吳永強(qiáng)，侯曾奇

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

引 言

近年來，隨著液化天然氣的需求劇增，LNG接收站及碼頭建設(shè)速度加快，作為LNG碼頭重要配套設(shè)施的錨地條件已經(jīng)成為港口發(fā)展的重要因素。

1 LNG應(yīng)急錨地現(xiàn)狀

現(xiàn)行《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-5-2016）明確要求：“海港液化天然氣碼頭應(yīng)設(shè)應(yīng)急錨地，應(yīng)急錨地可與油氣化學(xué)品運(yùn)輸船舶共用，且與非危險(xiǎn)品船舶錨地的安全凈距不應(yīng)小于1 000 m。錨位的布置和尺度應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165）的有關(guān)規(guī)定?！币騆NG船舶的“高價(jià)值”、“高危險(xiǎn)性”，LNG船舶具有進(jìn)港“優(yōu)先權(quán)”，除了聯(lián)檢、待泊、候潮外，LNG船舶一般不在錨地錨泊而直接進(jìn)港。

應(yīng)急的本意為“處理緊急情況”，應(yīng)急錨地應(yīng)解釋為“在惡劣自然條件或突發(fā)事件下，船舶緊急使用的錨位”。由于按規(guī)范要求，LNG應(yīng)急錨地應(yīng)與周邊非危險(xiǎn)品錨地等港口設(shè)施安全凈距至少1 000 m，近港水域很難找到可供LNG船舶錨泊的水域，這往往成為LNG碼頭選址的制約因素。

2 LNG船舶應(yīng)急逃離情況

LNG船舶應(yīng)急逃離主要包括自然條件(超過船舶系泊作業(yè)條件允許標(biāo)準(zhǔn))或突發(fā)事件（包括外部和自身），需要緊急逃離至應(yīng)急錨地，確保LNG船舶自身安全和港口安全。

2.1 系泊作業(yè)條件

根據(jù)《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-5-2016）要求，當(dāng)風(fēng)速、波高任一項(xiàng)超過表1規(guī)定的系泊標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，液化天然氣船舶應(yīng)緊急離泊。

表1 大型液化天然氣船舶作業(yè)條件標(biāo)準(zhǔn)

2.2 岸上發(fā)生火災(zāi)或地質(zhì)性災(zāi)害

LNG船舶系、靠泊期間，LNG碼頭岸上或鄰近碼頭發(fā)生火災(zāi)或者岸上發(fā)生地質(zhì)性災(zāi)害時(shí)，對LNG碼頭、其他設(shè)施和人員的安全以及停泊的LNG船舶的安全性均造成威脅，碼頭、LNG接收站應(yīng)盡快采取安全措施，協(xié)助LNG船舶離泊駛往應(yīng)急錨地。

2.3 LNG船舶自身原因

由于船舶自身原因，遇到緊急情況時(shí)（如船舶意外發(fā)生火災(zāi)、LNG泄露、事故撞擊、船舶設(shè)備故障、船舶結(jié)構(gòu)損害、LNG系統(tǒng)故障、船舶結(jié)構(gòu)長期性疲勞損傷、系泊松動(dòng)等意外情況），應(yīng)按照應(yīng)急計(jì)劃采取有效措施，并立即向海事管理機(jī)構(gòu)報(bào)告，必要時(shí)也應(yīng)當(dāng)緊急逃離。

2.4 國內(nèi)LNG碼頭船舶應(yīng)急逃離情況

表2 截止2019年國內(nèi)LNG碼頭船舶應(yīng)急逃離情況統(tǒng)計(jì)

3 國內(nèi)外LNG應(yīng)急錨地布置情況

從安全角度，LNG應(yīng)急錨地的建設(shè)是必要的，但從現(xiàn)有LNG應(yīng)急錨地使用情況，應(yīng)急逃離情況的發(fā)生頻率和應(yīng)急錨地使用率均不高。

根據(jù)SIGTTO（國際氣體船及運(yùn)營者協(xié)會(huì)）發(fā)布的《LNG Operations in Port Areas》，“當(dāng)LNG船舶靠泊碼頭時(shí)遇到妨礙其安全靠泊的故障或意外事故時(shí)，應(yīng)考慮港池回旋水域作為應(yīng)急錨地”；國外LNG應(yīng)急錨地的布置考慮利用港池回旋水域作為應(yīng)急錨地。

國內(nèi)LNG應(yīng)急錨地布置主要分兩種，一種是在港外設(shè)置錨地同時(shí)兼顧應(yīng)急錨地，例如福建莆田L(fēng)NG、天津中海油LNG，另一種是乘潮進(jìn)港的錨地，在港外設(shè)置外錨地，在港內(nèi)設(shè)置內(nèi)錨地，利用內(nèi)錨地代替應(yīng)急錨地例如江蘇如東港、呂泗港。

對于LNG船舶需乘潮緊急出港情況，一旦LNG船舶在碼頭前裝卸作業(yè)過程中出現(xiàn)安全問題，而此時(shí)潮位低于船舶出港所需的乘潮水位或潮位處于漲急落急，流速超過LNG船舶航行標(biāo)準(zhǔn)，LNG船舶將無法逃離碼頭區(qū)，勢必會(huì)危及碼頭甚至LNG接收站的安全，以下結(jié)合江蘇濱海LNG碼頭應(yīng)急錨地的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。

4 應(yīng)急通道及應(yīng)急錨地設(shè)計(jì)方案

江蘇濱海LNG碼頭設(shè)計(jì)船型為8萬～26.6萬m3LNG船舶，碼頭長度為400 m?；匦蛑睆讲捎?.5倍設(shè)計(jì)船長，取863 m，回旋水域設(shè)計(jì)底高程與航道設(shè)計(jì)底高程一致，取-14.9 m。

航道通航寬度取320 m，航道設(shè)計(jì)底高程為-14.9 m，深水臨岸、浪大、流急、含沙量高是其建港條件的特點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)潮流數(shù)值模擬試驗(yàn)預(yù)測，外航道受北防波擋沙堤挑流影響，其中以口門外各點(diǎn)橫流相對較大，一天（兩漲兩落）中大于1.0 m/s持續(xù)時(shí)間約為3～5 h，主要出現(xiàn)在漲急前后1～2 h；堤頭口門處出現(xiàn)環(huán)流且流速較大，平均流速和最大流速分別可達(dá)0.57 m/s和2.43 m/s。

對此，考慮口門處環(huán)流且流速較大，LNG應(yīng)急通道及應(yīng)急錨地設(shè)計(jì)方案如圖1。

圖1 應(yīng)急錨地設(shè)計(jì)方案布置

4.1 應(yīng)急錨地布置方案

1）方案一

應(yīng)急錨地設(shè)置于港池回旋水域。

由于單錨系泊的水域半徑為500 m，受港內(nèi)水域面積限制，本工程應(yīng)急錨地采用單浮筒系泊布置于港池回旋水域內(nèi)，單浮筒系泊水域半徑取410 m。根據(jù)《LNG Operations in Port Areas》，當(dāng)LNG船舶靠泊碼頭時(shí)遇到妨礙其安全靠泊的故障或意外事故時(shí)，應(yīng)考慮港池回旋水域作為應(yīng)急錨地；我國曾有過LNG接收站LNG船舶離泊即發(fā)生主機(jī)故障，就在回旋水域錨泊搶修的案例。

同時(shí)，LNG船舶在緊急情況下必須離泊等待救援時(shí)，也應(yīng)考慮在回旋水域等候，避免事故進(jìn)一步惡化，此布置符合SIGTTO相關(guān)要求，但國內(nèi)相關(guān)部門考慮安全問題，且在國內(nèi)無類似建成案例，不建議此布置方案。

2）方案二

利用航道進(jìn)行緊急撤離至港外應(yīng)急錨地。

按以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，船舶緊急撤離時(shí)需利用航道離港。由于已建南北防波擋沙堤堤頭的挑流作用，航道轉(zhuǎn)彎所在的南北防波擋沙堤口門水域流態(tài)復(fù)雜，且流速較大（最大流速為4～5 kn），操船難度較大，當(dāng)LNG船舶在碼頭發(fā)生緊急事件需要緊急離泊出港，為保證LNG船舶在橫流較大情況下安全轉(zhuǎn)向和離港，考慮增加航道寬度，加大轉(zhuǎn)彎水域面積來滿足LNG船舶緊急離泊需要。應(yīng)急錨地設(shè)置航道入口北側(cè)，應(yīng)急錨地半徑555 m，布置在水深-15.6 m以深水域。因緊急撤離所需航道疏浚量新增約150萬m3，工程投資將增加約3 000萬元。

3）方案三

通過應(yīng)急通道緊急撤離港外應(yīng)急錨地。

在進(jìn)出港航道轉(zhuǎn)彎水域沿口門方向設(shè)置一條直線應(yīng)急通道，通向外海一側(cè)，船舶緊急逃離時(shí)不需要轉(zhuǎn)彎，基本保持直線航行，降低了航行操作的難度。應(yīng)急錨地半徑555 m，布置在應(yīng)急通道北側(cè)-15.6 m水深以深水域。本應(yīng)急通道僅在緊急事件發(fā)生時(shí)使用，使用率較低，應(yīng)急通道設(shè)計(jì)底高程不考慮備淤深度，通道設(shè)計(jì)底高程取-14.15 m，本方案基本不疏浚。

4.2 操船模擬試驗(yàn)驗(yàn)證

針對應(yīng)急錨地的設(shè)計(jì)方案二、方案三，項(xiàng)目組委托大連海事大學(xué)進(jìn)行LNG船舶應(yīng)急逃離操船模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)共計(jì)6次，利用現(xiàn)有的航道（設(shè)計(jì)方案二）應(yīng)急逃離模擬4次，利用直線應(yīng)急通道（設(shè)計(jì)方案三）模擬2次。試驗(yàn)均選取較不利的風(fēng)、流限制條件，也即流態(tài)較復(fù)雜、流速較大，風(fēng)力7級且風(fēng)、流相互疊加導(dǎo)致船舶受外力影響顯著的工況下進(jìn)行。

1）試驗(yàn)方案

表3 應(yīng)急逃離試驗(yàn)方案

2）風(fēng)力風(fēng)向：N和S風(fēng)，7級。

3）流場選擇：T6、T7和T11（轉(zhuǎn)彎處有回轉(zhuǎn)流且流速最大的時(shí)段為T6、T7，航道沿程橫流最大T11，潮位及流速矢量見圖3、圖4）。

圖2 不同潮位段對應(yīng)潮高曲線

圖3 高潮前2 h，T6（潮位過程6:00）

圖4 高潮后3 h，T11（潮位過程11:00）

4.3 試驗(yàn)結(jié)論

1）利用現(xiàn)有航道條件緊急離泊（設(shè)計(jì)方案二），在T6（流態(tài)最為復(fù)雜的時(shí)刻）應(yīng)急駛出困難較大，如圖5（a）～（c）。航道轉(zhuǎn)彎處易發(fā)生船身受流不均，開始搶流，之后流變，難以預(yù)判，導(dǎo)致通航風(fēng)險(xiǎn)增加。T11航道內(nèi)橫流較大，見圖5（d），最大可達(dá)2.5 kn，但流向恒定，整體情況好于T6潮位段，而風(fēng)流條件疊加在一起導(dǎo)致航道轉(zhuǎn)彎處風(fēng)流合壓力增大，因此航跡帶寬度增大，客觀上需要增加航道轉(zhuǎn)彎段附近的富余寬度。根據(jù)操船模擬試驗(yàn)，將進(jìn)港航道由原來的320 m增加至400 m，同時(shí)加大航道轉(zhuǎn)彎水域。

2）通過應(yīng)急通道（設(shè)計(jì)方案三）駛出較為容易。因?yàn)椴恍柙诹鲬B(tài)復(fù)雜的條件下轉(zhuǎn)向，為船舶操縱提供了便利條件，見圖5（e）和圖5（f）。

圖5 不同工況下航跡帶示意

4.4 設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

結(jié)合操船模擬試驗(yàn)，該項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)方案三即利用直線應(yīng)急通道和應(yīng)急錨地緊急逃離的設(shè)計(jì)方案。該應(yīng)急通航設(shè)計(jì)方案也等到相關(guān)政府部門的許可。

表4 應(yīng)急通道及應(yīng)急錨地設(shè)計(jì)方案比較

5 結(jié) 語

本文結(jié)合江蘇濱海LNG碼頭應(yīng)急錨地案例，針對在口門復(fù)雜流態(tài)情況下，提出江蘇濱海LNG應(yīng)急錨地三個(gè)設(shè)計(jì)方案，通過操船模擬試驗(yàn)，確定直線應(yīng)急通道及應(yīng)急錨地的方案，供同類工程設(shè)計(jì)參考。

另外，從現(xiàn)有國內(nèi)已建LNG碼頭實(shí)際應(yīng)急錨地使用情況看，使用頻率很低，而LNG作為綠色能源，是國家倡導(dǎo)的能源發(fā)展方向，將來LNG碼頭建設(shè)會(huì)更多，尤其在水域受限的地方，這就倒逼國內(nèi)LNG應(yīng)急錨地的設(shè)計(jì)及行政許可上，在考慮安全使用情況下，只考慮應(yīng)急屬性，應(yīng)急錨地與航道等其它設(shè)施的安全距離是否進(jìn)一步縮小的可能，包括應(yīng)急錨地位置是否可利用港池調(diào)頭水域等。