唐山LNG終端船舶操縱模擬試驗

【摘 要】 為對在液化天然氣（LNG）終端投產(chǎn)運營前須進行的船舶操縱模擬試驗（FMBS）有清晰的認識，通過對FMBS實施流程和關鍵控制點的分析，結合唐山LNG終端碼頭及附近水域?qū)嶋H情況，設計模擬試驗方案。結果表明，模擬試驗結果對實際操船有一定的指導作用。歸納船舶操縱要點，進一步保證LNG船舶靠離泊碼頭的安全。

【關鍵詞】 船舶操縱模擬試驗（FMBS）；液化天然氣（LNG）船舶；靠泊；離泊

1 船舶操縱模擬試驗（FMBS）概述

1.1 FMBS的目的

按照國際行業(yè)慣例，試運投產(chǎn)、裝（卸）液化天然氣（LNG）首船的LNG終端須完成由船舶所有人和（或）租船方、貨主等代表參加的FMBS。 FMBS的順利完成，為下一步進行船岸界面匹配和盡職調(diào)查奠定了基礎。

為確保大型LNG船舶（Q-Flex/Q-Max船型）進出港及靠離泊安全，擬通過對船舶在不同工況（風、浪、流等）環(huán)境下的操縱模擬試驗，了解在各種環(huán)境條件下船舶進出港及靠離泊安全情況，并據(jù)此制訂科學的進出港及靠離泊方案。FMBS對指導船舶安全靠離碼頭具有重要意義，是LNG終端試運投產(chǎn)前的重要環(huán)節(jié)。

FMBS目的是為了對Q-Flex/Q-Max船型在碼頭各種工況下靠離泊的模擬驗證，分析影響船舶安全航行及靠離泊的不利因素，提出靠離泊安全作業(yè)條件。

1.2 FMBS的實施流程

唐山LNG終端試運投產(chǎn)前的FMBS由當?shù)匾絾T主持，拖船船長根據(jù)港址相關氣象水文資料，以及引航員的經(jīng)驗制訂試驗方案。在預設工況條件下，通過對Q-Flex和Q-Max型LNG船舶進出唐山LNG終端碼頭的模擬試驗，從船舶操縱角度驗證碼頭泊位、進出港水域的合理性和可行性?？偨Y操作過程中的經(jīng)驗，為以后實際操船提供參考。

1.3 FMBS的關鍵控制點分析

（1）通過試驗船型進出唐山LNG終端碼頭附近水域的航行和靠離泊模擬試驗，研究LNG船舶航行和靠離泊的運動軌跡及操作要點（包括在各航段的航速控制范圍），確定LNG船舶靠離泊的極限條件及其安全對策，確定各種條件下的港作拖船配置。

（2）通過本港口水域交通條件的實景模擬，分析水域環(huán)境安全現(xiàn)狀，提出改善安全管理的措施。

（3）運用船舶操縱模擬技術，模擬Q-Flex和Q-Max船型航行，分析在不同的風、流、浪等環(huán)境因素影響下，以及相應的拖船配合下，進出該水域的可行性和安全性。

（4）引航員和拖船船員進行模擬駕駛及操縱配合，了解Q-Flex和Q-Max船型航行、靠離泊要點。

（5）船舶模擬靠泊試驗可為唐山LNG終端碼頭安全運營提供科學依據(jù)，為相關主管部門制訂決策提供支持。

2 FMBS的應用

2.1 碼頭工程簡介

曹妃甸港區(qū)位于唐山市南部海域，地理坐標北緯38€？5'，東經(jīng)118€？0'；西距天津港38 n mile，東北距秦皇島港92 n mile，距京唐港33 n mile。

終端碼頭作為一個LNG船專用卸船泊位，可接收艙容量為27萬m3（兼顧艙容量介于8萬～27萬m3）的船型。LNG碼頭布置在終端 15 m等深線區(qū)域，總體位于曹妃甸港區(qū)東南側已建的30萬噸級原油泊位東。碼頭軸線為68€啊？48€啊U磺糯怪庇誄∏ぐ叮艸ざ？ 899 m。

泊位總長度410 m，采用“蝶”形墩臺式平面布置型式，設置工作平臺1座、靠船墩4座、系纜墩6座，另按照工藝要求在工作平臺后緊鄰棧橋設控制平臺1座。在碼頭最外側的兩座系纜墩上分別安裝燈樁各1座，回旋水域東側燈浮1座（1號燈浮）（見圖1）。

2.2 設計模擬船型參數(shù)

設計模擬船型見表1。

圖1 碼頭前沿布置

表1 設計模擬船型具體參數(shù)

2.3 FMBS方案設計

根據(jù)《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》，LNG船舶作業(yè)條件標準參數(shù)見表2。

表2 LNG船舶作業(yè)條件標準參數(shù)

根據(jù)《曹妃甸港區(qū)LNG船舶進出港方案的討論》[1]，碼頭前沿水域及航道附近最淺水深為 ，考慮到LNG最大船舶滿載吃水為12 m，故當LNG船舶靠離唐山LNG終端碼頭時，無需乘潮作業(yè)?？紤]到潮汐的影響，碼頭前沿水域最大流速小于1.25 m/s；風、浪因素在設計模擬試驗方案時均考慮到《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》中規(guī)定的極端值。

經(jīng)參加FMBS的專家討論，考慮到碼頭前沿裝有1號燈浮，若LNG船舶采用旋回掉頭右舷靠泊碼頭，引航員心理壓力加大，不利于船舶操縱安全。因此，只考慮LNG船舶左舷靠離泊碼頭。具體模擬試驗方案見表3。

表3 LNG船舶靠離泊模擬試驗方案

3 FMBS結果及分析

3.1 風對船舶靠離泊的影響

風對船舶滿載進港航行操縱的影響不是很明顯（見圖2），對靠泊操縱有一定的影響（見圖3）。風對滿載LNG船舶靠泊的影響主要體現(xiàn)在風流共同作用上。對于船舶操縱來說，風流作用于同一舷側的情況要比風流作用于不同舷側的情況困難。

圖2 試驗1

圖3 試驗5

模擬試驗表明，在風力不大于6級時，船舶能夠安全地進行滿載左舷靠泊和壓載離泊操作。

3.2 流對船舶靠離泊的影響

3.2.1 漲流靠泊

船舶航行至航道末端時需適當降速，船速應控制在3 kn左右；至回旋水域，逐步向右轉(zhuǎn)向，船速較慢，流的影響較大，注意調(diào)整受流角度，借助流、拖船、車、舵，控制船舶的橫移速度，在抵達停泊水域前，平行靠泊。在漲流靠泊時，船舶應掌握好轉(zhuǎn)向入泊橫距、入泊角度、入泊余速以及靠泊的法向速度。

入泊橫距可控制在3倍船寬左右，距泊位1倍船長時，余速控制在1～2 kn以下，注意保持合適的受流角度，以控制橫移速度，使船舶緩慢靠向碼頭。

在船舶接近停泊水域時，應提前將船拉平。在貼靠碼頭時，建議法向靠岸速度控制在10 cm/s以下，靠泊角度不超過5€埃云叫鋅坎次??？

考慮到本碼頭航道之外為開闊水域，水深能夠滿足最大船型通航要求，根據(jù)當?shù)亓晳T做法，可考慮進行大旋回自主掉頭順岸靠泊（見圖4）。此時，船舶航速、入泊角度、入泊橫距相對較容易控制，安全性相對較高。

在距泊位約1 n mile實施大旋回自主掉頭，掉頭后保持0.5 n mile左右的橫距順岸靠泊，利用風、流、車、舵，在拖船協(xié)助下緩慢靠向碼頭（見圖5）。

圖5 試驗2

3.2.2 漲流和落流離泊

船舶利用拖船平行出泊，然后開艏，左舷受流，在漲流與拖船的共同作用下，使船舶離開碼頭。當船舶離開碼頭約0.5倍船長后，向右轉(zhuǎn)向掉頭（見圖6）。

圖6 試驗3

船舶在向右轉(zhuǎn)向時，可借助開艏時向右的轉(zhuǎn)向角速度，且掉頭過程中始終保持左舷受流，有益于船舶遠離碼頭，操縱相對容易。在掉頭過程中，應注意利用車、舵及拖船控制船舶的前沖、后縮，保持與碼頭的安全距離。因在掉頭過程中左舷受流，船舶將會向右舷方向漂移，拖船應盡可能向上流用力，使船舶搶占上流位置。船舶在轉(zhuǎn)向后，預配足夠的風流壓差，逐步加車，離開碼頭出港。

船舶利用拖船平行出泊，然后開艉，左舷受流，在落流與拖船的共同作用下，離開碼頭，并適當?shù)管囈該屨忌狭?。當船舶離開泊位0.5倍船長以上時，逐步向右轉(zhuǎn)向（見圖7）。若船舶離開碼頭的橫距不足，向右轉(zhuǎn)向時，右舷受流，艉易被壓向碼頭。船舶向右轉(zhuǎn)向后，右舷受橫流影響向東漂移，此時應盡可能利用拖船向上流方向用力。拖船應具備足夠的功率，船舶在離泊過程中注意利用車、舵及拖船控制其前沖、后縮，保持與碼頭以及1號燈浮的安全距離。

圖7 試驗4

模擬試驗表明，在漲潮流最大流速為1.4 m/s或落潮流最大流速為1.1 m/s及風力不大于6級時，船舶能夠安全地進行滿載左舷靠泊和壓載離泊。

3.3應急情況靠離泊

3.3.1 緊急離泊

在碼頭失火、LNG發(fā)生不可控泄漏、臺風等情況出現(xiàn)時，船舶需緊急離泊。

圖8 試驗7

在模擬試驗（見圖8）中吹攏風（南風）8級（18.9 m/s）、漲流流速1.4 m/s時，4艘 kW（馬力）拖船基本能夠協(xié)助船舶安全離泊，但此時浪高應小于1.0 m，才能保證拖船發(fā)揮其作用。

3.3.2 船舶主機失靈后又恢復情況下的靠泊

在模擬試驗南風6級、漲流流速1.4 m/s的情況下，Q-Max船型進港左舷靠泊。在船舶接近回旋水域時，主機失靈，此時可考察引航員的應變能力。

當主機失靈時，船速約3 kn。引航員發(fā)現(xiàn)主機失靈后，果斷利用拖船協(xié)助向右轉(zhuǎn)向，擬將船舶拖至應急錨地錨泊檢修。當船舶尚在回旋水域內(nèi)時，主機修復，此時船舶可繼續(xù)靠泊（見圖9）。試驗表明，引航員所采取的措施果斷、正確。

圖9 試驗8

4 FMBS的主要結論及建議

4.1 主要結論

（1）根據(jù)本工程碼頭的模擬試驗結果，在指定工況下，Q-Flex和Q-Max船型進出港航行、左舷滿載靠泊、左舷壓載離泊均能安全完成。

（2）滿載進港船舶從進港水域到碼頭的制動距離足夠，船舶抵達泊位時的余速能夠得到有效控制。碼頭附近水域開闊，水深充足，船舶進出港航行不僅限于設計航道，亦可進行大旋回自主掉頭順岸靠泊。

（3）碼頭軸線方向與漲落潮流基本一致，流對靠離泊船舶的影響相對較小，在靠離泊時可充分加以利用。

（4）橫流對操縱安全影響較大，尤其是當流速較大和（或）低速航行時，船舶橫向漂移顯著，因而應預配合適的風流壓差，以便于船舶操縱。

（5）模擬試驗結果表明，本碼頭的掉頭回旋水域能夠滿足設計船型靠離泊操縱的要求。

4.2 建 議

（1）大型船舶在本港區(qū)進出港時，須由2名港區(qū)資深引航員進行引航。

（2）在通航環(huán)境允許條件下，船舶可大旋回自主掉頭靠泊。

（3）LNG船舶在進出港、靠離泊操作時，應熟知港口信息，嚴格遵守碼頭管理規(guī)定，保證安全靠離泊操作。

（4）船舶在靠離泊時，應充分考慮當時的實際氣象和水文情況，并充分注意船舶操縱模擬器模擬結果的局限性及與實際情況的差異。

（5）密切注視涌浪對泊穩(wěn)的影響。在靠泊期間，隨時監(jiān)控碼頭附近氣象、海況，并根據(jù)氣象部門發(fā)布的天氣預報，當風力或碼頭水域涌浪超過規(guī)定作業(yè)范圍時，應果斷停止靠泊作業(yè)，擇機靠泊。緊急離港時，應確保碼頭和船舶安全。

參考文獻：

[1] 張鵬飛，李寶玉.LNG船舶進出曹妃甸港區(qū)方案選擇及船舶操縱要領[J].水運管理，2015（9）：9-12.