营口港仙人岛港区LNG码头选址规划方案*

2022-03-07薛天寒张民辉

水运工程 2022年2期

薛天寒，杨欣，沈忱，张民辉，孙平

(1.交通运输部规划研究院，北京 100028；2.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007)

天然气在我国能源结构体系中的地位和作用日益凸显，伴随着绿色发展理念的深入落实和大气污染防治的持续推进，特别是北方地区清洁取暖政策的实施，天然气在国家能源体系中的地位迅速加强，天然气需求量将在未来很长一段时间内稳定增长。作为保障天然气稳定供应的重要方式，海运进口LNG将在供气体系中发挥更为突出的作用[1]。

为落实国家层面LNG码头布局、支撑辽宁省乃至东北地区不断增长的天然气需求，利用营口港仙人岛港区优良的港口资源条件建设LNG码头是十分必要的。

LNG码头具有一定的特殊性和排他性，面对我国沿海船舶流量密集等条件，其选址和规划的技术较为复杂。商丹等[2]结合实际工程经验对LNG码头选址的关键因素进行探讨，赵仓龙等[3]就深圳港LNG船采取单向通航方式进出港时对航路通过能力的影响程度进行分析，房卓等[4]通过建立涵盖LNG船舶通航影响机制的港口运营系统仿真模型对LNG船舶通航影响问题进行了研究，HU Jin-qiu等[5]基于相互依赖网络理论对LNG码头系统的信息-物理-社会危害和风险因素进行分析。

仙人岛港区是双堤环抱形成的大型综合性港区，规划泊位数量大，布置有多个大型原油泊位，通航船型多，陆域资源紧张，LNG码头的选址规划面对技术难题需要破解。本文基于仙人岛港区的建设条件，集成利用多项模型技术，量化分析不同码头选址的影响，论证码头通航和陆域安全，提出平面布置方案，对仙人岛港区科学建设LNG码头起到了关键技术支撑。

1 码头建设条件

1.1 港区概况

仙人岛港区是营口港两大主体港区之一，是辽宁沿海经济带和东北老工业基地振兴的重要支撑，主要承担油气、液体化工品和干散货、杂货运输，规划适时发展集装箱运输，逐步发展成为多功能、现代化的大型综合性港区。2019年完成吞吐量1 929万t，其中原油1 815万t。

港区平面布置上形成“三突堤、六港池”的总体格局，包括液体散货作业区、通用和多用途作业区、集装箱作业区和预留发展区。

1.2 自然条件

1)风。仙人岛港区常风向为S向，频率为14.51%，次常风向为NE向，频率为13.93%，强风向为SSW向，该向≥6级风出现频率为0.57%、该向≥7级风出现频率为0.05%。全年≥6级风出现频率为2.03%，全年≥7级风出现频率为0.22%。要关注≥6级风对LNG船舶的影响。

2)冰。仙人岛港区冰情从每年11月中旬至翌年3月中下旬，平均冰期120 d。港区近海海域以流冰为主，近岸的浅水海岸地带则为固定冰。港区固定冰以西海域有一呈东北—西南走向的流冰带，在风、流等综合作用下往复运动。流冰往往由薄冰、厚冰组成，并有可能在整体港池口门处产生堆积冰现象，平均冰厚1月份为7～15 cm、2月份为15～30 cm。要减少冰对LNG船舶的影响，LNG码头应尽量靠近宽阔水域。

3)浪。据仙人岛测站观测资料统计，常波向为SW向，频率为12.28%；次常波向为N向，频率为11.48%；强浪向为NNW向，该向H4%>1.0 m出现频率为2.08%，H4%>1.5 m出现频率为0.40%，全年H4%>1.0 m出现频率为9.36%，H4%>1.5 m出现频率为1.60%。

1.3 运输需求

仙人岛LNG码头可以通过管道连接干线管道，供应东北地区，也可兼顾供应京津冀地区。未来，东北地区天然气需求增长潜力巨大，供需矛盾依然存在。黑龙江省和吉林省自产天然气不能满足消费需要时，产生的消费缺口将依靠中俄东线管道供应；辽宁省天然气供应的缺口主要依靠沿海LNG补充。因此，营口港仙人岛LNG接收站的供应腹地应立足辽宁、辐射东北。

预测2035年辽宁省天然气消费量将达到200亿m3。除去自产气和陆上管道来气，预计2035年辽宁省沿海港口需要接收147亿m3，约合1 065万t LNG。基于营口市及周边地区需求，预测营口LNG接收站2025年LNG接卸量约300万t。基于仙人岛港区LNG码头的定位和运量需求，结合减少船舶艘次、控制通航影响的考虑，将仙人岛港区LNG码头规模确定为1个15万总吨的泊位。

2 码头选址论证

仙人岛港区是环抱式港池，港池内LNG码头选址的关键因素是通航安全、通航影响和陆域罐区布置问题，港池内掩护条件较好，波浪潮流一般不造成制约。通航安全方面，通过操船模拟试验，分析船舶在航道通航和靠离泊的安全问题；通航影响方面，建立LNG船舶进出港仿真模型，量化LNG船舶对港区其他船舶通航效率的影响；陆域罐区布置方面，选址规划层面关注的是安全问题，论证陆域选址安全可行性。

2.1 选址方案

考虑到围填海政策，在仙人岛南侧已形成陆域区域开展LNG码头选址，根据LNG码头选址和设计要求，基于码头和陆域建设现状，将一港池和二港池间栈桥端部两侧作为选址方案。仙人岛港区陆域形成现状见图1，LNG码头选址方案见图2。

图1 仙人岛港区陆域形成现状

图2 LNG码头选址方案(单位：m)

2.1.1选址方案1

LNG码头位于现状栈桥东侧端部、二港池西侧，布置一个15万总吨LNG泊位，采用蝶形布置，接收站位于二港池顺岸泊位后方陆域。鉴于二港池内水域相对狭窄，回旋水域布置在港池北侧。此方案中，LNG码头栈桥背侧布置有30万吨级原油泊位。

2.1.2选址方案2

LNG码头位于现状栈桥西侧端部、一港池东侧，布置1个15万总吨LNG泊位。采用蝶形布置，接收站位置与方案1相同，位于二港池顺岸泊位后方陆域，回旋水域布置在一港池内。此方案中，LNG码头占用了原规划30万吨级原油泊位的位置，原油泊位将调整至栈桥东侧。

2.2 通航安全分析

依托船舶操纵模型，对两个选址开展船舶航道、靠离泊操纵模拟试验，考虑风流对船舶操纵的影响，试验中采用了极限风速和最不利的大潮涨急、落急流速。

通航安全影响十分关键的两个阶段是口门通航和靠离泊阶段。横风、横流叠加时口门段船舶通航操纵较为困难，部分试验记录见图3，LNG船舶靠船模拟试验记录见图4。

图3 口门段LNG船舶航道航行模拟试验记录(单位：m)

图4 LNG船舶靠泊模拟试验记录(单位：m)

试验结果表明：1)在限定条件下，两个LNG码头选址，设计船型能够安全进出港、靠离泊。2)码头前沿掉头水域，能够满足最大船型掉头操纵的要求。3)限制条件为航道航行、靠离泊时风力≤6级。口门附近涨急流流速较强时达4.07 km/h左右，流向与航道接近垂直，尽管试验中在急流时段能够完成进出港操纵，但急流时段对船舶操纵十分不利，实际工作中应尽可能在缓流时段进行进出港靠离泊操纵。4)优选的操作方式左右舷靠泊均可。根据规范，船首宜朝向有利于船舶紧急离开码头的方向。优选的靠泊方式是方案1左舷靠泊、方案2右舷靠泊。

2.3 通航效率影响

LNG船舶通航的严格管制会对港区其他船舶产生影响，通过建立LNG船舶进出港全过程仿真模型，对仙人岛现状陆域全投产和规划陆域全投产两种工况下的LNG船舶通航影响进行分析。LNG船舶通航管制规则是：待前一艘LNG船舶进港靠泊完成后或离港驶出港区航道后，船舶方允许进出港。分析LNG船舶进出港航路影响范围，由于仙人岛和鲅鱼圈两个港区地理位置较近，大型船舶从外海进入港区经过同一段航路，因此通航效率影响研究范围覆盖两个港区。通航效率研究范围见图5。

图5 通航效率研究范围

2.3.1工况设置

基于营口港相关岸线及水域条件，综合考虑现阶段环渤海区域严格的围填海政策等因素，共设计2组工况，即是否考虑仙人岛预留发展区的船舶流量，用以分析LNG船舶进出对其他船舶进出港的影响，见表1。

表1 通航效率影响基础工况设置

2.3.2仿真结果

仿真结果显示，选址1比选址2影响略大，但差异较小：全年进出港船舶延误艘次占比相差在0%～0.14%，单艘LNG船舶导致的船舶进出港延误艘次相差在0.1～0.7艘，单船进出港平均延误时间相差在0.03～0.26 h。

2.3.3通航优化

通过对LNG船舶的通航组织进行优化，可进一步减缓LNG船舶通航的影响。以现状陆域全投产(工况F2)作为基础工况，采取的优化措施包括允许船舶尾随(优化工况1)、缩短管制距离(优化工况2，从20 m以上吃水船舶登轮点缩短至13～16 m吃水船舶登轮点)以及两种措施共同实施(优化工况3)。从结果来看，允许船舶尾随的优化效果更佳，且两种优化措施共同实施时，LNG船舶通航影响会显著降低，缩短管制距离的方式对鲅鱼圈港区的影响将极大降低。LNG船舶通航效率影响优化效果见图6。

图6 LNG船舶通航效率影响优化效果

2.4 陆域安全分析

选址1与选址2的陆域方案一致。为判断LNG规划陆域选址安全可行性，分析评估国家产业政策、国家及地方的相关规划、外部安全间距及其与周边场所相互影响。分析认为，接收站具备项目建设的良好自然条件，与周边敏感场所、设施的防火间距满足相关规范的要求。

2.5 选址结论

从陆域安全角度，两个LNG选址的罐区布置方案一致。

从通航安全和通航影响角度，两个LNG选址差距不大。根据通航安全影响分析结论，两个选址设计船型都符合安全进出港、靠离泊要求，并存在各自优劣点，技术上总体方案2略优；根据通航影响仿真结论，方案2的通航影响略大于方案1，但差异较小。

从泊位布置角度，方案2选址需占用原规划30万吨级原油泊位岸线，若取消30万吨级原油泊位，则仙人岛原油接卸能力将大幅下降，若调整位置至二港池，30万吨级原油船的操纵空间和安全需要专题研究。

从空间利用角度，LNG罐区位于二港池南侧，方案1位于一港池，管道布置需要穿越栈桥，与二港池油品及液体化学品管道存在交叉可能性。方案1位于二港池，空间利用相对更易统筹。

LNG码头选址论证情况见表2。综合考虑，将方案1作为LNG推荐选址，在二港池西侧、现状栈桥东侧端部规划LNG泊位。

表2 LNG码头选址论证情况

3 码头规划方案

3.1 码头布置

将二港池西侧、栈桥端部区域规划为LNG泊位，布置1个15万总吨LNG泊位(设计船型：26.6万m3LNG船舶)，采用蝶形布置。栈桥内侧维持原有成品油和液体化工品泊位规划方案。二港池南侧考虑到岸线后方布置有LNG罐区，在通过安全论证前，作为预留泊位。规划实施阶段，严格落实规范和安全要求，保障船舶靠离泊和码头运营安全。码头布置方案见图7。