洋浦LNG船舶通航安全與移動(dòng)安全區(qū)定量計(jì)算

黃齊方

摘 要：為確保LNG船舶航行安全，借鑒國(guó)內(nèi)其他碼頭的成功營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，LNG船舶在航行中需設(shè)計(jì)安全活動(dòng)水域，采取船艇護(hù)航、引航員引航等安全保障措施，必要時(shí)對(duì)進(jìn)出的水域?qū)嵤┙煌ü苤?。通過(guò)定量計(jì)算，確定安全水域范圍，可為后續(xù)LNG船舶航行護(hù)航方案設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：LNG船 通航安全 移動(dòng)安全區(qū) 警戒

由于LNG船舶運(yùn)輸貨物的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，LNG船舶與傳統(tǒng)的貨船在船舶結(jié)構(gòu)和船舶操縱性能上有著一定的差異，對(duì)通航環(huán)境的要求往往高于普通貨船，LNG船舶航行的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)通航水域的安全帶來(lái)了較大的壓力，同時(shí)也對(duì)港口和通航管理提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外海事安全管理中，都對(duì)LNG運(yùn)輸船舶的通航安全引起了高度的重視。由于LNG船舶的高造價(jià)和高危險(xiǎn)性，其危險(xiǎn)等級(jí)要高于大型油輪，因此有必要對(duì)LNG運(yùn)輸船舶劃定安全區(qū)域。國(guó)內(nèi)外營(yíng)運(yùn)LNG船舶的港口目前通用做法是制定適合本港區(qū)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或管理規(guī)定，對(duì)進(jìn)出港的LNG船舶劃定安全航行區(qū)，避免其他船舶侵犯LNG船舶。

海南洋浦港LNG碼頭概況

海南LNG碼頭位于海南省洋浦港區(qū)，距北面的海南煉化30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭約2000 m，距南面的金海漿紙廠碼頭約800 m。

圖1 洋浦神頭港區(qū)LNG碼頭位置示意圖

表1 碼頭設(shè)計(jì)船型表

洋浦LNG碼頭LNG船舶自南部外海海域駛?cè)胙笃指蹍^(qū)，以大鏟礁尾燈塔為物標(biāo)，航經(jīng)A（大鏟礁尾燈塔方位90°、距離6.28n mile）時(shí)，改駛航向?yàn)?10°，船舶駛?cè)?#LNG船舶應(yīng)急錨地、5#LNG船舶作業(yè)待駁錨地。LNG船舶自錨地起錨后，取航向090°，根據(jù)具體情況適時(shí)在航向區(qū)間調(diào)整。當(dāng)船舶航行至神尖角燈樁方位070°、距離1.5n mile處時(shí)，改駛航向080°進(jìn)入LNG碼頭航道及回旋水域。LNG碼頭自港池入口至回旋水域中心約800m，自制動(dòng)航道入口至回旋水域中心約1800m。

圖2 LNG船舶進(jìn)出港航路

LNG運(yùn)輸船舶安全區(qū)

1、移動(dòng)安全區(qū)的定義

考慮到安全區(qū)域的位置及范圍會(huì)隨著LNG船舶的移動(dòng)而發(fā)生變化，因此又稱該區(qū)域?yàn)長(zhǎng)NG船舶的移動(dòng)安全區(qū)。LNG移動(dòng)安全區(qū)的設(shè)置能有效提高LNG船舶通航安全性，降低LNG船舶事故風(fēng)險(xiǎn)。LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)的設(shè)置一方面在于降低LNG船舶發(fā)生事故的概率；另一方面還要降低LNG船舶航行事故風(fēng)險(xiǎn)。

2、移動(dòng)安全區(qū)設(shè)置范圍定量計(jì)算方法

LNG船舶安全區(qū)長(zhǎng)度的確定主要考慮兩船在同一航路上行駛，當(dāng)前船采取制動(dòng)措施或其他原因使船舶制動(dòng)后，后船是否來(lái)不及停船以至于LNG船舶風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域的情形。研究中，這一區(qū)域范圍為上述安全區(qū)寬度的距離在船舶四周的膨脹。

如圖，假設(shè)兩船舶一前一后在同一航道上同向航行，可根據(jù)交通流跟馳理論來(lái)確定LNG船舶安全區(qū)長(zhǎng)度。取值為基于風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得出的LNG船舶的安全區(qū)寬度值。

（1）前船為L(zhǎng)NG船舶

（2）后船為L(zhǎng)NG船舶

圖3 船舶跟馳制動(dòng)過(guò)程

以前船開始制動(dòng)時(shí)為參考時(shí)刻，A0為后船初始位置與B0為前船初始位置，A1與B1分別為其制動(dòng)后的位置。A'0為后船開始制動(dòng)的位置。

前船完成制動(dòng)時(shí)距離后船初始位置為S2：

S2=S0+Sb2 （1）

式中：S0為前船制動(dòng)前兩船凈間距。Sb2為前船的制動(dòng)距離。

對(duì)于后船而言，從發(fā)現(xiàn)前方態(tài)勢(shì)到發(fā)出命令到主機(jī)動(dòng)作這段時(shí)間內(nèi)，后船行駛反應(yīng)距離St，后船開始制動(dòng)后行駛距離Sb1，故后船移動(dòng)距離為S1：

S1=St+Sb1 （2）

其中：St=Vt，V為前船制動(dòng)時(shí)后船的速度，t為后船反應(yīng)時(shí)間，包括駕駛員對(duì)前船制動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間。

在兩船先后完成制動(dòng)時(shí)，兩船的距離應(yīng)大于安全余量Sm，即S2-S1？莛Sm，整理可得船舶安全縱向間距模型為：

S0？莛St+Sb1+Sm-Sb2 （3）

當(dāng)后船的制動(dòng)距離小于或等于前船的制動(dòng)距離時(shí)，會(huì)出現(xiàn)Sb1≤Sb2的情形，此時(shí)船舶安全縱向間距應(yīng)為：

S0=St+Sm （4）

在計(jì)算過(guò)程中，由于船舶AIS動(dòng)態(tài)信息的刷新時(shí)間為10s，駕駛員反應(yīng)時(shí)間取30～35s，動(dòng)作時(shí)間取2～3s，安全考慮可取為60s。

船舶的制動(dòng)距離可分為停車沖程和倒車沖程，可以根據(jù)船舶速度從船舶資料上查到，也可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

船舶以一定速度（全速或半速）行駛中采取停車措施后，直至降到某一余速（2kn～4kn）前的變速運(yùn)動(dòng)稱為船舶停車變速運(yùn)動(dòng)。

主機(jī)停車后，推力急劇下降到零。開始時(shí)，船速較高，阻力也大，速降很快；但當(dāng)速度減小后，阻力也隨之減小，速降越來(lái)越慢，船很難完全停止下來(lái)，且在水中亦很難判斷。所以，通常以船速降至維持舵效的最小速度作為計(jì)算停車所需時(shí)間和船舶航進(jìn)路程的標(biāo)準(zhǔn)。

停車沖程可采用Topley船長(zhǎng)提出的經(jīng)驗(yàn)估算式：

S=0.024C×V0×1852 （5）

式中：C—船速減半時(shí)間常數(shù)，單位為min；V0—船舶停車時(shí)初速，單位為kn；S—船舶停車沖程，單位為m；C值隨船舶排水量不同而不同，見表2。

表2 船速減半時(shí)間常數(shù)

船舶在全速前進(jìn)中開后退三，從發(fā)令開始至船舶對(duì)水停止移動(dòng)所航進(jìn)的路程，稱為倒車沖程。倒車沖程又稱為緊急停船距離或最短停船距離。

緊急停船距離經(jīng)驗(yàn)估算法：

■ （6）

式中：S—倒車沖程（m）；g—重力加速度（9.8m/s2）；W—船舶排水量（噸）；kx—船舶前進(jìn)方向虛質(zhì)量系數(shù)，可經(jīng)實(shí)驗(yàn)取得，大型船舶可取1.07。Tp—螺旋槳倒車?yán)Γǎ?，估算時(shí)可用Tp=（后退倒車功率）來(lái)估算；V0—船舶倒車時(shí)船速（m/s） 。endprint

3、海南洋浦港區(qū)LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)范圍設(shè)置

3.1安全區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置

安全縱向間距的保持主要是后船來(lái)控制，后船開始制動(dòng)后行駛距離應(yīng)選用本船的倒車沖程，可根據(jù)本船速度（從本船資料上查到），也可從倒車沖程計(jì)算公式得出。

對(duì)于前船的制動(dòng)距離要視前船的船舶參數(shù)及其所采取的制動(dòng)措施或發(fā)生的情況而定。從安全角度考慮，Sb2應(yīng)取較小值。對(duì)于前船發(fā)生擱淺事故，制動(dòng)距離就是所有可能發(fā)生的情況中的最小值（Sb2≈0）。前船采取其他制動(dòng)措施或主機(jī)故障，其制動(dòng)距離均應(yīng)大于其倒車沖程，所以后船在確定安全間距時(shí)，前船制動(dòng)距離取其倒車沖程是最有利的。LNG船舶的制動(dòng)距離由船舶的沖程圖資料得出。

表3 LNG船舶制動(dòng)距離

其他條件一定時(shí)，LNG船舶的安全區(qū)長(zhǎng)度隨LNG船舶載貨容量和船舶速度的增大而增大。由于船舶制動(dòng)性能隨著噸級(jí)的增加而降低，制動(dòng)時(shí)距離更長(zhǎng)，因此，LNG船舶為前船時(shí)，LNG船舶后方的安全區(qū)長(zhǎng)度隨后方船舶噸級(jí)的增大而增大；LNG船舶為后船時(shí)，LNG船舶前方的安全區(qū)長(zhǎng)度隨前方船后船舶噸級(jí)的增大而減小。推薦LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)長(zhǎng)度如下表：

表4 移動(dòng)安全區(qū)長(zhǎng)度（m）

3.2安全區(qū)寬度設(shè)置

參考論文《LNG船舶進(jìn)出港航行移動(dòng)安全區(qū)寬度定量計(jì)算分析》，當(dāng)VLNG=10 kn，在 MLNG，Mj，Vj取各值的情況下，LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)的寬度見表4。Vj=8 kn，MLNG<18 ×107kg時(shí)，采用基于可接受概率方法計(jì)算出的LNG 船舶移動(dòng)安全區(qū)寬度，其值不隨 MLNG，Mj變化； Vj< 16 kn，MLNG= 3 ×107kg時(shí)，同樣采用基于可接受概率方法計(jì)算出的 LNG 船舶移動(dòng)安全區(qū)寬度，其值隨 Vj的增大而稍稍減小；Vj≥14 kn，MLNG≥6×107kg，Mj≥15×107kg 時(shí)，采用基于可接受風(fēng)險(xiǎn)方法計(jì)算出的 LNG 船舶移動(dòng)安全區(qū)寬度，其值隨MLNG，Mj，Vj的增大而增大?？傮w看來(lái)，在VLNG=10 kn 條件下，移動(dòng)安全區(qū)寬度在200～1 000 m范圍內(nèi)。

表5 LNG 船舶移動(dòng)安全區(qū)寬度 L /m

表6 LNG 船舶移動(dòng)安全區(qū)寬度 L /m

進(jìn)出海南洋浦港LNG碼頭的LNG船舶自5#錨地起錨后保持最大航速8kn駛?cè)隠NG碼頭進(jìn)港航道，根據(jù)以上分析，LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)長(zhǎng)度取1500m，寬度可取為230m。同時(shí)參照國(guó)外安全區(qū)域的設(shè)置并結(jié)合我國(guó)各港口設(shè)置情況和《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-5-2009）的規(guī)定，建議海南洋浦港區(qū)LNG 船舶的安全區(qū)域設(shè)置為前后各 1 海里，左右各250m的區(qū)域。進(jìn)出港過(guò)程中，擬在移動(dòng)安全區(qū)邊界配備四艘護(hù)航船艇進(jìn)行護(hù)航作業(yè)，護(hù)航船艇位置標(biāo)識(shí)LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)范圍，起警戒作用。

圖4 LNG船舶進(jìn)出港移動(dòng)安全區(qū)示意圖

結(jié)語(yǔ)

由于LNG船舶的特殊危險(xiǎn)性，其進(jìn)出港航行時(shí)設(shè)置一定范圍的移動(dòng)安全區(qū)，并進(jìn)行拖輪護(hù)航作業(yè)，可以有效的保障LNG船舶航行安全。港口水域交通流量一般較大，因此LNG船舶進(jìn)出港作業(yè)對(duì)港口的正常營(yíng)運(yùn)產(chǎn)生臨時(shí)性影響，因此合理設(shè)置LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)范圍，可以提高港口水域的使用效率，同時(shí)也可以合理分配港口拖輪的使用，實(shí)現(xiàn)資源分配的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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[2]文元橋等，《中國(guó)沿海LNG船舶航行及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究》。

[3]《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-5-2009）。

[4]文元橋，牟軍敏，肖長(zhǎng)詩(shī)等，《中國(guó)沿海LNG船舶航行及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究技術(shù)報(bào)告》。

（作者單位：海南省船舶引航站）endprint