(中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

船舶間海上貨物傳輸通常采用旁靠和串靠?jī)煞N形式，由于LNG具有深冷易燃易爆特性，目前LNG低溫漂浮軟管實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)十分有限，可行方案是LNG加注船旁靠LNG動(dòng)力船采用LNG柔性軟管進(jìn)行加注作業(yè)[1]?，F(xiàn)在國(guó)際氣體燃料船協(xié)會(huì)(SGMF)針對(duì)以氣體作為船舶燃料的IGF規(guī)則、國(guó)內(nèi)外主要船級(jí)社的LNG加注船和LNG動(dòng)力船規(guī)范都已成熟，石油公司國(guó)際海事論壇(OCIMF)、國(guó)際氣體運(yùn)輸船與碼頭經(jīng)營(yíng)者協(xié)會(huì)(SIGTTO)和中國(guó)船級(jí)社等的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[2-4]要求，加注作業(yè)前，兩船應(yīng)進(jìn)行兼容性評(píng)估[5]。對(duì)于尺度和干舷差異較大的兩船，采用LNG軟管進(jìn)行旁靠加注作業(yè)時(shí)，兼容性評(píng)估尤為重要。目前全球LNG動(dòng)力船和LNG加注船加注作業(yè)兼容性評(píng)估還未形成完善的評(píng)估體系和成熟的評(píng)估方法，考慮根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)兼容性內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估。以10 000 m3LNG加注船為VLOC加注燃料作業(yè)為目標(biāo)，10 000 m3LNG加注船采用首部加注站、采取LNG加注船船首靠泊VLOC船尾的方式為VLOC進(jìn)行燃料加注作業(yè)，選定2船分別處于滿載和壓載工況的4種場(chǎng)景，對(duì)2船加注作業(yè)兼容性進(jìn)行分析，采用可參考的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析評(píng)估兩船尺度、管匯布置及高度差、碰墊、軟管長(zhǎng)度和軟管吊工作范圍及能力是否滿足加注作業(yè)要求。

1 背景介紹

兩船分別簡(jiǎn)稱LNG加注船和LNG動(dòng)力船，主要參數(shù)見表1。

表1 LNG加注船和動(dòng)力船主要參數(shù)

LNG加注船設(shè)計(jì)目標(biāo)是為該LNG動(dòng)力船加注補(bǔ)給燃料，加注作業(yè)水域擬定為國(guó)內(nèi)某近海錨地。

LNG動(dòng)力船受注站位于船中靠近船尾區(qū)域甲板上；LNG加注船甲板上有2處加注站，分別位于船首和船中。LNG加注船采用船首加注站為L(zhǎng)NG動(dòng)力船加注燃料；加注作業(yè)時(shí)，LNG加注船采取船首靠泊LNG動(dòng)力船船尾的方式靠泊LNG動(dòng)力船左舷或者右舷，即LNG加注船左舷(或右舷)靠泊LNG動(dòng)力船左舷(或右舷)。在兩船建造完成前，應(yīng)對(duì)加注作業(yè)相關(guān)布置和設(shè)備等進(jìn)行兼容性評(píng)估，以確保LNG加注船達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠?yàn)長(zhǎng)NG動(dòng)力船提供加注服務(wù)。

2 加注作業(yè)兼容性

2.1 碰墊

根據(jù)國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]，船對(duì)船靠泊時(shí)，兩船間需要布置主碰墊和輔助碰墊。主碰墊沿船體平行部分放置，對(duì)船體提供最大限度的保護(hù)。輔助碰墊布置在船艏和船艉，避免在系泊和作業(yè)期間兩船發(fā)生意外碰撞。同理，LNG加注船應(yīng)配備一定數(shù)量主碰墊輔助碰墊。主碰墊和輔助碰墊通常采用充氣式橡膠碰墊，應(yīng)滿足國(guó)際浮式碰墊標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2.1.1 主碰墊

主碰墊選取，先計(jì)算靠泊系數(shù)C。

(1)

式中：DSA和DSB分別為船A和船B排水量。

靠泊系數(shù)計(jì)算工況和結(jié)果見表2。

表2 靠泊系數(shù)計(jì)算工況和結(jié)果

表2顯示,靠泊系數(shù)最大值為25 662 t。由此根據(jù)OCIMF碰墊快速選取表[3]，可選擇3個(gè)充氣壓力為80 kPa的 2.5 m×5.5 m碰墊，LNG加注船抵靠速度為0.25 m/s。

此外，根據(jù)我國(guó)液化氣體船舶安全作業(yè)國(guó)標(biāo)建議的計(jì)算方法、碰墊推薦規(guī)格和數(shù)量要求[7]，靠泊系數(shù)計(jì)算方法與前述OCIMF方法相同，可選擇3個(gè)充氣壓力為80 kPa的3.3 m×4.5 m碰墊，LNG加注船抵靠速度為0.25 m/s。

兩船靠泊加注作業(yè)期間，相互平行接觸較少，單個(gè)碰墊更有可能吸收初始碰撞能量，故應(yīng)校核單個(gè)碰墊作用時(shí)能否滿足吸收碰撞能量的要求?？坎磁鲎材芰坑?jì)算通常采用1.8倍船舶排水量(船舶調(diào)整排水量)的方式考慮靠泊額外力的作用，即

DSAA=1.8·DSA

(2)

DSBA=1.8·DSB

(3)

式中：DSAA和DSBA分別為船A和船B調(diào)整排水量。

兩船總調(diào)整排水量為

(4)

單個(gè)碰墊作用時(shí)靠泊碰撞能量為

E1=0.025×DTA·V2

(5)

其中：V為抵靠速度，m/s。

2船平行靠泊時(shí)，靠泊載荷和碰撞能量均勻分布在所有碰墊上，應(yīng)校核所有碰墊同時(shí)作用時(shí)能否滿足吸收碰撞能量的要求，所有碰墊同時(shí)作用時(shí)靠泊碰撞能量為

EN=0.051·DTA·V2

(6)

充氣壓力為80 kPa的2.5 m×5.5 m碰墊，壓縮60%時(shí)典型吸收能量值為1 316.14 kN·m，充氣壓力為80 kPa的3.3 m×4.5 m碰墊壓縮60%時(shí)典型吸收能量值為1 638.56 kN·m[3]，前述OCIMF和國(guó)標(biāo)方法選取碰墊均滿足吸收碰撞能量要求，校核結(jié)果見表3。

表3 碰墊碰撞能量吸收能力校核

液化氣體船安全作業(yè)國(guó)標(biāo)在國(guó)內(nèi)屬于強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，故選擇3個(gè)充氣壓力為80 kPa的 3.3 m×4.5 m碰墊作為船-船加注作業(yè)時(shí)的防撞措施，抵靠速度為0.25 m/s，充氣橡膠碰墊最大外形尺寸為3.74 m×4.94 m，單個(gè)碰墊重量約為3.5 t。

我國(guó)液化氣體船舶安全作業(yè)國(guó)標(biāo)與國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更新步伐不一致，上述碰墊碰撞能量吸收能力校核方法可解決國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)不一致問題。

2.1.2 輔助碰墊

目前未見輔助碰墊選取方法，參考主碰墊的計(jì)算選取方法，靠泊速度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為0.1 m/s，根據(jù)公式(5)計(jì)算得到單個(gè)輔助碰墊作用時(shí)碰撞能量為56.55 kN·m。為更有效提高兩船在較大干舷差情況下的防撞效能和現(xiàn)有物料吊起重能力，選擇2個(gè)充氣壓力為50 kPa的2.0 m×3.5 m碰墊作為船-船加注作業(yè)時(shí)的輔助碰墊。該碰墊壓縮60%時(shí)典型吸收能量值為307.72 kN·m，滿足單個(gè)輔助碰墊作用時(shí)碰撞能量的吸收要求，單個(gè)碰墊質(zhì)量約1.4 t。

2.2 船舶尺度

涉及兩船尺度兼容性評(píng)估的主要參數(shù)見表4。

表4 LNG加注船和動(dòng)力船尺度評(píng)估相關(guān)參數(shù)

注:L為液相，V為氣相；PS為左舷，SB為右舷。

根據(jù)SGMF對(duì)氣體燃料動(dòng)力船管匯布置要求[8]，LNG動(dòng)力船受注站氣液接口應(yīng)按圖1進(jìn)行布置，并推薦采用直徑8 in軟管進(jìn)行加注，軟管間距建議不小于1 250 mm，LNG動(dòng)力船受注站管口間距為1.25 m，管匯距離甲板高度1.00 m，管口端面距離舷側(cè)2.20 m，LNG動(dòng)力船受注管匯位置和布置、管匯連接位置和連接方向、接口間距和受注接口尺寸等滿足SGMF相關(guān)要求。

圖1 LNG動(dòng)力船受注站氣液接口布置

由表4可知，兩船LNG加注船采用船首加注站、采取LNG加注船船首靠泊LNG動(dòng)力船船尾方式為L(zhǎng)NG動(dòng)力船加注燃料，兩船加注/受注站接口排列布置兼容滿足要求。兩船LNG儲(chǔ)罐均為C型艙，氣相管連通可自動(dòng)達(dá)到艙內(nèi)蒸氣壓力平衡，滿足LNG儲(chǔ)罐蒸氣平衡要求。兩船LNG管匯高度差在LNG動(dòng)力船壓載、LNG加注船滿載時(shí)最大，最大值為9.00 m；兩船LNG管匯高度差在LNG動(dòng)力船滿載、LNG加注船滿載時(shí)最小，最小值為4.90 m。在上述兩種極限情形下，兩船間平邊線范圍內(nèi)能夠布置3個(gè)3.3 m×4.5 m主碰墊，兩船的尺度兼容性滿足要求，其中LNG動(dòng)力船壓載、LNG加注船滿載加注作業(yè)位置情況見圖2。

圖2 LNG動(dòng)力船壓載、LNG加注船滿載時(shí)船-船加注位置示意

2.3 加注軟管

LNG加注船首部加注站管匯距甲板高度為10.30 m，管口間距為1.35 m，管口端面距離舷側(cè)1.35 m。LNG加注船首部加注站和LNG動(dòng)力船受注站管匯高度差見表5。

中國(guó)船級(jí)社(CCS)LNG加注作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議軟管長(zhǎng)度取為最大高度差的2倍，但是該要求在兩船管匯高度差較大情況下可能要求軟管長(zhǎng)度超過單根軟管可制造最大長(zhǎng)度，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算軟管最小長(zhǎng)度。LNG傳輸軟管的長(zhǎng)度選取必須考慮兩船最極端管匯高度差、軟管最小彎曲半徑、船舶垂向和橫向運(yùn)動(dòng)等因素。LNG動(dòng)力船壓載、LNG加注船滿載情形下兩船管匯高度差絕對(duì)值最大，選取該情形作為軟管長(zhǎng)度選取的分析場(chǎng)景，考慮兩種工況：①兩船位置使得軟管彎曲部分均呈現(xiàn)最小彎曲圓弧形狀；②考慮兩船最大安全相對(duì)運(yùn)動(dòng)值時(shí)，兩船位置使得軟管彎曲部分均呈現(xiàn)最小彎曲圓弧形狀。其中，LNG軟管廠商產(chǎn)品手冊(cè)[9]顯示直徑8 in低溫LNG軟管最小彎曲圓弧半徑為0.91 m。國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)(PIANC)在1995年對(duì)系泊碼頭液化氣體船的允許運(yùn)動(dòng)量要求[10]見表6。

表5 加注站/受注站管匯高度差

注:加注站管匯高于受注站管匯時(shí)的高度差值為正，反之高度差值為負(fù)。

表6 液化氣體船允許運(yùn)動(dòng)量(PIANC,1995)

根據(jù)該要求，LNG加注船與LNG動(dòng)力船之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足上述允許運(yùn)動(dòng)量要求，工況②保守考慮兩船間發(fā)生2 m升沉運(yùn)動(dòng)和2 m外飄橫蕩運(yùn)動(dòng)，此時(shí)兩船管匯間軟管長(zhǎng)度最長(zhǎng)。

兩種工況下，兩船間軟管長(zhǎng)度于圖3和圖4，軟管長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見表7。

圖4 加注作業(yè)8 in直徑軟管長(zhǎng)度示意(考慮兩船最大安全相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí))

表7 軟管計(jì)算長(zhǎng)度

工況①兩船間距為3.64 m，略小于主碰墊最大外形直徑3.74 m，由于差值較小，對(duì)軟管長(zhǎng)度影響較小，故以工況①軟管長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果代替兩船間距為主碰墊最大外形直徑時(shí)計(jì)算結(jié)果。生產(chǎn)廠商可生產(chǎn)單根軟管最大長(zhǎng)度為30.00 m[9]，軟管長(zhǎng)度選取范圍為19.51～30.00 m，LNG加注船配備軟管長(zhǎng)度為25.00 m。

LNG加注船采用長(zhǎng)25.00 m軟管進(jìn)行加注作業(yè)時(shí)，參考圖3布置。軟管從LNG動(dòng)力船受注站管匯處最大下垂距離為14.20 m，該距離小于LNG動(dòng)力船管匯距水線距離22.90 m，軟管不存在浸沒海水中的問題。同樣，LNG動(dòng)力船滿載、LNG加注船滿載時(shí)，軟管從LNG動(dòng)力船受注站管匯處最大下垂距離為7.24 m，該距離小于LNG動(dòng)力船管匯距水線距離9.00 m，軟管不存在浸沒海水中的問題，見圖5。故LNG加注船配備25.00 m長(zhǎng)度軟管可滿足為L(zhǎng)NG動(dòng)力船加注作業(yè)使用要求。

圖5 采用25.00 m長(zhǎng)度軟管加注作業(yè)時(shí)軟管形態(tài)示意

2.4 起吊能力

LNG加注船首部起吊設(shè)備見表8。軟管吊射擊滿足運(yùn)送安置軟管鞍座和軟管使用，還需要滿足收放主碰墊和移動(dòng)輔助碰墊的工作要求。

表8 艏部起吊設(shè)備

根據(jù)前述主碰墊和輔助碰墊選取結(jié)果，單個(gè)主碰墊重量約為4 t，直徑為3.74 m，單個(gè)輔助碰墊重量約1.4 t，直徑為2.0 m。LNG加注船軟管吊起吊能力為5 t，可到舷外最遠(yuǎn)9.00 m的位置，滿足吊放和回收主碰墊的要求。

3 結(jié)論

1)結(jié)合加注作業(yè)中碰墊和軟管的選型，擬定加注兼容性分析的具體實(shí)施內(nèi)容為碰墊選型、兩船尺度兼容性檢查、軟管選型和軟管吊起吊能力檢查等內(nèi)容，其中兩船管匯兼容性檢查包含了IGC規(guī)則對(duì)LNG運(yùn)輸船貨物圍護(hù)系統(tǒng)要求、OCIMF對(duì)LNG 運(yùn)輸船管匯布置要求和SGMF對(duì)LNG動(dòng)力船管匯布置要求。

2)綜合考慮現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和分析方法，采用OCIMF和GB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定了加注作業(yè)兩船間碰墊配備和LNG加注船抵靠速度限制，并提供了碰墊碰撞能量吸收能力校核方法；利用工程經(jīng)驗(yàn)開展了兩船尺度兼容性分析和軟管吊收放碰墊能力分析；結(jié)合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取合適軟管布置和長(zhǎng)度，并提供軟管最小長(zhǎng)度計(jì)算方法。

3)本文軟管長(zhǎng)度計(jì)算方法是基于兩船相對(duì)運(yùn)動(dòng)滿足PIANC關(guān)于液化氣體船系泊碼頭的允許運(yùn)動(dòng)量情況計(jì)算軟管最小長(zhǎng)度，該方法可用于評(píng)估和替代CCS關(guān)于LNG加注軟管最小長(zhǎng)度的要求。下一步將基于兩船加注作業(yè)系泊布置情況校核兩船相對(duì)運(yùn)動(dòng)是否滿足液化氣體船系泊碼頭的允許運(yùn)動(dòng)量要求。