◎华永福 武汉长江航运规划设计院有限公司

1.项目背景

为服从国家长江生态保护战略的需要，服务长江经济带“绿色发展”的大局，配合湖北省、宜昌市两级政府的工作，按照宜昌市政府统筹安排，中长燃宜昌油库码头位于中华鲟自然保护区内，限期2021年底完成迁建并撤除原宜昌油库码头。拟将宜昌油库迁至枝江姚家港化工园区，油库码头迁至长江枝江罗家河港区。油库迁建规划图如图1所示。

图1 油库迁建规划图

2.工程概况

中长燃枝江油库码头工程拟建设5000吨级成品油进出口泊位1个，设计年吞吐量81万吨/年。配置相应的装卸设备，配套建设相应的供电照明、通信、环保、给排水、消防等工程以及生产和辅助生产设施。设计通过能力85万吨/年。

码头结构采用浮码头型式，码头主要由趸船、活动钢引桥、撑杆及撑杆墩、阀室平台、纵横向管廊、消防变电平台组成。码头结构如图2所示。

图2 中长燃油库码头效果图

3.消防取水设计

本码头主要装卸物料包括汽油属甲B类危险物质和柴油属乙B类危险物质。根据泊位装卸物料性质，本工程火灾危险性为甲B类，码头防火分级按河港一级码头确定。由于周边无满足码头消防需求的城市自来水管网接口，码头消防水源采用长轴深井消防泵抽取江水提供。最大一次消防用水量为2581m3（其中码头消防泵供水量为1933m3、趸船消防泵供水量为648m3）。

在阀室平台顶设置消防泵站，设置电动长轴深井消防泵1台（流量150L/s，扬程1.2MPa，功率315kW/10kV）、柴油机长轴深井消防泵1台（流量150L/s，扬程1.2MPa，柴油机配套功率452kW，底座自带油箱，油箱容积750L），1用1备（电动长轴深井消防泵为常用泵、柴油机长轴深井消防泵为备用泵，消防泵由配套电控柜控制，带自动切换功能）。

阀室平台下方设置2根钢质DN1000mm引水管至江侧（引水管设置1‰的坡度），2根引水管各设取水头部1个。码头设计低水位为34.43m（保证率98%），三峡建库后枯水期最低水位33.05m，取水头部中心标高位于33.05m以下约1.5m，可以满足《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）4.4.3条“天然消防水源保证率宜为90～97%”及《油气化工码头设计防火规范》（JTS 158-2019）7.2.3条“天然水源应确保枯水期最低水位取水的可靠性”要求。消防取水设计如图3所示。

图3 码头消防取水口设计图

4.取水口泥沙淤积原因

查阅大量有关取水口资料、文献以及在很多取水口工程实例中，泥沙淤积往往是影响取水效果和维护成本的难题。造成取水口泥沙淤积的主要原因有取水头部高程低、消防泵泵吸力作用、河势变化、取水头部局部涡流作用这四方面：

（1）取水头部高程低。为确保枯水期最低水位取水的可靠性，取水口引水管进水口靠近江（河）底，河床淤泥地质，水质相对较差，泥沙和小卵石容易伴随江水带入引水管道，长期作用易淤积在水平引水管道底部，造成引水管道有效引水截面减小甚至淤塞，影响消防取水效果和水泵运行安全，同时大大增加了维护和清淤成本。

（2）消防泵泵吸力作用。消防泵工作时，泵吸作用将水中泥沙带入水平引水管道造成淤积。

（3）河势变化原因。河势演变主要表现在河床冲淤、洲滩消长和汊道的交替冲淤变化。当取水口处于河道凸型弯道段的下游，取水口头部水流和泥沙运动发生变化和调整，将造成取水头部泥沙回淤。

本工程河段在三峡水库蓄水运用后，总体河势将继续维持目前的格局不变，河道两岸岸线基本稳定，但局部冲刷仍将持续，随着时间推移，冲刷将逐步减弱，冲刷发展逐步得到抑制。因此河势演变对本工程影响较小。

（4）取水头部局部涡流作用。取水口引水管伸入河道，河道断面局部缩小，在取水头部形成局部涡流，长期作用下也会造成泥沙进入引水管形成淤积。

5.本工程设计解决方案

根据《油气化工码头设计防火规范》第4.2.7条规定：装卸火灾危险性为甲B类、乙类液体的化工码头，消防水泵房距离码头前沿线防火间距为35m。若采用消防水泵在江侧直接抽取，则不满足规范防火间距要求。

本工程取水口设计思路：利用连通器原理，采用“L”型引水管将江水引至阀室平台下方，通过安装在阀室平台顶的长轴深井消防泵伸入竖直管抽取江水用于码头消防。为解决取水口水平引水管泥沙淤积问题，本工程设计采取以下解决方案。码头取水口细部构造如图4所示。

图4 码头取水口细部构造图

5.1 改善取水头部地质环境

本工程码头设计低水位为34.43m（保证率98%），该江段在三峡建库后枯水期最低水位33.05m，为确保枯水期最低水位取水的可靠性，设计消防取水口水平引水管取水头部中心标高位于33.05m以下约1.5m，基本紧贴江底，岩土地层分布为淤泥地质。为避免泥沙淤积，设计采用60m长DN1000mm水平引水管将取水头部延伸至深水区，且在取水头部下方进行抛填块石防护（块石大小60～100kg）。改善取水头部环境条件，可有效减轻由于泵吸作用造成泥沙进入管道。

5.2 优化取水头部朝向

本工程码头取水口水平引水管取水头部焊接90°弯管，弯管水平朝向下游方向，并在弯管头部焊接带格栅的喇叭管，格栅采用φ10mm圆钢焊接，网眼尺寸为20mm×20mm。优化调整取水头部朝向使其顺着水流方向，能有效防止泥沙直接冲入引水管，且格栅对阻隔卵石、漂浮物等杂物也有良好效果。

5.3 反冲洗装置

上述两种措施皆为被动防护，虽然能够有效防止泥沙进入引水管道，但是一旦管道泥沙淤积量大将影响消防取水，需要定期清淤维护，且管道在设计低水位以下3m位置，清淤工作尤为困难。

（1）反冲洗装置设计。综合上述问题，本工程码头消防取水口在2条DN1000mm水平引水管内分别设置1条DN219mm反冲洗管道，反冲洗管道置于水平引水管内底部间隔3m焊接固定在引水管道上，反冲洗管道两侧间隔开φ25mm冲洗孔、间距2m，左右交替错开，反冲洗管道末端采用法兰盖板封堵，法兰盖板底部开φ25mm冲洗孔1个。

通过2个DN1000mm等径钢质四通将2条DN1000mm水平引水管道在根部位置相互连通，竖向取水管道通过90°弯管和四通相连形成“L”型引水管道，四通最外侧两个出口采用钢板焊接封堵，反冲洗管道从钢质四通两侧钢板穿出并穿过阀室平台顶板与长轴深井消防泵通过阀门连接。取水口引水管反冲洗装置如图5所示。

图5 取水口引水管反冲洗装置图

（2）反冲洗装置工作原理。当水平引水管道需要清淤时，关闭消防管道DN300蝶阀、止回阀，打开反冲洗管道DN200蝶阀，开启电动长轴深井消防泵，水泵自取水口竖向管道中抽水，经过加压流入反冲洗管道，经反冲洗管道两侧φ25mm冲洗孔喷出高压水流，带动水平引水管道底部泥沙往外排出。

（3）注意事项。由于水平引水管道为DN1000mm，而反冲洗管道为DN219mm，直径相差悬殊，如果淤积严重，反冲洗效果不佳。这就要求在码头运营期内定期开启反冲洗装置进行清淤维护，而不应淤积严重时再开启装置进行清淤，否则在发生火灾时反冲洗装置因淤塞严重失效时造成严重后果。

6.结语

综上所述，通过对宜昌港枝江港区中长燃油库码头工程消防取水口的专项设计，通过改善取水头部地质环境、优化取水头部朝向、设置引水管道反冲洗装置，将取水口泥沙淤积问题从被动解决转变为日常主动维护，从根本上解决了由于泥沙淤积影响消防取水效果和水下清淤维护成本高的难题，为后续同类工程设计施工提供参考。