液體散貨碼頭裝卸工藝綜述

1、液體散貨碼頭裝卸工藝綜述        1 概述:液體散貨碼頭是指原油、成品油、液體化工品、LPG和LNG介質(zhì)等用管道裝卸和輸送的專業(yè)碼頭。由于這些貨物品種多，需求量大，存在著產(chǎn)地與加工地、加工地與消費地的差異，從而形成了很大的貨運量。目前世界石油的海運量已占到總海運量的50。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，對油氣及化工品需求不斷增加，也促進了液體散貨海運事業(yè)的發(fā)展和相應(yīng)的港口碼頭的建設(shè)。2005年我國主要港口石油天然氣及制品吞吐量完成4.83億t。其中接卸進口原油1.23億t1。液體散貨碼頭作業(yè)特點是連續(xù)、密閉、運量大、效率高。主

2、要發(fā)展趨勢是：碼頭噸級大型化和專業(yè)化、裝卸貨種多樣化、裝卸工藝流程自動化、安全及環(huán)保要求高。我國在液體散貨碼頭的設(shè)計、施工、運行和管理上已形成較完善的標準。        2 運輸船型和碼頭噸級:世界石油消費量和海運量的不斷增加，帶動了液體散貨船隊發(fā)展，使之成為世界上最大的一類船隊。船型大小噸位齊全，且近年來船舶運輸大型化趨勢明顯，碼頭噸級也隨之增大。        2.1 原油船型和碼頭噸級:從我國進口油產(chǎn)地、航線及運距、海峽限制條件、世界及我國原油船隊

3、、船舶營運費用等方面分析比較，目前我國沿海進口原油碼頭均以30萬DWT油船作為設(shè)計船型?？紤]船舶大型化趨勢，部分深水港口如大連、曹妃甸、青島等地的30萬噸級原油進口碼頭規(guī)模按兼顧40萬50萬DWT油船設(shè)計，提高了碼頭的適應(yīng)性和經(jīng)濟性。對于沿海原油運輸，如海洋原油運輸、進口原油二程船轉(zhuǎn)運等，主力船型為30 00080000 DWT的沿海運輸船型。2005年統(tǒng)計我國沿海原油碼頭噸級和數(shù)量見表1。表1 我國沿海原油碼頭噸級和數(shù)量(2005年統(tǒng)計)泊位噸級/萬t泊位數(shù)量/個泊位功能0114中轉(zhuǎn)接卸1317中轉(zhuǎn)接卸356中轉(zhuǎn)接卸5813中轉(zhuǎn)接卸10157進口原油接卸207進口原油接卸合計64 

4、        2.2 成品油、液體化工品船型和碼頭噸級:我國沿海成品油碼頭近年來建設(shè)發(fā)展較快，但因沿海成品油運輸船型、批量、流向和接卸港規(guī)模限制，設(shè)計船型相對較小。東北地區(qū)港口內(nèi)貿(mào)成品油、液體化工品出口船型主要為500010000DWT，部分外貿(mào)出口船型為20 00030 000 DWT；華東、華南煉化企業(yè)成品油內(nèi)貿(mào)船型多在l 0003 000 DWT之間。沿海成品油、液體化工品外貿(mào)進口船型范圍3000050 000 DWT。2005年統(tǒng)計我國沿海成品油與液體化工品碼頭噸級和數(shù)量分別見表2、表3。表2 我國沿海成品油碼頭噸

5、級和數(shù)量(2005年統(tǒng)計)泊位噸級/萬t泊位數(shù)量/個00.32880.30.51000.5136134035188104合計486表3 我國沿海液體化工品碼頭噸級和數(shù)量(2005年統(tǒng)計)泊位噸級/萬t泊位數(shù)量/個00.3560.30.5260.513613263516513合計173        2.3 LPG船型和碼頭噸級:根據(jù)中國船級社(CCS)統(tǒng)計資料，2005年國內(nèi)LPG船舶64艘，總運力約6.4萬載重噸，總艙容123150 m3；在現(xiàn)有船舶中，3 000 m3及以上的船13艘，約占總運力的37.5；3 000 m

6、3以下的船51艘，約占總運力的62.5。1 0003 000m3全壓式船舶，主要用于國內(nèi)沿江、沿海之間運輸。遠洋進口LPG船多為半冷半壓式或全冷式船舶，艙容在10 00050 000 m3，部分達80 000100 000 m3。近年來，寧波、汕頭、珠海、欽州等港口新建了一些低溫LPG船接卸碼頭，多為50 000噸級泊位。2005年統(tǒng)計我國沿海LPG碼頭噸級和數(shù)量見表4。表4 我國沿海LPG碼頭噸級和數(shù)量(2005年統(tǒng)計)泊位噸級/萬t泊位數(shù)量/個00.3130.30.560.511015557合計41        2.4

7、 LNG船型和碼頭噸級:根據(jù)有關(guān)資料，2005年底全球LNG船正在營運中的共有198艘，其中最大艙容為147 600 m3，最小艙容為1 100 m3，120 000 m3以上的占164艘。正在建造或已下訂單的共有144艘，其中最大艙容為260000m3，最小艙容為19 100m3，120000m3以上的占140艘，200000m3以上的有26艘。我國深圳大鵬灣已投產(chǎn)LNG接卸終端配置的LNG運輸船為14.7萬m3(國內(nèi)建造)。目前正在設(shè)計的大連、曹妃甸LNG項目考慮到船型的不確定性及大型化的趨勢，碼頭靠泊船型為8萬20萬m3的LNG船。    

8、0;   3 裝卸工藝        3.1 油品碼頭工藝流程:油品碼頭的工藝作業(yè)主要有：卸船進罐、裝船、船一船直取、車一船直取作業(yè)等，另外還有泄空、置換及吹掃等附屬工藝作業(yè)。        1)卸船進罐作業(yè):該作業(yè)主要利用船泵壓力接卸，將所載油品直接送人港區(qū)儲罐。這種流程要求平面與高程設(shè)計中以滿足船泵按正常流量卸油時的揚程、大于進罐的全管路系統(tǒng)水頭損失為前提。一般將接卸罐區(qū)設(shè)置在距碼頭35 km范圍內(nèi)。對大型原油卸船碼頭，在地形條件有

9、利的情況下，二者之間距離可擴大到58 km；對于LNG碼頭，因介質(zhì)汽化、管線投資等原因，接卸罐區(qū)距碼頭一般不超過l km。隨著大型原油深水泊位的建設(shè)，新建碼頭要得到適宜的水深條件，往往要從岸線向外海延伸很遠如船泵揚程滿足不了輸送要求，需進行二次加壓接力輸送。卸船過程中的中間加壓，因自控手段和機泵參數(shù)配合等原因，目前已建成的工程多采用“旁接油罐加壓”方案，即在工藝流程上設(shè)中間罐和接力泵。這種方式需設(shè)置油罐，占地大、能耗高。國際上已有接力泵與船泵“串聯(lián)順序輸油加壓”的方式，如美國墨西哥灣的LOOP港，通過自動化控制手段實現(xiàn)單點平臺加壓泵與卸油泵之間的串聯(lián)作業(yè)，取消了中間油罐，降低了能耗。這種卸船工

10、藝對設(shè)備控制以及管理等方面都提出了很高的要求。工藝設(shè)備性能的提高，為提高碼頭卸船效率提供了可能。特別是大型油船配泵的揚程較高、流量大，碼頭上的設(shè)備相應(yīng)配套，卸船效率高，大大縮短了船舶在泊時間，提高了泊位通過能力。卸船效率主要依據(jù)船泵和陸上接收設(shè)施的能力決定。目前建成的大連、青島、寧波等30萬噸級油碼頭卸船流量達到10 00012 000 m3/h，凈卸船時間在40 h左右。青島、大連在建30萬噸級油碼頭設(shè)計卸船效率為15 00018 000 m3h，可實現(xiàn)船舶在港快速卸船，提高碼頭利用率。        2)裝船作業(yè):裝船作

11、業(yè)按照地形條件，有兩種裝船方式：一種是港區(qū)設(shè)置高位儲罐，利用有利的地形，重力流裝船，這種方式節(jié)省能量，降低裝船成本；另一種方式是設(shè)置裝船泵，將儲罐內(nèi)油品泵送至船艙。一般而言，陸域罐區(qū)與裝船碼頭之間距離較遠，二者之間的自動控制、通信聯(lián)絡(luò)和聯(lián)動操作極為重要。在輸油過程中，當罐區(qū)、碼頭和油船等環(huán)節(jié)中發(fā)生故障時必須迅速停泵、關(guān)閥，停止輸油作業(yè)，避免發(fā)生事故。目前，國內(nèi)大型石化碼頭均實現(xiàn)了以上控制功能。近年來，隨著環(huán)保和節(jié)能要求的提高，利用油氣回收法降低油品裝卸過程中蒸發(fā)損耗的技術(shù)日趨成熟。美國、歐洲等港口和船東已全面推廣油船裝載過程中的油氣回收技術(shù)。目前我國沿海的原油、成品油裝船港尚無油氣回收系統(tǒng)在工

12、程中應(yīng)用的實例。如碼頭裝船作業(yè)采用全封閉裝卸工藝(循環(huán)回路)，船舶需要配置收集各貨艙揮發(fā)氣體的獨立管路。而我國沿海運輸?shù)囊后w散貨船舶。除運輸蒸汽壓較高的LPG、LNG船、部分運輸毒性強、貨物價值高的化工品船具有返回碼頭上的回氣管路外，絕大部分原油、成品油船貨艙透氣系統(tǒng)未形成封閉管路，無法實施回收作業(yè)。這是導致油氣回收技術(shù)未能在港口應(yīng)用的主要原因。油氣回收技術(shù)需要結(jié)合新船舶建造技術(shù)規(guī)范的推廣，在港口工程設(shè)計中加以研究解決。        3)“船一船直取”作業(yè):“船一船直取”作業(yè)將滿載船舶的貨油通過合理的工藝流程，直接裝運到預

13、先靠泊的空載油船里。該作業(yè)流程不僅可以提高碼頭的泊位利用率，減少對港口設(shè)施的占用，降低能耗，縮短貨物在港時間，減少費用，而且有利于港口生產(chǎn)安全。此工藝方式對棧橋式兩側(cè)靠船的情況，尤為優(yōu)越。該作業(yè)在青島油港、秦皇島油港等得到采用。        4)“車一船直取”作業(yè):“車一船直取”工藝適用于鐵路油槽車、油船聯(lián)合作業(yè)的情況。通過合理調(diào)度，將到港鐵路油槽車內(nèi)油品直接裝載到油船中或?qū)⒂痛杏推分苯友b載到油槽車中。該作業(yè)在鲅魚圈港、秦皇島油港等均有采用。但這種方式裝卸效率受到限制，在大型油品碼頭上很少采用。  &

14、#160;     5)吹掃放空:碼頭工藝管線吹掃放空，目前較多采用的是自流排空加泵抽吸工藝，或按照油品的火災危險等級采用惰性氣體、壓縮空氣、水等介質(zhì)進行吹掃置換。隨著管線種類的增多，為滿足多貨種公用管線的要求，管道清管器吹掃新工藝逐步被采用。目前國內(nèi)的一些港口，如營口、天津、寧波等石化港區(qū)在油品、液體化工品的裝卸系統(tǒng)中應(yīng)用此技術(shù)。清管器吹掃時利用背壓作動力，推動清管器在管線內(nèi)行進，從而將管道內(nèi)殘液排出管外。此種工藝操作簡便，可保證管道輸送介質(zhì)的質(zhì)量，實現(xiàn)設(shè)備和管道的有效利用。      

15、60; 3.2 LPG碼頭工藝流程:LPG裝卸工藝流程與運輸船型、庫區(qū)儲存方式密切相關(guān)。碼頭與庫區(qū)之間的裝卸工藝流程有：1)全壓式LPG船裝載臂管系常溫壓力球罐；2)低溫LPG船裝載臂管系加壓、加熱常溫高壓庫(球罐或地下儲罐)；3)低溫LPG船加壓、加熱裝載臂管系常溫高壓庫(球罐或地下儲罐)；4)低溫常壓LPG船裝載臂管系低溫常壓庫：5)常溫高壓庫管系裝載臂全壓式LPG船：6)低溫常壓庫加壓、加熱管系裝載臂全壓式LPG船。LPG裝卸船過程中，通過氣相平衡管線連通儲罐與運輸船貯艙，以維持系統(tǒng)的壓力平衡。接卸低溫LPG船，還設(shè)置循環(huán)預冷管線以小流量來保持卸料總管處于冷狀態(tài)備用。 

16、;       3.3 LNG碼頭工藝流程:國內(nèi)LNG接卸終端的碼頭均為卸船流程。LNG船靠泊后，通過船上的輸送泵，經(jīng)過卸料臂、碼頭支管和卸料總管，輸送到LNG儲罐中。LNG進入儲罐后置換出的蒸發(fā)氣，經(jīng)增壓機增壓后，通過返回氣管道經(jīng)氣相返回臂送到運輸船的LNG貯艙中，以維持系統(tǒng)的壓力平衡。在卸船操作初期，用較小的卸船流量來冷卻卸料臂及輔助設(shè)施。當冷卻完成后，再逐漸增加流量到設(shè)計值。卸船完成后，用氮氣將殘留在卸料臂中的LNG吹掃干凈，并準備進行循環(huán)操作。在無卸船的正常操作期間，通過循環(huán)管線以小流量來保持LNG卸料總管處于冷狀態(tài)備用。&#

17、160;       3.4 裝卸設(shè)備:液體散貨碼頭上的裝卸設(shè)備主要為裝載臂，也有的采用輸油軟管。液體化工品碼頭采用軟管裝卸較多。裝載臂具有輸油效率高、安全性好、自動化程度高等優(yōu)點，因此在油品碼頭上得到廣泛運用。隨著技術(shù)的發(fā)展，裝載臂與油船集油口的連接方式也由傳統(tǒng)的螺栓連接改為手動或液動型快速連接器，大大減輕了現(xiàn)場勞動強度，縮短了船舶作業(yè)時間。隨著HSE理念的深入，近兩年來建設(shè)的大型油氣、化工碼頭裝載臂都配帶了緊急脫離裝置(ERS)，可與碼頭快速脫纜裝置聯(lián)合動作，為船舶緊急情況下與碼頭快速脫離提供了可能。隨著船舶向大型化發(fā)展，港口裝載

18、臂的口徑和長度也不斷增加。青島港在建的30萬噸級油碼頭，采用了DN500口徑裝載臂，單臺裝卸效率高達7 000 m3/h，內(nèi)外臂長度21 m，是我國港口迄今為止采用的最大型裝載臂。另外，根據(jù)港口多用途泊位或連片式碼頭的設(shè)備布置要求，移動式裝載臂也在港口得到應(yīng)用，不僅提高了設(shè)備使用的靈活性，也有利于碼頭總體布置。LPG碼頭一般采用液、氣相合一的裝卸臂，也有采用液、氣相分開的裝卸臂。LNG碼頭因卸船效率高、裝載臂尺寸大，液相、氣相裝卸臂分開設(shè)置，設(shè)備制造采用低溫鋼材質(zhì)。隨著國內(nèi)制造水平的提高，港口使用的裝載臂基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，在緊急脫離裝置(ERS)和低溫裝載臂的研制方面，也取得突破性進展。除裝載臂

19、以外，傳統(tǒng)的輸油軟管在原油、成品油以及液體化工品裝卸中使用也很廣泛，特別是小噸位、多貨種的油品泊位，采用輸油軟管是適宜的。輸油軟管規(guī)格一般為DNl00200。另外，對于液體化工品碼頭，一般品種較多，需設(shè)置10余條甚至20多條管線，因此多采用高架吊機操作軟管，作業(yè)效率高，節(jié)省碼頭空間。這種方式在國外大型化工碼頭上使用較多，國內(nèi)應(yīng)用較少。        3.5 管系配置:港口油品碼頭管道主要為碳鋼管道，根據(jù)輸油壓力、管徑的不同采用無縫鋼管或螺旋焊縫鋼管。采用鋼管輸油安全性高，有利消除靜電，機械性能好，便于施工，但重量相對來說較大

20、，防腐問題較為突出。目前，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，非金屬輸油管道在港口得到應(yīng)用，如PVC管、鋼塑復合管、玻璃鋼管等，這類管道具有重量輕、摩阻小、耐腐蝕等優(yōu)點，但又帶來諸如管道防靜電、防火等新問題。港口油品裝卸作業(yè)要求管道通過流量大。由于輸送的介質(zhì)為可燃性液體，在管道中流動會產(chǎn)生靜電，為保證安全，在選擇管徑時除考慮經(jīng)濟性外，還應(yīng)考慮管路水擊和靜電問題。隨著輸油效率的提高，大直徑輸油管道在港口應(yīng)用較多。大連、青島等油港均采用了直徑l000mm的輸油管道。為安全和檢修的需要，港口輸油管路原則上采用架空敷設(shè)。由于介質(zhì)輸送溫度、環(huán)境溫度和鎖定溫度等因素的影響，工藝管道需進行熱補償。波紋管膨脹節(jié)補償器具有重量

21、輕、無滲漏、占地小等特點，適用于碼頭引橋段管線熱補償。對于輸送低溫LPG、LNG的管道需采用低溫管材、并有保冷措施。出于安全考慮，低溫管道補償一般采用方型補償器。        3.6 儲罐        1)油品儲罐:港口陸域最普遍的儲油方法是儲罐。儲罐按材料分為金屬儲罐和非金屬儲罐；按建筑特點可分為地上、地下和山洞式油罐。金屬油罐型式很多，港口使用較多的是拱頂罐和浮頂罐(內(nèi)浮頂罐)。拱頂罐結(jié)構(gòu)簡單、施工快，但油品蒸發(fā)損耗大，比較適于儲存柴油、重油、瀝青

22、、潤滑油等不易揮發(fā)油品；浮頂罐(內(nèi)浮頂罐)有良好的降低油品蒸發(fā)損耗的特點，因而適于儲存原油、汽油和煤油等易揮發(fā)油品。儲罐發(fā)展趨勢是系列化、安全、環(huán)保、大型化。儲罐大型化具有占地少、耗鋼量小、便于操作管理的優(yōu)點，目前，國內(nèi)最大的拱頂、內(nèi)浮頂儲罐單罐容積達到5×104 m3，最大的外浮頂儲罐單罐容積達到15104 m3。近年來，隨著港口到港油船日趨大型化，港口油庫采用的儲罐也越來越大。10×104 m3油罐在我國大連、青島、寧波等港口油庫中大量使用。對于港口液體化工品儲存，根據(jù)介質(zhì)的不同儲運要求，也相應(yīng)出現(xiàn)了拱頂罐氮封、罐內(nèi)噴涂等新技術(shù)。   &#

23、160;    2)LPG儲罐:目前國內(nèi)港口工程建成的LPG儲罐主要有以下3種：        地下巖洞常溫高壓儲罐：如汕頭海洋LPG碼頭及庫區(qū)工程，建設(shè)丁烷、丙烷罐各1個，每個儲罐容量均為10萬m3。其中，丁烷罐建于地下55 m處丙烷罐建于地下105 m處。儲罐由豎井通向地面，井口設(shè)有自動消防報警裝置和滅火設(shè)施以及泄壓火炬設(shè)施等。地下巖洞儲罐具有投資省、儲存安全可靠、營運費用少等優(yōu)點。        地面低溫常壓儲罐：如深圳

24、市液化石油氣低溫常壓儲存庫區(qū)及碼頭工程，建成2個8萬m3低溫儲存罐。儲存罐為圓柱型鋼罐，儲存溫度-45，儲存壓力15 kPa。庫區(qū)內(nèi)設(shè)有可燃氣體探測器、消防報警裝置及高壓水炮等滅火設(shè)施。低溫常壓儲存罐投資大，營運維護費用較高。        地面常溫高壓儲存罐：小型LPG碼頭及庫區(qū)均采用這種儲存方式，常用球型儲罐容量為1 0002 000 m3。國內(nèi)建成的最大常溫高壓儲存庫為溫州洞頭小門島LPG中轉(zhuǎn)站及碼頭工程，總?cè)萘繛?.4104 m3，共布置22個球罐。     

25、0;  3)LNG儲罐:LNG儲罐根據(jù)建設(shè)地區(qū)的土質(zhì)情況、地震、建設(shè)方管理的要求等因素而采用不同的儲罐型式。儲罐型式主要有地上、地下兩種，各具優(yōu)勢。        地上儲罐：多采用雙層圓筒結(jié)構(gòu)，分為直接接觸LNG的內(nèi)層和含有冷卻層、起到阻擋外氣作用的外層。因LNG深冷作用，內(nèi)層材質(zhì)一般采用低溫下防脆化的9鎳鋼。內(nèi)層厚度根據(jù)耐壓強度的不同為640 mm，外層為普通碳鋼材料(也有采用預制混凝土構(gòu)件)，隔熱層采用珍珠巖顆粒，并在空隙內(nèi)充入氮氣，以加強隔熱效果。罐底基礎(chǔ)一般采用浮空式，可使大氣自由通過，以防基礎(chǔ)凍結(jié)破壞。為

26、保證安全，地上罐周圍均設(shè)置擋液堤。地上罐板材厚，焊縫相對較少，管理方便。目前，地上罐最大罐容為16×104 m3。        地下儲罐：地下罐由承受土壓和儲液壓力的混凝土罐體和具有密封作用的內(nèi)壁隔板及金屬頂蓋組成。隔板采用奧氏體不銹鋼薄板2 mm，隔熱材料采用耐壓強度高的硬質(zhì)聚氨酯泡沫板200 mm，外壁混凝土厚度根據(jù)耐壓等級為l 5003000mm。相對而言，地下罐板材薄，焊縫多，但因儲液高度在地面以下，抗震性好，從安全上是有利的；另外，地下儲罐在地表面上只露出罐頂，與環(huán)境協(xié)調(diào)，也無須在周圍砌筑擋液堤，有利于

27、土地的有效利用。地下罐因向地下挖深，目前最大可達20×104m3。地下儲罐一般施工周期較長，一次投資相對較大。        4 單點和多點系泊:近年來，油船噸位不斷增加，船型尺寸和吃水也相應(yīng)加大，由于這些因素，近岸式油品碼頭已不能適應(yīng)巨型油船的需要，因此油品碼頭開始朝外海發(fā)展，隨之出現(xiàn)了單點和多點系泊碼頭型式和島式碼頭型式。單點和多點系泊碼頭具有施工周期短、投資省等優(yōu)點，在國外港口建設(shè)中得到大量應(yīng)用，特別是大型原油碼頭適用得更為普遍。迄今為止，全世界各地已建成了數(shù)百個單點和多點系泊碼頭。值得注意的是，自20世紀70年代以來，為滿足我國進出口原油的需要，浮式系泊引起了重視并著手開發(fā)研究。近幾年來浮式單點和多點技術(shù)在我國海洋石油行業(yè)發(fā)展較快。        4.1 單點系泊:單點系泊碼頭的特點是將油船直接系在裝有活動接頭的浮筒上，系泊的油輪可隨潮流及風浪運動，并沿活動接頭圍繞系泊點自由旋轉(zhuǎn)。浮