30萬噸級油輪（VLCC）有效系泊研究

魏昌理，隋 月，徐 華

（1.大連港中石油國際碼頭有限公司，遼寧大連 116601；2.大連船舶重工集團設(shè)計研究所有限公司，遼寧大連 116021；3.南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029）

0 引言

30萬噸級油輪（VLCC）是指排水量DWT在275 001~375 000 t之間的原油船，是目前全球范圍內(nèi)最主要的原油運輸主力船型。由于30萬噸級油輪質(zhì)量巨大，受海洋大氣環(huán)境影響較大，加之一般30萬噸級原油碼頭都設(shè)在外海開敝水域，在停靠碼頭系泊裝卸作業(yè)時，由于受風(fēng)、浪、流、潮汐等外力作用，極易發(fā)生油輪斷纜飄移，可能造成擱淺、撞船或撞毀碼頭事故，使原油大量泄漏，造成災(zāi)難性的海洋污染事故，因此開展對30萬噸級油輪（VLCC）有效系泊的研究極為重要。

30萬噸級油輪（VLCC） 有效系泊研究主要分為兩個方面，一是研究30萬噸級油輪所系泊的碼頭；二是研究30萬噸級油輪自身的系泊系統(tǒng)。

1 OCIMF系泊指南的基本原則

1.1 一般系泊準(zhǔn)則

OCIMF（Oil Companies International Marine Forum） 是石油公司國際海事論壇的英文縮寫，OCIMF出版的《系泊指南》[1-3]給出的系泊概念是指將船安全有效地固定到碼頭上的系統(tǒng)。對于油輪碼頭而言，一般有順岸式碼頭和墩式碼頭，對于30萬噸級油輪碼頭最常見的是墩式碼頭。墩式碼頭的特點是系纜墩、靠船墩和工作平臺墩的位置都相對獨立且固定，系纜設(shè)備只能安裝在這些獨立的墩臺上面，因此位置相對固定不能變化。典型的墩式碼頭系泊布置見圖1。

一般系泊準(zhǔn)則如下：1） 系泊纜索盡可能對稱布置于船舯附近位置，對稱布置能更好地分配船舶受力；2） 橫纜盡可能垂直于船的縱向中心線并盡可能靠近船艉和船艏；3） 倒纜盡可能平行于船的縱向中心線；4） 艏、艉纜通常對約束船舶靠向碼頭并不起多大的作用；5） 系泊設(shè)備和良好的橫纜、倒纜布置能使船舶得到最有效的系泊；6）系泊纜索的垂直角應(yīng)保持最小，纜索越平坦就越能有效地承受作用在船上的水平力；7）艏、艉、橫、倒纜都應(yīng)采用相同材質(zhì)、直徑和盡可能相同長度的纜繩。如鋼纜末端采用纜尾索，則所有纜繩的纜尾索都應(yīng)相同。

圖1 OCIMF給出的典型系泊模式

1.2 系泊布置的主要目標(biāo)

良好的船舶系泊布置應(yīng)達到下列要求：1） 能夠提供順岸式碼頭和墩式碼頭都有效的系泊模式；2） 有利于安全和快速系纜、解纜，在系纜作業(yè)時所需要的人數(shù)最少；3） 有利于拖輪安全和有效的操作；4） 可以安全有效的進行油船裝卸作業(yè)；5）油輪在緊急情況或發(fā)生火災(zāi)時能夠迅速脫纜并離開碼頭。

1.3 系泊鋼索系統(tǒng)計算

OCIMF系泊指南給出的VLCC系泊鋼索系統(tǒng)計算公式如下：

式中：S為倒纜總數(shù)；AT為橫向水上面積，m2；B為橫纜總數(shù)；AL為縱向水上面積，m2；LBP為垂線間長，m；d為滿載吃水水深，m；MBL為每根纜索的最小破斷負(fù)荷，t。

2 新、老30萬噸級原油碼頭系泊實例

新、老30萬噸級原油碼頭所處水域為開敞海域，常浪向為SE；常風(fēng)向為夏季多南風(fēng)、冬季多偏北風(fēng)，以N向風(fēng)為最大；潮流性質(zhì)0.5＜K≤2.0為不規(guī)則半日潮，潮流橢圓率小于0.24，且往復(fù)流表現(xiàn)明顯，漲潮流主流向偏向西南，落潮流主流向偏向東北。新、老30萬噸級原油碼頭的軸線布置基本順流方位角為N47°～227°，碼頭軸線布置方向是正確的。但是新、老30萬噸級原油碼頭的長度、系纜墩和靠船墩的布置不同，對VLCC的有效系泊分析如下。

2.1 老30萬噸級原油碼頭系泊實例

老30萬噸級原油碼頭布置如圖2，碼頭的航道位于碼頭的西南方向，滿載30萬噸級油輪于高潮前2 h頂流進港，采用左舷順靠泊，船頭朝東，卸貨后掉頭沿來時的西南航道駛向外海。順靠的VLCC一般艏纜10根、艉纜10根。系纜方式一般有兩種，見表1。

圖2 老30萬噸級原油碼頭布置（單位：m）

表1 兩種系纜方式

實際使用中存在的問題：1）碼頭長度510 m布置過長，艏艉纜基本不起作用；2） 橫纜墩位置不當(dāng)，造成橫纜不能基本垂直于船舶縱軸線，橫向約束力降低；3） 2號、8號系纜墩離船距離較近，造成垂直角過大，橫向約束力降低。系在這兩個墩上的纜繩長度較其它纜繩短很多，受到的拉力較其它纜繩多很多，極容易首先被拉斷，2006年夏季就發(fā)生了這樣的事故；4） 如果要增加橫纜的數(shù)量，橫纜之間會發(fā)生相互交叉甚至摩擦的情況；5） 倒纜的垂直角較大，纜繩長度較短，對船的縱向約束能力降低。

2.2 新30萬噸級原油碼頭系泊實例

新30萬噸級原油碼頭布置如圖3。新30萬噸級碼頭進出港方式與老30萬噸級碼頭相同，兩個碼頭共用一個航道。

2.3 附近碼頭的布置形式對比

某港3座碼頭布置對比見圖4，自左往右分別是LNG碼頭、老30萬噸碼頭和新30萬噸碼頭。由圖可見，各碼頭系纜墩、靠船墩的布置是不一樣的，其中新30萬噸級原油碼頭系纜墩布置的改進如下：1） 碼頭長度縮短為446.75 m，艏艉纜水平角為45°，能夠起到部分橫纜的作用；2） 2、3、9、10四個橫纜墩與船舶距離加大到57 m，垂直角減少，纜繩長度與其它纜繩長度基本一致；3）系纜墩高程由+10 m降低到+7.5 m，能夠適應(yīng)10萬~45萬噸級油輪的干舷高度，這種系纜墩的布置方式從理論到實踐都證明適合于新30萬噸級碼頭在所處海域離岸橫流較大、橫浪也較大的實際情況；4） 碼頭靠船墩由2個增加到4個，能夠更廣泛地適應(yīng)10萬~45萬噸級油輪靠泊和系倒纜的要求；5）2010年試投產(chǎn)后已經(jīng)靠泊了十幾條VLCC油輪，纜繩拉力均勻，系泊效果良好。

圖3 新30萬噸級碼頭系纜布置示意圖（單位：m）

圖4 某港三座碼頭平面布置圖

3 30萬噸級油輪自身系泊設(shè)備

3.1 系泊鋼索纜繩的數(shù)量

一般VLCC油輪共有20根鋼索纜繩，船艏10根、船艉10根。由于碼頭系纜墩的位置、角度不佳，對有些油輪即使20根纜繩都投入使用也不能保證系泊安全，還需要再增加纜繩根數(shù)。有些船舶設(shè)計者在船艏、船艉各增加1條鋼索纜繩，使VLCC油輪總鋼索纜繩的數(shù)量達到22根。

3.2 系泊絞車位置的優(yōu)化布置

為了能夠更好地適應(yīng)墩式碼頭系纜的要求，船舶設(shè)計者應(yīng)在VLCC油輪絞車位置與角度的布置上與碼頭的艏艉纜墩、橫纜墩、倒纜墩（一般為碼頭靠船墩或平臺墩）的位置相適應(yīng)，常見的布置見圖5。

A型船纜繩總數(shù)為20根，但是絞車布置不盡合理；B型船纜繩總數(shù)為20根，絞車布置比A型船合理；C型船纜繩總數(shù)為22根，絞車布置比A型船合理，C型船系泊時在船艏、艉各增加一根橫纜，C型船的代表船是馬士基的VLCC，該船的系泊絞車布置及纜繩根數(shù)是最適合墩式碼頭的設(shè)計。

3.3 系泊絞車出纜孔的位置

VLCC系泊絞車的位置確定后，船舷出纜孔的位置也就相應(yīng)的確定了，出纜孔的最佳位置應(yīng)是在絞車的正前方或正后方。

圖5 常見系泊布置型式

圖6 老30萬噸級碼頭3×150 t快速脫纜鉤

圖7 新30萬噸級碼頭2×150 t脫纜鉤

3.4 船艏、船艉系泊絞車的對稱

由于碼頭是以輸油臂為中心嚴(yán)格對稱的，這就要求船舶的系泊絞車也應(yīng)盡可能的以集油管中心對稱。這樣既可以保證系泊合理又可以保證船舶左、右舷都可以靠泊碼頭。

4 保證系泊安全的設(shè)備

4.1 碼頭上的快速脫纜鉤

快速脫纜鉤的作用是當(dāng)油輪或碼頭發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時，鉤頭可以迅速打開以達到快速脫纜的目的，可以保證油輪在最短的時間內(nèi)離泊，避免火災(zāi)等災(zāi)害在碼頭和油輪之間擴大。新、老30萬噸級碼頭快速脫纜鉤的單鉤拉力均為150 t，區(qū)別是老30萬噸級碼頭上布置有3鉤一組的快速脫纜鉤，新30萬噸級碼頭均為2鉤一組的快速脫纜鉤。老、新30萬噸級碼頭脫纜鉤見圖6和圖7。

4.2 岸基滑車

岸基滑車的作用是當(dāng)船上所有的鋼纜都已使用后仍不能保證系泊安全，需要增加纜繩數(shù)量。碼頭方不得不采用將適合的那根纜繩經(jīng)岸基滑車?yán)@圈后返回船上的帶纜樁，形成回頭纜。目前在航的油輪上的鋼絲纜長度都能夠滿足回頭纜的要求，回頭纜的作用是將1根纜繩變成2根，新、老30萬噸級碼頭在橫纜墩上各設(shè)4臺岸基滑車，見圖8和圖9。

圖8 岸基滑車

圖9 船上回頭纜

4.3 激光靠泊系統(tǒng)

激光靠泊系統(tǒng)是為油輪的靠、離泊引航提供參考資料和數(shù)據(jù)，引航員通過大屏幕或液晶顯示儀可以準(zhǔn)確掌握油輪的速度、角度和距離碼頭護舷的距離，安全的引導(dǎo)油輪靠、離泊碼頭。激光靠泊系統(tǒng)包括大屏幕、激光頭、液晶顯示儀等，見圖10和圖11。

圖10 激光靠泊大屏幕

4.4 海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及纜繩拉力監(jiān)測系統(tǒng)

海洋大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測風(fēng)、浪、海流、溫度、濕度等，能夠為油輪安全地靠、離泊引航提供參考資料和數(shù)據(jù)。由于新、老30萬噸級原油碼頭位于開敞水域，如果風(fēng)、浪、流等海洋大氣環(huán)境超過了設(shè)計許可的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，油輪必須立即離泊，測量數(shù)據(jù)也是判斷船舶是否需要離泊的重要依據(jù)。海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及纜繩拉力監(jiān)測系統(tǒng)見圖12。

圖11 激光頭

5 結(jié)語

為了保證30萬噸級油輪（VLCC）的系泊安全，碼頭和船舶設(shè)計者應(yīng)該以O(shè)CIMF出版的《系泊指南》[1-3]和JTJ295—2000《開敞式碼頭設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)程》[4]為依據(jù)，結(jié)合具體的碼頭和30萬噸級油輪實際，對船和碼頭的系泊系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。

碼頭設(shè)計者在進行設(shè)計時應(yīng)加強對船舶的研究；船舶設(shè)計者在進行設(shè)計時應(yīng)加強對碼頭的研究。只有這兩方面都進行了深入細(xì)致的研究，才能保證30萬噸級油輪的系泊安全。

總之，隨著我國30萬噸級原油碼頭數(shù)量的日益增多，30萬噸級油輪的系泊研究必將越來越深入，因此有必要不斷提高30萬噸級油輪（VLCC）的有效系泊技術(shù)水平。

[1]OCIMF.Mooring Equipment Guidelines[M].3rd edition，2008.

[2]OCIMF.Recommendations for Oil Tanker Manifolds and Associated Equipment[M].4th Edition，1991.

[3]OCIMF.Effective Mooring[M].2nd edition，2005.

[4]JTJ295—2000，開敞式碼頭設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程[S].