“勘探六號(hào)”進(jìn)江拖航的通航安全風(fēng)險(xiǎn)分析

李　偉，薛仕中，湯國杰，馮愛國

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海系，江蘇 南通 226010)

“勘探六號(hào)”進(jìn)江拖航的通航安全風(fēng)險(xiǎn)分析

李偉，薛仕中，湯國杰，馮愛國

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海系，江蘇 南通 226010)

摘要：根據(jù)長江口特定的水文、氣象及通航環(huán)境特點(diǎn)，考慮拖船配置的合理性、航道水域的適應(yīng)性等方面因素，對(duì)大型鉆井平臺(tái)“勘探六號(hào)”進(jìn)江拖航方案進(jìn)行論證分析，系統(tǒng)分析“勘探六號(hào)”進(jìn)江拖航的主要通航安全風(fēng)險(xiǎn)，提出相關(guān)的建議及通航安全保障措施。

關(guān)鍵詞：大型鉆井平臺(tái)；拖航；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；通航安全保障措施

近年來隨著海洋石油資源的勘探和開發(fā)形式不斷發(fā)展，長江口地區(qū)已基本形成了大型海洋石油開發(fā)設(shè)施和海洋工程裝備建造的規(guī)模效應(yīng)。這些大型海上設(shè)施多數(shù)無自航能力，在投產(chǎn)使用進(jìn)出作業(yè)場地或水上移動(dòng)時(shí)需要采用拖航方式來實(shí)現(xiàn)。由于平臺(tái)體積龐大、上層建筑高大，拖航作業(yè)難度大，加之長江口水域船舶流量大、通航環(huán)境復(fù)雜，拖航作業(yè)存在較高的通航風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響。因此大型海上設(shè)施的安全拖航是海事主管部門、造船企業(yè)及承拖單位的重大技術(shù)課題[1]。

“勘探六號(hào)”享有“中石化鉆井航母”的美譽(yù)，是中石化旗下最先進(jìn)的鉆井平臺(tái)，此次需由作業(yè)地點(diǎn)拖航進(jìn)江，至招商局重工(江蘇)有限公司(位于南通江海港區(qū))進(jìn)行首度大修。筆者作為“勘探六號(hào)”拖航課題組成員，參與了平臺(tái)拖帶進(jìn)江作業(yè)的全過程，結(jié)合本次拖航的成功經(jīng)驗(yàn)，從拖船配置的合理性、航道水域的適應(yīng)性等方面對(duì)拖航方案進(jìn)行論證分析，針對(duì)“勘探六號(hào)”進(jìn)江拖航的主要通航安全風(fēng)險(xiǎn)提出相關(guān)的建議及通航安全保障措施，以期能為該類特殊拖航作業(yè)提供參考。

1“勘探六號(hào)”技術(shù)參數(shù)及拖航任務(wù)

“勘探六號(hào)”2010年建成，是bmpc-375型自升式鉆井平臺(tái)，形狀呈三角形，總高度154.35 m，總長101 m，型長72.10 m，總寬76.6 m，拖航吃水5.2 m，最大排水量19 916 t，外觀見圖1。

圖1　“勘探六號(hào)”位于起拖點(diǎn)

此次拖航由作業(yè)地點(diǎn)起拖，計(jì)劃由南槽S7進(jìn)口拖帶進(jìn)江，依次通過長江上海段和長江江蘇段，在招商局重工(江蘇)有限公司進(jìn)塢大修，具體進(jìn)江航行計(jì)劃[2]見表1。

表1　“勘探六號(hào)”進(jìn)江航行計(jì)劃(2015年10月20日)

進(jìn)塢作業(yè)選擇條件風(fēng)力不大于5級(jí)，能見度大于1 500 m，流速不大于1 kn。由5艘拖船協(xié)助采用拖尾的方式，將平臺(tái)拖到塢門口附近，在距塢口約20 m處穩(wěn)住平臺(tái)，由帶纜艇將船塢兩側(cè)10 t卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩鏈接到平臺(tái),利用卷揚(yáng)機(jī)將平臺(tái)拖移進(jìn)塢，進(jìn)塢操作示意于圖2。

圖2　進(jìn)塢操作示意

2拖船的配置及拖航拖力分析

2.1拖船編隊(duì)方案

進(jìn)江拖航作業(yè)共有4 艘拖船協(xié)助，其中“海洋石油683”輪擔(dān)任主拖，同時(shí)配備兩艘2 368 kW以上的全回轉(zhuǎn)拖船在船艉吊拖，另外安排一艘拖船伴航作應(yīng)急拖船，拖航編隊(duì)示意圖見圖3。拖帶船隊(duì)總長295 m，拖航船隊(duì)總寬76.6 m。

圖3　拖帶編隊(duì)示意

2.2拖船的相關(guān)資料

主拖船船長73.6 m，主機(jī)功率11 480 kW，系柱拖力1 660 kN，拖航吃水6.5 m。配有主拖纜和備用拖纜各一根，長度分別為1 400 m，破斷負(fù)荷約4 770 kN。在長江上海段和長江江蘇段航行時(shí)，配有輔助拖船見表2。

表2　其他輔助拖船資料

2.3拖航阻力估算

拖航選擇在連續(xù)2 d風(fēng)力小于6級(jí)、能見距離大于3 000 m的條件下進(jìn)行，根據(jù)《海上拖航指南》(2011)進(jìn)行海上拖航進(jìn)行阻力估算[3]。

(1)

式中：Rf——被拖船的摩擦阻力；

Rb——被拖船的剩余阻力；

Rft——拖船的摩擦阻力；

Rbt——拖船的剩余阻力。

1) 拖船的阻力。主拖船在靜水中拖航速度V為4 kn時(shí)阻力。

(1) 主拖船的摩擦阻力

Rf=1.67A1V1.8310-3

(2)

式中：A1——船舶或水上建筑物的水下濕表面積。經(jīng)計(jì)算Rf≈8.07 kN。

(2) 主拖船的剩余阻力

Rb=0.147CbA2V1.74+0.15V

(3)

式中：Cb——方形系數(shù);

A2——浸水部分的船中橫剖面積。

經(jīng)計(jì)算，剩余阻力Rb≈55.28 kN。另外2條港作拖船阻力每艘記為40 kN，不再重復(fù)計(jì)算。

2) 被拖海洋平臺(tái)拖航阻力?！翱碧搅?hào)”拖航吃水在5.2 m，其水下部分可近似沒有任何載重線型變化的箱形船及水上結(jié)構(gòu)。根據(jù)式(2)、(3)，經(jīng)計(jì)算，其水下濕表面積A1≈5 681.48 m2，水下中橫剖面積A2≈355.68 m2，所以被拖物體阻力:Rf≈35.5 kN,Rb≈228.9 kN。

因此拖航船隊(duì)的總阻力為：Rt≈468 kN。

此外, 當(dāng)吃水5.2 m時(shí),對(duì)于受風(fēng)面積龐大的鉆井平臺(tái)或其他水上建筑物(拖船部分較小,可忽略)其拖航阻力尚應(yīng)按式(4)計(jì)算, 并與以上計(jì)算結(jié)果比較, 取較大值。

(4)

式中：ρ——空氣密度，kg/m3,一般取ρ=1.22 kg/m3；

V——風(fēng)速,m/s；取20.6 m/s；

Cs——形狀系數(shù)；

Ai——船舶受風(fēng)面積，按頂風(fēng)計(jì)算，經(jīng)高度系數(shù)和形狀系數(shù)修正后的受風(fēng)面積為Ai為2 427.57 m2。

經(jīng)計(jì)算：Ra≈641kN，總阻力∑R≈830kN。

2.4拖帶所需拖力分析

根據(jù)海上拖航船隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，拖船有效輸出拖力約為拖船系柱拖力的75%。主拖船“海洋石油683”主機(jī)功率11 480 kW，系柱拖力1 660 kN，則有效輸出拖力為：166×75%=1 245 kN，大于拖船船隊(duì)在靜水中拖航速度達(dá)到4 kn的總阻力，拖航過程中另有2艘功率2 368 kW的拖船在尾部協(xié)拖，因此拖船拖力足夠。

3長江段拖帶作業(yè)的通航安全評(píng)估

3.1航道尺度與拖帶航行的適應(yīng)性分析

3.1．1航道寬度

采用2種方法估算拖帶船隊(duì)通航所需的航道寬度。

1)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]6.4.2規(guī)定，單向航道有效寬度W和航跡帶寬度A可按下列公式確定。

(5)

式中：A——航跡帶寬度，m；

B——船舶間富裕寬度，取76.6 m；

C——船舶與航道底邊的富裕寬度取1B；

γ——風(fēng)流壓偏角,取γ=7°；

n——船舶的漂移倍數(shù),取n=1.69。

經(jīng)計(jì)算得：A=163.2 m，W=316.4 m。

2) 根據(jù)《鉆井平臺(tái)拖航與就位作業(yè)規(guī)范》[5](SY/T10035—2010)規(guī)定：進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時(shí)航道的寬度一般應(yīng)不小于3倍的平臺(tái)型寬?！翱碧搅?hào)”自升式鉆井平臺(tái)型寬68.4 m，根據(jù)3倍平臺(tái)型寬的要求計(jì)算，則所需航道的寬度為205.2 m。

取以上計(jì)算結(jié)果較大值，即拖航船隊(duì)所需航道寬度為316.4 m。目前長江上海段南槽S7 燈浮至圓圓沙燈船航道寬度在500～2 300 m，外高橋航道、寶山航道及寶山北航道寬度都在1 000 m或以上；長江江蘇段南通以下主航道的航道寬度為500 m，均滿足拖帶船隊(duì)通航要求，但部分航段拖帶船隊(duì)航行期間可能會(huì)占用通航分隔帶。

3.1.2航道水深

“勘探六號(hào)”拖航吃水為5.2 m，“海洋石油683”拖航吃水為6.5 m；輔助拖船最大吃水均小于5 m。故整個(gè)拖帶船隊(duì)最大吃水為6.5 m，加上0.8 m的富裕水深，則“勘探六號(hào)”拖帶船隊(duì)航經(jīng)水域所需的最小水深為7.3 m。

目前長江上海段圓圓沙燈船至瀏河口警戒區(qū)航道維護(hù)水深為12.5 m；長江江蘇段長江1#浮至長江15#浮，深水航道以500 m航道寬度、12.5 m水深(理論最低潮面)為維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，均能滿足拖航船隊(duì)通航水深要求；但南槽航道A38～S27(九段附近)最小水深為5.3 m，需乘潮2 m以上通過。

3.2拖帶航行的主要風(fēng)險(xiǎn)

3.2.1進(jìn)江拖帶風(fēng)險(xiǎn)

1) “勘探六號(hào)”在拖航過程中部分航段需占用通航分隔帶，且拖帶船隊(duì)船速慢，保向、改向和變速能力差，絕大多數(shù)船舶均處于追越態(tài)勢，“勘探六號(hào)”平臺(tái)與它船對(duì)遇、追越的間距均不大，若航速、船位控制不好，容易造成主拖船發(fā)生斷纜或碰撞事故[6]。

2) 長江上海段拖航期間，需乘潮通過南槽航道淺水區(qū)(九段附近)，若乘潮時(shí)機(jī)不對(duì)，存在擱淺風(fēng)險(xiǎn)；需依次穿越圓圓沙警戒區(qū)、吳淞警戒區(qū)、寶山警戒區(qū)和瀏河警戒區(qū)，警戒區(qū)內(nèi)船舶交通流較為復(fù)雜，拖帶船隊(duì)的操縱能力受到限制，發(fā)生緊迫局面的風(fēng)險(xiǎn)較高。

3) 長江江蘇段拖航期間航經(jīng)水域交通流量大，特別在長江11#浮以下右岸有太倉港密集的碼頭，進(jìn)出碼頭船舶、乘潮上行的小型船舶頻繁穿越航道，會(huì)遇局面復(fù)雜，發(fā)生船舶碰撞事故的風(fēng)險(xiǎn)高。根據(jù)航行計(jì)劃長江江蘇段拖航均為夜航，夜航期間船舶駕駛員受視距限制影響大，觀察靈敏度降低，通航風(fēng)險(xiǎn)高[7]。

4) 風(fēng)、潮流及能見度等自然條件對(duì)拖帶船隊(duì)航行安全影響大，不利的風(fēng)流作用下，會(huì)使得平臺(tái)拖帶占用更多的通航水域，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成被拖船舶的偏移、搖蕩，甚至發(fā)生斷纜情況。

5) “勘探六號(hào)”呈三角形，形狀不規(guī)則對(duì)船隊(duì)操控十分不利，拖帶過程中受力位置較難控制，易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)拖船配合不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成船隊(duì)偏蕩幅度過大，偏蕩嚴(yán)重時(shí)，甚至出現(xiàn)被拖平臺(tái)傾覆或斷纜狀況[8-9]。

3.2.2進(jìn)塢作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

進(jìn)塢前需進(jìn)行編解隊(duì)作業(yè)，掛解拖纜作業(yè)期間可能存在拖船碰撞平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)；主拖解纜初期，拖船可能穩(wěn)不住平臺(tái)，在風(fēng)流作用下發(fā)生漂移存在發(fā)生船舶碰撞、擱淺的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)流速、潮高不合適，存在無法進(jìn)行進(jìn)出船塢操作、碰撞塢墩的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3相關(guān)建議

1) 拖帶船隊(duì)?wèi)?yīng)充分借鑒以往拖帶大型平臺(tái)進(jìn)(出)江的成功經(jīng)驗(yàn)，熟悉和了解長江口水文、氣象的特點(diǎn)，掌握長江上海段及江蘇段通航船舶的特點(diǎn)，選擇連續(xù)兩天風(fēng)力不大于6級(jí)、能見距離大于3 000 m的條件下進(jìn)行。

2) 應(yīng)按規(guī)定申請(qǐng)發(fā)布航行通告(警告)，拖帶作業(yè)過程中，應(yīng)充分利用現(xiàn)有的海事監(jiān)管資源，加強(qiáng)VTS 安全監(jiān)管和全程跟蹤，申請(qǐng)安排海巡艇全程護(hù)航和進(jìn)行必要的交通疏導(dǎo)。

3) 應(yīng)提前將拖帶作業(yè)計(jì)劃、船隊(duì)動(dòng)態(tài)通報(bào)給上、下游港航單位，提請(qǐng)適當(dāng)管控船舶進(jìn)出及靠離泊作業(yè)，主動(dòng)發(fā)布安全信息。

4) 拖航作業(yè)的業(yè)主單位與承拖單位應(yīng)向海事管理部門提交CCS簽發(fā)的《適拖證書》，拖帶船隊(duì)進(jìn)江前應(yīng)對(duì)拖船、拖纜等進(jìn)行檢查，確保處于適拖狀態(tài)。

5) 經(jīng)過淺水水域應(yīng)認(rèn)真核算可利用的潮高和富裕水深，加帶尼龍纜繩做保險(xiǎn)纜，確保在通過淺區(qū)時(shí)處于安全狀態(tài)，防止擱淺事故的發(fā)生。

6) 按《內(nèi)河避碰規(guī)則》的規(guī)定顯示號(hào)燈號(hào)型，根據(jù)航道與通航環(huán)境正確處理拖航過程中遇到的追越和對(duì)遇問題，主動(dòng)聯(lián)系溝通。

7) 拖航中應(yīng)派專人測定船位，隨時(shí)了解船位和風(fēng)流壓差及變化，并及時(shí)修正。應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的潮流和風(fēng)向確定轉(zhuǎn)向位置，在轉(zhuǎn)向前須提前通知各拖船，避免使用大角度轉(zhuǎn)向而造成船隊(duì)大幅度擺動(dòng)，應(yīng)提前用小舵角分段轉(zhuǎn)向，避免船隊(duì)擺動(dòng)。

8) 針對(duì)可能遭遇的各種風(fēng)險(xiǎn)制定包括防斷纜、防碰撞、防大霧等方面的應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)應(yīng)急的演練和培訓(xùn)，落實(shí)各項(xiàng)安全、應(yīng)急和防污染措施。

9) 當(dāng)受風(fēng)、流、潮高和進(jìn)塢時(shí)間影響不合適進(jìn)塢時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，平臺(tái)在招商重工1#碼頭內(nèi)檔港池內(nèi)插樁或利用一艘平板駁墊檔靠泊1#碼頭。

參考文獻(xiàn)

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Risk Assessment for Towing the Large Offshore Oil Drilling Platform Kantan 6 in Yangtze River

LI Wei, XUE Shi-zhong, TANG Guo-jie, FENG Ai-guo

(Dept. of Navigation, Nantong Vocational andTechnical Shipping Collage, Nantong Jiangsu 226010, China)

Abstract:According to the specific characteristics of hydrology, meteorology and the navigable environment, the towing scheme of the large offshore drilling platform Kantan 6 into the Yangtze river is demonstrated from views of the tug configuration and waterway conditions. The main navigation risks of this towing project are analyzed systematically, to put forward relevant suggestions and navigation safety guarantee measures accordingly.

Key words:large offshore drilling platform; towing; risk assessment; navigation safety guarantee measures

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.036

收稿日期：2015-12-17

基金項(xiàng)目：江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助計(jì)劃,南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題(HYKJ/2015B02)

第一作者簡介：李偉 (1984—),男，碩士，講師 E-mail:weili@ntsc.edu.cn

中圖分類號(hào)：U676.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-7953(2016)03-0163-04

修回日期：2016-01-04

研究方向:水上交通風(fēng)險(xiǎn)決策與控制