某LNG項(xiàng)目海水取排水設(shè)計(jì)方案探討

吳兆和

江蘇省電力設(shè)計(jì)院 江蘇南京 211102

1 工程概述

為了滿足江蘇省天然氣的需求，擬在江蘇省鹽城濱海港投資建設(shè)液化天然氣（LNG）項(xiàng)目，項(xiàng)目包括接收站工程、碼頭工程。為滿足本項(xiàng)目管殼式海水氣化器的熱交換工藝，需建設(shè)一座海水取排水設(shè)施，利用海水熱量對LNG進(jìn)行加熱氣化。項(xiàng)目一期完成取排水設(shè)施的土建工程，配置4臺(tái)海水泵（3用1備），總供水量為23,400m3/h（約6.5m3/s）；二期增加2臺(tái)海水泵，5用1備，總供水量為39,000m3/h（10.8m3/s）。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)條件

在鉆探深度范圍內(nèi)，土層自上而下分布為：

（1）素填土主要成份為粉質(zhì)粘土，可塑-硬塑狀，土質(zhì)不均勻，混多量粉土及植物根系，工程性質(zhì)相對較差；

（2）②粉土呈中密-密實(shí)狀，土質(zhì)均勻，層位穩(wěn)定，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=33.3擊，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。②淤泥質(zhì)粘土，具有含水率高、孔隙比大、強(qiáng)度低、壓縮性高、土質(zhì)不均等特性，為該區(qū)的軟弱土層；

（3）①粘土、②粉質(zhì)粘土、③粉土一般呈硬塑狀，④粉細(xì)砂呈中密-密實(shí)狀，土質(zhì)整體相對較好；

2.2 水文條件

（1）設(shè)計(jì)水位。根據(jù)《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，取水構(gòu)筑物應(yīng)按保證率為97%的低水位設(shè)計(jì)，并以保證率99%的低水位校核，100年一遇高水位4.34m歷時(shí)累積頻率1%高水位3.20m歷時(shí)累積頻率98%低水位0.44m；50年一遇高水位4.26m[1]。

（2）波浪。根據(jù)六合莊海洋站（N34°16′、E120°17′）2000-2006年實(shí)測波浪資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)常浪向?yàn)镋NE向，次常浪向?yàn)镹E向，出現(xiàn)頻率分別為12.85%，11.17%，強(qiáng)浪向?yàn)镹E向，該向H4%≥1.3m的波高出現(xiàn)頻率為0.95%，H4%≥1.6m的波高出現(xiàn)頻率為0.25%。

（3）潮流。根據(jù)水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，漲急時(shí)新南港池內(nèi)流速較小（<0.1m/s），無明顯的渦流，外面潮流沿著深槽進(jìn)入港池內(nèi)部；落急時(shí)港池內(nèi)流速同樣較小（約0.1m/s），但有明顯的順時(shí)針渦流。港池南側(cè)存在漲落潮水流均為西向流區(qū)域。近期港池條件下，港池內(nèi)南防波擋沙堤近岸堤根部漲落潮流速基本在0.10m/s以下，碼頭附近漲落潮流速基本在0.15m/s以下，港池口門及航道區(qū)域作為港池水體的主要進(jìn)出水域，最大流速為1.60m/s。

（4）海水溫度。根據(jù)六合莊海洋站2008年03月-2012年02月海水溫度監(jiān)測。海水溫度低于6℃的月份主要為1月和2月，12月和3月各年海水最低溫度均低于6℃，4月也可能出現(xiàn)最低溫度低于6℃的情況。

（5）海水水質(zhì)。工程所處海域由于陸域污染項(xiàng)目少，污水排放量小，海水水質(zhì)始終保持在III類海水標(biāo)準(zhǔn)以上，其中PH、生化需氧量、六價(jià)鉻、揮發(fā)酚主要指標(biāo)滿足II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。濱海港入海口水來自中山河，沿途無工業(yè)污染企業(yè)，水質(zhì)優(yōu)于其他入海口。

（6）水體含沙量。濱海港近期港池條件下，港池內(nèi)南防波擋沙堤根部含沙量約0.02kg/m3，LNG碼頭附近含沙量約0.02kg/m3，口門附近含沙量約0.2kg/m3，航道內(nèi)含沙量約0.9kg/m3。

3 海水取排水工程總體布置方案比選

3.1 海水取水深度要求

無論是頂管蘑菇頭取水還是直接取水，取水口（頭部）位置應(yīng)盡量選擇在海床穩(wěn)定有足夠水深區(qū)域，不沖不淤，在考慮足夠的取水量的同時(shí)還需考慮波浪影響和維持足夠的備淤深度[2]。

（1）安全取水位。安全取水位應(yīng)考慮在校核低水位時(shí)波浪作用下仍能安全取水，經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目安全取水位為-2.86m。

H上min≤HLA-0.5hB-0.5=-2.06m

H上min≤HLAT-0.5hB=-2.86m

式中H上min為最小安全取水位。

HLA為保證率97%的低水位，由于缺少該參數(shù)，暫取歷時(shí)累計(jì)頻率98%低水位，取0.44m；HLAT并通過保證率99%低水位校核，由于缺少該參數(shù)，暫按50年一遇低水位減0.25計(jì)算，取-0.86m；hB為波高，取相應(yīng)水位下50年一遇H1%波高，暫取4.0m；0.5為保證吸水的安全高度。

（2）取水頭部最小泥面高程。取水頭部最小泥面高程在考慮足夠取水量的同時(shí)，還應(yīng)考慮足夠的備淤深度，經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目取水頭部最小泥面高程為-7.86m，這里取取水頭部最小泥面高程為-8.0m作為后續(xù)設(shè)計(jì)依據(jù)。

H下min≤H上min-h1-3.0=-7.86m

式中H下min為取水頭部最小泥面高程；h1為進(jìn)水窗高度，一般為2m左右，這里取2.0m；3.0為備淤深度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際回淤厚度確定，一般宜大于3m。這里暫考慮1m/a的回淤強(qiáng)度，可滿足每3年清淤一次。

3.2 取排水總體布置方案

（1）方案一新南港池內(nèi)取水，港池南外側(cè)排水新南港池內(nèi)取水。海水泵房布置于防潮堤與儲(chǔ)罐之間的原施工用地上，同時(shí)考慮遠(yuǎn)期新建泵房用地要求。泵房距離防潮堤背水側(cè)坡腳線100m，距離LNG儲(chǔ)罐超過45m。引水管采用頂管的方式，通過2根長360m、直徑2.4m的鋼制頂管進(jìn)行引水。取水頭部布置于工作船碼頭與一期LNG碼頭之間以西區(qū)域。為滿足取水要求，取水頭水域疏浚至-8.0m。

排水口布置于新規(guī)劃南護(hù)岸以南。項(xiàng)目一期排水口排向海側(cè)，距離防潮堤約400m，距離火炬塔超過50m。為減少排水對火炬塔基礎(chǔ)的影響，排水口排放方向面向東南。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是泵房布置于陸域，施工難度有所降低；排水距離短，取排水口之間有護(hù)岸阻擋，不會(huì)形成冷排水回流。該方案的缺點(diǎn)是引水管需頂管施工，存在一定施工難度；排水進(jìn)入港池以南海域，受到環(huán)境影響評價(jià)、海域使用等方面的限制。

（2）方案二新南港池內(nèi)取水，港池內(nèi)南側(cè)排水

新南港池內(nèi)北側(cè)取水，港池內(nèi)南側(cè)排水。取水頭、海水泵房及引水布置方式與方案一相同。排水口布置于新南港池內(nèi)，新規(guī)劃南護(hù)岸根部，采用喇叭口排水。為減少冷排水對取水的影響，沿排水口北側(cè)設(shè)置長1250m導(dǎo)流墻將排放冷水直接排放至船舶掉頭區(qū)，排水渠末端距離取水口960m。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于取排水口均位于新南港池內(nèi)，受船舶及其他利益相關(guān)方相互影響少；泵房陸上施工建設(shè)，施工難度有所降低。該方案的缺點(diǎn)是取排水口同在一港池內(nèi)，排放冷水會(huì)影響取水水溫；導(dǎo)流墻工程量大，增加工程投資。

（3）方案三新南港池內(nèi)取水，原港池（南防波擋沙堤北）排水新南港池內(nèi)取水。取水頭、海水泵房及引水布置方式與方案一相同。排水口布置于南防波擋沙堤根部北側(cè)，原濱海港池內(nèi)，采用喇叭口排水。為減少排水對堤岸及防波堤的影響，排水口朝向東北布置。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是泵房布置于陸域，施工難度有所降低；取排水口之間有南防波擋沙堤阻擋，不會(huì)形成冷排水回流[3]。該方案的缺點(diǎn)是從ORV氣化器至排水口，需經(jīng)過數(shù)家用地、用海單位，各方協(xié)調(diào)難度及成本巨大。

3.3 取排水布置方案比選

對于三套取排水布置方案，主要從以下4方面進(jìn)行比選：

（1）從取排水相互影響來看，方案一、方案三取水和排水區(qū)域分別在兩個(gè)區(qū)域，相互影響較小；方案二取排水均在同一水域，取排水存在相互影響。

（2）從施工難度來看，方案一和方案三難度相當(dāng)；方案二除需要進(jìn)行導(dǎo)流墻建設(shè)，總體難度最大。

（3）從環(huán)評難度、海域使用申請難度、與各相關(guān)單位協(xié)調(diào)難度來看，方案一申請排水用海困難（詳見附件2）；方案三的排水通道與相關(guān)單位協(xié)調(diào)難度大、成本高；方案二均無以上顧慮。

（4）本項(xiàng)目方案一內(nèi)取南排方案工程總投資32,688萬元，其中建筑工程費(fèi)17,922萬元。本項(xiàng)目方案二內(nèi)取內(nèi)排方案工程總投資32,961萬元，其中建筑工程費(fèi)18,155萬元。本項(xiàng)目方案三內(nèi)取北排方案工程總投資31,521萬元，其中建筑工程費(fèi)17,163萬元。

綜合以上對比因素，選擇方案二為取排水工程總體布置方案。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)最新設(shè)計(jì)參數(shù)，確定取水頭安全取水位為-2.86m，取水頭部最小泥面高程為-8.0m。

（2）根據(jù)最新港池布置方案，提出三套取排水布置方案。綜合考慮海域使用、利益相關(guān)方協(xié)調(diào)等因素，推薦采用方案二（內(nèi)取內(nèi)排）。

（3）推薦方案取水頭采用明挖水下施工；引水管采用頂管施工海水泵房采用沉井施工；供水管及排水管采用地下淺開挖施；排水口采用明挖施工。取排水工程分為兩階段，土建工程施工工期16個(gè)月；設(shè)備安裝及調(diào)試工期6個(gè)月。