天津港大港港區(qū)LNG 船舶進(jìn)出港通航時(shí)段研究

孔憲衛(wèi)，孔令臣，米 偉，張 帥*，薛 坤，李延偉，吳士強(qiáng)

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國家工程研究中心，天津 300456；2.中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300461；3.中華人民共和國大港海事局，天津 300280；4.中石化天津液化天然氣有限責(zé)任公司，天津 300456)

北方地區(qū)天然氣消費(fèi)季節(jié)不均衡性大，峰谷差接近4倍，導(dǎo)致環(huán)渤海地區(qū)海運(yùn)進(jìn)口LNG需求季節(jié)性變化大。雖然天津液化天然氣(LNG)項(xiàng)目一期工程 LNG泊位已于2018年2月正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，但受“煤改氣”等國家政策的影響，環(huán)渤海地區(qū)冬季天然氣能源異常緊張，亟需提高LNG船舶的通過能力。

目前通過能力的研究主要集中于LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)對(duì)航道通過能力的影響[1-4]，張晉愷等[5]研究了LNG船舶對(duì)天津港大港港區(qū)通航的影響，沈忱等[6]開展了單航道多泊位的液化天然氣碼頭建設(shè)規(guī)模仿真研究，LNG通過能力提升對(duì)通航時(shí)間的研究較少，耿杰哲等[7]研究了我國LNG港口水域LNG船舶夜航的可行性，然而在實(shí)踐中并未執(zhí)行。因此，在保障大港LNG船舶進(jìn)出港通航安全基礎(chǔ)上，增加LNG船舶進(jìn)港頻次，分析研究LNG進(jìn)出港時(shí)間段是十分必要的。

1 國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研究

1.1 相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS163-5-2013)》在5.4.28.3規(guī)定液化天然氣船舶不宜在夜間進(jìn)出港和靠泊作業(yè),需要夜間靠離泊或航行時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門的安全評(píng)估[8]?！兑夯烊粴獯a頭設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165-5-2016)》在4.0.5條規(guī)定，液化天然氣船舶不宜在夜間進(jìn)出港和靠離泊作業(yè)。當(dāng)需要夜間靠離泊或航行時(shí)，應(yīng)編制相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案并經(jīng)過安全論證[9]。現(xiàn)行《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165-5-2016)》有關(guān)液化天然氣船舶安全作業(yè)條件規(guī)定的目的是限制船舶的作業(yè)時(shí)間，但規(guī)定的作業(yè)條件不是強(qiáng)制性的，白天作業(yè)是建議性的，不宜進(jìn)行夜間作業(yè)。國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如國際航運(yùn)協(xié)會(huì)HarbourApproachChannelsDesignGuidelines及國際氣體船和岸站運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)SiteSelectionandDesignforLNGPortsandJetties未見LNG船舶通航時(shí)間的限制性條款。

1.2 相關(guān)規(guī)定的研究

根據(jù)《天津港大港港區(qū)航道及附近水域船舶航行規(guī)則》[10]，船舶在大港港區(qū)航道及附近水域航行要求，夜間，遇大于10萬t級(jí)船舶、載運(yùn)特殊危險(xiǎn)貨物的船舶、大型拖帶和試航船舶，禁止船舶進(jìn)出港或移泊，根據(jù)《深圳水域船舶散裝運(yùn)輸及加注液化天然氣安全監(jiān)督管理規(guī)定》[11]，散裝液化天然氣船舶一般應(yīng)當(dāng)在白天進(jìn)出港和靠離泊作業(yè)。確需夜間靠離泊或進(jìn)出港航行，應(yīng)當(dāng)事前進(jìn)行專門的安全評(píng)估。根據(jù)《廣西海事局船舶散裝運(yùn)輸液化天然氣安全監(jiān)督管理規(guī)定暫行》[12]，除緊急避險(xiǎn)等特殊情況外，LNG船舶應(yīng)當(dāng)在白天進(jìn)出港和靠離泊作業(yè)。國內(nèi)港口規(guī)定原則要求載運(yùn)散裝液化天然氣的船舶不宜夜航。國外LNG裝載港夜航多被允許對(duì)于LNG裝載港，比如澳大利亞、中東等一些國家和地區(qū)，大多允許LNG船舶夜間進(jìn)行靠離泊作業(yè)。對(duì)于LNG卸載港，進(jìn)出港夜航規(guī)定分化較為嚴(yán)重，美國、意大利等對(duì)于LNG船舶夜間靠離泊作業(yè)做出嚴(yán)格規(guī)定，但對(duì)不同的港口進(jìn)行了區(qū)別對(duì)待。如美國的一些港口，位于馬薩諸塞州的埃弗里特港、馬里蘭州Cove Point港，均規(guī)定只要天氣狀況等條件許可，允許LNG船舶任何時(shí)間進(jìn)出港進(jìn)行靠離泊作業(yè)；美國的弗里波特港明確規(guī)定了 LNG 船舶在夜間禁止進(jìn)行靠離泊作業(yè)，即使白天進(jìn)出港也需要相關(guān)機(jī)構(gòu)的許可；美國的休斯頓港根據(jù)船舶大小決定是否允許LNG船舶夜間進(jìn)行靠離泊作業(yè)，當(dāng)船舶總長(zhǎng)超過550英尺時(shí)只能白天進(jìn)行靠離泊作業(yè)。西班牙的一些港口也采取了類似的做法，如西班牙比爾堡港，允許船舶24 h內(nèi)均可進(jìn)出港口進(jìn)行靠離泊作業(yè)；但西班牙薩貢托港規(guī)定LNG船舶僅允許白天進(jìn)行進(jìn)港靠泊作業(yè)，但對(duì)離泊作業(yè)沒有這一規(guī)定，白天夜間均可進(jìn)行LNG船舶的離泊作業(yè)[7]。

結(jié)合天津港現(xiàn)行管理規(guī)定以及大港港區(qū)實(shí)際做法，為有效降低夜間作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，保障液化天然氣船舶夜間作業(yè)安全，本文使用日落時(shí)間作為限制作業(yè)條件進(jìn)行分析，由于風(fēng)、浪等自然條件引起的通航時(shí)段變化不在本文的研究范圍內(nèi)。

2 船舶進(jìn)出港時(shí)間段研究

2.1 進(jìn)港所需時(shí)間計(jì)算

整個(gè)LNG船舶進(jìn)港過程分為3個(gè)階段，包括航道航行時(shí)間(t1)、港池航行時(shí)間(t2)和靠泊系纜時(shí)長(zhǎng)(t3)，匯總之后求和得到進(jìn)港所需時(shí)間。

2.1.1 航道航行時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

LNG船舶在航道中航行可分為兩階段：第一階段，LNG船舶從大港航道起點(diǎn)108#燈浮進(jìn)入航道后勻速航行，航程約15 n mile。通過對(duì)天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動(dòng)態(tài)等手段，獲取船舶航速，本階段按10 kn航速航行。第二階段，LNG船舶準(zhǔn)備進(jìn)入港池，航程約3.1 n mile。通過對(duì)天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動(dòng)態(tài)等手段，本階段從航速10 kn降速至3 kn，航速選取平均6 kn。

第一階段航行時(shí)間計(jì)算得到約1.5 h，第二階段航行時(shí)間計(jì)算得到約0.52 h，則LNG船舶在航道內(nèi)所需航行時(shí)間(t1)約為2.02 h。

2.1.2 港池航行時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

根據(jù)多次LNG船舶航行軌跡圖統(tǒng)計(jì)可知，航行至港池與航道交界處時(shí)航速在3 kn左右，船舶轉(zhuǎn)向進(jìn)入港池并進(jìn)行旋回掉頭作業(yè)，航行速度按平均1.2 kn進(jìn)行考慮。由航道至港池內(nèi)的航程為0.9 n mile，港池中旋回掉頭航行時(shí)間(t2)約為0.75 h。

2.1.3 靠泊系纜時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

該階段可細(xì)分為兩部分：第一部分，LNG船舶完成掉頭作業(yè)后靠近碼頭至船舶完全貼靠碼頭，用時(shí)約0.5 h；第二部分，船舶完成系纜作業(yè)，用時(shí)約1.0 h。0.5 h和1.0 h數(shù)據(jù)來源為天津港引航中心調(diào)研和中石化碼頭泊位實(shí)際進(jìn)出港船舶統(tǒng)計(jì)資料。

因此，LNG船舶靠泊系纜總計(jì)用時(shí)(t3)約1.5 h。

2.1.4 進(jìn)港所需時(shí)間

根據(jù)上述內(nèi)容求和計(jì)算LNG船舶進(jìn)港所需時(shí)間。LNG船舶進(jìn)港所需時(shí)間(t1+t2+t3)約為4.27 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個(gè)進(jìn)港時(shí)間取4.5 h(4 h 30 min)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

對(duì)LNG船舶整個(gè)進(jìn)港時(shí)間取4.5 h進(jìn)行校核驗(yàn)證，選用船訊網(wǎng)船舶AIS軌跡線進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)2021年4月15日，一艘名為“PAN EUROPE”LNG船舶進(jìn)港靠泊中石化一期泊位船舶AIS軌跡線可知，該船在2021年4月15日08:00時(shí)左右進(jìn)入大港航道，在航道內(nèi)航行15 n mile后開始減速，大約2 h后轉(zhuǎn)向進(jìn)入港池(約10：04時(shí))，LNG船舶逐漸減速、旋回掉頭，至船舶完全靠泊碼頭(約10：57時(shí))，在引航員指導(dǎo)下船舶完成系纜作業(yè)后進(jìn)入系泊狀態(tài)，進(jìn)港過程結(jié)束。全程用時(shí)約4 h(約12：06時(shí))。

LNG船舶整個(gè)進(jìn)港時(shí)間取4.5 h大于該LNG船舶實(shí)際用時(shí)4 h，進(jìn)港各分階段用時(shí)基本可以對(duì)應(yīng)，取值較合理。

2.2 出港所需時(shí)間計(jì)算

出港階段劃分：計(jì)算出港時(shí)間將整個(gè)LNG船舶出港過程分為3個(gè)階段，包括從停泊狀態(tài)解纜時(shí)長(zhǎng)(t1)、從港池航行至進(jìn)入航道至防波堤口門處時(shí)長(zhǎng)(t2)、從防波堤口門處沿航道行駛時(shí)長(zhǎng)(t3)，匯總之后求和。

2.2.1 解纜時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

根據(jù)《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-5-2016)，泊位通過能力，候潮、候流或不在夜間進(jìn)出航道和靠泊、離泊需增加的時(shí)間(h)，可根據(jù)船舶從進(jìn)港到出港全過程的各個(gè)操作環(huán)節(jié)，繪制流程圖來確定。該部分釋義中，國內(nèi)某液化天然氣接收站實(shí)際的營(yíng)運(yùn)參數(shù)可供參考，其中離泊所需時(shí)間為0.5 h。結(jié)合中石化碼頭泊位船舶實(shí)際解纜時(shí)間統(tǒng)計(jì)資料，LNG船舶從停泊狀態(tài)解纜時(shí)長(zhǎng)(t1)取0.5 h。

2.2.2 港池航行時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

LNG船舶在港池中的航行過程包括在解纜完成后由拖輪拖帶至大港航道，沿大港航道行駛至大港港區(qū)防波堤口門處。

在港內(nèi)航行至航道時(shí)的航程為0.9 n mile。根據(jù)多次LNG船舶航行軌跡圖統(tǒng)計(jì)可知，LNG船舶加速航行，航行至港池與航道交界處時(shí)航速在5 kn左右。根據(jù)天津港引航中心調(diào)研資料和船訊網(wǎng)AIS統(tǒng)計(jì)資料，在港池中航行速度按平均2.5 kn進(jìn)行考慮。

計(jì)算得到，港池中航行時(shí)間(t2)約為0.36 h。

2.2.3 航道航行時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

LNG船舶在航道中的航行可分為兩階段：第一階段，LNG船舶航程約2.1 n mile，加速航行，從航速5 kn提升至10 kn。通過對(duì)天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動(dòng)態(tài)等手段，獲取船舶航速，本階段速度按平均7.5 kn考慮。第二階段，LNG船舶航程約16 n mile，均速航行至大港航道端部，通過對(duì)天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動(dòng)態(tài)等手段，本階段按照10 kn航速航行。

第一階段航行時(shí)間計(jì)算得到約0.28 h，第二階段航行時(shí)間計(jì)算得到約1.6 h，則LNG船舶在航道內(nèi)所需航行時(shí)間(t3)約為1.88 h。

2.2.4 出港所需時(shí)間

根據(jù)上述內(nèi)容求和計(jì)算LNG船舶出港所需時(shí)間。LNG船舶出港所需時(shí)間(t1+t2+t3)約為2.74 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個(gè)出港時(shí)間約2.74 h，取2.8 h(2 h 48 min)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

對(duì)LNG船舶整個(gè)出港時(shí)間取2.8 h進(jìn)行校核驗(yàn)證，選用船訊網(wǎng)船舶AIS軌跡線進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)2021年3月30日，一艘名為“MARAN GAS”LNG船舶由中石化一期泊位離港的船舶AIS軌跡線可知，該船在2021年3月30日14:00時(shí)解纜完畢，在拖輪協(xié)助下開始離泊，大約20 min后(14:20時(shí))駛出港池、進(jìn)入大港航道；船舶開始提速，以10 kn航速在大港航道航行；在16:01左右距離航道端部2 nm處提前下線駛離大港航道，全程用時(shí)約2 h。

LNG船舶整個(gè)出港時(shí)間取2.8 h大于該LNG船舶實(shí)際用時(shí)2 h，出港各分階段用時(shí)也基本可以對(duì)應(yīng)，取值較合理。

2.3 進(jìn)出港時(shí)長(zhǎng)驗(yàn)證

通過對(duì)中石化一期LNG碼頭2020年1月1日至2021年4月16日船舶進(jìn)出港動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，期間共計(jì)約151艘LNG船舶進(jìn)出港(表1)。

表1 LNG船舶進(jìn)出港時(shí)長(zhǎng)一覽表

(1)進(jìn)港時(shí)長(zhǎng)驗(yàn)證。船舶從進(jìn)入航道端部開始、航道內(nèi)航行、港池內(nèi)航行、旋回掉頭至泊位處，進(jìn)行系纜，直至完成靠泊作業(yè)，整個(gè)進(jìn)港時(shí)長(zhǎng)平均約4.36 h，小于4.5 h。對(duì)151艘LNG船舶進(jìn)港時(shí)長(zhǎng)由小至大排序，70%保證率的時(shí)長(zhǎng)為4.5 h。因此，根據(jù)歷史實(shí)際數(shù)據(jù)可知，本報(bào)告研究所得進(jìn)港所需時(shí)長(zhǎng)4.5 h可滿足正常情況下LNG船舶進(jìn)港要求。

(2)出港時(shí)長(zhǎng)驗(yàn)證。船舶從解纜開始、港池航行、航道航行至船舶離開航道，直至完成出港作業(yè)，整個(gè)離港時(shí)長(zhǎng)平均約2.52 h，小于2.8 h，對(duì)151艘LNG船舶出港時(shí)長(zhǎng)由小至大排序，80%保證率的時(shí)長(zhǎng)為2.75 h。因此，根據(jù)歷史實(shí)際數(shù)據(jù)可知，本報(bào)告研究所得出港所需時(shí)長(zhǎng)2.8 h可滿足正常情況下LNG船舶出港要求。

3 船舶進(jìn)出港時(shí)間段保證率研究

3.1 LNG船舶進(jìn)港時(shí)段

天津2015年—2035年共21 a的1月1日的日出日落時(shí)間統(tǒng)計(jì)表明日落時(shí)間范圍在16:58～16:59，最多相差40 s，年際變化不大，因此根據(jù)2021年5月—2022年4月的日落時(shí)間統(tǒng)計(jì)了一年數(shù)據(jù)。根據(jù)整個(gè)進(jìn)港時(shí)間計(jì)算(約4.5 h)，分別按照12:00、13:00和14:00時(shí)刻進(jìn)港，分析一年中哪些月份可以滿足進(jìn)港條件。2021年5月—2022年4月分月推算開始進(jìn)港時(shí)間見表2。

表2 進(jìn)港時(shí)間推算表

(1)2021年5月—2022年4月，LNG船舶在12:00之前到達(dá)天津港大港航道進(jìn)港，均可以滿足在日落時(shí)間之前完成靠泊作業(yè)，即全年均可滿足LNG船在12:00進(jìn)港。

(2)2021年5月—9月、2022年2月—4月可以滿足LNG船舶在13:00之前到達(dá)大港航道進(jìn)港，在日落時(shí)間之前完成靠泊作業(yè)，共計(jì)242 d，即全年66.3%比例天數(shù)可滿足LNG船在13:00進(jìn)港。

(3)2021年4月—8月可以滿足LNG船舶在14:00之前到達(dá)大港航道進(jìn)港，在日落時(shí)間之前完成靠泊作業(yè)，共計(jì)153 d，即全年41.9%的天數(shù)可滿足LNG船在14:00之前進(jìn)港。

一年內(nèi)春夏秋冬四季均可滿足LNG船在12:00進(jìn)港。其中，春季和夏季(3—8月)可滿足LNG船在13:00進(jìn)港、夏季(6—8月)可滿足LNG船在14:00進(jìn)港。

3.2 LNG船舶出港時(shí)段

根據(jù)2021年5月—2022年4月日落時(shí)間統(tǒng)計(jì)以及出港時(shí)間計(jì)算(約2.8 h)，用日落時(shí)間減去出港所需時(shí)間，計(jì)算出港時(shí)間點(diǎn)。然后，分別按照14:00、15:00和15:30出港分析一年中哪些月份可以滿足出港條件。2021年5月—2022年4月分月推算開始離泊時(shí)間見表3。

表3 離泊時(shí)間推算表

(1)2021年5月—2022年4月均可以滿足LNG船舶在14:00之前出港，在日落時(shí)間之前駛出大港航道，即全年均可滿足LNG船在14:00出港。

(2)2021年5月—9月、2022年3月—4月可以滿足LNG船舶在15:00之前出港，在日落時(shí)間之前駛出大港航道，共計(jì)214 d，即全年58.6%比例的天數(shù)可滿足LNG船在15:00出港。

(3)2021年4月—8月可以滿足LNG船舶在15:30之前出港，在日落時(shí)間之前駛出大港航道，共計(jì)153 d，即全年41.9%的天數(shù)可滿足LNG船在15:30出港。

一年內(nèi)春夏秋冬四季均可滿足LNG船在14:00出港，其中春季和夏季(3—8月)可滿足LNG船在15:00出港、夏季(6—8月)可滿足LNG船在15:30出港。

4 結(jié)論與展望

針對(duì)天津港大港港區(qū)LNG船舶的進(jìn)出港時(shí)間問題，通過調(diào)研及統(tǒng)計(jì)計(jì)算研究，得到結(jié)論如下：

(1)根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165-5-2016)》等有關(guān)液化天然氣船舶安全作業(yè)條件的規(guī)定，載運(yùn)散裝液化天然氣的船舶不宜夜航。

(2)經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，LNG船舶進(jìn)港所需時(shí)間為4.07～4.27 h，取4.5 h。2021年5月—2022年4月，全年均可滿足LNG船在12:00進(jìn)港；2021年5月—9月、2022年2月—4月共242 d，即全年66.3%比例天數(shù)可滿足LNG船在13:00進(jìn)港；2021年4月—8月可共153 d，即全年41.9%的天數(shù)可滿足LNG船在14:00之前進(jìn)港。

(3)LNG船舶出港所需時(shí)間為2.74 h，取2.8 h。2021年5月—2022年4月全年均可滿足LNG船在14:00出港；2021年5月—9月、2022年3月—4月共214 d，即全年58.6%比例的天數(shù)可滿足LNG船在15:00出港；2021年4月—8月共153 d，即全年41.9%的天數(shù)可滿足LNG船在15:30出港。

遠(yuǎn)期應(yīng)進(jìn)行港區(qū)航道LNG船舶夜間進(jìn)出港模式及安全保障措施研究，以最大限度增加通過能力。