船只与码头的设施和建设

3.2.3.1 LNG船船型分析确定

1.LNG运输船舶（LNGC）的特点

油轮在广义上是指散装运输液体物质的船舶。属于液体物质的有：石油、石油制品及液化气、含有溶融或溶解物质的一般化学品。因此运送这些物品的油轮就有原油油轮、成品油轮、液化气油轮、化学品油轮、多隔舱零担油轮等诸多种类，LNG船属于液化气油轮。

LNG是一种易燃、易爆的危险品，运输LNG的整个过程（包括船的管理）是一种要求很高又极其严格的工作。要保证运输、装卸、交付、接收等一系列工作都处于最佳状态，就要有一套全面的管理制度（包括技术设施、航行计划等）和一个专门船舶管理的机构，以确保运输计划的准确无误。由于LNG的运输要求在-162℃下保持液态，不能采用低温下容易破碎的软钢，一般采用铝、不锈钢、镍合金钢，还要避免温度变化所带来的热膨胀，因此船上的储罐设计与制造是令人关注的问题。目前虽有约12种不同设计的LNG运输船舶投入使用，但基本类型主要采用独立式储罐和膜式储罐。

2.LNG船队历史及现有船队规模

1959年，用杂货船改装的甲烷先锋号从美国路易斯安那州的查尔斯湖，向英国Canvey岛运送5000m³的LNG，进行了世界上第一次的LNG海上运输。

从1965年正式开展LNG商业化海运以来，三十多年中，LNG船队的发展经历了四个阶段。

第一阶段为1965～1974年萌芽成长期。10年共投产中小型LNG船14艘，运力达到81.22×10⁴m³，平均每艘船运力为5.8×10⁴m³。

第二阶段为1975～1985年的大发展时期。1975年共有6艘LNG船投产，总运力42.23×10⁴m³。其中运力为12.5×10⁴m³的HIBI号开创了大型LNG船的新时代。在这11年中，共增加LNG船48艘，总运力为563.7×10⁴m³，平均每艘船的运力达到11.74×10⁴m³。

第三阶段为1986～1988年的停滞期。经历七八十年代的石油危机之后，由于世界上节能技术和中东以外油田开采的双重影响，世界石油市场处于供给大于需求的局面，受原油价格大幅下跌的影响，世界天然气的开采和销售出现停滞，在这三年中没有新的LNG船投产运行。

第四阶段为1989～1998年的第二次大发展。除1992年无新船交付投入使用外，其他十年一共新增LNG船45艘，运力达到531×10⁴m³，平均每艘船的运力为11.8×10⁴m³。

截止到2008年1月，世界共有LNG船252艘，约3227×10⁴m³舱容。其中5×10⁴m³以下的小型船15艘，（5～12.5）×10⁴m³的中型船20艘，（12.5～15）×10⁴m³的大型船201艘，15×10⁴m³以上的超大型船16艘。

从液货舱的形式来看，在2002年9月以前的133艘LNG船中，MOSS型70艘占53%；薄膜型GT No.96型39艘占29%，Mark-Ⅰ及Mark-Ⅲ型18艘占14%，合计43%；其他类型6艘占4%。现有营运船舶中MOSS型略占优势，见图3-1。

由于LNG船技术成熟、运输安全、操作规范化，迄今未发生过重大的船舶交通事故。1965年造的第一艘LNG船CINDERELLA号，使用至今仍安然无恙，可见LNG船是各种船舶中安全性能比较好的。

图3-1 2002年9月前LNG船型比例

3.LNG船队发展趋势

截止2008年1月，全球订造中的LNG船共125艘，约2197×10⁴m³舱容，几乎全部是12.5×10⁴m³以上的大型船舶。其中MOSS型40艘，约占订单的32%；薄膜GTNo.96型70艘，约占订单的55%，MARKⅠ～Ⅲ13艘，约占订单的11%，CS—1型2艘，约占订单的2%，薄膜型共占订单约68%，见图3-2。

图3-2 2008年1月各型LNG船订单比例

根据资料统计，13.5×10⁴m³左右的LNG船为目前的主要船型，有向更大型方向发展的趋势。21.6×10⁴m³的Q—FLEX和26.7×10⁴m³的Q—MAX两种超大型LNG船已经投入商业运输。薄膜型和MOSS型则是现代LNG船舶的基本船型，尤其是薄膜型的技术日趋完善和成熟，其安全可靠性和营运操作与MOSS型无明显差别，但船价相对较低，因而深受船东欢迎，成为目前的主流船型。

4.LNG船的运费

由于LNG船市场的局限性，现有的大部分船，甚至在建造期就已有用户或雇主，而且租船合同一般均长达20～25年。船东有独资的，也有合资的。经营方式有的是自己直接经营，也有航运公司经营。在LNG船商业合同中，有采用CIF方式的，由卖方负责LNG船的运输和到港交货；有采用FOB方式的，由买方解决航运问题。不论LNG船由谁拥有、经营或租用，船的工作状况将始终和LNG买卖双方，以及上下游所有环节都有密切的连带影响。表3-1列出LNG船运输主要成本构成。

表3-1 LNG船运输主要成本构成

①nmile为“海里”单位符号。

LNG船的运费主要受四个因素影响，即运输路程的远近、船的新旧大小、用船数量的多少和租期长短。调查资料研究表明，在相同的航距上越大的LNG船型其运费相应较低。

挪威某公司在对LNG年运量、用船数量同运费之间的关系表明：如年运量为350万t，距离为6300nmile，租用5艘13.6×10⁴m³的船，运费为77USD/t；如年运量为350万t，改用6艘13.6×10⁴m³的船，则运费要升高到84USD/t；如果租用6艘13.6×10⁴m³的船，每年运量400万t，运费可降到78USD/t。可见：租用同样多的船，年运量越多则相应的运费会越低；在年运量相同的情况下，则船舶数量越少越经济；在同等距离、同等运量的条件下，用数量少的大型LNG船，比用数量多的小型LNG船更为合理。

关于LNG船的新旧运费比较，据统计资料，租用新造船的运费明显地高于旧船。一般情况，用13.6×10⁴m³的LNG船，旧船运费比新船运费节约50%～60%；如用12.5×10⁴m³的LNG船，则旧船运费比新船节约22%～32%。当然，新船运费虽然比旧船高，但其比旧船更具有安全可靠性和准时性。

航线运输成本的测算，以所需运费率（RFR）作为分析指标。所需运费率（RFR）是指船公司为获得一定的投资利润率（或称投资效果系数或利息率），所需要的最低单位运价。

RFR=AAC/Q

AAC=（P-L）×CR×i×N+L×i+Y

式中，AAC是平均年度费用；Q是年运量；P是船价；L是船舶的残值；CR是资金回收因数；i是贷款利率；N是贷款年限；Y是年度营运费用（不包括折旧费）。

具体的测算结果见图3-3。

图3-3 运费率与船舶舱容关系图

根据LNG接收站的规模，并从世界现有LNG运输船舶的船型和船型发展的趋势，以及运费分析的经济角度，最终确定LNG运输船型。同时考虑满足最大和最小靠泊船型的安全作业要求，满载吃水按统计分析船型11.7m控制。

3.2.3.2 航道与泊位

1.航道选线方案

港口工程所在地大鹏湾海域内，已建有盐田港区等多个营运港区，各港区船舶均经大鹏湾推荐主航道进港。该航道为天然航道，槽宽水深，在平洲岛以外段水深达18m以上，轴线方位角139°—319°。此工程LNG船舶进出港不另选航线，直接利用大鹏湾推荐主航道进入引水锚地。由于大鹏湾推荐主航道槽宽水深，天然水深可以满足LNG设计船型的通航要求，无需人工疏浚。

2.泊位

按我国外轮引航要求，LNG码头应设置引水锚地。根据规范要求，锚地水深不应小于设计船型满载吃水的1.2倍，锚地所需直径为1000m。

根据设计船型，计算一个泊位的通过能力。由于设计船型的范围很大，因此按5种不同的设计船型组合计算通过能力，见表3-2。泊位利用率见表3-3。

式中，P_t是一个泊位的年设计通过能力（万t/a）；T是年日历天数，取365d；G是设计船型的实际载货量（t），实载率取0.95；ρ是泊位利用率（%）；t_d是昼夜小时数，取24h；t_z是装卸一艘设计船型所需的时间（h）；t_f是船舶的装卸辅助作业时间（h）；t_p是船排压舱水时间（h），取0。

表3-2 参数选取和泊位通过能力计算

表3-3 泊位利用率

（续）

注：按二期900万t/a的任务量计算泊位利用率。

由上述计算可知，一个80000～165000m³LNG船的泊位通过能力可以达到900万t以上。现有大部份LNG船都在120000～140000m³，且LNG船是朝着大型化方向发展，故采用组合五的运营组合可能性较大。

项目重件码头按5000t级件杂货船型设计，其船型尺度见表3-4。

表3-4 重件码头设计船型

3.2.3.3 海务设施

1.港口导航和常规导助航标志

目前大鹏湾主航道上的导助航设施比较完善，能够满足此工程LNG船舶进出港需要，此工程只需考虑调头水域的助航标志，依据《中国海区水上助航标志》GB4696—1999和国际航标协会（IALA）浮标系统A设计。

大鹏湾水域水深条件好，水域开阔，已具备船舶安全航行所需的助航标志。港口附近的平洲岛已设置有1座灯桩和4座灯浮标，标明平洲岛边界。

2.灯浮标设置

在LNG船舶回旋水域开挖区域设置2座灯浮标。浮标为新型深水钢浮标，浮标规格为HF1.8—D1，安装HD155—S1航标灯，航标灯配置TS系列带稳压闪光器和6灯泡HPJ—1换泡机，灯泡规格为12V、2.0A，灯光颜色如航标平面布置图所示。航标灯采用太阳能电池供电，太阳光的年辐射为460kJ，最大连续阴雨时间为20天，太阳能电池功率80W，蓄电池容量为200AH。

3.灯桩设置

为协助靠泊和其他船舶航行安全，在LNG码头两端各设置一座灯桩。灯桩结构为玻璃钢灯桩，灯桩高度10m，直径1.0m。灯桩结构必须符合海上工作环境的要求，主体能抗12级强台风。航标灯为HD155，灯泡为12V、2.0A。根据此地用电条件及用电要求，采用码头岸电供电，配置UPS电源。

4.辅助靠泊电子系统

对于大型船舶，安全靠泊特别重要，对于LNG船舶更是如此。为了保证大型LNG船靠泊和停泊安全，必须考虑设置辅助靠泊电子系统。

系统包括激光靠泊辅助子系统、环境监测子系统和缆绳监测子系统。激光靠泊辅助系统将提供船舶在靠泊时的船舶位置和船舶动态，包括船首的速度、船尾的速度、船舶与码头的距离、船舶与码头的夹角。环境监测系统将提供气象、水文状况，如风向和风速、流速、波浪、潮位等。缆绳监测系统将监控各缆绳的受力情况，并在实际受力情况超过允许值时进行报警。

激光靠泊辅助子系统设置2个激光探测器。探测器位于码头平台适当的位置，探测器前方不能有东西阻隔。码头区设置海流计、波浪仪和风速风向仪，对环境因素进行监测。配置大屏幕显示器和便携式袖珍显示器。袖珍显示器与控制中心的通信采用UHF无线电话。大屏幕显示器的高度不小于1.5m，宽度不小于3m。便携式袖珍显示器尺寸约为10cm×7cm，重量约200g。设置一个控制中心，控制中心设置计算机和记录打印设备，配置相应操作软件。控制中心负责对信号的录取、评估、发出控制信号，根据具体情况提供靠泊指导、报警等。设备的工作区域为危险品码头，因此，设备必须适应于海边室外环境的日晒、风、潮湿和腐蚀，而且必须做到防爆。

3.2.3.4 港口和码头的安全设计(www.xing528.com)

LNG码头到站区护岸、锚地、航道及重件码头的间距，要按照有关规范的防火间距的要求进行取值；根据工程所在海域的风、浪、流及等深线走向等多方面因素，确定岸线走向，确保LNG船靠泊及卸船作业的平稳与安全。

1.工艺设计及生产设备

LNG船码头的关键设备是3台卸料臂和1台蒸气返回臂。该产品质量的好坏和使用维护水平，直接影响到卸船作业的安全进行。因此，该工程按照以下规范的要求选用卸料臂：

1）《海上装载臂设计和结构规范》（1996年第3版，OCIMF）。

2）JT/T 398—1999港口输油臂。

3）NFPA 59A第8.4条“海上运输与接收”和第8.7条“装载臂与软管”的有关规定。

2.LNG船码头及栈桥上的管线系统，包括管道、阀门、法兰、管架等，将按照下列规范的要求进行设计：

1）NFPA 59A第6章“管线系统与组件”、第8.2条“管线系统”、第8.4条“海上运输和接收”、第8.6条“管道装船与接收”。

2）BS EN 1473第9章管线工程。

3.道路

码头人行钢引桥及接岸栈桥两侧设置护栏。

4.码头设有完善的通信系统

通信系统主要包括：电话系统、UHF/VHF无线对讲系统、直通电话、广播系统、电视监控系统、局域网系统、门禁系统等。通信系统的电源由UPS供给，系统设有保护接地和通信接地。

5.防火、防爆措施

1）在码头设置事故收集池，防止泄漏的LNG四处流淌。

2）根据火灾爆炸危险区域的划分，选用相适应的防爆电气设备。

3）对码头工艺装置内的钢结构，均采用覆盖耐火层等保护措施。对火灾爆炸危险区域内可能受到火灾威胁的关键阀门和关键设备的仪表、电缆等，均采取有效的耐火保护措施。

6.防静电措施

对输送可燃物料的设备和管道，采取防静电接地措施，并采取限制流速措施，以避免流速过快而带来静电危害。

7.灭火系统

1）采用稳高压消防给水系统，海水消防、淡水保压、淡水试压。

2）在码头设置2门远控高架消防水炮，可在码头控制室内进行操作。

3）对炮塔、卸料臂支架及疏散通道设置水喷雾灭火系统。

4）为降低LNG的蒸发速率，对事故收集池设置高倍数泡沫灭火系统；选用水力驱动型高倍数泡沫发生器。

5）设置干粉灭火系统。

6）租用2206kW消拖两用船监控。

8.严格加强防火、防爆的管理和监测

严禁携带火种进入码头；对各种安全、控制、探测、消防设备应定期检查，以确保设备处于良好的状态；码头所有危险场所、安全设施与装置、工业管道、安全标志等均按照GB/T 2893.1—2004、GB2894—1996及GB 6527.1—1985的规定，进行涂色或设置安全标志。

3.2.3.5 码头工程

码头工程的建设内容，主要包括新建1个420m长LNG船泊位，1个140m长重件兼工作船泊位，疏浚约520000m²的水域，以及接收站护岸、接岸栈桥、海水取水口、配套装卸设备、港作车船、给排水、供电照明、通信、导助航、辅助靠泊、环境监测、消防、建筑等设施。码头工程的主要工程量见表3-5。

表3-5 码头工程的主要工程量

（续）

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1.主要施工方法

主要施工方法包括LNG船码头及栈桥。

（1）钢管桩制作及运输 此工程基桩为直径800mm和1000mm两种钢管桩，其中部分桩需嵌岩处理。此工程共需沉桩238根。钢管桩在专业厂家制作，按打桩顺序编号后装船海运至现场堆放。

（2）沉桩 此工程沉桩采用打桩船水上锤击沉桩法施工，方形驳船配合运桩，打桩船从方驳上直接吊装定位进行施打。沉桩拟采用桩架高度60m、吃水2.16m、最大起吊能力80t的打桩船，打桩锤采用DENMAG—100柴油锤，最大锤击能量345kJ。

2艘671kW拖轮和2艘2000t趸船用于打桩作业。

（3）嵌岩桩施工 钢管桩沉至设计底高程后，搭建嵌岩桩施工作业平台。采用CZ—30钻机施钻，然后进行清孔，放钢筋笼水下浇注混凝土，进行张力检测。

（4）上部混凝土结构 栈桥上的预应力大板将在专业预制厂预制，水运至现场吊装。其他混凝土构件将在现场浇制，混凝土搅拌船将被利用，模板采用轻型钢、木模板。

（5）码头设施 快速解缆钩、护舷、橡胶舷梯等设备采用船吊安装。环境监测系统，包括监测探头、流速观测仪、风速风向观测仪、波浪观测仪等将由陆上安装。

（6）栈桥根部施工 栈桥根部与护岸连接部位的施工，将采用预留空间的方法进行，即护岸施工时，在该处修建一凹形的临时围堰，预留一段约70m×30m的区域，以便栈桥根部桩基础施工。待桩基础施工完后，再回填该区域，形成永久护岸。

2.工作船码头

（1）基槽挖泥1艘8m³抓斗挖泥船、2艘舱容500m³泥驳和1艘447kW拖轮将被用于此工程的基槽挖泥。挖泥将采取扇形、分层、分区作业，所挖土方全部外抛到指定的海域抛泥区。

（2）基床抛石 基床抛石应在基槽挖泥完成后进行，石料由驳船或民船运至施工现场，定位抛填。水上抛填将分段、分层施工，夯实采用驳船上吊机重锤分层、分段夯实、整平。

（3）空心方块预制和安装 空心方块拟在深圳周边的专业预制厂预制，然后水运至现场，采用200t浮吊安装。

（4）墙后回填 墙后回填可采用水陆结合的方式进行，并可根据方块的推进进度情况，与陆域形成同步进行。

（5）胸墙施工 现浇混凝土由搅拌船提供。胸墙将分两层施工，首先浇至码头前沿管沟底面，然后再浇上层，并用高频插入式振捣棒振捣密实。为避免潮水对底层混凝土的冲刷破坏，混凝土浇注选在落潮时进行，且先行浇注临水面处混凝土。模板采用轻型钢、木模板。

3.护岸施工

为减少接收站场地形成对海域环境造成的污染，工程首先进行护岸施工。

（1）抛填堤心石 利用接收站开山石作为堤心石回填料，由现有采石场码头船运抛填，或从南护岸和西护岸两端陆上推填。

（2）护面块石和防浪块的安放

护面块石及扭王字块的施工，采用岸上吊机和水上趸船联合进行抛筑。水上施工时，趸船在岸边上护面块石或扭王字块，运输至施工现场起吊定点抛筑。

4.水域疏浚

港池挖泥拟采用1艘4500m³耙吸式挖泥船疏浚，施工将采取分段、分条、分层的方式进行。疏浚土将运至大鹏湾外指定抛泥区抛卸。

（1）主要施工设备 见表3-6。

（2）施工顺序和流程

1）LNG码头施工流程见图3-4。

表3-6 主要施工设备表

图3-4 LNGC码头施工流程图

2）重件码头及海水取水口施工流程见图3-5。

3）护岸施工流程见图3-6。