基于大型船舶操縱模擬器的洋口港LNG船舶靠離泊風(fēng)險評估＊

劉軼華 肖英杰

（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海 200135）

0 引 言

液化天然氣（LNG）作為一種清潔能源，越來越受到世界各國的青睞.我國作為能源消耗大國，正在對國內(nèi)能源消耗的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，其中LNG能源就是重要的一環(huán).江蘇洋口港LNG項目就在此背景下產(chǎn)生的.LNG船舶事故統(tǒng)計資料表明，LNG船舶80%的風(fēng)險存在于港內(nèi)作業(yè)期間［1－4］.作為 LNG 港口、碼頭管理者和租船人，提供一個安全的港口是其應(yīng)盡的責任和義務(wù).因此在LNG項目可行性研究過程中，有必要對LNG船舶的港內(nèi)作業(yè)進行風(fēng)險分析和風(fēng)險評估，以采取相應(yīng)措施規(guī)避風(fēng)險［5－7］.文中基于大型模擬器對Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港LNG碼頭進行的風(fēng)險分析，通過對該LNG船舶進行的靠離泊和應(yīng)急撤離模擬演練，以確定該船型在港內(nèi)的靠離泊作業(yè)操作方案和作業(yè)限制條件.

1 系統(tǒng)構(gòu)建

為了評價船舶靠離泊的風(fēng)險，在大型船舶操縱模擬器的系統(tǒng)中，需構(gòu)建3個子系統(tǒng)：本船子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和拖船子系統(tǒng).整個系統(tǒng)的核心部分為本船子系統(tǒng)，即在滿足試驗精度前提下盡量使模擬船型更接近實船的操縱性能，實船的基本資料見表1.

表1 26.6萬m3 LNG船 “MOZAH”船舶基本資料

對于靠離泊的船舶來說主要表現(xiàn)在船舶受外力作用時的船舶運動響應(yīng).在掌握翔實海試資料的基礎(chǔ)上完成船舶建模，經(jīng)過反復(fù)地測試，模擬船型各項性能指標均達到試驗的要求后再進行模擬試驗，實船操縱資料見圖1～2.經(jīng)過船型驗證：所建立的模型船在船舶尺度、船舶操縱特性（時間和距離）等方面與所選實船基本一致，其中沖時上的小誤差不影響船舶操縱性能預(yù)報的正確性.考慮到原型船性能參數(shù)反映的是實船試驗時情況，而模型船則反映較為理想環(huán)境條件下的情況，二者存在較小的差異也是符合邏輯的.模型船還考慮了船舶的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)、淺水等影響因素，因此其模擬結(jié)果在某種程度上較實船的參數(shù)更具有普遍性.模擬結(jié)果具有相當可信度.

圖1 “MOZAH”壓載回旋試驗要素圖

圖2 “MOZAH”滿載回旋試驗要素圖

圖3 模擬試驗的流程

環(huán)境子系統(tǒng)主要有風(fēng)流浪等水文氣象要素組成，根據(jù)試驗的工況進行設(shè)置.

拖船子系統(tǒng)先按3 728kW（5 000HP）拖船4艘進行模擬試驗，在確認為困難工況的情況下替換2艘5 000HP拖船為2艘4 474kW（6 000 HP）的拖船，逐漸縮小模擬試驗范圍，評價靠離泊風(fēng)險，并在此基礎(chǔ)上確定靠離泊的限制條件，規(guī)避惡劣工況下LNG船舶靠離泊作業(yè)風(fēng)險.見圖3.

2 試驗及其舉例

根據(jù)洋口港的自然條件，結(jié)合碼頭前沿和航道的實測流資料，碼頭布置見圖4.一般情況下LNG船舶進港靠泊的難度大于離泊出港的難度，以下以Q－MAX型LNG進港靠泊為例進行模擬試驗.離泊和應(yīng)急撤離的模擬操縱過程類似.

圖4 碼頭平面布置

大型LNG船舶實際靠泊作業(yè)過程中，一般采用3＋1的模式，即1艘拖船配置在船艉，用來降速，同時也可控制船艏的偏轉(zhuǎn)，以應(yīng)對主機失控帶來的風(fēng)險；3艘拖船用于船舶的左右舷進行助操，拖船的配置位置見圖5.為此專程去深圳大鵬灣LNG基地調(diào)研考察，并對LNG船舶實際靠離泊操作進行實時跟蹤，在此基礎(chǔ)上使模擬試驗操縱方式和方法盡量和實際相符合.對工況組合進行模擬，在初次模擬的基礎(chǔ)上確定對船舶靠泊較為困難的工況進行再進行多次模擬，若還是比較困難，就替換2艘5 000HP拖船為2艘6 000 HP馬力的拖船再進行模擬試驗，如此循環(huán)進行，試驗結(jié)果如表2.

圖5 拖船助操配置示意圖

從試驗的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：在4艘5 000HP拖船助操情況下，NE和SE風(fēng)、漲潮流和落急流時，模擬靠泊作業(yè)有失敗的存在，特別是在極限風(fēng)流浪的影響較大時，船舶靠泊風(fēng)險較大，在模擬靠泊過程中也有碰撞碼頭的例子.但4艘5 000HP拖船可滿足其他常規(guī)工況Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，但是拖船的剩余拖船功率很小，不能滿足稍惡劣工況時安全靠泊的要求，見圖6.根據(jù)上述的模擬操縱結(jié)果，對存在有風(fēng)險的工況運用2×5 000HP＋2×6 000HP拖船配置再進行靠泊模擬試驗，從試驗的結(jié)果來看，除在SE風(fēng)漲潮3.0kn的情況下，船舶模擬靠泊作業(yè)中還存在較大的風(fēng)險外，這樣的配置可滿足正常情況下Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，拖船功率有一定的富裕量見圖7.

表2 在不同拖船配置助操情況下LNG船舶靠離泊試驗工況和結(jié)果（波浪）

按照以上的模擬試驗過程，分別進行離泊作業(yè)和應(yīng)急撤離的模擬試驗，在所有離泊或應(yīng)急撤離的試驗中，也存在SE風(fēng)漲潮3.0kn時，船舶在掉頭區(qū)的船舶航跡過分靠近回旋水域的邊界.但是基本可滿足其安全作業(yè)的需要.

圖6 4艘拖船助操時拖船用車序列圖

圖7 4艘拖船助操時拖船用車序列圖

3 風(fēng)險分析和評價

從以上的模擬試驗結(jié)果可以看出，從船舶操縱的角度來看，在4艘5 000HP拖船的協(xié)助下，LNG船舶在SE風(fēng)6級且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風(fēng)險、在S風(fēng)6級且落潮流3.7kn時風(fēng)險次之、在次就是SE風(fēng)6級且漲潮流2.0kn時；在2艘5 000HP＋2艘6 000HP拖船的協(xié)助下，LNG船舶在SE風(fēng)6級且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風(fēng)險、在其他情況下的有限次試驗中并鮮有失敗的例子，但是在靠離碼頭的時間花費上還是比較的長，不利于LNG船舶靠離泊作業(yè)的風(fēng)險控制.

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的風(fēng)險主要存在當風(fēng)流作用力同向的時候，由于碼頭前沿水域的漲落潮基本是往復(fù)流，且均為吹開流，同時考慮到LNG船舶一般橫向受風(fēng)面積較大，因此在靠離泊過程中要充分認識到風(fēng)，特別是風(fēng)向?qū)侩x泊過程中風(fēng)險的影響.

在風(fēng)速一定的前提下，當風(fēng)的作用力和吹開流疊加增強后，對船舶靠離泊作業(yè)主要存在以下的影響：增加LNG船舶靠離泊的難度和增加船舶靠離泊作業(yè)的時間.由于LNG船舶靠離泊作業(yè)還涉及其他岸上部門的協(xié)作，過長的靠離泊過程本身就會增加系統(tǒng)的風(fēng)險.因此應(yīng)該將模擬試驗中失敗的工況作為靠離泊作業(yè)的限制條件的參考，確定船舶靠離泊作業(yè)的限制條件.

4 結(jié)束語

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的在特定的條件下風(fēng)險是存在的，4艘5 000HP拖船對于該船型來說略顯不足，以2×5 000HP＋2×6 000 HP配置拖船時可以勝任絕大部分的工況，若經(jīng)濟上可行，適當增加拖船配置的總功率是有效減低風(fēng)險的方法.另一方面，在不增加拖船配置總功率的情況下，也可借助試驗確定的極限工況作為靠離泊限制條件，規(guī)避風(fēng)險.當然模擬試驗也存在局限性，如不能真實反映駕引人員的心理負擔等，在實際的船舶操作應(yīng)留有適當?shù)挠嗟?本文只是基于船舶操縱模擬器從航海的角度去評價LNG船舶的靠離泊風(fēng)險，并建議靠離泊作業(yè)的限制條件和拖船配置.希望該項研究成果能夠為洋口LNG碼頭未來安全運營提供參考.下一步的研究方向?qū)⑹呛痛耙贺洸僮黠L(fēng)險相結(jié)合，評價LNG船舶在港內(nèi)作業(yè)的整體風(fēng)險.

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