海底管道工程.docx
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海底管道工程
上海液化天然气项目
海底管道工程可行性研究报告
编制：
校审：
审定：
批准：
海洋石油工程股份有限公司设计公司
二OO五年四月
1概述
1.1项目概况
上海液化天然气有限责任公司（下称：
业主）依托上海洋山深水港的开发建设，拟建造上海液化天然气（LNG）项目，该项目主要由LNG专用码头、LNG接收站和海底输气干线三部分组成。
经过前期预可研路由比选，业主拟定：
LNG码头和接收站建在洋山深水港区的西门堂，然后通过海底输气管道在上海杭州湾北岸南汇嘴处登陆，再通过陆地输气管道将气送往杭州湾北岸奉贤区奉新与城市管网相连。
目前业主拟定建设规模为：
一期300万吨/年，二期600万吨/年。
此项目将有利于改变上海市的能源结构和环境质量，有着重要的社会经济意义。
在综合评估前期预可研“海底管道预选路由桌面研究报告”（2004年9月由上海东海海洋工程勘察设计研究院完成，下称：
“桌面研究报告”）中推荐的八个路由后，2005年1月初业主拟定工程可行性研究阶段，海底管道预选路由为“桌面研究报告”中的“东方案”，即：
由西门堂北侧下海，向东北方向绕过大指头岛浅滩，转向西北，至南汇咀登陆，路由区主要关键点坐标见表1.1-1。
中方案B为备选路由。
表1.1-1海底管道预选路由关键点坐标
坐标点
坐标值（WGS-84）
东
北
登陆点AC1
121゜54.952´
30゜51.633´
路由拐点AC2
122゜04.250´
30゜44.405´
路由拐点AC3
122゜07.060´
30゜36.938´
入海点AC4
122゜06.339´
30゜36.397´
2005年4月8日，业主就表1-1中的预选路由约36km海底管道与海洋石油工程股份有限公司签订了合同，委托海洋石油工程股份有限公司基于上海燃气设计院提供的海底管道界面工艺参数和管径、进行海底管道结构、防腐工程可行性研究设计，并在此阶段完成海底管道跨越海底光缆和电缆、海底管道安装铺设方法两项专题研究。
与此同时，业主委托上海东海海洋工程勘察设计研究院开始了海底管道路由勘察工作。
2005年5月11日，上海东海海洋工程勘察设计研究院提供了《上海液化天然气（LNG）项目海底管道路由勘察报告（送审稿）》，勘测结果显示，对于AC2至AC3段预选路由，在AC3北侧路由上存在出露基岩（R1），将影响海底管道运行和安装期安全，所以上海东海海洋工程勘察设计研究院推荐海底管道路由关键点坐标调整为表1.1-2。
表1.1-2海底管道推荐路由关键点坐标
坐标点
坐标值（WGS-84）
东
北
登陆点AC1
121゜54.952´
（41396307m）
30゜51.633´
（3416017m）
路由拐点AC2
122゜04.250´
（41411019m）
30゜44.405´
（3402526m）
路由拐点AC3*
122゜06.983´
（41415273m）
30゜36.956´
（3388727m）
入海点AC4
122゜06.339´
（41414235m）
30゜36.397´
（3387703m）
经比较“桌面研究报告”中的预选路由和表1.1-2的推荐路由，我们认为该推荐路由更合理，并基于此开展了海底管道工程可行性研究阶段、合同界定工作范围内的全部工作。
该推荐管道路由将交越中日光缆、嵊泗—上海（南线、北线）输电电缆、C2C3A、C2C3B、FLAG等4条国际光缆和2条电力电缆。
具体管道路由见“图2.1-1海底管道路由图”和“图2.1-2光缆和电缆布置图”。
本工程可行性研究报告，是根据海洋石油工程股份有限公司海底管道设计、安装、铺设经验和设备、机具、铺管船能力，从确保海底管道操作、施工安全性出发，以推荐路由为基础，通过对各种技术方案、安装/铺设方法进行比较，推荐适合本项目海底管道的技术方案、安装/铺设方法，并对推荐路由进行工程费用估算。
1.2前期预可研阶段路由比选简介
1.2.1路由比选结果
前期预可研阶段,业主委托上海东海海洋工程勘察设计研究院就海底管道路由预选下海点为崎岖列岛的大乌龟山岛和西门堂岛北侧,预选登陆点为南汇咀、芦潮港东、临港电厂和大治河口，进行了八条路由的比选工作。
经过认真比选,最终推荐”由西门堂北侧下海，向东北方向绕过大指头岛浅滩，转向西北，至南汇咀登陆”即1.2.1节中的东方案为预选路由；而中方案B即”在大乌龟山南侧下海，转向西北，在东海大桥与芦潮港—大洋山海底通信电缆之间向北，至芦潮港东面约3km登陆”方案为备选路由。
详细比选过程摘述如下。
1.2.2非大治河口登陆的预选路由方案比选
该海底管道路由比选针对的预选下海点有两个：
崎岖列岛的大乌龟山岛和西门堂岛北侧；芦潮港附近预选登陆点有三个：
南汇咀、芦潮港东和临港电厂；并形成五个预选路由方案（见表1.2.2-1、图1-1）。
大乌龟山入海点暂时选择在该岛的南侧。
理由如下：
东海大桥自北而南登陆至该岛西部，再由西向东穿越大乌龟山。
如果LNG入海点选择在该岛北侧，则管道入海后无论是去芦潮港东还是去临港电厂登陆点，都必须交越东海大桥；而如果入海点选择在岛的南侧，则管道入海后，向西南绕行后就可以避免与大桥相交。
根据工程海域主要的地质地貌和海洋开发活动特点，各方案路由的走向简要描述如下：
（1）东方案：
西门堂北侧下海，向东北方向绕过大指头岛浅滩，转向西北，至南汇咀登陆点，交越中日光缆、嵊泗—上海输电电缆、C2C3A、C2C3B、FLAG等4条国际光缆和1条电力电缆。
（2）中方案A：
西门堂北侧下海，向东北方向绕过大指头岛浅滩，在中日海底光缆南侧约1km转向西北，交越东海大桥后转向北偏西，交越中日海底光缆后，至芦潮港东登陆点。
该方案如果在小戢山北面转向西北，除了上述与东海大桥交越外，与中日海底光缆先后交越两次，而路由长度及其它条件并未明显改善。
（3）中方案B：
大乌龟山南侧下海，转向西北，在东海大桥与芦潮港—大洋山海底通信电缆之间向北，至芦潮港东面约3km登陆。
（4）西方案A：
西门堂北侧下海，向东北方向绕过大指头岛浅滩，在中日海底光缆南侧约1km转向西北，交越东海大桥、芦潮港—大洋山海底通信电缆、芦潮港—东海平湖油气田海底气管后，转向北偏西，至临港电厂登陆点。
该方案如果在小戢山北面转向西北，除了上述与东海大桥、海底管线的三次交越外，还需与中日海底光缆交越两次，而路由长度及其它条件并未明显改善。
（5）西方案B：
大乌龟山南侧下海，转向西北，交越芦潮港—大洋山海底通信电缆、芦潮港—东海平湖油气田海底气管后转向北偏西，至临港电厂登陆点。
表1.2.2-1上海LNG项目海底管道预选路由方案表
入海点
登陆点
方案编号
西门堂北侧
南汇咀
东方案
芦潮港东
中方案A
临港电厂
西方案A
大乌龟山
芦潮港东
中方案B
临港电厂
西方案B
各方案路由条件比较如表1.2.2-2所示。
由表可见，各方案路由的海底地质、地形地貌条件无显著差异，现将主要的影响因素归纳简述如下：
（1）东方案海底路由长度为37km，最短，居第一位。
但需交越4条国际海底光缆和1条海底输电电缆。
这些海缆的埋深较浅（约1.5m），LNG管道如直接从其上面跨越，管顶埋深将会很浅或出露海底；20世纪70年代中期至1997年，本方案路由区普遍以（微）冲刷作用为主，且潮流流速较大，与路由的交角也较大，一旦管道出露海底，潮流的冲击作用就会很大，危及管道安全。
因此交越施工时需要对这些海缆进行深埋处理。
管道登陆后需穿越临港新城区，至临港电厂陆上路由长度约16km。
（2）中方案A海底路由长度40.5km，居第二位。
但需交越东海大桥和中日海底光缆。
据施工单位介绍，大型铺管船正常施工无法通过东海大桥（非通航孔），必须采用“近底拖管法”铺设，因受水深和潮流的限制，水面对接几乎不可能；而且今后大桥附近管道的检测、维护等也很困难；大桥附近海底产生强烈冲刷，管道的稳定性和安全存在隐患。
因此，该方案应放弃。
（3）中方案B本身的海底路由长度为27km，加上连接段海底路由17km，总长44km，比东方案长7km，居第三位。
在登陆点南面1~3.5km（或更近）处与中日海底光缆交越，由于距岸较近，跨越施工相对比较方便。
登陆点至临港电厂的陆上路由长度为6.3km。
中方案B从西门堂入海点至大乌龟山还可以派生出两种方案：
中方案B2和中方案B3。
中方案B2:
从西门堂向西穿越洋山港区陆上和颗珠门（水道），到达大乌龟山。
此方案业主曾委托华东管道设计研究论证。
路由方案分为12段，分别穿越不同的地形地貌，可见工程之复杂。
西门堂至小洋山主要沿港区北堤铺设，一是北堤既是港区重要的堤防，今后又是港区陆上重要的道路，风险很大；二是海堤尚在建设之中主。
而且管道需穿越小洋山与颗珠山之间的颗珠山门（水道），该水道宽1km余，深槽发育，水下地质地貌复杂，最大水深超过30m，潮流湍急。
综合评价后，该方案予以否定。
中方案B3：
从西门堂南侧入海，向西北全程穿越洋山深水港主港区水域，约10km后到达大乌龟山。
该方案安全隐患很大，既有港区船舶对管道安全的影响，也有管道对港区安全的影响，因此该方案也予以否定。
（4）西方案A路由长度46.5km，居第四位。
该方案需交越东海大桥、东海气管和一条国内通信电缆，交越条件比中方案A还差（增加了交越气管），与中方案A相同原因，该方案应放弃。
（5）西方案B本身海底路由长度33.5km，加上连接段17km，总长50.5km，在诸方案中海底路由最长。
该方案路由南部在东海气管KP21附近与之相交，此外还交越一条国内通信电缆。
东海气管近年在KP17~KP26段埋深接近海底面，多处暴露于海底，说明该海域近年冲刷为主，且冲刷量较大。
LNG管道跨越东海气管后，埋深将会很浅或暴露在海底，安全运行有很大隐患，而且由于东海气管刚性，对其采取深埋等工程措施的风险极大。
因此本方案也应该放弃。
综合比较以上5个路由后，前期预可研阶段推荐东方案为预选路由；中方案B为备选路由。
表1.2.2-2各方案路由条件综合比较一览表
路由条件
东方案
中方案A
中方案B
西方案A
西方案B
路由长度
（km）
基本方案
37
40.5
27.
46.5
33.5
连接段
0
0
17
0
17
总长
37
40.5
44
46.5
50.5
水深范围
一般6.5~9m，
南部最深12m
一般7.5~9m，
南部最深12m
一般7.5~9m，
入海点最深13m
基本同中方案A
基本同中方案B
海底地形地貌
向南缓倾；南部为潮流浅槽；入海点小滩地
北部平坦，南部为潮流浅槽
平坦；入海点潮流浅槽
基本同中方案A
基本同中方案B
底质、浅地层
粘土质粉砂为主
粘土质粉砂为主，
南部局部粉砂
同东方案
粘土质粉砂为主，
南部局部粉砂
基本同东方案
入海点
自然状态；
基岩海岸，陡峭
同东方案
已人工开山；陆上施工较方便
同东方案
同中方案B
登陆点
海堤，陆域平坦；需穿越
临港新城7~8km
海堤，陆域平坦；
临港新城西部，
同中方案A
同西方案B
平坦，
无重大开发活动
海底稳定性
（1970s~1990s）
北岸淤积强，其余微冲为主，年均约1cm。
以微冲刷为主，年均1~2cm。
以微冲刷为主，年均1~2cm。
微冲为主，
年均1~2cm
北段和南段微冲，中段微冲或微淤。
水文气象
潮流强，
潮流交角较大
北段与潮流交角较大
潮流较强，与
潮流交角较大
北段与潮流交角较大
同中方案B
交越大桥、海底管线
环球光缆、C2C3B、C2C3A、嵊泗—上海输电电缆、中日光缆
东海大桥、
中日光缆
北岸交越中日光缆
东海大桥、东海气管、芦潮港—大洋山通信电缆
东海气管、芦潮港—大洋山通信电缆
1.2.3在大治河口登陆的预选路由方案比选
为更好地决策海底管道路由，预可研阶段业主又委托上海东海海洋工程勘察设计研究院进行了西门堂—大治河口海底管道路由桌面研究，为此上海东海海洋工程勘察设计研究院针对在大治河口登陆又进行了东方案、中方案、西方案三条路由的比选。
对于西门堂—大治河口路由研究海域而言，铜沙沙咀应该是最重要的海底地貌单元，该沙咀面积大，水深浅，对路由条件的优劣有决定性的影响，因此有必要对铜沙沙咀的地形地貌作简要的描述。
铜沙沙咀是指长江口南岸的傍岸浅滩，介于南汇东滩与长江口南槽之间，呈犁头形由南汇东滩向东伸展，是长江入海泥沙的重要堆积地，其范围可由5m等深线圈定（图1.2.3-1）。
水深由岸边向海缓慢增加，平均坡度0.25‰~0.5‰。
北自浦东国际机场附近起（约31°09′N，121°52′E），南至南汇咀，南北长32km，最宽21km，面积约420km2。
宽度由北向南增加较快：
机场附近宽6km，至大治河口北面3km时宽度达到10km，大治河口南侧宽度最大，达到21km；尔后宽度缓慢减小，直至南汇咀收缩并岸。
铜沙沙咀由于水深浅，面积大，风大浪高，易发生沉船事故，其主体部分被海事部门列为禁航区（图1.2.3-1）。
图1.2.3-1研究海域地理环境和路由方案示意图
大治河是上海市东南部地区一条重要的运河，也是上海临港新城的北界（图1.2.3-2），上游西接黄浦江，河口终止于七九塘闸门。
向北14km为浦东国际机场，向南15km为南汇咀。
2000年前后，在大治河口闸门外的南北两侧分别进行了南汇东滩一期和二期围堤促淤工程（海堤称为世纪塘）。
两期围堤工程之间保留了狭窄的滩地，宽度约300m，实际上使河口向东延伸了4km（闸门至0m等深线的距离为4km），0m线外即为铜沙沙咀。
本文的“大治河口登陆点”是指大治河口滩地0m线位置。
七九塘大治河闸门至0m线距离4km，视为塘内陆上路由。
大治河口
图1.2.3-2上海临港新城规划简图
根据铜沙沙咀的形态，就预选的3条路由，即东方案、中方案和西方案（见图1.2.2-1），比选结果如下：
（1）东方案：
路由从西门堂北侧入海，向东北方向延伸，经大戢山西侧约3km处，在南槽出港航道灯浮西侧约2km处进入南槽，约3km后转向西北（出港航道东北面约2km），顺南槽水道上行约15km，为西北—东南走向，至大治河口东北面12km处（即南槽出港航道灯浮A23东北面1km）转向西南，穿越南槽水道1km后再穿越铜沙沙咀11km，至大治河口前沿滩地登陆。
东方案路由长度为73km。
路由穿越铜沙沙咀长度为11km，其中水深小于4m的长度9.5km，小于3m的7km，小于2m的4.5km。
另外该方案在南槽水道内的长度为20km，其中顺南槽水道（航道）延伸达15km，安全存在很大隐患，因此东方案应予以放弃。
（2）中方案：
路由从西门堂北侧入海，向北延伸，经大戢山西侧5km处，到达铜沙沙咀东南翼，转为西北方向穿越该沙咀至大治河口。
海底路由总长度为55km，其中铜沙沙咀长度19km，浅海长度36km。
中方案位于东方案之西，大部分相距小于4km，最大相距11km。
中方案路由长度为55km。
路由穿越铜沙沙咀长度达19km，其中水深水于4m的长度为17km，小于3m的15km，小于2m的10km，小于1m的5km。
由于铺管船无法在铜沙沙咀作业施工，因此中方案予以放弃。
（3）西方案：
路由从西门堂北侧入海，向西北延伸，经小戢山东北面3km处，至南汇咀，再沿临港新城海堤前沿滩地至大治河口。
西方案路由长度48km，其中滩地长度14km，铜沙沙咀长度3km，浅海长度37km，其中在南汇东滩上的长度达到14km。
南汇东滩经过世纪塘的围堤工程后，高滩和中滩已被悉数围垦，目前滩地高程基本上都在0m线附近，加之本区潮差较大，若要实施西方案，则必须在世纪塘前沿修筑高围堰，形成陆地后才能进行LNG管道的铺设施工。
如此一来，一是在临港新城前沿形成围堰，影响新城的规划和沿海景观；二是围堰工程的费用很大，且施工的可行性有待研究，三是与临港新城综合区的规划冲突。
（4）根据规划，来自西门堂岛的液化天然气，目的地主要是芦潮港LNG发电厂（规划中），厂址位于芦潮港西面约3km。
因此管道在大治河口登陆后，还需要在陆上绕行约30km，以避开临港新城，需要增加巨额陆上费用。
（5）综上所述，预可研阶段认为，西门堂—大治河口路由方案的实施难度很大，建议原则上应予放弃并采用1.2.1节推荐的路由方案。
1.3编制依据
《关于上海液化天然气（LNG）接收站和输气干线项目海底输气干线工程预可阶段基础资料》（上海液化天然气项目筹建处2003年5月9日）
1）《上海LNG站线项目预可行性研究报告编制原则》（上海液化天然气项目筹建处2003年5月9日）
2）《上海LNG站线项目预可研估算编制规定》（上海液化天然气项目筹建处2003年5月9日）
3）《上海LNG站线项目海底输气干线工程预可行性研究报告》（海洋石油工程股份有限公司设计公司2003年12月）
4）《海底管道预选路由桌面研究报告》（2004年9月由上海东海海洋工程勘察设计研究院）
5）《海底管道系统规范》DNV1981
6）《石油管道标准》日本工业标准（JIS）1974
7）《管线钢管》APISPECIFICTAION5L-2000
8）《海底管道的坐底稳定性设计》DNVRPE3051988
9）《输送液体管道系统》ASMEB31.4–1998版
10）《气体传输管道系统》ASMEB31.8–1995版
11）《铺设海底电缆管道管理规定》中华人民共和国国家海洋局1989年
12）《上海液化天然气（LNG）项目海底管道路由勘察报告（送审稿）》上海东海海洋工程勘察设计研究院2005年4月
13）《上海液化天然气（LNG）海底管道路由工程岩土工程勘察报告》中交第三航务工程勘察设计院勘察工程公司2005年4月
1.4执行标准、规范
1）《海底管道系统规范》DNV1981
2）《石油管道标准》日本工业标准（JIS）1974
3）《管线钢管》APISPECIFICTAION5L-2000
4）《海底管道的坐底稳定性设计》DNVRPE3051988
5）《输送液体管道系统》ASMEB31.4–1998版
6）《气体传输管道系统》ASMEB31.8–1995版
7）《输气管道工程设计规范》（参照执行）GB50251-94
8）《石油生产中固定海上平台的腐蚀控制》NACERP01762003
9）《海底管线牺牲阳极阴极保护》DNV-RP-F1032003
10）《管线现场接头涂层和管线涂层的现场修复》DNV-RP-F1022003
11）《腐蚀控制的工厂化管线外涂层》DNV-RP-F1062003
12）《阴极保护设计》DNVRPB4011993
13）《钢管溶结环氧外涂层》CAN/CSA-Z245.20-022002
14）《钢管聚乙烯外涂层》CAN/CSA-Z245.21-022002
15）《海上油（气）田建设安装工程定额》中国海洋石油总公司2000年5月
16）《海上油气田开发工程项目投资估算、概算编制指南》中国海洋石油总公司企业标准
1.5海底管道设计结论综述
根据业主与海洋石油工程股份有限公司签订的合同，整个输气管道工艺系统模拟计算、海底管道直径的确定不属于我们的工作范围，由上海燃气设计院计算并提供。
上海燃气设计院基于二期600万吨/年输量、经过工艺模拟计算后，提供海底管道直径为36”（914.0mm），海底管道设计压力为9.2MPa、设计温度为-5℃。
1.5.1海底管道规格和材质
根据上海燃气设计院提供的界面设计参数，经海底管道运行、安装期稳定性、强度分析，本阶段在考虑：
①3mm内腐蚀裕量；②BH109铺管船易于施工、便于铺设；③尽量与陆地、岛上管道材质、壁厚一致，便于将来焊接、清管作业三个前提下，目前确定选用海底管道壁厚、材质如表1.4.1-1所示，并推荐选用双面埋弧焊直缝焊管（UOE或JCOE）
位置
钢管
防腐层（3层PE）*
混凝土层
外径（mm）
壁厚（mm）
等级
API5LPSL2
厚度（mm）
密度（kg/m3）
厚度（mm）
密度（kg/m3）
1区管线
914.0
22.2
X70
2.6
940
120
2950
2区管线
914.0
22.2
X70
2.6
940
120
2950
为确保铺设安装期间稳定性，全程海底管道外侧需要包覆密度为2950kg/m3、厚度为120mm的混凝土。
1.5.2海底管道稳定性
上海东海海洋工程勘察设计研究院2005年8月8日补充报告中描（参见本报告2.12节）：
“路由勘测和最近50年的海底地形研究表明，路由海域为长江泥沙的重要堆积地，海底地形平缓，冲淤变化幅度小，未发现大冲大淤的现象。
1997年以前，海底地形比较稳定，其中前20年路由海区普遍淤积，最大厚度约1m，平均毎年5cm，其后的20年路由区冲淤相间，冲刷厚度平均毎年约2~3cm，属于微冲刷。
1997年以后，路由区及其附近海域兴建重大海岸海洋工程，如南汇咀世纪塘围海工程、洋山深水港工程等，大规模采砂采泥和拦截长江泥沙，如2002年在南汇咀世纪塘外人工取土达5000万m3，破坏了路由海区的泥沙运移，加之长江入海泥沙减少，因此路由区海底冲刷变化相对较大，年平均冲刷厚度约2.5~13cm，冲刷厚度与到北岸的距离有关，越近冲刷厚度越大，越远越小，这与北岸靠近长江口，受长江泥沙波动的影响较大有关。
由此可见，长江泥沙减少和海洋海岸工程对路由北部的影响较大，而对远岸路由区的影响较小。
随着时间推移，海底逐渐趋向新的动态平衡，冲刷作用逐渐减弱，局部淤积作用加强，例如近年登陆点海岸淤涨的幅度较大，0m线向外淤涨了约500m。
根据近期路由区水深资料对比结果估计，今后路由海域的冲刷范围可能比以往有所扩大，但以微冲刷至基本平衡为主，幅度约2~5cm，而北岸以微淤为主。
南汇东滩的滩地已几乎悉数被世纪塘围尽，除路由登陆点附近外，滩地缺失，近期不可能再有大规模的围海促淤工程。
长江入海泥沙减少，但目前平均毎年仍有约3亿吨泥沙入海，其中相当一部分扩散进入路由海区，根据前人研究成果粗略推算，路由区沉积速率当在毎年1~2cm左右，但不排除局部时段以微冲刷作用为主的可能性。
1960年代的海图资料和1998年的工程水深测量资料对比表明，路由南部海底地形稳定。
而且该海域潮流流速较大，含沙量较高，海底地形的恢复力较强。
路由南部近年新深潭出现、水深大幅度增加与大规模海底采砂有关，而不是自然冲淤变化，一旦采砂活动停止或采砂强度减弱，深潭即会淤浅。
因此总体上，路由海域的冲淤变化对海底管道的稳定性的影响不大。
”
尽管上海东海海洋工程勘察设计研究院在补充报告中描述海底管道路由区以微冲刷至基本平衡为主，且路由海域的冲淤变化对海底管道的稳定性的影响不大，但因报告中又描述微冲刷幅度为2~5cm/年，所以我们认为按照海底管道设计寿命30年考虑，累计冲刷深度60~150cm还是严重威胁着海底管道长期稳定性。
因时间紧张上海东海海洋工程勘察设计研究院在补充报告中未对今
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