黃華

摘 要：系泊狀態(tài)下，受不利氣象、海況等條件影響，液化天然氣（LNG）船舶一旦突發(fā)斷纜等安全事故，引發(fā)船舶失控、泄漏、火災(zāi)、爆炸將對(duì)碼頭生產(chǎn)作業(yè)安全造成巨大影響，因此，全面保障LNG船舶的系泊作業(yè)安全是碼頭運(yùn)營(yíng)單位關(guān)注的重點(diǎn)。本文以LNG船舶系泊安全為研究?jī)?nèi)容，基于規(guī)范理論計(jì)算模型，探究自然條件因素對(duì)LNG船舶系泊纜繩受力的影響，進(jìn)而提出LNG船舶系泊安全保障措施，為L(zhǎng)NG船舶系泊作業(yè)安全提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：液化天然氣（LNG）船舶;理論計(jì)算;系泊安全;保障措施

中圖分類號(hào)：U698? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）01-0038-03

LNG船舶屬于特殊危險(xiǎn)品船，在系泊狀態(tài)下，LNG船舶直接系靠碼頭，系纜作為L(zhǎng)NG船與岸站終端的連接方式，對(duì)實(shí)現(xiàn)LNG在船舶與岸站之間的安全輸送有著至關(guān)重要的作用。在惡劣天氣狀況或突發(fā)意外情況下，LNG船舶一旦突發(fā)斷纜等安全事故，引發(fā)船舶失控、泄漏、火災(zāi)、爆炸將對(duì)碼頭生產(chǎn)作業(yè)安全和人員安全造成巨大影響。首先，是發(fā)生事故船舶上的船員和設(shè)備將直接受到火焰和爆炸沖擊的傷害，其次，是事故現(xiàn)場(chǎng)周圍的碼頭作業(yè)人員和港口設(shè)備會(huì)遭受強(qiáng)烈的熱輻射危害，處于LNG池火、閃火影響區(qū)域內(nèi)或接近池火范圍的人員都會(huì)因

火焰燃燒和熱輻射而遭受不同程度的傷害。因此，全面保障LNG船舶的系泊作業(yè)安全是碼頭運(yùn)營(yíng)單位關(guān)注的焦點(diǎn)，也是保證LNG“產(chǎn)、供、儲(chǔ)、銷”安全有序進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。

本文以大型LNG運(yùn)輸船系纜力計(jì)算和系泊安全保障為主要研究?jī)?nèi)容，聚焦LNG船舶生產(chǎn)作業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以天津南港中石化液化天然氣（LNG）接收站工程為例，采用基于《港口工程荷載規(guī)范》的理論計(jì)算模型，探究風(fēng)、浪、流等自然條件對(duì)LNG船舶系泊纜繩受力的影響，確定LNG船舶系泊安全風(fēng)力限制條件，并提出具有針對(duì)性的LNG船舶系泊安全保障方案，能夠?yàn)楸Ｕ螸NG船舶系泊作業(yè)安全提供一定指導(dǎo)。

1 LNG船舶系纜力計(jì)算方法

本文的計(jì)算參數(shù)選取主要從船舶和環(huán)境兩個(gè)方面考慮。不同設(shè)計(jì)尺度的船舶在不同的工況下的系纜力是不同的，船舶裝載狀態(tài)亦是影響船舶系纜力大小重要因素，因此，選取當(dāng)前最大運(yùn)營(yíng)船型一艘26.6萬(wàn)方LNG船為研究對(duì)象，載況為滿載、壓載。環(huán)境因素包括風(fēng)、浪、流等設(shè)計(jì)工況條件會(huì)對(duì)LNG船舶系纜力計(jì)算產(chǎn)生顯著影響，因此在研究過(guò)程中需要進(jìn)行綜合考慮。同時(shí)，本文的計(jì)算模型將基于《港口工程荷載規(guī)范》的相關(guān)要求進(jìn)行建立。

1.1風(fēng)荷載計(jì)算

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，風(fēng)荷載計(jì)算公式為：

式中：Fxw、Fyw分別為作用在船舶上的風(fēng)壓力的橫向和縱向分力;Axw、Ayw分別為船體水面以上橫向和縱向受風(fēng)面積（m2）;Vx、Vy分別為設(shè)計(jì)風(fēng)速的橫向和縱向分量（m/s）;ζ1為風(fēng)壓不均勻折減系數(shù)，取0.6;ζ2為風(fēng)壓高度變化修正系數(shù)，根據(jù)LNG船舶實(shí)際干舷高度取值1.54。

1.2流荷載計(jì)算

對(duì)于船體受水流力，根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》對(duì)于水流力的計(jì)算，可按下式進(jìn)行計(jì)算：

1.2.1流壓角小于15°或大于165°時(shí)

水流作用在船舶上的計(jì)算流荷載的橫向分力分為兩部分，即水流力船首橫向分力和船尾橫向分力，按下式計(jì)算：

式中：Fxc為水流對(duì)船舶作用產(chǎn)生水流力的橫向分力;Fxsc、Fxmc分別為水流對(duì)船首橫向分力和船尾橫向分力，kN;Cxsc、Cxmc分別為水流對(duì)船首橫向分力系數(shù)和船尾橫向分力系數(shù);V為水流速度，m/s;B’—船舶吃水線以下的橫向投影面積，m2;ρ為水的密度，t/m3，對(duì)海水為1025kg/m3。

水流縱向分力系數(shù)計(jì)算公式：

式中：Cyc為水流縱向分力系數(shù);S為水線下面積。

船舶吃水線以下的表面積S可按下式確定：

S=1.7LD+CbLB

水流縱向分力系數(shù)可按下式確定：

式中：Re為水流對(duì)船舶作用的雷諾數(shù);b為系數(shù)，根據(jù)規(guī)范取0.05;L為船舶吃水線長(zhǎng)度;v為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s，在規(guī)范中利用插值法取1.19。

1.2.2流壓角為15°～165°時(shí)

作用在船舶上的計(jì)算風(fēng)荷載的平行于碼頭前沿線的縱向分力和垂直于碼頭前沿線的橫向分力按下式計(jì)算：

式中：Axc和Ayc分別為相應(yīng)裝載情況下的船舶水下部分平行和垂直水流方向的投影面積，m2。

水流橫向分力系數(shù)Cxc和縱向分力系數(shù)Cyc按下式計(jì)算：

式中：a1、a2、b1、b2為系數(shù)，可參照規(guī)范求取;為流向角。

1.3系纜力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

船舶碼頭系泊時(shí)在橫、縱向上受到的風(fēng)、浪、流作用的合力計(jì)算為：

系纜力標(biāo)準(zhǔn)值可按規(guī)范中下式計(jì)算：

式中：N為系纜力標(biāo)準(zhǔn)值，kN;ΣFx為風(fēng)和水流對(duì)船舶作用產(chǎn)生的橫向分力總和;ΣFy為風(fēng)和水流對(duì)船舶作用產(chǎn)生的縱向分力總和;n為本工程碼頭使用的是快速脫鉤裝置，每個(gè)系一根纜繩;K為系船柱受力分布不均勻系數(shù)，一般取1.3;α為系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成的夾角（規(guī)范取30°）;β為系船纜與水平面之間的夾角（規(guī)范取15°）。

2 工況條件設(shè)計(jì)

本文以天津南港中石化液化天然氣（LNG）接收站一期工程為例進(jìn)行研究。該碼頭前沿線平行于陸域坡頂線，順流布置，方位角為90°～270°。LNG碼頭采用墩式蝶形布置，長(zhǎng)402m，由1個(gè)工作平臺(tái)、4個(gè)靠船墩和6個(gè)系纜墩組成。

考慮到風(fēng)、流來(lái)向和大小的不確定性，本文在研究過(guò)程中根據(jù)目標(biāo)水域?qū)嶋H工況條件進(jìn)行設(shè)定，其中：計(jì)算風(fēng)向選取S（90度）、NE（45度）、ENE（22.5度）三個(gè)代表方向，風(fēng)級(jí)大小選取7級(jí)（17.1m/s）、8級(jí)（20.7m/s）、9級(jí)（24.4m/s）、10級(jí)（28.4m/s）四個(gè)等級(jí)。計(jì)算流速選取數(shù)值模擬最大值0.23m/s。船舶纜繩材質(zhì)為迪尼瑪，計(jì)算最大張力時(shí)采用不大于纜繩破斷力的50%（68.5噸）。以壓載狀態(tài)為例，系纜力計(jì)算如表1所示。

3 計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)于26.6萬(wàn)方LNG船，以單纜破斷強(qiáng)度的50%（68.5t）作為系泊力臨界值。其在滿載狀態(tài)下，當(dāng)風(fēng)力增大到10級(jí)時(shí)，單纜受力標(biāo)準(zhǔn)值均不超過(guò)系泊力臨界值;其在壓載狀態(tài)下，受風(fēng)影響更為顯著，當(dāng)風(fēng)力增大到10級(jí)時(shí)，單纜受力標(biāo)準(zhǔn)值將超過(guò)系泊力臨界值，此時(shí)無(wú)法滿足船舶安全系泊要求。因此，26.6萬(wàn)方LNG船系泊風(fēng)力臨界條件為9級(jí)。

4 安全保障建議

4.1保證系纜數(shù)量充足

船舶泊穩(wěn)條件需要根據(jù)環(huán)境條件、纜繩配備、絞車等多種因素確定，需要綜合考慮船舶和碼頭系纜的配合。由于在系泊期間，風(fēng)、流影響存在不對(duì)稱性，導(dǎo)致船舶各部位系纜受力不一致，例如：在不考慮風(fēng)的影響條件下，落潮時(shí)尾纜和前倒纜的受力會(huì)比首纜和尾倒纜受力大，反過(guò)來(lái)，漲潮時(shí)首纜和尾倒纜受力比尾纜和前倒纜大。代表船型系纜數(shù)量應(yīng)按照要求配備纜繩，不論天氣、海況如何，船舶應(yīng)在靠泊時(shí)應(yīng)系足通常情況下可用的所有纜繩。

4.2確保系纜受力狀態(tài)良好

在系纜管理不到位的條件下，即使在風(fēng)、流速度較小也可能會(huì)發(fā)生斷纜事故。因此，系纜在不同工況下的受力計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能提供一個(gè)在系纜受力管理良好條件下的基本判斷，加強(qiáng)系纜和系泊的安全管理，保持系纜受力適度和各系纜受力基本均衡仍然是保障泊穩(wěn)安全最重要的保證措施，并且這一措施應(yīng)貫穿船舶接卸貨過(guò)程的始終。

4.3保證船舶和碼頭系泊設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)良好

船舶系泊設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，特別是系纜的實(shí)際強(qiáng)度、有無(wú)磨損、銹蝕和老化等情況，絞纜機(jī)剎車制動(dòng)力大小、剎車的可靠性等直接關(guān)系到船舶系泊安全與否。碼頭運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)注意核查靠泊本碼頭船舶系泊設(shè)備的技術(shù)條件，按要求進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)。

4.4維持船舶系泊狀態(tài)穩(wěn)定

船舶運(yùn)動(dòng)包括縱移、橫移、升沉、首搖、縱搖、橫搖等運(yùn)動(dòng)，LNG船舶?？看a頭期間系泊應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，船舷貼靠碼頭，保證船舶沒(méi)有明顯的搖蕩運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有縱移、橫移等運(yùn)動(dòng)。船舶在泊受涌浪影響運(yùn)動(dòng)明顯，威脅到系泊安全時(shí)，應(yīng)停止作業(yè)，必要時(shí)調(diào)集離泊時(shí)所需的拖輪力量協(xié)助緊急離泊。

4.5合理安排碼頭值班人員

LNG船舶靠泊期間，本工程泊位安排有經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)值班人員不少于2人，并安排一名值班班長(zhǎng)。實(shí)測(cè)風(fēng)力達(dá)到7級(jí)以上時(shí)，按大風(fēng)天氣值班要求增配值班人員至3人。值班期間，分解崗位責(zé)任，并保持對(duì)靠泊船舶泊穩(wěn)狀態(tài)的監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫英廣，朱利翔，谷文強(qiáng).碼頭結(jié)構(gòu)系纜力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法研究[J].港工技術(shù)，2017，54（ 4） ： 39-45.

[2] 葉銀苗.碼頭設(shè)計(jì)中船舶風(fēng)荷載中英規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研究[J].水運(yùn)工程，2014（ 7） ： 46-50.

[3] 李宜倫，閻如坤，李杰.碼頭系纜不可掉以輕心[J].中國(guó)水運(yùn).2002（11）.

[4]楊興晏，劉進(jìn)生.大型液化天然氣碼頭的系纜力分析[J].港工技術(shù).2009（03）.

[5] 舒斌，焦磊.超大型船舶系泊試驗(yàn)時(shí)系纜力分析[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月）.2012（12）.