可移動浮式 LNG 傳輸平臺方案研究

徐磊 張美麗

摘要：針對現(xiàn)有LNG 傳輸碼頭的限制、島礁供氣需求、LNG 船與碼頭兼容性不匹配等問題，通過常規(guī)LNG 傳輸方式的不足分析和無碼頭LNG 傳輸?shù)男滦桶咐治?，提出了一種不依靠碼頭棧橋的三角形浮式LNG 傳輸平臺。對平臺功能、船型與布置特點(diǎn)、系泊方式、軟管與臍帶纜儲存、設(shè)備配置要求及其優(yōu)勢與特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明，這種方案能夠距岸約1 km 實(shí)現(xiàn)LNG 無碼頭傳輸，值得工程借鑒。

關(guān)鍵詞：LNG 傳輸平臺;無碼頭;三角形;系泊

中圖分類號：U653文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0242-04

Research on the Scheme of the Mobile Floating LNG Transmission Platform

Xu Lei，Zhang Meili

（ CCCC Urban-Rural Energy Co. ，Ltd. ，Beijing 100029，China ）

Abstract：In view of the limitations of existing LNG transmission terminals，the demand for gas supply from islands and reefs，the compatibilityof LNG carriers and terminals，etc. ，through the insufficiency analysisof conventional LNG transmission methodsand the new caseanalysisofLNG transmission without terminals，a triangular floating LNG jettyless transmission platform was proposed. Through the analysis and research oftheplatformfunction，formandarrangementcharacteristics，mooringmethod，hoseandumbilicalcablestorage，equipmentconfigurationrequirements，and the advantages and characteristics of the program，the result showes that the program can be about 1 km away from the shoreand realize LNG jettyless transmission，which is worthwhile engineering reference.

Key words：LNG transmission platform;jettyless;triangle;mooring

0 引言

國內(nèi)LNG 水上傳輸一般需要專用碼頭，建造碼頭需要通過國家海洋局的審批，周期較長;建造費(fèi)用很高，建造周期也需要3～5年。合理選擇LNG 碼頭位置是LNG 接收站工程建設(shè)的重要工作，對整個工程的后續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。雖然全國沿海新增布局了多處港址，但受制于與規(guī)劃的符合性、水域條件、陸域條件、船舶航行條件等多因素影響，存在部分站址通過充分的可行性論證后，結(jié)論是不具備布局傳統(tǒng)LNG接收碼頭的條件。另外，對于島礁，如中國南海，陸地面積小，資源有限，不適合建設(shè)LNG 接收站，但又有LNG 的使用需求。有些碼頭能夠?？康拇皣嵨挥邢?，不能?？看笮蚅NG 船舶，如果想進(jìn)行大型LNG船舶的貨物傳輸，現(xiàn)有碼頭無法匹配。韋曉強(qiáng)[1-2]闡述了海上平臺與LNG 船之間通過軟管跨接傳輸?shù)姆绞?。劉利偉[3]提出了新型LNG 裝卸臂及其控制方法。楊亮[4]介紹了旁靠卸料臂、旁靠軟管、串靠剛性臂及串靠軟管的LNG 傳輸方式。黎翔[5]對LNG 船對船輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。謝彬[6]調(diào)研了國外FLNG 外輸系統(tǒng)的主要類型及產(chǎn)品，闡述了漂浮軟管系統(tǒng)的主要構(gòu)成和關(guān)鍵部件的技術(shù)進(jìn)展。國內(nèi)還有不少學(xué)者都對水上LNG 的傳輸進(jìn)行了相關(guān)研究，但一般都是涉及到船與船，船與岸站棧橋，船與槽罐車之間的貨物傳輸。針對上述LNG 行業(yè)面臨的艙容（噸位）限制、淺水航道限制、現(xiàn)有的接收站方案靈活性的局限、高成本、用地審批難度大、建設(shè)周期長等問題，本文提出了一種可移動浮式LNG 傳輸平臺方案。

1LNG 傳輸概述

如圖1所示，通常LNG 船舶的貨物是通過碼頭棧橋靠泊的形式，通過卸料臂傳輸給岸上終端。LNG 碼頭可能包括碼頭結(jié)構(gòu)、裝載平臺、系泊和棧橋，以支撐LNG 管道，工程量大，造價高。通常LNG 碼頭需要疏浚與建設(shè)，成本高。此外，LNG 碼頭終端的政府審批流程長，工期影響較大。因此，在沒有LNG 專用碼頭、靠岸水深較淺、需要快速布局碼頭天然氣供應(yīng)、碼頭與船型不兼容等情況下，常規(guī)的LNG 碼頭傳輸方式無法解決實(shí)際問題。

2 三角形浮式LNG 傳輸平臺總體方案2.1 功能

鑒于傳統(tǒng)LNG碼頭傳輸?shù)谋锥?，本文提出了一種三角形浮式LNG傳輸平臺，能夠在占用較少碼頭資源，不用進(jìn)行疏浚，不建設(shè)靠泊碼頭等條件下，在離岸約1000m情況下，靠泊于LNG運(yùn)輸船，把LNG船上的貨物通過該平臺中轉(zhuǎn)，傳輸?shù)桨渡?，適用作業(yè)條件約為2m有義波高。

如圖2所示，該平臺適用水深大于或等于5m，LNG 貨物傳輸速率約為500～12000m3/h。LNG船定期到附近海域，用首錨和浮筒進(jìn)行系泊?？?，浮式LNG傳輸平臺通過拖輪頂推靠泊在LNG船上并與LNG船通過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行穩(wěn)定系靠，如電磁吸盤和帶快速脫纜鉤的系泊纜繩。LNG傳輸平臺與LNG船之間通過跨接管進(jìn)行貨物傳輸連接，LNG傳輸平臺與岸上通過漂浮軟管連接。

LNG傳輸平臺的設(shè)計(jì)簡單，浮體性能較好，便于與LNG船靠泊，也便于拖輪頂推，有較好的穩(wěn)性和耐波性，當(dāng)LNG運(yùn)輸船離開后，LNG傳輸平臺采用浮

筒進(jìn)行系泊。平臺電力等能源供給由岸上配置，平臺本身簡化配置，岸端遙控操作。

2. 2船型與布置

如圖3～5 所示，平臺由上部箱型浮體、中間平臺立柱、平臺下浮體組成。上部箱型浮體甲板面為三角形框架。中間平臺立柱為圓柱或方柱，支撐甲板并連接下浮體。平臺下浮體為圓柱或方柱，比立柱截面大，提供主要浮力。3個平臺首部有2個電磁吸盤，采用電液操作，設(shè)備本身帶有液壓蓄能器，布置在甲板首部。首部舷外懸掛2個碰墊，用于防止平臺與LNG 船之間的碰撞。首部左右舷分別布置快速脫纜鉤，每個脫纜鉤采用雙鉤設(shè)置，并配有手動液壓補(bǔ)償泵，作業(yè)時，LNG船上的纜繩系泊于平臺的快速脫纜鉤，一旦有ESD2系泊脫鉤信號，液壓力釋放、纜繩鉤脫開，與浮筒之間的纜繩脫鉤;快速脫纜鉤的釋放與電磁吸盤的工作緊密不可分離，通常情況下，兩者均為系泊狀態(tài)，進(jìn)行系泊的雙保險(xiǎn)，緊急情況下，平臺上的電磁吸盤能夠快速卸掉吸力，相應(yīng)地，快速脫纜鉤能夠緊急脫鉤，實(shí)現(xiàn)LNG 船與平臺的脫離。甲板首部左右舷、甲板尾部左右舷分別設(shè)置1個帶纜樁，用于閑置時系泊平臺。平臺首部左舷和平臺尾部右舷各設(shè)有一個燈桅，配置防爆燈具，用于夜間貨物傳輸。貨物傳輸系統(tǒng)配備緊急拉斷閥及壓力釋放閥，氣體探測、火災(zāi)及感煙探測器等、緊急切斷系統(tǒng)、LNG 集液盤等。

平臺與LNG 船之間采用低溫跨接軟管，管徑為4”～10”，數(shù)量約為5根，布置方式為4個液相管（ L ）、1個氣相管（V ）。平臺與岸連接端采用1個液相（L ）和1個氣相管（V ）漂浮軟管，或者采用2 個液相（L ）和1個氣相管（V ）漂浮軟管，具體可根據(jù)LNG 貨物傳輸速率確定，管徑采用12”～20”。配置1根臍帶纜，實(shí)現(xiàn)平臺與岸上的電力、信號和通訊供應(yīng)。平臺縱中布置LNG 傳輸管匯，首部配置4液1氣傳輸管，4個液相管于平臺中部匯集成一個緩沖通道，并連接與平臺尾部的2根液相管道，其中管匯的氣相管道從平臺首部貫穿至平臺尾部，與液相管匯分開平行布置。平臺傳輸管匯在首尾部分別設(shè)有跨接軟管端部托架、漂浮軟管端部托架、臍帶纜端部托架，端部托架旁邊設(shè)有多功能通訊系統(tǒng)，包括分別設(shè)置在首部和尾部的船連接系統(tǒng)和船岸連接系統(tǒng)。

2. 3 系泊

LNG 船的靠泊與系泊方式：原則上采用船首拋錨，船尾采用浮筒式多點(diǎn)系泊方案，這樣可充分利用 LNG 船本身的錨泊設(shè)備，減少浮筒的投資與建設(shè)。如果環(huán)境條件較為苛刻，也可考慮船首和船尾均采用浮筒式多點(diǎn)系泊的方案。LNG 船工作時，一般采用尾部系泊在兩個浮筒上，首部采用拋兩個首錨的方式，首錨為LNG 船自帶的錨。也可以根據(jù)具體項(xiàng)目，采用LNG 船首部和尾部都為浮筒系泊的方式。如圖6所示，每個浮筒式系泊由水面漂浮的系泊浮筒、垂直錨鏈、懸掛配重、下部錨鏈、吸力錨組成，一般為3組吸力錨，圍繞浮筒均勻分布。傳輸平臺一般離岸較近，水深較淺，常規(guī)懸鏈?zhǔn)较挡葱Ч^差，會導(dǎo)致系泊剛度大，易造成系泊系統(tǒng)的破壞。

平臺的靠泊與系泊：平臺和LNG 船連接時，使用電磁吸盤吸附于船體;沒有LNG 船到港，平臺閑置時，如圖7～8所示，平臺采用兩點(diǎn)系泊或三點(diǎn)系泊方式系泊在浮筒上。

2. 4 軟管與臍帶纜儲存

漂浮軟管和臍帶纜閑置時，拖回岸上放置于漂浮軟管陸地儲存托架?？缃榆浌荛e置時，放置于平臺的軟管儲存托架。

2. 5 平臺設(shè)備配置要求及原則

平臺上配置不間斷電源（UPS），用于保障平臺斷電后通訊、消防及安全操作等方面的應(yīng)急供電，如為首尾（輸入、輸出）提供防爆照明，用于應(yīng)急泡沫和消防，也可以根據(jù)使用要求實(shí)現(xiàn)閥門關(guān)閉功能。配壓載系統(tǒng)，壓載泵設(shè)置在甲板上，1用1備，用于浮態(tài)和吃水調(diào)整。配置多功能通訊系統(tǒng)，包括船岸連接系統(tǒng)、船連接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平臺與岸、平臺與船、岸與船之間的通訊。配置必要的照明設(shè)施。配置4個手提式滅火器，在貨物傳輸區(qū)域配置自動泡沫滅火系統(tǒng)。平臺甲板邊板處圍有一圈欄桿，欄桿上掛有救生圈。

氮?dú)獍l(fā)生器、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備配置在岸上，不占用平臺空間，簡化了平臺配置及其相應(yīng)的管理要求，降低了海上投資。不設(shè)置軟管滾筒（用于儲存軟管），不配置軟管吊，不配置推進(jìn)器，作業(yè)時由拖輪協(xié)助和守護(hù)，不配人員，減少平臺配置等級和人員費(fèi)用。

3 三角形浮式LNG 傳輸平臺方案的優(yōu)勢

與現(xiàn)有的碼頭LNG 傳輸方式相比，本文提出的新型LNG 傳輸方案主要具有以下特點(diǎn)或優(yōu)勢。

（1）移動靈活。本方案海上設(shè)施都是采用浮式的，能夠?qū)⑼暾臒o碼頭浮式LNG 傳輸設(shè)施搬遷并重新部署到新位置。無需拆除大型碼頭結(jié)構(gòu)或其他固定基礎(chǔ)設(shè)施，對成本和環(huán)境影響較小。

（2）無人值守遙控操作。平臺配置的原則為簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。平臺主要為貨物傳輸設(shè)備，其余的關(guān)鍵設(shè)備配置在陸地上。從陸上控制室對所有系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控平臺上所有主要系統(tǒng)的工藝流程參數(shù)和狀態(tài)。

（3）降低成本和交貨周期。沒有大型港口或沿海碼頭工程，從而大幅降低了投資成本。傳輸平臺結(jié)構(gòu)形式簡單，運(yùn)營和維護(hù)成本低。沒有碼頭接收站等大型工程的審批時間，尺度小，建造時間短，可以在5～10個月內(nèi)建造和安裝。

（4）平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。平臺工作時水線面處于平臺立柱處，立柱為小水線面，受波流作用小，最大限度地減少了平臺對于LNG 船的系泊力，有利于減少平臺系泊設(shè)備的配置要求，提高作業(yè)抵抗環(huán)境影響的能力。下浮體為連通的環(huán)形圓柱或方柱，截面積較大，能提供較大浮力，便于充分地實(shí)現(xiàn)壓載調(diào)節(jié)。

（5）靠泊和系泊的特點(diǎn)。平臺和LNG 船連接時，使用電磁吸盤吸附于船體，連接/斷開時間短，同時，由于平臺和LNG 船吸附后成為一體，基本沒有平臺和LNG 船之間的相對運(yùn)動，有利于LNG 的穩(wěn)定傳輸。采用電磁吸盤和快速脫纜鉤纜繩系泊雙重保險(xiǎn)，有利于提高LNG 傳輸時系泊的穩(wěn)定性。提出船首拋錨，船尾多浮筒的LNG 船系泊方式，能夠充分利用LNG 船的自有設(shè)備，減少工程施工與投資。浮筒式系泊，采用懸掛配重提供系泊回復(fù)力，能夠避免淺水效應(yīng)導(dǎo)致的系泊鏈加粗加大，能夠減小淺水中常規(guī)懸鏈?zhǔn)较挡磳?dǎo)致的較大的系泊力。LNG 船撤離后，平臺閑置時，平臺采用兩點(diǎn)系泊或三點(diǎn)系泊方式系泊在浮筒上，平臺不用遷移到岸邊碼頭，不占用碼頭資源。

（6）柔性軟管配置特點(diǎn)。漂浮軟管使用時利用拖輪進(jìn)行拖拽，送到LNG 傳輸平臺處進(jìn)行連接。當(dāng)貨物傳輸完畢，可利用岸上的拖拽工具把漂浮軟管拉回岸上，并儲存在漂浮軟管陸地儲存托架上。漂浮軟管和臍帶纜，不儲存在水里，不影響海面船只和其他作業(yè)，使得管纜不受水流損害;不儲存在平臺上，可以減小平臺的尺寸規(guī)格;也不儲存在卷盤上，不用投資軟管卷盤及其配套系統(tǒng)，而是儲存在簡易的陸地儲存托架上。平臺與LNG 船連接，采用跨接軟管，通?？缃榆浌軆Υ嬖谄脚_的軟管儲存托架上，當(dāng)作業(yè)時，利用LNG 船上的軟管吊，把跨接軟管吊至卸貨區(qū)，進(jìn)行LNG 船端和平臺端的連接，實(shí)現(xiàn)貨物傳輸。

（7）臍帶纜傳輸電力和信號。岸上與平臺之間設(shè)置臍帶纜，臍帶纜可為平臺提供電力，信號和通訊。作業(yè)時，臍帶纜與漂浮軟管平行布置，置于水中。平臺配備不間斷電源（UPS），可在岸電中斷的情況下使關(guān)鍵系統(tǒng)保持運(yùn)行。

（8）多功能通訊系統(tǒng)。該平臺配備多功能通訊系統(tǒng)，包括船岸連接系統(tǒng)和船連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)將LNG 船、平臺和岸上的ESD 系統(tǒng)互連。采用光纖和電氣通訊，能夠保證平臺與岸之間的ESD 信號、平臺與LNG 船之間的ESD 信號、岸與LNG 船之間的語音信號、平臺與船之間的系泊信號（包括電磁吸盤力信號、快速脫纜鉤上的系泊力信號）。電磁吸盤、快速脫纜鉤上的受力處于持續(xù)監(jiān)控狀態(tài)，并與船連接系統(tǒng)的ESD 連接，一旦電磁吸盤的吸附或快速脫纜鉤脫鉤，則ESD 系統(tǒng)將啟動，關(guān)閉貨物傳輸閥門，保障系統(tǒng)安全。

4 結(jié)束語

常規(guī)LNG 碼頭傳輸，選址要求高、工程量大、費(fèi)用高、審批時間長、工程周期長。本文通過多立柱式LNG 傳輸平臺、半潛式LNG 傳輸平臺、LNG 轉(zhuǎn)接駁，3個新型案例的分析引入，提出了一種三角形浮式LNG 傳輸平臺。與常規(guī)岸站不同的是，該平臺不需要靠泊碼頭，通過該平臺可實(shí)現(xiàn)約1000 m 以內(nèi)LNG 船向岸端的LNG 傳輸，船型簡單，平臺上不配置主要設(shè)備，遙控操作，能實(shí)現(xiàn)500～12000 m3/h 的LNG 傳輸，可適用5m 及以上水深，對不同規(guī)模的LNG 船傳輸具有普遍適用性。適用作業(yè)條件約為2 m 有義波高。與常規(guī)LNG 傳輸相比，本方案可移動、成本低、工期短、結(jié)構(gòu)簡單、易于建造、設(shè)備配置簡易、可智能無人化操作，為將來不宜建站的區(qū)域提供了一種LNG 傳輸可行思路，后續(xù)可進(jìn)一步對平臺關(guān)鍵部件進(jìn)行深入研究。

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第一作者簡介：徐磊（1980-），男，碩士，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)長NG 接收及倉儲工程運(yùn)營管理。

（編輯：王智圣）