LNG船系泊安全分析

王斌 張鵬飛

【摘 要】 為保障LNG船系泊安全，通過引入OPTIMOOR軟件的輸入矩陣（標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境限制條件和LNG碼頭布置參數(shù)）得出系泊分析的輸出矩陣（纜繩張力占破斷強(qiáng)度百分比、船體承受護(hù)舷反力、護(hù)舷形變量、護(hù)舷承受的壓強(qiáng)、護(hù)舷與船平行中體的接船面積百分比等參數(shù)）。結(jié)合某大型LNG接收站實(shí)例分析，梳理出影響LNG船系泊安全的直接因素和根本因素，提出優(yōu)化措施：選取平行中體平滑的LNG船型，縮短橡膠護(hù)舷的中心間距，提高橡膠護(hù)舷的理基高程。

【關(guān)鍵詞】 LNG船;OPTIMOO;安全系泊

0 引 言

LNG船是在 163℃低溫下運(yùn)輸液化天然氣的專用船舶，是一種“海上超級(jí)冷凍車”，被喻為世界造船業(yè)“皇冠上的明珠”。目前，LNG國際貿(mào)易的貨物交付主要通過往返于LNG出口站與LNG接收站間的LNG運(yùn)輸船實(shí)現(xiàn)，而LNG船無論是在LNG出口站裝貨前，還是在LNG接收站卸貨前，均須安全系泊LNG碼頭才可進(jìn)行相關(guān)作業(yè);因此，對(duì)LNG船系泊安全進(jìn)行深入研究迫在眉睫。

1 研究背景及方法

1.1 研究背景

系泊安全分析是LNG船靠泊LNG碼頭前必須要進(jìn)行的一項(xiàng)研究，作為船岸兼容匹配分析的必要組成部分，其已被國際大多數(shù)LNG船船舶所有人和租船方接受并普遍應(yīng)用。目前行業(yè)內(nèi)通過石油公司國際海事論壇（OCIMF）的《系泊設(shè)備指南》（Mooring Equipment Guidelines）中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境限制條件實(shí)現(xiàn)系泊安全分析研究。

1.2 研究方法

LNG船系泊安全分析研究通常采用OPTIMOOR軟件模擬形式進(jìn)行。OPTIMOOR是用于船舶系泊安全分析研究的計(jì)算機(jī)軟件，廣泛應(yīng)用于行業(yè)內(nèi)對(duì)船舶系泊布置完整性的審核確認(rèn)。LNG船的系泊安全分析研究也是基于該軟件，將標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境限制條件及LNG碼頭布置參數(shù)輸入，得出基于此碼頭各種工況下的船舶纜繩張力、碼頭系船柱、系纜鉤和橡膠護(hù)舷負(fù)荷值，并將這些值與其設(shè)計(jì)許可值進(jìn)行比較，判斷出該船能否安全系泊。

2 OPTIMOOR軟件輸入矩陣和輸出矩陣

2.1 OPTIMOOR軟件輸入矩陣

通常來說，一艘14萬～17萬m3的LNG船，在風(fēng)和流影響下，布置16根纜繩足以為船舶提供充足的纜繩張力來保證系泊安全，因此，本文研究的是16根纜繩情況下的LNG船系泊安全。

OPTIMOOR建模平面布置見圖1。

根據(jù)《系泊設(shè)備指南》的要求，OPTIMOOR運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境限制條件（即船舶系泊配置）應(yīng)當(dāng)滿足在任何風(fēng)向、風(fēng)速60 kn以下，不同流向、不同流速的水流條件下仍能夠保證安全系泊。船舶安全系泊配置參數(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）流來自船首或船尾，流速為3 kn;

（2）流來自船尾或船首10胺較潁魎儻？ kn;

（3）流來自船舶正橫方向，流速為0.75 kn。

風(fēng)速是指距離地面或水面10 m高度的30 s平均風(fēng)速，水流速度是指船舶吃水處的平均流速。

OPTIMOOR系泊分析的碼頭布置參數(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）碼頭區(qū)域理論最高潮位和最低潮位;

（2）碼頭泊位方位角、靠船墩相對(duì)于海圖基礎(chǔ)面高程、碼頭泊位水深、船舶在碼頭前后最大位移、船舶在碼頭左右最大位移、泊位對(duì)中線相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)（通常取0）的距離、指定高度（通常取10 m）的風(fēng)速;

（3）碼頭所有快速脫纜鉤的數(shù)量、相對(duì)于泊位對(duì)中線的距離和護(hù)舷面板連線的距離、系纜墩/靠船墩表面的相對(duì)高度、快速脫纜鉤單鉤許可負(fù)荷和快速脫纜鉤單元許可負(fù)荷;

（4）泊位橡膠護(hù)舷所在位置、相對(duì)于泊位對(duì)中線的距離、護(hù)舷相對(duì)于水深基準(zhǔn)面高程、護(hù)舷面板寬度、護(hù)舷面板面積;

（5）橡膠護(hù)舷形變量和對(duì)應(yīng)反力的數(shù)據(jù)。

某大型LNG接收站泊位OPTIMOOR的輸入矩陣數(shù)據(jù)見圖2。

2.2 OPTIMOOR輸出矩陣

在OPTIMOOR中輸入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境限制條件和碼頭泊位布置參數(shù)后，經(jīng)運(yùn)行可得出每個(gè)工況下的纜繩張力占破斷強(qiáng)度百分比、護(hù)舷承受反力、護(hù)舷形變量、船體承受壓強(qiáng)、護(hù)舷與船平行中體的接觸面積百分比等參數(shù)（見圖3）。

3 判斷LNG船系泊安全的標(biāo)準(zhǔn)

3.1 實(shí)例分析

國內(nèi)某大型LNG接收站甲的理論基面高水位和低水位分別為5.40 m 和 0.77 m，系泊纜繩數(shù)為16;某大型LNG接收站乙的理論基面高水位和低水位分別為8.42 m 和0.21 m，系泊纜繩數(shù)為19。以某球型LNG船為例，運(yùn)用OPTIMOOR軟件在甲、乙兩個(gè)大型接收站均為壓載高水位及3 kn船首來流的試驗(yàn)工況條件下，對(duì)該船分別以左舷和右舷靠泊甲、乙兩個(gè)接收站進(jìn)行系泊安全分析對(duì)比，結(jié)果見表2。

審核OPTIMOOR系泊安全分析報(bào)告，得出以下結(jié)論：此船不能安全靠泊接收站甲，只能左舷靠泊接收站乙。分析原因如下：

（1）在接收站乙，船舶右舷靠泊時(shí)，內(nèi)側(cè)橡膠護(hù)舷2與LNG船平行中體接觸面積僅為32%，導(dǎo)致船平行中體承受橡膠護(hù)舷的壓強(qiáng)陡然增大，達(dá)0.40 MPa，是該船體最大許可壓強(qiáng)0.18 MPa的2.2倍多，不滿足安全靠泊要求;左舷靠泊時(shí)，內(nèi)側(cè)橡膠護(hù)舷3與LNG船平行中體接觸面積均在94%以上，船平行中體承受橡膠護(hù)舷的壓強(qiáng)在該船體最大許可壓強(qiáng)范圍之內(nèi)，滿足安全靠泊要求。

（2）在接收站甲，船舶右舷靠泊時(shí)，內(nèi)側(cè)橡膠護(hù)舷2與LNG船平行中體接觸面積僅為31%，導(dǎo)致船平行中體承受橡膠護(hù)舷的壓強(qiáng)陡然增大，達(dá)0.52 MPa，是該船體最大許可壓強(qiáng)0.18 MPa的2.9倍多，不滿足安全靠泊要求;左舷靠泊時(shí)，內(nèi)側(cè)橡膠護(hù)舷3與LNG船平行中體接觸面積僅為24%，船平行中體承受橡膠護(hù)舷的壓強(qiáng)為0.67 MPa，是該船體最大許可壓強(qiáng)0.18 MPa的3.7倍多，不滿足安全靠泊要求。

3.2 安全標(biāo)準(zhǔn)

球型LNG船可左舷安全系泊接收站乙，其中該船型在高潮位和低潮位時(shí)的碼頭橡膠護(hù)舷與船舶平行中體間距分析結(jié)果見圖4。由圖4可知，橡膠護(hù)舷的高程越高，間距（尤其是內(nèi)側(cè)護(hù)舷）越小，船系泊碼頭泊位的安全系數(shù)越高。

由表2可知：接收站甲的碼頭橡膠護(hù)舷2與護(hù)舷3的間距為74 m，而接收站乙的僅為65.5 m，兩者相差9.5 m;接收站甲的碼頭護(hù)舷高程僅為3.0 m，而接收站乙為6.6 m，兩者相差3.6 m。該球形LNG船左舷可安全系泊接收站乙，而不能安全系泊接收站甲。

LNG船安全系泊的基本要求是：

（1）纜繩張力占破斷強(qiáng)度百分比不超過纜繩材質(zhì)對(duì)應(yīng)的允許纜繩最小破斷負(fù)荷百分比。根據(jù)《系泊分析指南》，標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境限制條件下，若纜繩為鋼絲纜，船上每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負(fù)荷（MBL）的55%;若纜繩為合成纖維纜，每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負(fù)荷（MBL）的50%;若纜繩為尼龍纜，每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負(fù)荷（MBL）的45%。

（2）護(hù)舷承受船體的反力不得超過設(shè)計(jì)反力。

（3）護(hù)舷形變量不得超過護(hù)舷設(shè)計(jì)壓縮形變量。

（4）船體承受的壓強(qiáng)不得超過船體設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。

（5）每個(gè)護(hù)舷與船平行中體的接觸面積百分比不得低于50%。

目前國內(nèi)LNG接收站碼頭普遍采用蝶形布置，碼頭前沿布置4個(gè)靠船墩，每個(gè)靠船墩安裝1組橡膠護(hù)舷。若橡膠護(hù)舷中心線（尤其是內(nèi)側(cè)護(hù)舷）間距越小，高程越高，護(hù)舷與船平行中體接觸面積越大，纜繩張力占破斷強(qiáng)度百分比、護(hù)舷承受船體反力、護(hù)舷形變量、護(hù)舷承受的壓強(qiáng)等參數(shù)在相應(yīng)設(shè)計(jì)值范圍之內(nèi)的可能性越大，則船舶安全系泊系數(shù)越高。

因此，LNG船系泊安全的決定性因素是碼頭橡膠護(hù)舷間距和橡膠護(hù)舷理基高程。

3.3 優(yōu)化措施

為使接收站碼頭泊位兼容盡可能多的LNG船舶安全系泊，可采取以下優(yōu)化措施：

（1）盡可能選取平行中體平滑的LNG船型靠泊LNG碼頭。一般來說，薄膜型LNG船平行中體比球型LNG船要平直得多，對(duì)于同一個(gè)碼頭來說，薄膜型LNG船安全系泊系數(shù)更高。

（2）在滿足接收站碼頭工程結(jié)構(gòu)安全的前提下，改造橡膠護(hù)舷，縮短橡膠護(hù)舷的中心間距，提高橡膠護(hù)舷的理基高程。

（3）在LNG接收站碼頭設(shè)計(jì)階段，靠船墩間距應(yīng)盡可能小些，靠船墩的高程應(yīng)盡可能大些，以保證橡膠護(hù)舷合理的間距和高程。

4 結(jié) 語

文中提到的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境限制條件并不是對(duì)所有的LNG碼頭均適用，有些LNG碼頭受泊位環(huán)境條件限制，環(huán)境條件取值可能會(huì)降低;OPTIMOOR的輸入矩陣是在輸入靜態(tài)的風(fēng)和潮流值的情況下得出模擬的纜繩張力數(shù)值，如考慮動(dòng)態(tài)的海浪或涌浪影響，則纜繩張力數(shù)值會(huì)增加，需加以注意。LNG船與LNG碼頭的OPTIMOOR系泊安全分析研究的結(jié)果是可安全靠泊并不表示該船可馬上靠泊碼頭進(jìn)行裝卸貨作業(yè)，還須進(jìn)行船岸兼容匹配研究并確認(rèn)船岸雙方兼容匹配后，LNG接收（出口）站才可接收該船靠泊作業(yè)。