LNG浮式轉接駁設計方案對比

周斌，周毅，李萌，孫冰，何金平

(中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452)

LNG浮式轉接駁可以代替傳統的LNG碼頭，不需要花費高昂的價格專門建造LNG船靠港所需要的各種設備。同時，轉接駁讓LNG的傳輸變得更加方便快捷，LNG船不需要靠岸，只需要在碼頭附近的水域通過浮筒進行系泊等待轉接駁到來即可。目前，國外正在積極研究并推廣浮式LNG轉駁系統，采用LNG轉駁平臺結合漂浮軟管的方式，在無需碼頭的情況下實現LNG運輸船和陸地或浮式儲罐間的傳輸，可有效解決傳統LNG接收站布局受限問題。但在國內，LNG浮式轉接駁設施的相關的規范標準及制造有待研究。為此，探討LNG浮式轉接駁的選型及技術方案，涉及碼頭節省成本，LNG接收站布局，釋放碼頭空間等各方面的考慮。

1 LNG浮式轉接駁建造的必要性

LNG碼頭作為接收站的重要組成，是LNG海上運輸和陸上管道運輸的交叉點，是整個LNG運輸的咽喉要道。合理選擇LNG碼頭位置是LNG接收站工程建設的重要工作，對整個工程的后續發展起著關鍵性作用。雖然全國沿海新增布局了多處港址，但受制于規劃的符合性、水域條件、陸域條件、船舶航行條件等多因素影響，需開展碼頭選址研究，部分站址通過充分的可行性論證可以實現傳統LNG接收站模式的布局。但是，也存在部分站址通過充分的可行性論證后，最終得出的結論是不具備布局傳統的碼頭接駁設施條件。

因此，積極探索LNG浮式接轉駁系統的應用可行性，深入開展 LNG浮式轉接駁平臺適用規范、標準及法規研究和LNG浮式轉接駁平臺方案論證，進而形成可行的優化設計方案，實現LNG行業的技術突破，解決我國局部港口發展LNG的限制，加快中國海油沿海及長江干線的LNG接收站碼頭布局非常必要。

2 LNG轉接駁技術方案

2.1 LNG浮式轉接駁選型

LNG浮式轉接駁選型主要有以下三種。

1)挪威Connect LNG公司投入使用的半潛式品字形轉接駁UTS。該方案中用于傳輸貨物的軟管盤放于甲板，所以對甲板的面積需求較大，船寬較大。主船體采用3根立柱提供浮力，波浪載荷較小，連接方式采用真空吸附裝置與LNG船體連接，能快速牢固傳輸貨物，該方案的優點是不需要人值班看守、能夠進行遠程操作。采用Connect LNG方案傳輸貨物的場景見圖1。

圖1 Connect LNG方案作業場景

2)HOULDER公司研發的方駁箱型轉接駁。該方案采用普通駁船型，船體結構為鋼結構或混凝土結構，淺吃水，甲板上面布置軟管吊和軟管架。連接方式采用纜繩與LNG船體連接。該方案的優勢在于可自航，但需要有人操作。配有KHOBRA傳輸系統，該系統包括折臂吊和具備運動補償和應急釋放ERS的裝卸系統。HOULDER方案傳輸貨物的場景見圖2。

圖2 HOULDER方案作業場景

3)Stena公司研發的半潛式方形轉接駁。該方案將設備系統直接布置在運輸船上，獨立性較高，不需要值守，可以遠程操作。系統進行作業時不需額外的輔助船舶，軟管卷筒布置在甲板上，吊機需要占用較大的甲板面積來用于軟管操作，因此對甲板尺度要求較大。采用內置式錨鏈定位，用大型低摩擦護舷與LNG船體連接。方形轉接駁作業場景見圖3。

圖3 Stena方案作業場景

2.2 技術方案總體設想

ConnectLNG的品字形轉接駁和Stena公司的方形轉接駁均為半潛式，小水線面型，抵抗環境能力更強。駁船船型設計及施工簡單，吃水淺，易于使用和維護，能夠在指定海域下安全可靠系泊作業，故推薦駁船型。LNG船采用浮筒式多點系泊，轉接駁采用旁靠纜繩系泊或吸盤系泊，轉接駁閑置時系泊在浮筒上或?？看a頭。轉接駁要盡量簡配，不配軟管吊和漂浮軟管卷筒，重要設備包括岸端電網、控制、氮氣系統等重要設備依托在岸上。動力設計不配置推進系統，依托作業值守拖輪頂推驅動。采用無人遙控作業，不配置現場人員，僅在接卸軟管時人員會輔助操作。

2.3 LNG浮式轉接駁主尺度的確定思路

1)優化布置，合理高效使用空間。收納槽盡可能向船體邊緣靠，增加甲板有效面積。各種裝置布置緊湊，在保留足夠的人行過道時，盡可能減少占用甲板面積。

2)結構優化，控制空船重量。進行結構優化，設置固定壓載艙，控制平臺船體的結構重量。

3)尺度優化，總體性能不降低。在滿足性能要求的前提下，盡力降低主要尺度：型長、型寬、型深。優化布置，使空間更合理高效小巧靈便更易于操作，同時還能節約成本。

4)安全環保，考慮海洋防污染要求。平臺沒有動力系統和居住艙室，不產生大氣污染和生活廢水，具有綠色環保的特點。

3 LNG轉接駁設計方案

考慮到碼頭的實際情況和LNG浮式裝接駁主尺度的設計思路，設計5種方案并進行對比分析，5種設計方案的主要參數見表1。

表1 5種方案主要參數

3.1 方案一

方案一軟管的收納是繞成圓盤狀堆放于甲板上(見圖4)，為了保護軟管不被擠壓破壞，需要單獨給軟管設置較大的甲板面積，并且為了便于其他管系和設備的布置還需將軟管所在位置的甲板升高，需要較大的船體結構。

圖4 軟管盤放于甲板

這種布置方式不僅浪費甲板面積，而且對軟管的彎曲要求較高，還需要配置專用的鞍座放置軟管接口。軟管在被軟管吊拉上去時，管子展開一圈，需要繞自己的軸旋轉360°，扭轉變形對軟管的損傷較大。傳輸作業時由現場人員協調LNG船軟管吊進行軟管的吊放，以及軟管接頭的連接。方案一布置方式見圖5。

圖5 方案一布置示意

3.2 方案二

方案二在轉接駁平臺上面設計軟管收納槽(見圖6)，可以根據軟管的長度來設計收納槽的大小，槽的數目根據軟管數目確定。每根管子都是一個獨立的槽，互不干擾，在收納槽的的頂端，每個槽之間都有半圓形的喇叭口，喇叭口也是互不干涉的，槽里面全部都是軟管呈蛇形儲存盤放在里面，當轉接駁和LNG船靠近時，通過LNG船的軟管吊將收納槽中，這個軟管給拉到LNG船的軟管接口處，當貨物傳輸完畢后，由于每個槽比軟管的直徑稍大，軟管通過重力作用回到槽里面后，只能自動折曲成最初狀態，通過這樣的設計，軟管在完成傳輸后回到槽里面的過程中不會出現其他的狀態。占用甲板面積較小，不需要為了防止軟管形變而改變船體的形狀，并且不需要安裝專用的鞍座。

圖6 軟管收納槽

這種收納槽的主要優點是進出自如，沒有阻礙，除了有小量的彎曲變形，沒有任何扭曲變形。

采用的這種復合軟管重量輕、更柔軟，抗臭氧，耐老化，壽命長，彎曲半徑小易于操作，尺寸范圍大，耐化學腐蝕性能廣，管體沒有金屬疲勞破壞點，不會產生突然破裂，安全性能好，5倍的壓力安全系數，能承受更大的脈沖壓力。

方案二在轉接駁平臺上面的軟管收納槽共設計有3個槽位，按照液管、氣管和液管的順序放置軟管，通過LNG船的軟管吊將收納槽里面的軟管吊起來和LNG船上的管匯連接，從而進行貨物輸送。方案二的布置方式見圖7。

圖7 方案二布置示意

3.3 方案三

方案三的布置方式見圖8，甲板上的收納槽設計成5個槽位，中間放置氣管，其余兩邊均放置液管，收納槽的位置放置在甲板中間，防止轉接駁發生橫傾現象，在左右兩舷布置信號燈，用于表示船舶所處的狀態或者發出某種信號以及進行近距離通信聯絡。

圖8 方案三布置示意

3.4 方案四

方案四的布置方式見圖9，在收納槽的周圍布置1圈走臺，方便人員進行操作和日常維修，走臺兩側布置扶梯。同時，由于采用了較重的吸附裝置放置在轉接駁左舷，導致轉接駁具有重心失衡的現象，為了保證轉接駁整體浮態，在右舷設計一個固定壓載艙來平衡左舷超出的重量。

圖9 方案四布置示意

3.5 方案五

由于固定壓載艙是設計在轉接駁中間，且橫艙壁斷開，對整體的結構有較大的損傷。因此，調整后將甲板室的位置設計在了轉接駁中部，在右舷設計兩個固定壓載箱，專門放置重物用于平衡左舷超出的重量。并且微調了收納槽的位置，使整體的布局更加合理協調。方案五的布置見圖10。

圖10 方案五布置示意

4 方案比較

經過綜合分析，方案一的設計較為簡單，考慮的情況不多，僅就平臺的作業進行了設計，在軟管的放置、連接方式等方面欠缺考慮，與實際情況有差距。方案二設計了收納槽，但是其他方面考慮的較少。方案三增加了跨接管收納槽、甲板室等布置，但是采用纜繩系泊可能會使平臺與LNG船浮態不一致，容易造成事故，而且主尺度和排水量較大，由于收納槽在船左舷，右舷沒有與之相匹配的重量，容易造成橫傾，給平臺的作業造成干擾，同時收納槽要離左舷要有足夠的人行道距離，而且靠球的位置容易影響纜繩系泊的位置，總體的布置不協調。

方案四在方案三基礎上進行了改進，采用吸附裝置和LNG船連接，保證了平臺的浮態能夠隨著LNG船吃水的減小而變化，不會產生風險；收納槽的長度進行了縮短，高度增加，并且在周圍設置了1圈走臺，以覆蓋和保護軟管，方便人員檢修操作；距離左舷保證了至少210 mm的距離，并且將靠球的位置移到了船中間兩側，使其不會影響吸附裝置的布置；跨接軟管在收納槽底部的出口移到收納槽首部，出槽后彎轉180°，然后向后延伸與管匯相連，舷燈也布置在了兩側的欄桿上，可減少甲板的占用面積。為了平衡左舷的重量，使平臺的整體重力和浮力保持平衡，在右舷設置了1個固定壓載艙，裝載礦砂來平衡左舷的重量。

方案五在方案四的基礎上考慮了管系的布置合理性，使設計更加符合工程實際。收納槽外面連接的部分通過三通接頭和甲板上20 in軟管連接，從而減少軟管數量。同時為了調節浮態方便，在右舷增設2個固定壓載箱，使之代替固定壓載艙。

總結每個方案的特點,見表2、3。

表2 各方案缺點對比

表3 各方案優點對比

對比以上5個方案，綜合評價認為方案五符合性能要求且較優。

5 結論

考慮到甲板上的軟管收納、船體的結構重量、LNG船的連接方式，以及整體空間布局的要求，最終選取五種方案五。但在設計中沒有考慮材料選擇和投入使用方面對設計方案的影響，如不同材料對轉接駁使用壽命和安全性以及穩定性的影響。因此，在后續的研究中，還要結合更多實際的作業環境來完善設計方案，如操作方面，配備專業的傳輸操作手冊。安全方面，要劃分出危險區域，要在轉接駁上布置及考慮船上消防、救生設備及逃生路線等。