劉軼華 肖英杰

（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海 200135）

0 引 言

液化天然氣（LNG）作為一種清潔能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的青睞.我國(guó)作為能源消耗大國(guó)，正在對(duì)國(guó)內(nèi)能源消耗的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，其中LNG能源就是重要的一環(huán).江蘇洋口港LNG項(xiàng)目就在此背景下產(chǎn)生的.LNG船舶事故統(tǒng)計(jì)資料表明，LNG船舶80%的風(fēng)險(xiǎn)存在于港內(nèi)作業(yè)期間［1－4］.作為 LNG 港口、碼頭管理者和租船人，提供一個(gè)安全的港口是其應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù).因此在LNG項(xiàng)目可行性研究過(guò)程中，有必要對(duì)LNG船舶的港內(nèi)作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以采取相應(yīng)措施規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)［5－7］.文中基于大型模擬器對(duì)Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港LNG碼頭進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析，通過(guò)對(duì)該LNG船舶進(jìn)行的靠離泊和應(yīng)急撤離模擬演練，以確定該船型在港內(nèi)的靠離泊作業(yè)操作方案和作業(yè)限制條件.

1 系統(tǒng)構(gòu)建

為了評(píng)價(jià)船舶靠離泊的風(fēng)險(xiǎn)，在大型船舶操縱模擬器的系統(tǒng)中，需構(gòu)建3個(gè)子系統(tǒng)：本船子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和拖船子系統(tǒng).整個(gè)系統(tǒng)的核心部分為本船子系統(tǒng)，即在滿足試驗(yàn)精度前提下盡量使模擬船型更接近實(shí)船的操縱性能，實(shí)船的基本資料見(jiàn)表1.

表1 26.6萬(wàn)m3 LNG船 “MOZAH”船舶基本資料

對(duì)于靠離泊的船舶來(lái)說(shuō)主要表現(xiàn)在船舶受外力作用時(shí)的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng).在掌握翔實(shí)海試資料的基礎(chǔ)上完成船舶建模，經(jīng)過(guò)反復(fù)地測(cè)試，模擬船型各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到試驗(yàn)的要求后再進(jìn)行模擬試驗(yàn)，實(shí)船操縱資料見(jiàn)圖1～2.經(jīng)過(guò)船型驗(yàn)證：所建立的模型船在船舶尺度、船舶操縱特性（時(shí)間和距離）等方面與所選實(shí)船基本一致，其中沖時(shí)上的小誤差不影響船舶操縱性能預(yù)報(bào)的正確性.考慮到原型船性能參數(shù)反映的是實(shí)船試驗(yàn)時(shí)情況，而模型船則反映較為理想環(huán)境條件下的情況，二者存在較小的差異也是符合邏輯的.模型船還考慮了船舶的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)、淺水等影響因素，因此其模擬結(jié)果在某種程度上較實(shí)船的參數(shù)更具有普遍性.模擬結(jié)果具有相當(dāng)可信度.

圖1 “MOZAH”壓載回旋試驗(yàn)要素圖

圖2 “MOZAH”滿載回旋試驗(yàn)要素圖

圖3 模擬試驗(yàn)的流程

環(huán)境子系統(tǒng)主要有風(fēng)流浪等水文氣象要素組成，根據(jù)試驗(yàn)的工況進(jìn)行設(shè)置.

拖船子系統(tǒng)先按3 728kW（5 000HP）拖船4艘進(jìn)行模擬試驗(yàn)，在確認(rèn)為困難工況的情況下替換2艘5 000HP拖船為2艘4 474kW（6 000 HP）的拖船，逐漸縮小模擬試驗(yàn)范圍，評(píng)價(jià)靠離泊風(fēng)險(xiǎn)，并在此基礎(chǔ)上確定靠離泊的限制條件，規(guī)避惡劣工況下LNG船舶靠離泊作業(yè)風(fēng)險(xiǎn).見(jiàn)圖3.

2 試驗(yàn)及其舉例

根據(jù)洋口港的自然條件，結(jié)合碼頭前沿和航道的實(shí)測(cè)流資料，碼頭布置見(jiàn)圖4.一般情況下LNG船舶進(jìn)港靠泊的難度大于離泊出港的難度，以下以Q－MAX型LNG進(jìn)港靠泊為例進(jìn)行模擬試驗(yàn).離泊和應(yīng)急撤離的模擬操縱過(guò)程類似.

圖4 碼頭平面布置

大型LNG船舶實(shí)際靠泊作業(yè)過(guò)程中，一般采用3＋1的模式，即1艘拖船配置在船艉，用來(lái)降速，同時(shí)也可控制船艏的偏轉(zhuǎn)，以應(yīng)對(duì)主機(jī)失控帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)；3艘拖船用于船舶的左右舷進(jìn)行助操，拖船的配置位置見(jiàn)圖5.為此專程去深圳大鵬灣LNG基地調(diào)研考察，并對(duì)LNG船舶實(shí)際靠離泊操作進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，在此基礎(chǔ)上使模擬試驗(yàn)操縱方式和方法盡量和實(shí)際相符合.對(duì)工況組合進(jìn)行模擬，在初次模擬的基礎(chǔ)上確定對(duì)船舶靠泊較為困難的工況進(jìn)行再進(jìn)行多次模擬，若還是比較困難，就替換2艘5 000HP拖船為2艘6 000 HP馬力的拖船再進(jìn)行模擬試驗(yàn)，如此循環(huán)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表2.

圖5 拖船助操配置示意圖

從試驗(yàn)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：在4艘5 000HP拖船助操情況下，NE和SE風(fēng)、漲潮流和落急流時(shí)，模擬靠泊作業(yè)有失敗的存在，特別是在極限風(fēng)流浪的影響較大時(shí)，船舶靠泊風(fēng)險(xiǎn)較大，在模擬靠泊過(guò)程中也有碰撞碼頭的例子.但4艘5 000HP拖船可滿足其他常規(guī)工況Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，但是拖船的剩余拖船功率很小，不能滿足稍惡劣工況時(shí)安全靠泊的要求，見(jiàn)圖6.根據(jù)上述的模擬操縱結(jié)果，對(duì)存在有風(fēng)險(xiǎn)的工況運(yùn)用2×5 000HP＋2×6 000HP拖船配置再進(jìn)行靠泊模擬試驗(yàn)，從試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，除在SE風(fēng)漲潮3.0kn的情況下，船舶模擬靠泊作業(yè)中還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)外，這樣的配置可滿足正常情況下Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，拖船功率有一定的富裕量見(jiàn)圖7.

表2 在不同拖船配置助操情況下LNG船舶靠離泊試驗(yàn)工況和結(jié)果（波浪）

按照以上的模擬試驗(yàn)過(guò)程，分別進(jìn)行離泊作業(yè)和應(yīng)急撤離的模擬試驗(yàn)，在所有離泊或應(yīng)急撤離的試驗(yàn)中，也存在SE風(fēng)漲潮3.0kn時(shí)，船舶在掉頭區(qū)的船舶航跡過(guò)分靠近回旋水域的邊界.但是基本可滿足其安全作業(yè)的需要.

圖6 4艘拖船助操時(shí)拖船用車序列圖

圖7 4艘拖船助操時(shí)拖船用車序列圖

3 風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)

從以上的模擬試驗(yàn)結(jié)果可以看出，從船舶操縱的角度來(lái)看，在4艘5 000HP拖船的協(xié)助下，LNG船舶在SE風(fēng)6級(jí)且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風(fēng)險(xiǎn)、在S風(fēng)6級(jí)且落潮流3.7kn時(shí)風(fēng)險(xiǎn)次之、在次就是SE風(fēng)6級(jí)且漲潮流2.0kn時(shí)；在2艘5 000HP＋2艘6 000HP拖船的協(xié)助下，LNG船舶在SE風(fēng)6級(jí)且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風(fēng)險(xiǎn)、在其他情況下的有限次試驗(yàn)中并鮮有失敗的例子，但是在靠離碼頭的時(shí)間花費(fèi)上還是比較的長(zhǎng)，不利于LNG船舶靠離泊作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)控制.

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的風(fēng)險(xiǎn)主要存在當(dāng)風(fēng)流作用力同向的時(shí)候，由于碼頭前沿水域的漲落潮基本是往復(fù)流，且均為吹開(kāi)流，同時(shí)考慮到LNG船舶一般橫向受風(fēng)面積較大，因此在靠離泊過(guò)程中要充分認(rèn)識(shí)到風(fēng)，特別是風(fēng)向?qū)侩x泊過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)的影響.

在風(fēng)速一定的前提下，當(dāng)風(fēng)的作用力和吹開(kāi)流疊加增強(qiáng)后，對(duì)船舶靠離泊作業(yè)主要存在以下的影響：增加LNG船舶靠離泊的難度和增加船舶靠離泊作業(yè)的時(shí)間.由于LNG船舶靠離泊作業(yè)還涉及其他岸上部門(mén)的協(xié)作，過(guò)長(zhǎng)的靠離泊過(guò)程本身就會(huì)增加系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn).因此應(yīng)該將模擬試驗(yàn)中失敗的工況作為靠離泊作業(yè)的限制條件的參考，確定船舶靠離泊作業(yè)的限制條件.

4 結(jié)束語(yǔ)

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的在特定的條件下風(fēng)險(xiǎn)是存在的，4艘5 000HP拖船對(duì)于該船型來(lái)說(shuō)略顯不足，以2×5 000HP＋2×6 000 HP配置拖船時(shí)可以勝任絕大部分的工況，若經(jīng)濟(jì)上可行，適當(dāng)增加拖船配置的總功率是有效減低風(fēng)險(xiǎn)的方法.另一方面，在不增加拖船配置總功率的情況下，也可借助試驗(yàn)確定的極限工況作為靠離泊限制條件，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn).當(dāng)然模擬試驗(yàn)也存在局限性，如不能真實(shí)反映駕引人員的心理負(fù)擔(dān)等，在實(shí)際的船舶操作應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗟?本文只是基于船舶操縱模擬器從航海的角度去評(píng)價(jià)LNG船舶的靠離泊風(fēng)險(xiǎn)，并建議靠離泊作業(yè)的限制條件和拖船配置.希望該項(xiàng)研究成果能夠?yàn)檠罂贚NG碼頭未來(lái)安全運(yùn)營(yíng)提供參考.下一步的研究方向?qū)⑹呛痛耙贺洸僮黠L(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合，評(píng)價(jià)LNG船舶在港內(nèi)作業(yè)的整體風(fēng)險(xiǎn).

［1］祁超忠.LNG船舶港內(nèi)作業(yè)前期研究及風(fēng)險(xiǎn)防范［J］.航海技術(shù)，2008（6）：2－5.

［2］黃 志，翁躍宗，熊振南.液化天然氣專用碼頭系泊安全操作仿真研究［J］.航海技術(shù)，2006（4）：66－68.

［3］VANEMA E，PEDRO A，IVAN S，et al.Analysing the risk of LNG carrier operations［J］.Reliability Engineering and System Safety，2008（10）：1328 –1344.

［4］SIGTTO.Liquefied Natural Gas handling principle on ships and in terminals［R］.SIGTTO，3th，2000.

［5］LAO Chunhao，SHEN Hua，CHEN Zhiyong.The risk analysis of navigation safety for the LNG carrier in Shenzhen port［J］.Journal of Dalian Maritime University，2007（2）：55－58.

［6］SCHEIBACH K，NOBLE P，BROMAN C.The next generation of large LNG carriers［C］.Proceedings of the 9th International Marine Design Conference，2006：213－219.

［7］SOARES C G，TEIXEIRA A P.Risk assessment in maritime transportation［J］.Reliab EngSyst Saf，2001，74（3）：299－309.