某LNG项目海水取排水设计方案探讨

吴兆和

江苏省电力设计院 江苏南京 211102

1 工程概述

为了满足江苏省天然气的需求，拟在江苏省盐城滨海港投资建设液化天然气（LNG）项目，项目包括接收站工程、码头工程。为满足本项目管壳式海水气化器的热交换工艺，需建设一座海水取排水设施，利用海水热量对LNG进行加热气化。项目一期完成取排水设施的土建工程，配置4台海水泵（3用1备），总供水量为23,400m3/h（约6.5m3/s）；二期增加2台海水泵，5用1备，总供水量为39,000m3/h（10.8m3/s）。

2 工程地质条件

2.1 地质条件

在钻探深度范围内，土层自上而下分布为：

（1）素填土主要成份为粉质粘土，可塑-硬塑状，土质不均匀，混多量粉土及植物根系，工程性质相对较差；

（2）②粉土呈中密-密实状，土质均匀，层位稳定，平均标贯击数N=33.3击，工程地质性质较好。②淤泥质粘土，具有含水率高、孔隙比大、强度低、压缩性高、土质不均等特性，为该区的软弱土层；

（3）①粘土、②粉质粘土、③粉土一般呈硬塑状，④粉细砂呈中密-密实状，土质整体相对较好；

2.2 水文条件

（1）设计水位。根据《火力发电厂水工设计规范》中的规定，取水构筑物应按保证率为97%的低水位设计，并以保证率99%的低水位校核，100年一遇高水位4.34m历时累积频率1%高水位3.20m历时累积频率98%低水位0.44m；50年一遇高水位4.26m[1]。

（2）波浪。根据六合庄海洋站（N34°16´、E120°17´）2000-2006年实测波浪资料统计，该区常浪向为ENE向，次常浪向为NE向，出现频率分别为12.85%，11.17%，强浪向为NE向，该向H4%≥1.3m的波高出现频率为0.95%，H4%≥1.6m的波高出现频率为0.25%。

（3）潮流。根据水动力计算结果，涨急时新南港池内流速较小（<0.1m/s），无明显的涡流，外面潮流沿着深槽进入港池内部；落急时港池内流速同样较小（约0.1m/s），但有明显的顺时针涡流。港池南侧存在涨落潮水流均为西向流区域。近期港池条件下，港池内南防波挡沙堤近岸堤根部涨落潮流速基本在0.10m/s以下，码头附近涨落潮流速基本在0.15m/s以下，港池口门及航道区域作为港池水体的主要进出水域，最大流速为1.60m/s。

（4）海水温度。根据六合庄海洋站2008年03月-2012年02月海水温度监测。海水温度低于6℃的月份主要为1月和2月，12月和3月各年海水最低温度均低于6℃，4月也可能出现最低温度低于6℃的情况。

（5）海水水质。工程所处海域由于陆域污染项目少，污水排放量小，海水水质始终保持在III类海水标准以上，其中PH、生化需氧量、六价铬、挥发酚主要指标满足II类水质标准。滨海港入海口水来自中山河，沿途无工业污染企业，水质优于其他入海口。

（6）水体含沙量。滨海港近期港池条件下，港池内南防波挡沙堤根部含沙量约0.02kg/m3，LNG码头附近含沙量约0.02kg/m3，口门附近含沙量约0.2kg/m3，航道内含沙量约0.9kg/m3。

3 海水取排水工程总体布置方案比选

3.1 海水取水深度要求

无论是顶管蘑菇头取水还是直接取水，取水口（头部）位置应尽量选择在海床稳定有足够水深区域，不冲不淤，在考虑足够的取水量的同时还需考虑波浪影响和维持足够的备淤深度[2]。

（1）安全取水位。安全取水位应考虑在校核低水位时波浪作用下仍能安全取水，经计算本项目安全取水位为-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为最小安全取水位。

HLA为保证率97%的低水位，由于缺少该参数，暂取历时累计频率98%低水位，取0.44m；HLAT并通过保证率99%低水位校核，由于缺少该参数，暂按50年一遇低水位减0.25计算，取-0.86m；hB为波高，取相应水位下50年一遇H1%波高，暂取4.0m；0.5为保证吸水的安全高度。

（2）取水头部最小泥面高程。取水头部最小泥面高程在考虑足够取水量的同时，还应考虑足够的备淤深度，经计算本项目取水头部最小泥面高程为-7.86m，这里取取水头部最小泥面高程为-8.0m作为后续设计依据。

H下min≤H上min-h1-3.0=-7.86m

式中H下min为取水头部最小泥面高程；h1为进水窗高度，一般为2m左右，这里取2.0m；3.0为备淤深度，应根据实际回淤厚度确定，一般宜大于3m。这里暂考虑1m/a的回淤强度，可满足每3年清淤一次。

3.2 取排水总体布置方案

（1）方案一新南港池内取水，港池南外侧排水新南港池内取水。海水泵房布置于防潮堤与储罐之间的原施工用地上，同时考虑远期新建泵房用地要求。泵房距离防潮堤背水侧坡脚线100m，距离LNG储罐超过45m。引水管采用顶管的方式，通过2根长360m、直径2.4m的钢制顶管进行引水。取水头部布置于工作船码头与一期LNG码头之间以西区域。为满足取水要求，取水头水域疏浚至-8.0m。

排水口布置于新规划南护岸以南。项目一期排水口排向海侧，距离防潮堤约400m，距离火炬塔超过50m。为减少排水对火炬塔基础的影响，排水口排放方向面向东南。

该方案的优点是泵房布置于陆域，施工难度有所降低；排水距离短，取排水口之间有护岸阻挡，不会形成冷排水回流。该方案的缺点是引水管需顶管施工，存在一定施工难度；排水进入港池以南海域，受到环境影响评价、海域使用等方面的限制。

（2）方案二新南港池内取水，港池内南侧排水

新南港池内北侧取水，港池内南侧排水。取水头、海水泵房及引水布置方式与方案一相同。排水口布置于新南港池内，新规划南护岸根部，采用喇叭口排水。为减少冷排水对取水的影响，沿排水口北侧设置长1250m导流墙将排放冷水直接排放至船舶掉头区，排水渠末端距离取水口960m。

该方案的优点在于取排水口均位于新南港池内，受船舶及其他利益相关方相互影响少；泵房陆上施工建设，施工难度有所降低。该方案的缺点是取排水口同在一港池内，排放冷水会影响取水水温；导流墙工程量大，增加工程投资。

（3）方案三新南港池内取水，原港池（南防波挡沙堤北）排水新南港池内取水。取水头、海水泵房及引水布置方式与方案一相同。排水口布置于南防波挡沙堤根部北侧，原滨海港池内，采用喇叭口排水。为减少排水对堤岸及防波堤的影响，排水口朝向东北布置。

该方案的优点是泵房布置于陆域，施工难度有所降低；取排水口之间有南防波挡沙堤阻挡，不会形成冷排水回流[3]。该方案的缺点是从ORV气化器至排水口，需经过数家用地、用海单位，各方协调难度及成本巨大。

3.3 取排水布置方案比选

对于三套取排水布置方案，主要从以下4方面进行比选：

（1）从取排水相互影响来看，方案一、方案三取水和排水区域分别在两个区域，相互影响较小；方案二取排水均在同一水域，取排水存在相互影响。

（2）从施工难度来看，方案一和方案三难度相当；方案二除需要进行导流墙建设，总体难度最大。

（3）从环评难度、海域使用申请难度、与各相关单位协调难度来看，方案一申请排水用海困难（详见附件2）；方案三的排水通道与相关单位协调难度大、成本高；方案二均无以上顾虑。

（4）本项目方案一内取南排方案工程总投资32,688万元，其中建筑工程费17,922万元。本项目方案二内取内排方案工程总投资32,961万元，其中建筑工程费18,155万元。本项目方案三内取北排方案工程总投资31,521万元，其中建筑工程费17,163万元。

综合以上对比因素，选择方案二为取排水工程总体布置方案。

4 结语

（1）根据最新设计参数，确定取水头安全取水位为-2.86m，取水头部最小泥面高程为-8.0m。

（2）根据最新港池布置方案，提出三套取排水布置方案。综合考虑海域使用、利益相关方协调等因素，推荐采用方案二（内取内排）。

（3）推荐方案取水头采用明挖水下施工；引水管采用顶管施工海水泵房采用沉井施工；供水管及排水管采用地下浅开挖施；排水口采用明挖施工。取排水工程分为两阶段，土建工程施工工期16个月；设备安装及调试工期6个月。