孔憲衛(wèi)，孔令臣，米 偉，張 帥*，薛 坤，李延偉，吳士強

(1.交通運輸部天津水運工程科學(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任公司，天津 300456)

北方地區(qū)天然氣消費季節(jié)不均衡性大，峰谷差接近4倍，導(dǎo)致環(huán)渤海地區(qū)海運進口LNG需求季節(jié)性變化大。雖然天津液化天然氣(LNG)項目一期工程 LNG泊位已于2018年2月正式投產(chǎn)運營，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船舶移動安全區(qū)對航道通過能力的影響[1-4]，張晉愷等[5]研究了LNG船舶對天津港大港港區(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通過能力提升對通航時間的研究較少，耿杰哲等[7]研究了我國LNG港口水域LNG船舶夜航的可行性，然而在實踐中并未執(zhí)行。因此，在保障大港LNG船舶進出港通航安全基礎(chǔ)上，增加LNG船舶進港頻次，分析研究LNG進出港時間段是十分必要的。

1 國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范標準研究

1.1 相關(guān)規(guī)范的標準規(guī)定

《海港總體設(shè)計規(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出港和靠泊作業(yè),需要夜間靠離泊或航行時，應(yīng)進行專門的安全評估[8]?！兑夯烊粴獯a頭設(shè)計規(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出港和靠離泊作業(yè)。當需要夜間靠離泊或航行時，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)計規(guī)范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設(shè)計規(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)時間，但規(guī)定的作業(yè)條件不是強制性的，白天作業(yè)是建議性的，不宜進行夜間作業(yè)。國外標準規(guī)范如國際航運協(xié)會HarbourApproachChannelsDesignGuidelines及國際氣體船和岸站運營者協(xié)會SiteSelectionandDesignforLNGPortsandJetties未見LNG船舶通航時間的限制性條款。

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級船舶、載運特殊危險貨物的船舶、大型拖帶和試航船舶，禁止船舶進出港或移泊，根據(jù)《深圳水域船舶散裝運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)當在白天進出港和靠離泊作業(yè)。確需夜間靠離泊或進出港航行，應(yīng)當事前進行專門的安全評估。根據(jù)《廣西海事局船舶散裝運輸液化天然氣安全監(jiān)督管理規(guī)定暫行》[12]，除緊急避險等特殊情況外，LNG船舶應(yīng)當在白天進出港和靠離泊作業(yè)。國內(nèi)港口規(guī)定原則要求載運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船舶夜間進行靠離泊作業(yè)。對于LNG卸載港，進出港夜航規(guī)定分化較為嚴重，美國、意大利等對于LNG船舶夜間靠離泊作業(yè)做出嚴格規(guī)定，但對不同的港口進行了區(qū)別對待。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船舶任何時間進出港進行靠離泊作業(yè)；美國的弗里波特港明確規(guī)定了 LNG 船舶在夜間禁止進行靠離泊作業(yè)，即使白天進出港也需要相關(guān)機構(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船舶夜間進行靠離泊作業(yè)，當船舶總長超過550英尺時只能白天進行靠離泊作業(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)均可進出港口進行靠離泊作業(yè)；但西班牙薩貢托港規(guī)定LNG船舶僅允許白天進行進港靠泊作業(yè)，但對離泊作業(yè)沒有這一規(guī)定，白天夜間均可進行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)實際做法，為有效降低夜間作業(yè)安全風(fēng)險，保障液化天然氣船舶夜間作業(yè)安全，本文使用日落時間作為限制作業(yè)條件進行分析，由于風(fēng)、浪等自然條件引起的通航時段變化不在本文的研究范圍內(nèi)。

2 船舶進出港時間段研究

2.1 進港所需時間計算

整個LNG船舶進港過程分為3個階段，包括航道航行時間(t1)、港池航行時間(t2)和靠泊系纜時長(t3)，匯總之后求和得到進港所需時間。

2.1.1 航道航行時長計算

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108#燈浮進入航道后勻速航行，航程約15 n mile。通過對天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動態(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船舶準備進入港池，航程約3.1 n mile。通過對天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動態(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。

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

2.1.2 港池航行時長計算

根據(jù)多次LNG船舶航行軌跡圖統(tǒng)計可知，航行至港池與航道交界處時航速在3 kn左右，船舶轉(zhuǎn)向進入港池并進行旋回掉頭作業(yè)，航行速度按平均1.2 kn進行考慮。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間(t2)約為0.75 h。

2.1.3 靠泊系纜時長計算

該階段可細分為兩部分：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，用時約0.5 h；第二部分，船舶完成系纜作業(yè)，用時約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際進出港船舶統(tǒng)計資料。

因此，LNG船舶靠泊系纜總計用時(t3)約1.5 h。

2.1.4 進港所需時間

根據(jù)上述內(nèi)容求和計算LNG船舶進港所需時間。LNG船舶進港所需時間(t1+t2+t3)約為4.27 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個進港時間取4.5 h(4 h 30 min)進行后續(xù)計算。

對LNG船舶整個進港時間取4.5 h進行校核驗證，選用船訊網(wǎng)船舶AIS軌跡線進行對比。根據(jù)2021年4月15日，一艘名為“PAN EUROPE”LNG船舶進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時左右進入大港航道，在航道內(nèi)航行15 n mile后開始減速，大約2 h后轉(zhuǎn)向進入港池(約10：04時)，LNG船舶逐漸減速、旋回掉頭，至船舶完全靠泊碼頭(約10：57時)，在引航員指導(dǎo)下船舶完成系纜作業(yè)后進入系泊狀態(tài)，進港過程結(jié)束。全程用時約4 h(約12：06時)。

LNG船舶整個進港時間取4.5 h大于該LNG船舶實際用時4 h，進港各分階段用時基本可以對應(yīng)，取值較合理。

2.2 出港所需時間計算

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

2.2.1 解纜時長計算

根據(jù)《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》(JTS165-5-2016)，泊位通過能力，候潮、候流或不在夜間進出航道和靠泊、離泊需增加的時間(h)，可根據(jù)船舶從進港到出港全過程的各個操作環(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際的營運參數(shù)可供參考，其中離泊所需時間為0.5 h。結(jié)合中石化碼頭泊位船舶實際解纜時間統(tǒng)計資料，LNG船舶從停泊狀態(tài)解纜時長(t1)取0.5 h。

2.2.2 港池航行時長計算

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)航行至航道時的航程為0.9 n mile。根據(jù)多次LNG船舶航行軌跡圖統(tǒng)計可知，LNG船舶加速航行，航行至港池與航道交界處時航速在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)計資料，在港池中航行速度按平均2.5 kn進行考慮。

計算得到，港池中航行時間(t2)約為0.36 h。

2.2.3 航道航行時長計算

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。通過對天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動態(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，通過對天津港引航中心調(diào)研、船訊網(wǎng)AIS跟蹤船舶動態(tài)等手段，本階段按照10 kn航速航行。

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

2.2.4 出港所需時間

根據(jù)上述內(nèi)容求和計算LNG船舶出港所需時間。LNG船舶出港所需時間(t1+t2+t3)約為2.74 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個出港時間約2.74 h，取2.8 h(2 h 48 min)進行后續(xù)計算。

對LNG船舶整個出港時間取2.8 h進行校核驗證，選用船訊網(wǎng)船舶AIS軌跡線進行對比。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時解纜完畢，在拖輪協(xié)助下開始離泊，大約20 min后(14:20時)駛出港池、進入大港航道；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，全程用時約2 h。

LNG船舶整個出港時間取2.8 h大于該LNG船舶實際用時2 h，出港各分階段用時也基本可以對應(yīng)，取值較合理。

2.3 進出港時長驗證

通過對中石化一期LNG碼頭2020年1月1日至2021年4月16日船舶進出港動態(tài)統(tǒng)計，期間共計約151艘LNG船舶進出港(表1)。

表1 LNG船舶進出港時長一覽表

(1)進港時長驗證。船舶從進入航道端部開始、航道內(nèi)航行、港池內(nèi)航行、旋回掉頭至泊位處，進行系纜，直至完成靠泊作業(yè)，整個進港時長平均約4.36 h，小于4.5 h。對151艘LNG船舶進港時長由小至大排序，70%保證率的時長為4.5 h。因此，根據(jù)歷史實際數(shù)據(jù)可知，本報告研究所得進港所需時長4.5 h可滿足正常情況下LNG船舶進港要求。

(2)出港時長驗證。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)，整個離港時長平均約2.52 h，小于2.8 h，對151艘LNG船舶出港時長由小至大排序，80%保證率的時長為2.75 h。因此，根據(jù)歷史實際數(shù)據(jù)可知，本報告研究所得出港所需時長2.8 h可滿足正常情況下LNG船舶出港要求。

3 船舶進出港時間段保證率研究

3.1 LNG船舶進港時段

天津2015年—2035年共21 a的1月1日的日出日落時間統(tǒng)計表明日落時間范圍在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月的日落時間統(tǒng)計了一年數(shù)據(jù)。根據(jù)整個進港時間計算(約4.5 h)，分別按照12:00、13:00和14:00時刻進港，分析一年中哪些月份可以滿足進港條件。2021年5月—2022年4月分月推算開始進港時間見表2。

表2 進港時間推算表

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

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

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

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

3.2 LNG船舶出港時段

根據(jù)2021年5月—2022年4月日落時間統(tǒng)計以及出港時間計算(約2.8 h)，用日落時間減去出港所需時間，計算出港時間點。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間見表3。

表3 離泊時間推算表

(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，在日落時間之前駛出大港航道，共計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，在日落時間之前駛出大港航道，共計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

針對天津港大港港區(qū)LNG船舶的進出港時間問題，通過調(diào)研及統(tǒng)計計算研究，得到結(jié)論如下：

(1)根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設(shè)計規(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，載運散裝液化天然氣的船舶不宜夜航。

(2)經(jīng)計算統(tǒng)計，LNG船舶進港所需時間為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之前進港。

(3)LNG船舶出港所需時間為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。

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