躉船與活動鋼引橋搭接處軟管布置方案優化

曹宇，黃兆睿

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430071）

1 引言

為了提升企業核心競爭力，打造一流乙烯裝置，積極推進技術進步、挖潛增效工作，中韓（武漢）石油化工有限公司擬在現有8×105t/a乙烯的基礎上，通過挖潛、改造，將乙烯生產能力擴至1.1×106t/a。為滿足新增3×105t/a乙烯項目原料運輸以及今后發展需要，計劃安排新增7×105t/a的運量從碼頭運輸。但從現有的9#液體化工碼頭的實際運營情況，其通過能力已無法滿足新增物料運輸的需要。為此，中韓（武漢）石油化工有限公司擬在現有9#碼頭下游新增1個5 000 t級液體化工泊位，即10#碼頭。

2 優化緣由

根據漢口水文站的資料分析，10#碼頭工程設計高水位25.77 m（重現期50 a），設計低水位8.77 m（當地航行基面），設計高、低水位差值達到17 m，因此，該碼頭采用浮式碼頭架構形式。高、低水位變化時，躉船與活動鋼引橋之間會產生橫向位移，而由躉船與活動鋼引橋間產生的位移量一般依靠設置柔性軟管進行吸收，既能起到補償位移量的作用，又能良好地適應端點間的相對位移。根據相關規范，本工程躉船設計采用鋼撐桿消能，極大地限制了躉船的位移，使躉船與活動鋼引橋之間的橫向位移超過了常用錨固消能的1 m，達到了1.5 m，水工結構方案在躉船的岸側距上下游端9 m處各布設1套撐桿式消能設施，撐桿以撐墩為中心，隨水位漲落與躉船同步上下浮動。高、低水位碼頭躉船起落行程斷面設計圖如圖1所示。

由圖1可知，躉船隨水位漲落進行上下浮動，同時搭接在躉船甲板面上的鋼引橋活動端也隨之進行橫向移位，此處采用柔性軟管連接躉船和鋼引橋上的管線，以吸收躉船在上下浮動時，鋼引橋活動端產生的全部橫向位移量。鋼引橋上管廊布置各類物料管線13根，預留3根，管道數量較多，鋼引橋與躉船搭接處柔性軟管的布置可以確保有足夠的余量吸收浮動鋼引橋活動端產生的橫向位移量，便于拆卸與安裝，結合躉船與活動鋼引橋搭接處的特征及10#碼頭工程管道的數量，活動鋼引橋擬設計寬度為9 m，橋面上的管道采用單層布置（見圖2），搭接處管道采用軟管柔性連接。

圖1 高、低水位碼頭躉船起落行程斷面設計圖

圖2 活動鋼引橋單層管道布置斷面圖

活動鋼引橋長60 m，寬9 m，高8 m，總重約180 t。安裝如此龐然大物，需在長江水位達到設計安裝高度，且在躉船拋錨定位完成后實施。根據住房城鄉建設部令第37號《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》，吊裝該活動鋼引橋屬于“跨度36 m及以上的鋼結構安裝工程，或跨度60 m及以上的網架和索膜結構安裝工程”超過一定規模的危險性較大的分部分項工程，該活動鋼引橋的寬度及總重導致其安裝難度大、風險高，對躉船的穩性也有一定的影響，且安裝其所需的浮吊船舶調遣非常困難。因此，在不影響躉船的穩性，躉船與活動鋼引橋搭接處的管道柔性連接安全、可靠的前提下，需對鋼引橋的尺寸、重量進行優化。

3 原因分析

通過對影響軟管布置的各種因素進行分類，采用5M1E即人、機、料、法、測、環的方式綜合分析。因9 m寬活動鋼引橋未建造，排除了測量因素，將分析出的影響躉船與活動鋼引橋搭接處軟管布置的原因繪制成魚骨圖，詳見圖3。

圖3 原因分析魚骨圖

1）10#碼頭工程設計人員同類型項目設計經驗豐富，對躉船與活動鋼引橋搭接處軟管布置方案有深入研究。“人”的因素非主要原因。

2）碼頭裝卸的不同物料具有不同的特性，其腐蝕強度、毒性、危險等級等對軟管的類型有不同的要求。10#碼頭裝卸的主要物料為石腦油、C5、LPG（液化石油氣）、丙烯等，均為有毒，易燃易爆，輸送物料采用的軟管為金屬軟管，根據輸送各物料工況，各金屬軟管有其相對應的壓力使用范圍，查閱GB/T 14525—2010《波紋金屬軟管通用技術條件》可得出金屬軟管的使用壓力范圍，以及軟管爆裂時的爆破壓力等數據，且國內金屬軟管供應商很多，制造技術非常成熟。10#碼頭工程有PN25和PN40兩種設計壓力，均在金屬軟管適用壓力范圍內?！傲稀钡囊蛩胤侵饕?。

3）管線數量越多，若單層布置，其布置所占的空間越大。由于輸送各物料的軟管類型口徑的不同，且在活動鋼引橋上布置了13根管線及3根預留管線，通過縮小間距、調整管架形式等調整布置方式。而多根管線布置時需要考慮相互之間防擠壓等，所以，管線的數量是直接影響活動鋼引橋寬窄的因數；保溫隔熱常用于低溫物料管線或高溫物料管線，如LNG，低溫乙烯，蒸氣及蒸氣伴熱管線。其增加軟管重量，增加變形阻力，擴大管線布置間距，但對軟管實際變形不產生根本影響。10#碼頭工程僅有C5、LPG、丙烯需要保冷，所以，保溫隔熱對本項目的軟管布置影響較小?！胺ā钡囊驍禐橹饕颉?/p>

4）經查閱相關規范，對應管徑下金屬軟管和復合軟管的彎曲半徑見表1?？芍饘佘浌茏钚≡试S彎曲半徑遠大于復合軟管最小允許彎曲半徑。10#碼頭裝卸的主要物料均采用金屬軟管，彎曲半徑大?！皺C”的因數非主要原因。

表1 金屬軟管和復合軟管的彎曲半徑

5）躉船隨水位的漲落上下浮動，進而在躉船與活動鋼引橋之間產生橫向位移。通過對高、低水位時躉船邊緣到活動鋼引橋端部定位點的距離計算，10#碼頭躉船隨年最高水位與年最低水位變化產生的橫向位移量為1.5 m。產生的橫向位移量全部靠軟管來吸收，但高低水位差為自然因素，無法人為調控；因操作人員需經常在躉船上進行閥門開關操作，所以，軟管的布置要考慮操作人員上下躉船方便、安全，同時避免由于軟管數量較多，布置不合理，導致通行空間狹小，引發操作人員踩踏軟管，致使軟管使用壽命縮短；躉船隨水位的漲落上下浮動，軟管在活動鋼引橋移動過程中磨損，造成軟管的使用壽命縮短，軟管的使用壽命為8～10 a，實際定期約2 a需要進行檢測及更換?！碍h”的因素非主要原因。

4 優化措施

針對上述分析出的主要原因，按“5W1H”原則制定相關措施，具體措施為：（1）活動鋼引橋上的管架采用雙層設置，縮小管線布置空間。10#碼頭共有各類物料管線13根，預留管線3根。所有管線在活動鋼引橋上分兩層布置，縮短鋼引橋寬度至6 m，詳見圖4。（2）考慮到躉船甲板面上空間有限，在躉船甲板面上設置雙層軟管托架平臺，13根軟管分兩層鋪設在軟管托架平臺上。如此即可滿足軟管的檢維修、拆卸與安裝的要求，又保障了操作人員的通行便利。

圖4 活動鋼引橋雙層管道布置斷面圖

5 優化結果

通過對活動鋼引橋上管線布置的優化，采用雙層布置的方式縮短了活動鋼引橋寬度，將其寬度由9 m縮減至6 m，直接減少了鋼引橋所需鋼量，減少制造成本和施工成本約108萬元，同時還提高了躉船穩性。躉船甲板面上設置雙層軟管托架平臺，有效利用了躉船甲板面上軟管布放所需空間，此方案的優化既可良好地吸收高、低水位變化時躉船與活動鋼引橋間的1.5 m橫向位移量，又降低了軟管擠壓情況的出現，減小了軟管的磨阻，保障了軟管的使用安全，為碼頭的裝卸安全提供了保障，也為躉船操作人員的通行、操作提供了便利。

6 結語

浮碼頭活動鋼引橋管線布置問題一直是浮碼頭研究的重要問題之一，在保障裝卸安全、操作安全的基礎上，如何合理布置管線，減小鋼引橋寬度，良好地吸收橫向位移量等問題的解決方案有待進一步改進和完善。今后將依托BIM三維建模，結合最新的技術研究不斷創新，為設計和項目做好服務。