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液体散货码头装卸工艺综述潘海涛( 中交水运规划设计院, 北京 100007)摘 要: 分析总结我国液体散货码头泊位吨级和工艺设计特点, 提出存在的技术问题, 展望发展前景。关键词: 液体散货; 码头; 装卸工艺中图分类号: u656.1+32文献标识码: b文章编号: 1002- 4972( 2006) 10- 0098- 06on handling technology of liquid bulk ter minalspan hai- tao(china communications planning & design institute for water transportation, beijing 100007, china)abstr act: this paper analyzes the ship styles, berth tonnage and technological characteristics of liquid bulk terminals, points out the technical problems, and describes the development prospect.key wor ds: liquid bulk; terminal; handling technology概述液体散货码头是指原油、成品油、液体化工 品、lpg 和 lng 介质等用管道装卸和输送的专业 码头。由于这些货物品种多, 需求量大, 存在着 产地与加工地、加工地与消费地的差异, 从而形 成了很大的货运量。目前世界石油的海运量已占 到总海运量的 50% 。 随 着 我 国 经 济 的 持 续 发 展 , 对油气及化工品需求不断增加, 也促进了液体散 货 海 运 事 业 的 发 展 和 相 应 的 港 口 码 头 的 建 设 。2005 年我国主要港口石油天然气及制品吞吐量完 成 4.83 亿 t, 其中接卸进口原油 1.23 亿 t1。液体散货码头作业特点是连续、密闭、运量运输船型和码头吨级世界石油消费量和海运量的不断增加,12带动了液体散货船队发展,使之成为世界上最大的一类船队, 船型大小吨位齐全, 且近年来船舶运输大型化趋势明显, 码头吨级也随之增大。2.1原油船型和码头吨级从我国进口油产地、航线及运距、海峡限制条件、世界及我国原油船队、船舶营运费用等方面分析比较, 目前我国沿海进口原油码头均以30万dwt油船作为设计船型。考虑船舶大型化趋势,部分深水港口如大连、曹妃甸、青岛等地的 30 万吨级原油进口码头规模按兼顾 40 万50 万 dwt 油船 设计, 提高了码头的适应性和经济性。对于沿海原油运输, 如海洋原油运输、进口 原油二程船转运等, 主力船型为 30 00080 000 dwt 的沿海运输船型。大、效率高。主要发展趋势是:码头吨级大型化和专业化、装卸货种多样化、装卸工艺流程自动化、安全及环保要求高。我国在液体散货码头的 设 计 、 施 工 、 运 行 和 管 理 上 已 形 成 较 完 善 的 标准。收稿日期:2006- 09- 19作者简介: 潘海涛 ( 1972- ) , 男, 高级工程师, 从事港口装卸工艺的设计工作。第 10 期潘海涛:液体散货码头装卸工艺综述992005 年统计我国沿海原油码头吨级和数量见表 1。2.3lpg 船型和码头吨级根据中国船级社国内 lpg 船舶 64 艘,统计资料,2005 年( ccs)总运力约 6.4 万载重吨,总表 1我国沿海原油码头吨级和数量( 2005 年统计)舱容 123 150 m3; 在现有船舶中, 3 000 m3 及以上的船 13 艘, 约占总运力的 37.5% ; 3 000 m3 以下 的船 51 艘, 约占总运力的 62.5%。1 0003 000 m3 全 压式船舶, 主要用于国内沿江、沿海之间运输。远泊位吨级/万 t泊位数量/个泊位功能01133558101520合计中转接转接卸中转接卸洋进口 lpg 船多为半冷半压式或全冷式船舶,舱容在中转接卸10 00050 000 m3, 部分达 80 000100 000 m3。近年来, 宁波、汕头、珠海、钦州等港口新建了一 些低温 lpg 船接卸码头, 多为 50 000 吨级泊位。2005 年统计我国沿海 lpg 码头吨级和数量见 表 4。进口原油接卸进口原油接卸2.2成品油、液体化工品船型和码头吨级我国沿海成品油码头近年来建设发展较快,但表 4 我国沿海 lpg 码头吨级和数量 ( 2005 年统计) 因沿海成品油运输船型、批量、流向和接卸港规模限制, 设计船型相对较小。东北地区港口内贸成 品油、液体化工品出口船型主要为 5 00010 000 dwt,泊位吨级/万 t泊位数量/个00.30.30.50.51155合计136105741部分外贸出口船型为 20 00030 000 dwt;华东、华南炼化企业成品油内贸船型多在 1 0003 000 dwt之间。沿海成品油、液体化工品外贸进口船型范 围 30 00050 000 dwt。2005 年统计我国沿海成品油与液体化工品码 头吨级和数量分别见表 2、表 3。2.4lng 船型和码头吨级根据有关资料, 2005 年底全球 lng 船正在营 运中的共有 198 艘, 其中最大舱容为 147 600 m3, 最小舱容为 1 100 m3, 120 000 m3 以上的占 164艘。表 2我国沿海成品油码头吨级和数量( 2005 年统计)泊位吨级/万 t泊位数量/个正在建造或已下订单的共有 144 艘,其中最大舱00.30.30.50.511335810合计2881003640184486容为 260 000 m3, 最小舱容为 19 100 m3, 120 000 m3以上的占 140 艘, 200 000 m3 以上的有 26 艘。我国深圳大鹏湾已投产 lng 接卸终端配置的 lng 运输船为 14.7 万 m3 ( 国内建造) 。目前正在设 计的大连、曹妃甸 lng 项目考虑到船型的不确定 性及大型化的趋势, 码头靠泊船型为 8 万20 万m3 的 lng 船。表 3我国沿海液体化工品码头吨级和数量( 2005 年统计)泊位吨级/万 t泊位数量/个33.1装卸工艺油品码头工艺流程 油品码头的工艺作业主要有:卸船进罐、装船、船船直取、车船直取00.30.30.50.5113355合计562636261613173作业等, 另外还有泄空、置换及吹扫等附属工艺作业。100水 运工 程2006年卸船进罐作业远, 二者之间的自动控制、通信联络和联动操作极为重要。在输油过程中, 当罐区、码头和油船1)该作业主要利用船泵压力接卸, 将所载油品直接送入港区储罐。这种流程要求平面与高程设 计中以满足船泵按正常流量卸油时的扬程、大于 进罐的全管路系统水头损失为前提。一般将接卸 罐区设置在距码头 35 km 范围内。对大型原油卸船码头, 在地形条件有利的情况下, 二者之间距等环节中发生故障时必须迅速停泵、关阀,停止输油作业, 避免发生事故。目前, 国内大型石化码头均实现了以上控制功能。近年来, 随着环保和节能要求的提高, 利用 油 气 回 收 法 降 低 油 品 装 卸 过 程 中 蒸 发 损 耗 的 技 术日趋成熟。美国、欧洲等港口和船东已全面推 广油船装载过程中的油气回收技术。目前我国沿 海的原油、成品油装船港尚无油气回收系统在工 程 中 应 用 的 实 例 。 如 码 头 装 船 作 业 采 用 全 封 闭 装卸工艺 ( 循 环 回 路 ) , 船 舶 需 要 配 置 收 集 各 货 舱挥发气体的独立管路。而我国沿海运输的液体 散 货 船 舶 , 除 运 输 蒸 汽 压 较 高 的 lpg、lng 船 、 部分运输毒性强、货物价值高的化工品船具有返 回码头上的回气管路外, 绝大部分原油、成品油船货舱透气系统未形成封闭管路, 无法实施回收离 可 扩 大 到 5 8 km; 对 于 lng 码 头 ,因 介 质 汽化、管线投资等原因, 接卸罐区距码头一般不超过 1 km。随着大型原油深水泊位的建设, 新建码头要 得到适宜的水深条件, 往往要从岸线向外海延伸很远, 如船泵扬程满足不了输送要求,需进行二次加压接力输送。卸船过程中的中间加压, 因自控手段和机泵参数配合等原因,目前已建成的工程多采用 “旁接油罐加压”方案, 即在工艺流程上设中间罐和接力泵。这种方式需设置油罐, 占 地大、能耗高。国际上已有接力泵与船泵 “串联顺序输油加压”的方式, 如美国墨西哥湾的 loop作业,这是导致油气回收技术未能在港口应用的主要原因。油气回收技术需要结合新船舶建造技港,通过自动化控制手段实现单点平台加压泵与术 规 范 的 推 广 ,决。在 港 口 工 程 设 计 中 加 以 研 究 解卸油泵之间的串联作业, 取消了中间油罐,降低了能耗。这种卸船工艺对设备控制以及管理等方面都提出了很高的要求。工艺设备性能的提高, 为提高码头卸船效率 提供了可 能 。 特 别 是 大 型 油 船 配 泵 的 扬 程 较 高 、 流量大 , 码 头 上 的 设 备 相 应 配 套 , 卸 船 效 率 高 , 大大缩短了船舶在泊时间, 提高了泊位通过能力。 卸船效率主要依据船泵和陆上接收设施的能力决定。目前建成的大连、青岛、宁波等 30 万吨级油“船船直取”作业3)“船船直取”作业将满载船舶的货油通过合理的工艺流程, 直接装运到预先靠泊的空载油船 里。该作业流程不仅可以提高码头的泊位利用率,减少对港口设施的占用, 降低能耗,缩短货物在港时间, 减 少 费 用 , 而 且 有 利 于 港 口 生 产 安 全 。此工艺方式对栈桥式两侧靠船的情况, 尤为优越。 该作业在青岛油港、秦皇岛油港等得到采用。4) “车船直取”作业“车船直取”工艺适用于铁路油槽车、油船 联合作业的情况。通过合理调度, 将到港铁路油 槽车内油品直接装载到油船中或将油船中油品直 接装载到油槽车中。该作业在鲅鱼圈港、秦皇岛 油港等均有采用。但这种方式装卸效率受到限制,在大型油品码头上很少采用。码头卸船流量达到 10 00012 000 m3/h,净卸船时间在 40 h 左右。青岛、大连在建 30 万吨级油码头设计卸船效率为 15 00018 000 m3/h,在港快速卸船, 提高码头利用率。可实现船舶装船作业2)装 船 作 业 按 照 地 形 条 件 , 有 两 种 装 船 方 式 :一种是港区设置高位储罐, 利用有利的地形,重力流装船 , 这 种 方 式 节 省 能 量 , 降 低 装 船 成 本 ;吹扫放空5)另一种方式是设置装船泵,船舱。将储罐内油品泵送至码头工艺管线吹扫放空,目前较多采用的是自流排空加泵抽吸工艺, 或按照油品的火灾危险等级采用惰性气体、压缩空气、水等介质进行吹一般而言,陆域罐区与装船码头之间距离较第 10 期潘海涛:液体散货码头装卸工艺综述101扫置换。随着管线种类的增多, 为满足多货种公用管线的要求, 管道清管器吹扫新工艺逐步被采 用。目前国内的一些港口, 如营口、天津、宁波 等石化港区在油品、液体化工品的装卸系统中应装卸设备液 体 散 货 码 头 上 的 装 卸 设 备 主 要 为 装 载 臂 , 也有的采用输油软管。液体化工品码头采用软管 装卸较多。装载臂具有输油效率高、安全性好、自动化 程度高等优点, 因此在油品码头上得到广泛运用。 随着技术的发展, 装载臂与油船集油口的连接方 式也由传统的螺栓连接改为手动或液动型快速连接器, 大大减轻了现场劳动强度, 缩短了船舶作3.4用此技术。清管器吹扫时利用背压作动力,推动清管器在管线内行进, 从而将管道内残液排出管外。此种工艺操作简便, 可保证管道输送介质的 质量, 实现设备和管道的有效利用。3.2lpg 码头工艺流程lpg 装卸工艺流程与运输船型、库区储存方 式密切相关。码头与库区之间的装卸工艺流程有:1) 全压式 lpg 船装载臂管系常温压力 球罐;2) 低温 lpg 船装 载 臂管 系加 压 、 加 热常温高压库 ( 球罐或地下储罐) ;3) 低温 lpg 船加 压 、 加 热装 载 臂管业时间。随着 hse 理念的深入,近两年来建设的大型油气、化工码头装载臂都配带了紧急脱离装置可与码头快速脱缆装置联合动作, 为( ers) ,船舶紧急情况下与码头快速脱离提供了可能。随着船舶向大型化发展, 港口装载臂的口径 和长度也不断增加。青岛港在建的 30 万吨级油码头, 采用了 dn500 口径装载臂,达 7 000 m3/h, 内外臂长度 21 m,为止采用的最大型装载臂。单台装卸效率高是我国港口迄今系常温高压库( 球罐或地下储罐) ;低温常压 lpg 船装载臂管系低温常4)压库;5)船;6)另外, 根据港口多用途泊位或连片式码头的设备布置要求, 移动式装载臂也在港口得到应用,常温高压库管系装载臂全压式 lpg不仅提高了设备使用的灵活性,体布置。也有利于码头总低 温 常 压 库加 压 、 加 热管 系装 载臂全压式 lpg 船。lpg 装卸船过程中,lpg 码 头 一 般 采 用 液 、 气 相 合 一 的 装 卸 臂 ,也有采用液、气相分开的装卸臂。lng 码头因卸 船效率高、装载臂尺寸大, 液相、气相装卸臂分 开设置, 设备制造采用低温钢材质。随着国内制造水平的提高, 港口使用的装载通过气相平衡管线连通储罐与运输船贮舱, 以维持系统的压力平衡。接卸低温 lpg 船,还设置循环预冷管线以小流量来保持卸料总管处于冷状态备用。3.3lng 码头工艺流程国 内 lng 接 卸 终 端 的 码 头 均 为 卸 船 流 程 。lng 船靠泊后, 通过船上的输送泵, 经过卸料臂、臂基本实现国产化,在紧急脱离装置和低( ers)温装载臂的研制方面, 也取得突破性进展。除装载臂以外, 传统的输油软管在原油、成码头支管和卸料总管,输送到 lng 储罐中。lng品油以及液体化工品装卸中使用也很广泛,特别进入储罐 后 置 换 出 的 蒸 发 气 , 经 增 压 机 增 压 后 ,是小吨位、多货种的油品泊位, 采用输油软管是适宜的。输油软管规格一般为 dn100200。另外,对 于 液 体 化 工 品 码 头 , 一 般 品 种 较 多 , 需 设 置通 过 返 回 气 管 道 ,经 气 相 返 回 臂 送 到 运 输 船 的lng 贮舱中, 以维持系统的压力平衡。在卸船操作初期,用较小的卸船流量来冷却10 余条甚至 20 多条管线,因此多采用高架吊机操卸料臂及辅助设施。当冷却完成后,再逐渐增加作软管, 作业效率高, 节省码头空间。这种方式在国外大型化工码头上使用较多, 国内应用较少。流量到设计值。卸船完成后, 用氮气将残留在卸料臂中的 lng 吹扫干净, 并准备进行循环操作。 在无卸船的正常操作期间, 通过循环管线以小流 量来保持 lng 卸料总管处于冷状态备用。管系配置港口油品码头管道主要为碳钢管道, 根据输 油压力、管径的不同采用无缝钢管或螺旋焊缝钢3.5102水 运工 程2006年管。采用钢管输油安全性高, 有利消除静电, 机械性能好, 便于施工, 但重量相对来说较大, 防 腐问题较 为 突 出 。 目 前 , 随 着 材 料 技 术 的 发 展 ,非金属输油管道在港口得到应用, 如 pvc 管、钢库中大量使用。对于港口液体化工品储存, 根据介质的不同 储运要求, 也相应出现了拱顶罐氮封、罐内喷涂 等新技术。2) lpg 储罐目前, 国内港口工程建成的 lpg 储罐主要有 以下 3 种:地下岩洞常温高压储罐: 如汕头海洋 lpg塑复合管 、 玻 璃 钢 管 等 ,摩阻小、耐腐蚀等优点,电、防火等新问题。这 类 管 道 具 有 重 量 轻 、但又带来诸如管道防静港口油品装卸作业要求管道通过流量大。由于输送的介质为可燃性液体, 在管道中流动会产码头及库区工程,建设丁烷、丙烷罐各 1 个,每生静电, 为保证安全,在选择管径时除考虑经济个储罐容量均为 10 万 m3。其中,丁烷罐建于地下性外, 还应考虑管路水击和静电问题。随着输油效率的提 高 , 大 直 径 输 油 管 道 在 港 口 应 用 较 多 。 大连、青岛等油港均采用了直径 1 000 mm 的输油 管道。55 m 处, 丙烷罐建于地下 105 m 处。储罐由竖井通向地面, 井口设有自动消防报警装置和灭火设 施, 以及泄压火炬设施等。地下岩洞储罐具有投 资省、储存安全可靠、营运费用少等优点。为安全和检修的需要,港口输油管路原则上地面低温常压储罐:如深圳市液化石油气采用架空敷设。由于介质输送温度、环境温度和锁定温度等因素的影响, 工艺管道需进行热补偿。 波纹管膨胀节补偿器具有重量轻、无渗漏、占地 小等特点, 适用于码头引桥段管线热补偿。对于输送低温 lpg、lng 的管道需采用低温低温常压储存库区及码头工程, 建成 2 个 8 万 m3 低温储存罐。储存罐为圆柱型钢罐,储存温度- 45 ,储 存 压 力 15 kpa。 库 区 内 设 有 可 燃 气 体 探 测 器 、消防报警装置及高压水炮等灭火设施。低温常压 储存罐投资大, 营运维护费用较高。地面常温高压储存罐: 小型 lpg 码头及库区 均 采 用 这 种 储 存 方 式 , 常 用 球 型 储 罐 容 量 为1 0002 000 m3。国内建成的最大常温高压储存库管材、并有保冷措施。出于安全考虑,补偿一般采用方型补偿器。低温管道储罐3.6油品储罐为温州洞头小门岛 lpg 中转站及码头工程,量为 4.4104 m3, 共布置 22 个球罐。3) lng 储罐总容1)港口陆域最普遍的储油方法是储罐。储罐按材料分为金属储罐和非金属储罐;分为地上、地下和山洞式油罐。按建筑特点可lng 储 罐 根 据 建 设 地 区 的 土 质 情 况 、 地 震 、建设方管理的要求等因素而采用不同的储罐型式。 储罐型式主要有地上、地下两种, 各具优势。金属油罐型式很多,港口使用较多的的是拱顶罐和浮顶罐 ( 内浮顶罐) 。拱顶罐结构简单、施工快 , 但 油 品 蒸 发 损 耗 大 , 比 较 适 于 储 存 柴 油 、地上储罐: 多采用双层圆筒结构,分为直重 油 、 沥 青 、 润 滑 油 等 不 易 挥 发 油 品 ;浮 顶 罐接接触 lng 的内层和含有冷却层、起到阻挡外气( 内浮顶罐) 有良好的降低油品蒸发损耗的特点,因而适于储存原油、汽油和煤油等易挥发油品。储罐发展趋势是系列化、安全、环保、大型 化。储罐大型化具有占地少、耗钢量小、便于操作管理的优点, 目前, 国内最大的拱顶、内浮顶作用的外层。因 lng 深冷作用,内层材质一般采用低温下防脆化的 9%镍钢。内层厚度根据耐压强度的不同为 640 mm,外层为普通碳钢材料( 也有采用预 制 混 凝 土 构 件 ) ,隔 热 层 采 用 珍 珠 岩 颗粒, 并在空隙内充入氮气, 以加强隔热效果。罐储罐单罐容积达到 5104 m3,最大的外浮顶储罐单底基础一般采用浮空式, 可使大气自由通过,以罐容积达到 15104 m3。近年来,随着港口到港油防基础冻结破坏。为保证安全,地上罐周围均设船日趋大型化, 港口油库采用的储罐也越来越大。10104 m3 油罐在我国大连、青岛、宁波等港口油置挡液堤。地上罐板材厚, 焊缝相对较少, 管理方便。目前, 地上罐最大罐容为 16104 m3。第 10 期潘海涛:液体散货码头装卸工艺综述103地下储罐:地下罐由承受土压和储液压力系统 1994 年投入使用。该工程建于茂名水东湾外海域。该项目的建成, 结束了我国没有大型原油 单点系泊的历史。除上述浮式单点系泊型式外, 随着海洋石油的 混 凝 土 罐 体 和 具 有 密 封 作 用 的 内 壁 隔 板 及 金属 顶盖组成。隔板采用奥氏体不锈钢薄板 2 mm,隔 热 材 料 采 用 耐 压 强 度 高 的 硬 质 聚 氨 酯 泡 沫 板200 mm, 外壁混凝土厚度根据耐压等级为 1 5003 000 mm。相对而言, 地下罐板材薄, 焊缝多, 但因储技术的发展,还出现了如固定塔架式等一系列适应不同海域条件的新型单点系泊。随 着 浮 式 系 泊 技 术 和 海 底 管 线 技 术 的 发 展 ,我国沿海一些规划中的大型原油接卸码头采用了 浮式单点系泊方案。液高度在地面以下, 抗震性好,从安全上是有利的; 另外, 地下储罐在地表面上只露出罐顶, 与环境协调, 也无须在周围砌筑挡液堤,有利于土4.2多点系泊多点系泊码头的特点是系泊设施和装卸油设地的有效利用。地下罐因向地下挖深, 目前最大可达 20104 m3。地下储罐一般施工周期较长,次投资相对较大。一施分开, 系泊设施都采用浮筒, 船舶缆绳直接系在浮筒上。装卸油设施一般有 3 种型式: 第 1 种 是海底输油管借助于一段软管直接与油船上的集 油管连接; 第 2 种是借助于可沉浮的卸油架进行 装卸作业; 第 3 种方式是借助于固定的工作墩