青島董家口港區(qū)強風(fēng)天氣下LNG船的風(fēng)險控制和操縱方法

焦研 裴建鋒

摘 要：液化天然氣（LNG）作為關(guān)乎國計民生的重要國家能源儲備，在目前俄烏沖突形勢嚴峻、全球能源緊缺的大環(huán)境下，能源的保暢保供顯得尤為重要和迫切。青島董家口港區(qū)LNG接收站擁有全國規(guī)模較大的接收能力，如何有效保證在冬季惡劣天氣頻發(fā)下的船舶到港率，碼頭周轉(zhuǎn)率，是擺在我們引航員面前的一個重要課題和挑戰(zhàn)。本文以冬季強風(fēng)天氣（西北風(fēng)6～7級）下LNG典型船舶靠泊為例，在船舶進港抵達LNG支航道，無法調(diào)頭出港時的極限環(huán)境下，通過研究該風(fēng)力情況下的風(fēng)險點、風(fēng)動力影響、拖船配備、船舶控制方法和操縱注意事項，以期達到有效控制船舶、提高碼頭運營效率、保證社會民生基本物資保障的目的。

關(guān)鍵詞：LNG船；風(fēng)壓力；風(fēng)險控制；操縱方法；注意事項

0 引 言

山東液化天然氣（LNG）項目（董家口LNG）位于青島市膠南市西南的董家口嘴，在規(guī)劃的青島港董家口港區(qū)董家口嘴作業(yè)區(qū)，港址東側(cè)為瑯琊臺灣，西側(cè)為棋子灣。一期工程泊位為1個27萬m3的LNG 泊位（兼顧

8萬～26.6 萬m3 LNG 船）。目前，項目三期工程建設(shè)正加快推進，預(yù)計2023年底全部完工，接收站年接轉(zhuǎn)能力將達到1 400萬 t，屆時將成為國內(nèi)同期建設(shè)中規(guī)模最大的LNG接收站。探索強風(fēng)天氣情況下LNG船舶風(fēng)險控制和操縱方法，對于提升泊位利用率和泊位有效利用率，促進能源周轉(zhuǎn)效率，為貨主、船東提供安全、高效的引航服務(wù)，提高港口的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益具有重要現(xiàn)實意義。

1 概 況

1.1 風(fēng)

青島海區(qū)受季風(fēng)影響，冬季多偏北風(fēng)。以NNW、N向頻率最高，根據(jù)各月常、次常風(fēng)向統(tǒng)計： 9～12月和1月、2月為N-NNW向，頻率為11.2%～20.1%。寒潮引起的大風(fēng)天氣，有的時候風(fēng)力短時間突然增大，準(zhǔn)確預(yù)報比較困難。尤其是在靠泊LNG等需要長時間引航作業(yè)的泊位，惡劣天氣下風(fēng)力發(fā)生變化的可能性較大，一定要有足夠的風(fēng)險防范意識和風(fēng)險控制能力。

1.2? 潮汐潮流

董家口港區(qū)內(nèi)潮流屬于規(guī)則半日潮流類型。潮流的運動形式以往復(fù)流為主，旋轉(zhuǎn)流為輔。浪壩外是往復(fù)流， 最大流速為1.0 m/s；浪壩里多為旋轉(zhuǎn)流，最大流速可達0.3 m/s?？紤]到靠泊多選擇在平潮附近接近泊位，泊位外檔受流影響較小，可忽略不計。

2 LNG船船型資料

進出董家口港區(qū)的LNG船舶船長多為288～298 m，船寬為44 ～49 m左右，吃水為10.7～11.9 m。部分通過增加船長和船寬來增大艙容，但兩柱間長仍保持在260～270 m之間，吃水也維持在12.0 m左右。長寬比為6.08～6.54，寬度吃水比B/T隨著艙容的增大而增大，甚至接近4.5，屬典型的淺吃水肥大型船型。部分靠泊董家口港區(qū)的船舶資料見表1。

3 強風(fēng)天氣下的船舶操縱風(fēng)險點

1）LNG船的干舷較高，滿載時接近15 m，外檔首尾拖船須帶在主甲板上，受強風(fēng)天氣下海浪的影響，拖船帶纜極其困難。

2）大風(fēng)浪天氣下拖船的拖力和頂推力都會受到極大的減弱，根據(jù)調(diào)查和實驗資料顯示，在浪高1.0 m的情況下，拖船僅能提供平時拖力和推力的80%；浪高1.5 m 時，拖力降至50%，推力降至60%；浪高2.0 m時，拖船無法作業(yè)。當(dāng)風(fēng)力達到6～7級時，浪高也會達到1～1.5 m，拖船操縱困難且效果下降明顯。

3）LNG船的受風(fēng)面積較大，290 m左右的船舶滿載受風(fēng)面積約為7 000m2，船舶排水量達到120 000 t左右，受風(fēng)流的影響都很大，船舶橫移的控制比較困難。

4）根據(jù)LNG船操縱性能特點顯示，此類船舶干舷高、盲區(qū)大、碼頭附近視覺壓力大；舵效差，低速航向時轉(zhuǎn)向困難；換向時間長，在碼頭附近頻繁使用進車倒車時要高度重視；倒車馬力較小，最小僅為進車馬力的20%，在需要倒車時要有充分的提前量。[1]

5）受西北風(fēng)影響，船舶進入港池后，一直受攏風(fēng)的影響，要時刻注意保持船舶在合理的上風(fēng)位置，如何有效的調(diào)整船舶的進速、橫移和入泊角度，對于引航員的技術(shù)水平和經(jīng)驗要求很高。

4 LNG船在不同風(fēng)力下的受力分析和拖船配備

考慮到LNG的船舶干舷高的特點，在風(fēng)力達到6～7級時，該類船舶受風(fēng)力影響很大，董家口海域在該風(fēng)力影響下產(chǎn)生的風(fēng)浪也會達到1～1.5 m，因此，必須科學(xué)有效的分析大風(fēng)浪天氣對LNG船的影響，充分考慮風(fēng)浪對拖輪帶纜的影響和作用效果的減損，以期達到控制風(fēng)險和安全靠泊目的。

4.1 不同風(fēng)力情況下的受力分析

下面以SPIRIT OF HELA（海拉精神）輪為例來計算該輪在不同風(fēng)力影響下的受力分析。

該輪船舶資料如下：

船長：298.43 m，船寬：46 m，滿載吃水：11.8 m，滿載排水量：120 169m3，滿載時的橫向受風(fēng)面積AL：6 732m2。

根據(jù)國際液化氣船和碼頭運營聯(lián)合會發(fā)表的大型液化氣船受力分析研究，使用以下公式和風(fēng)力系數(shù)表來計算首尾處所受的橫向風(fēng)壓力[2]，如圖1所示。

FYAw=CYAw （ρw——7600） Vw2 AL（A-1）

FYFw=CYFw （ρw——7600） Vw2 AL（A-2）

其中FYAw、FYFw分別代表縱向尾柱、首柱處的風(fēng)壓力（T），CYAw 、CYFw分別代表縱向首尾處的風(fēng)壓力系數(shù)，ρw代表空氣密度

（Kg/m4），取0.12，Vw代表風(fēng)力（Kt）。首尾處所受的橫向風(fēng)壓力[2]，如圖1所示。

通過計算，當(dāng)海上風(fēng)力達到13.8 m/s（27 kt）、

17 m/s（33 kt），即6級強、7級強時，船舶靜止時不同風(fēng)舷角下首尾處所受到的風(fēng)壓力見表2，如圖2所示。

4.2 拖船配備

根據(jù)青島港拖船主機工況測試結(jié)果顯示，5 000 HP快車（500 RPM）時拖力40 t，推力約45 t；7 000 HP快車（500 RPM）時拖力50 t，推力56 t；8 000 HP快車（500 RPM）時拖力54 t，推力60 t?？紤]船舶外檔拖船受到浪高1.5 m的影響，內(nèi)檔拖船受到1 m浪高影響，攏風(fēng)且偏頂風(fēng)靠泊過程中，風(fēng)壓角在30°～90°范圍內(nèi)變化，此時船舶內(nèi)檔首尾配備7 000 HP以上拖船，外檔首尾配備5 000 HP拖船。計算出船艏尾快最大頂推力65 t，結(jié)合風(fēng)壓力計算結(jié)果比對，這樣的拖船配備能夠滿足6級強風(fēng)要求，但是7級強風(fēng)時要注意及時調(diào)整風(fēng)壓角，風(fēng)壓角不能大于60°。

5 西北風(fēng)6-7級時船舶進港操縱要點

5.1 董家口港區(qū)LNG支航道、口門及LNG泊位基本情況

LNG支航道長約 2.5 n mile，航道走向為 342°-162°，口門附近的航道寬度為515 m，泊位附近的旋回水域為862 m，泊位走向000°/180°。碼頭總平面布置如圖3所示。

5.2 拖船配置和帶纜方法

LNG船進港靠泊一般選擇右舷靠泊，配置5艘拖船，2艘7 000 HP以上和3艘5 000 HP拖船，5艘拖船的帶纜位置如圖4所示，即2艘7 000 HP以上拖船帶在船首尾內(nèi)側(cè)，2 艘5 000 HP拖船帶在首尾外側(cè)，最后1艘拖船帶在左舷駕駛臺附近的自帶樁位置。

5.3? L1浮標(biāo)至碼頭附近的船舶操縱

當(dāng)進港風(fēng)力維持在西北風(fēng)常風(fēng)6級、陣風(fēng)7級時，在船舶從L1浮附近至靠泊過程中，有5個重要的控制節(jié)點，這些位置上的船位、速度和橫移控制是整個靠泊的關(guān)鍵，對引航員的技術(shù)水平和心理素質(zhì)要求極高，如圖5所示。

（1）船位1：當(dāng)船舶抵達L1、L2浮時，應(yīng)當(dāng)將航速控制在5～6 kn左右，根據(jù)當(dāng)時的風(fēng)流情況，保證船舶航跡向在342°，船位控制在航道中間位置，此航段由于受到風(fēng)壓角較小，且一般選擇高低潮流緩階段進港，操縱難度不大。

（2）船位2：當(dāng)船首抵達L3浮筒時，是由支航道進入港池的轉(zhuǎn)向時機。船舶航速4～5 kn，一般用舵就可以完成轉(zhuǎn)向，若是船舵效較差，可利用右舷船尾的拖船頂推輔助轉(zhuǎn)向。此時船舶距離入泊約0.6 n mile左右，其他拖船開始協(xié)助大船降速。

（3）船位3：此位置為體驗風(fēng)壓的階段，在船舶進入港池后，左舷船頭來風(fēng)，若航向往右調(diào)整過大、過早，風(fēng)舷角增大，船舶所受的風(fēng)壓力會隨之增大，矢量線會迅速地指向泊位，甚至于泊位后端，這種態(tài)勢不利于后期控制靠泊攏速和靠泊角度調(diào)平，對靠泊有極大的危險。船舶通過浪壩后，先把航向調(diào)整至000°，待船艏穩(wěn)定后，觀察矢量線的指向。若矢量線往右不大，說明風(fēng)產(chǎn)生的推力不大。

（4）船位4：在船位3的基礎(chǔ)上，若風(fēng)壓力不大，繼續(xù)往右調(diào)整航向至010°，讓船首指向泊位前端的突堤，此時風(fēng)舷角約為20°～30°，風(fēng)壓力F也會隨之不斷增大。所以待船艏向穩(wěn)定后要觀察COG的情況，確保COG的矢量線指在泊位外端，橫距保持在4B（船寬）以上。由于是頂風(fēng)航行，所以降速相對比較容易，建議大船保持“DEAD SLOW AHEAD”車，采用拖船順著倒的方式減速，船舶入泊速度應(yīng)保持在2.0 kn左右。（此時速度不能過快，也不能過慢，如果船速達到3 kn以上，下一步降速困難；速度小于1 kn，船舶受風(fēng)影響大，橫移較難控制。）

（5）船位5：船舶進入泊位外檔的橫移階段，此時船舶縱向速度基本為0，內(nèi)側(cè)2艘拖船隨時處于快速頂推狀態(tài)，外檔首尾拖船放纜隨時備拖，不間斷觀察內(nèi)檔拖船快頂控制船舶橫移的效果。此時要注意內(nèi)外檔拖船的姿態(tài)保持、頂推力量的減弱和作用力的滯后性，留足提前量。在內(nèi)檔頂推拖船和外檔拖曳拖船4艘拖船的有效配合下，達到橫距在4B（4倍船寬）左右時，攏速應(yīng)不超過0.5 kn；2B的橫距時，攏速應(yīng)不超過0.3 kn。在4 艘拖船控制好船舶橫移的前提下，船尾左胯拖艘主要作用是快速、有效減小風(fēng)壓角，調(diào)整船舶入泊角度。

6 船舶操縱過程中的注意事項

LNG船由于其本身屬于高風(fēng)險船舶，船型特殊，大風(fēng)浪天氣下靠泊有一定的難度，引航過程中要保持足夠的戒備，對操縱風(fēng)險點有足夠的認識并做好預(yù)案。

1）在大風(fēng)浪天氣下拖船帶纜比較困難，應(yīng)指派有技術(shù)狀況好的拖船和豐富經(jīng)驗的駕駛員，在船舶進港過程中，選擇合適的時機盡早帶上拖船。

2）配備足夠的拖船，掌握天氣變化，充分評估風(fēng)壓力和拖船力量的匹配，船舶貼靠碼頭的速度在10 cm/s以內(nèi)，注意保持好船舶與碼頭的相對位置，確保內(nèi)檔頂推拖船的安全。

3）船舶左右舷的拖船由于受到風(fēng)的影響，保持位置比較困難，應(yīng)持續(xù)保持慢車頂推或者纜繩受力狀態(tài)，使其在收到引航員指令時能及時調(diào)整船舶姿態(tài)，快速有效地發(fā)揮其作用。

4）加強與船方、拖船、碼頭之間的溝通，及時全面地了解船舶狀況和環(huán)境狀況，保證各方充分領(lǐng)會引航員意圖。

5）要密切關(guān)注泊位附近船舶風(fēng)力和風(fēng)向變化，適時使用拖輪來調(diào)整風(fēng)壓角，盡量降低風(fēng)壓力對船舶橫移的影響。

6）當(dāng)風(fēng)力增加到常風(fēng)7級及以上，港內(nèi)風(fēng)浪達到2.5 m以上時，要立即停止引航作業(yè)，啟動應(yīng)急處置方案，充分發(fā)揮車、舵、錨、拖船的作用，保持船舶處于有利位置，保證船舶和碼頭設(shè)施絕對安全。

參考文獻

[1] 薛明勝，LNG船舶進出青島董家口港區(qū)安全風(fēng)險研究[D]，大連：大連海事大學(xué)，2014.

[2] Society of International Gas Tanker & Terminal Operators Ltd.Prediction of wind loads on large liquefied gas carriers. 2007.

作者簡介：焦研，一級引航員，（E-MAIL）jiaoyan1015@sina.com.cn

裴建鋒，二級引航員，（E-MAIL）117303789@qq.com.cn