedvalueforsomeLNGfacilitiesorequipments(suchascranes,overlay,etc.).

LNGreceivingterminals；typhoon；windload；designwindspeed

TU352.2;TU203

A

1007-9467（2016）09-0035-03

2016-03-10

張超（1981～），男，吉林扶余人，高級工程師，從事液化天然氣儲(chǔ)罐研究，（電子信箱）32311690@qq.com。