液化天然气接收站取排水口位置选择分析

逄 永 健



液化天然气接收站取排水口位置选择分析

逄 永 健

（中海油山东化学工程有限责任公司，山东 济南 250000）

液化天然气（LNG）接收站取排水口位置的选择影响着接收站总平面布置的合理性和接收站运行的经济性。从几方面分析了在选择取排水口时需注意的问题，并详细和举例说明在选择取排水口时需要考虑的几个重要因素。

液化天然气接收站；气化器；取水口；排水口；最大温降

随着国家和地方政府对环境保护的高度重视，使用清洁能源逐步取代以煤为主的能源消费正快速推进。天然气作为一种清洁、优质能源，在能源消费中的比例也在逐步增加，液化天然气（LNG）作为天然气能源中的重要组成部分，其需求量也随之快速增长。目前国内使用的LNG大部分是进口，一般采用LNG运输船运至中国沿海地区，再通过沿海的LNG接收站接收、储存，最后外输至用户。

LNG接收站的外输主要为气态外输，目前国际上用于LNG接收站的气化器主要分为以下几类：开架式气化器 (ORV)、中间介质气化器（IFV）、管壳式气化器(STV)、浸没燃烧式气化器（SCV）。ORV是以海水作为气化器的加热介质，对海水水质要求较高。IFV是以丙烷作为中间加热介质，采用海水作为加热源气化，可以在海水水质较差环境下使用。STV的热源是空气，因其占地面积很大，通常不被采用在LNG接收站。SCV是燃烧天然气将水加热，再由热水加热LNG使其气化，但因其需消耗天然气，一般用作其它气化器的备用。

因此目前LNG接收站采用的气化热源主要是海水，而且海水的使用量很大，单台一般能达到6 500 m3/h，大部分接收站的气化器都在6台以上。因此接收站建设时需要考虑取海水口和排海水口的位置选择。取排水口的布置位置需要考虑取水处的水质、最低低潮位、对船舶靠泊影响，同时还要考虑取水口和排水口之间相对位置，避免冷水短路回流，尽可能取进高温海水，确保接收站的取水工程的经济运行，也避免对海洋生态环境的影响。

1 取水口处水质

由于海水的不同水质对气化器的选择有着不同要求。一般为确保开架式气化器（ORV）防腐层不出现问题，海水中含固体悬浮物浓度应小于10 mg/L[1]；中间介质气化器（IFV）虽然可以在海水水质较差环境下使用，但如果海水被污染或者包含对设备有害的物质而不能使用海水的场所，则需要选择浸没燃烧式气化器（SCV）。

IFV的价格是ORV的几倍，而SCV则需要消耗1%~2%的气化生产出的天然气作为燃料气，运行费用较高，所以在布置取水口位置时尽量避免在航道、排污口等附近。最好选在海水水深较深、海水流动性好的开敞区域，以避免浅海的海底泥沙和海面漂浮污染物进入取水口，造成设备故障，影响取海水设施的正常运行。

2 最低低潮位

为保证取海水口能够在低潮位时依旧吸进足够的海水，取海水口的高程确定应在当地最低低潮位以下2~3 m，如果水文资料中的设计低水位或校核低水位在最低低潮位以下，则应将取海水口高程确定在设计低水位或校核低水位以下2~3 m处。

3 船舶靠泊影响

《液化天然气码头设计规范》JTS 165-5-2009中规定液化天然气船舶靠泊操作时海水横流小于0.5 m/s，顺流小于1.0 m/s（横流指与船舶的夹角大于等于15°的水流，小于15°的为顺流）[2]。所以在布置排海水口时尽量远离LNG码头，如果无法避免时也不要直接朝向LNG码头，以减少对码头局部区域海水流速的干扰，影响LNG运输船安全靠泊。

4 取水口与排水口之间相对位置

使用海水对LNG进行气化，会使经过LNG气化器的海水温度降低，为控制水温降低对一定区域内海洋生态环境的影响,要求海水气化器出水温度与当地海水的温差控制在5 ℃以内。

针对以上原因，取水口和排水口布置时需要保持一定的距离，以避免低温海水一直被循环使用，造成海水温降过大。取排水口之间距离的多少会受到其布置的位置、潮流方向及大小的影响。如果取水口和排水口之间有较大的阻挡物，二者距离较远，海水的温降会较小。如果因条件限制取排水口之间距离较近，则需要进行数模分析或物模试验判断。

本文结合某LNG接收站的取排水工程数模分析，说明阻挡物、潮流方向、大小对海水温度的影响。

根据设计方案，LNG接收站取水口位于港池内陆域岸线东侧,排水口位于港池内陆域与防波堤夹角处，详见图1。取排水量为48 500 m3/h，取排水温差为5 ℃。

本工程西侧防波堤建成后，港内形成封闭型水域，潮流动力减弱，港内大部分水域平均流速在0.1~0.2 m/s；本工程码头区及回旋水域在涨潮时受涨潮流的影响，存在一个带状分布的流速较大区域，大潮时该区域最大流速可达0.6 m/s，流向向东，基本与本工程码头轴线平行。

为了研究排水口位置对取水的影响，分别对两个方案冷排水随潮流的运动进行模拟。温降场的分布采用全潮最大温降包络线图表示，从直观上理解，最大温降包络线就是所有任意时刻等温降线所围区域的并集。本次模拟了15 d的潮流运动和温度场分布。

两个方案的冷排水随潮流的扩散情况详见图2和图3。

图2 排水口方案一最大温降包络线

从包络线的分布可以看出，采用港内排水的方案一由于港内动力较弱，冷水团主要集中在以排水口为中心、防波堤内侧和本工程岸线形成的三角形区域内，在涨潮时冷水团在由口门进入沿本工程护岸前沿的较强的潮流带动下向东移动，从而对取水口的温度造成影响，冷排水对取水口的温度影响最大为0.6 ℃。对于采用港外排水的方案二，冷排水在较强的潮流带动下向南北两侧海域扩散，很难形成明显的低温水团，涨潮时冷水向北运动，落潮时向南运动，但由于港内水体向外流出，因此冷水很难进入港内，仅在低潮转潮阶段部分越过航道以南的冷水随涨潮流进入港内从本工程护岸前流过，对取水口造成一定影响，冷排水对取水口的温度影响最大为0.05 ℃，影响更小。

由于冷排水方案二需要穿越防波堤，需要同当地港务部门协商，所以两个方案的选择还存在外部不确定因素影响。

因此在进行数模分析前选择取排水口位置时预先预判潮流的方向和大小对海水温降的影响，这样在数模分析时能提高选择位置的可行性，但同时也要考虑一些外部条件因素影响。

5 对海洋生态环境的影响

为防止海洋生物在LNG气化器和海水系统中附着造成设备故障，在取水处会投加一定量的次氯酸钠，这样导致排出的海水中还有一定量的余氯。海水中的余氯会破坏浮游植物细胞中有关酶的活性，影响细胞代谢，抑制其光合作用和呼吸作用，造成其死亡。对于鱼类，余氯会损害鱼的呼吸器官鳃，影响呼吸或把血液中血红蛋白氧化成正铁血红蛋白，使血液的pH值下降，降低血液运输氧的能力，最终使鱼类缺氧而死。为避免余氯对区域内海洋生态环境的影响,排除海水的氯含量要求控制在0.2 mg/L以内[3]。

如果排水口处的水体相对稳定扩散较慢，会造成余氯的积累，使一定区域范围内余氯浓度超过生物的适应范围，破坏海洋生态环境。因此在选择排水口位置时应避免选在潮流动力较弱区域，如港池内的死角处，建议选择在潮流动力较强区域或开阔的海域。

6 对接收站总平面布置的影响

LNG气化用的海水是使用海水泵房加压后通过防海水腐蚀的玻璃钢管送至气化器，如果距离较远会增加投资费用和运行成本[4]，故二者宜靠近布置，但由于耐低温的LNG管道价格昂贵，64英寸可达到10万元/m，因此气化器也应靠近LNG储罐布置，而LNG储罐的位置又和LNG码头的位置有关，所以在选择取水口时还需要结合接收站的总平面布置综合考虑确定[5]。

经过LNG气化器后的海水会通过海水明渠排至大海，该海水渠一般宽4~5 m，深3~4 m，所以在选择排水口位置时还要兼顾海水渠的布置，使其尽量避免穿越整个厂区。

7 结束语

取排水口作为LNG接收站的重要部分，其选址位置除考虑上述的几项因素外，还应考虑在使用运行过程中可能出现的问题及解决办法，如取水口的清淤问题等，所以取排水口的选址是一项复杂性的工作，需要综合判断各方面的因素，才能选出科学合理的位置。

［1］ 吴时强，周杰，吴修锋. 液化天然气接收站取排水工程冷排水影响预测与分析[J]. 水利水运工程学报，2007(3)：38-43.

［2］ JTS 165-5-2009 液化天然气码头设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 张继周. LNG接收站工程冷排水及余氯排放对海洋生物的影响研究[J]. 科技创新与应用，2013(17)：64.

［4］ 王勇. 中国石油唐山LNG项目站址技术评估与比选[J]. 天然气技术与经济，2014，8(3)：53-55+64.37-40．

［5］ 秦慧艳，刘家洪，余翔，等. 液化天然气工厂厂址选择和总图设计要点[J] .天然气与石油，2013(6)：23-25.

Selection of Water Intake and Outfall Location in LNG Receiving Terminal

PANG Yong-jian

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.,Ltd., Shandong Jinan 250000，China)

The water intake and outfall location of liquefied natural gas (LNG) receiving terminal can affect the rationality of the general layout and the economy of operation. In this paper, some problems in selection of the water intake and outfall location were analyzed; several important factors to affect selection of the water intake and outfall location were discussed.

liquefied natural gas receiving terminal; gasifier; water intake; water outfall; maximum temperature drop

TE 624

A

1671-0460（2016）06-1281-03

2016-04-10

逄永健（1981-），男，山东省济南市人，工程师，工程硕士学位，2015年毕业于山东建筑大学城市规划与设计专业，研究方向：城市规划与设计，从事总图运输设计工作。E-mail：pcl21@163.com。