油氣化工碼頭岸電設施設計重難點分析

楊亞賓 李偉儀 覃 杰

中交第四航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

我國自2010年首次采用高壓岸電系統(tǒng)開始，船舶岸電設施建設逐步在全國推廣。根據(jù)交通運輸部網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年年底，全國已建成岸電設施3 700余套，覆蓋5 200余泊位。建設船舶岸電設施已成為大勢所趨，但是對于油氣化工碼頭建設船舶岸電設施，政府部門、建設單位、設計單位及船級社均未形成明確的結論，也沒有完整的設計方案，給從業(yè)人員造成了較大困擾。

2 油氣化工碼頭船舶岸電設施的背景及現(xiàn)狀

2.1 研究背景

遵照JTS 155-2012《碼頭船舶岸電設施建設技術規(guī)范》，對油氣化工碼頭未做明確要求，鑒于安全考慮，油氣化工碼頭一般不建設船舶岸電設施。JTS 155-2019《碼頭岸電設施建設技術規(guī)范》也未增加油氣化工碼頭類型[1]。

交通部2018年12月發(fā)布的交海發(fā)〔2018〕168號《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實施方案》對船舶靠港使用岸電要求規(guī)定：“2019年1月1日及以后建造的中國籍公務船、內(nèi)河船舶(液貨船除外)和江海直達船舶應具備船舶岸電系統(tǒng)船載裝置”。該文對船舶岸電系統(tǒng)船載裝置的要求將液貨船排除在外。

2020年2月1日起正式施行的《港口和船舶岸電管理辦法》，其解讀文件中指出“考慮到油氣化工碼頭安全風險較大，防爆要求高，實踐經(jīng)驗不足，暫不具備推廣使用岸電的條件，因此未對此類碼頭岸電設施建設進行強制性規(guī)定。同時考慮到岸電技術的進步和今后應用的可能，新建、改建、擴建的油氣化工碼頭應當預留岸電設施的空間或通路。”

2.2 油氣化工碼頭船舶岸電設施建設現(xiàn)狀

自2018年3月交通運輸部2號令頒布后，國內(nèi)油氣化工碼頭在規(guī)劃、設計時基本會考慮建設船舶岸電設施的可行性，具備可行性時，設計單位提供設計方案；當現(xiàn)行技術不能提供成熟方案時，會考慮預留岸電配電裝置安裝空間和電源容量。

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)油氣化工碼頭船舶岸電設施的已建案例有3套，分別為：江蘇索普港海納川?；反a頭800 kVA岸電系統(tǒng)、浙江嘉港石化碼頭2 MVA岸電系統(tǒng)和嘉興美福石油碼頭2 MVA岸電系統(tǒng)。這3套岸電設施存在幾個共同點：①岸電插座箱和電纜絞車上電機等電氣設備采用防爆設計[2-3]；②均為低壓上船；③船上無配套的岸電受電裝置，需要岸上提供轉接箱，且愿意使用岸電的船舶多為碼頭方自家船只。

3 設計方案重難點分析

船舶岸電系統(tǒng)主要由岸基供電系統(tǒng)、船岸連接系統(tǒng)和船載受電系統(tǒng)組成。對于油氣化工碼頭船舶岸電系統(tǒng)，岸基供電系統(tǒng)一般安裝在爆炸危險區(qū)域之外的碼頭工作樓內(nèi)，與其他類型碼頭船舶岸電系統(tǒng)沒有區(qū)別。油氣化工碼頭船舶岸電系統(tǒng)的重難點主要包括船舶岸電系統(tǒng)容量的確定、船岸連接系統(tǒng)的設備布置及防爆岸電插接件。

3.1 電容量需求不明確

船舶岸電系統(tǒng)的系統(tǒng)容量由船舶靠泊、裝船或卸船作業(yè)時的用電需求決定。當無岸電可接入時，由船舶輔機提供電源，所以單泊位岸電系統(tǒng)容量，一般以該泊位允許靠泊船舶的最大單臺輔機的額定容量作為參考。

JTS 155-2019《碼頭岸電設施建設技術規(guī)范》附錄A給出了干散貨、集裝箱、郵輪等船舶輔機功率，但未包含油氣化工船舶。在船舶資料庫查詢船舶相關資料，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，同量級油氣化工船舶的配置存在較大差異。且油氣化工船舶卸貨作業(yè)時，主要用電負荷為卸料泵、平衡泵，此類用電負荷信息很難得知。若要確定岸電系統(tǒng)容量，需針對所建設泊位?？看斑M行用電需求調(diào)研，此類數(shù)據(jù)可通過船方和碼頭運營公司獲取。

3.2 上船電壓等級與容量的矛盾

考慮到經(jīng)濟性和電纜連接的可實施性等因素，上船電壓等級一般根據(jù)容量確定。JTS 155-2019 《碼頭岸電設施建設技術規(guī)范》4.2.3條：供電容量小于630 kVA時，可采用低壓供電方式；供電容量為630 kVA～1 600 kVA時，宜采用高壓供電方式；供電容量大于1 600 kVA時，應采用高壓供電方式。

但船舶輔機一般為低壓發(fā)電機，設備用電為低壓三相電源。大容量岸電設施存在著這一矛盾，岸方和船方必須有一方需要作出妥協(xié)，在本方范圍內(nèi)進行電壓等級變換。大容量岸電設施采用低壓上船方式時，多根大電纜的連接對電纜提升裝置、岸電箱和船舶接電箱等設備提出更高技術要求，連船操作也變得困難。市場上缺少高壓防爆插接件是高壓上船方案的重要制約因素。

3.3 船岸連接系統(tǒng)的設備布置受限

船岸連接系統(tǒng)主要包含岸電箱、電纜提升裝置(上船電纜可人工提升時取消)和插接件，設備一般布置在碼頭面上，對于油氣化工碼頭，其安裝位置主要受爆炸危險區(qū)域、船舶接電位置影響。

3.3.1 爆炸危險區(qū)域的影響

船岸連接系統(tǒng)的電氣設備是否需要采用防爆型設備，取決于安裝位置是否處于爆炸危險區(qū)域內(nèi)。工程實際中爆炸危險區(qū)域的平面劃分較為保守，常見劃分見圖1。

圖1 碼頭爆炸危險區(qū)域劃分平面圖

實際上船舶外沿四周15 m范圍內(nèi)并不全是爆炸危險區(qū)域2區(qū)，根據(jù)IEC 60092-502，閃點不超過60℃易燃液體貨輪，以船舶艙口、管道法蘭、排氣口等釋放源為中心，半徑為3 m的范圍內(nèi)可劃為2區(qū)[4]。船舶尾部主要是駕駛室和機艙，無釋放源。若船岸連接設備不在岸上裝卸設備的爆炸危險區(qū)域內(nèi)，則船岸連接設備可以采用非防爆設備；否則，船岸連接系統(tǒng)內(nèi)的電氣設備應采用防爆設備，如岸電箱、插接頭、電纜絞車的電機及配套電氣設備。

3.3.2 碼頭平面形式的影響

油氣化工碼頭的平面方案主要有一字型布置、蝶式布置兩種，兩種不同形式的平面，也決定著船岸連接系統(tǒng)的設備布置方案。

船舶靠泊一字型布置的碼頭時，船身可與碼頭貼臨，且碼頭平面空間較充裕，岸上接卸裝置主要集中在船艙接卸口附近，船尾對應的碼頭區(qū)域有空間可供岸電設備安裝。國內(nèi)已建岸電設施的案例都屬于該工況。

船舶靠泊蝶式布置的碼頭時，船身僅貨艙段與碼頭平臺貼臨，船首船尾通過纜繩系在系纜墩，船舶噸級越大，船尾接電位置離碼頭距離越遠(見圖2)。如果將船岸連接設備設置在系纜墩上，則無法直接將電纜提升至甲板，可能需要通過小船運送，操作難度大。如果將船岸連接設備設置在工作平臺上，也存在3個難點，分別是：工作平臺需要加大，增加投資；設備大概率將處于爆炸危險區(qū)域內(nèi)，需采用防爆設備；電纜提升上船后，需從船身中部連接至船尾，連船操作困難。

圖2 蝶式布置碼頭平面圖

4 結語

通過梳理政策背景，調(diào)研建設現(xiàn)狀，基于常規(guī)的船舶岸電設施，總結了油氣化工碼頭船舶岸電設施主要的實施難點有：缺少油氣化工船舶用電負荷信息，樣本容量小，岸電系統(tǒng)容量難確定；大容量岸電系統(tǒng)上船電壓等級難確定，低壓上船電纜多，高壓上船缺防爆插接件；船岸連接設備設置位置難確定，若想使用非防爆設備，需要謹慎選擇安裝位置，避開爆炸危險區(qū)域；蝶式布置的碼頭缺少合適的安裝位置，加設岸電的工程投資較大，且也存在電氣設備防爆和連船操作困難的問題。