大型海上鉆井平臺(tái)出港試航操縱技術(shù)

文/ 煙臺(tái)港引航站 鞠由克

隨著航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型和特殊船舶的操縱問題日益突出，尤其在港內(nèi)受限水域，由于可航水域的寬度和水深受限，低速船舶的操縱性較差，加上外界風(fēng)流干擾的影響，給船舶引航帶來了新的挑戰(zhàn)，需要船舶駕引人員不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

“油服先鋒”（COSL PIONEER）為煙臺(tái)中集萊佛士海洋工程有限公司（CIMC RAFFLES）為中國(guó)海洋石油油服公司建造的世界上最先進(jìn)的第六代海上半潛式鉆井平臺(tái)，建造完畢需出港試航，煙臺(tái)引航站承擔(dān)了這次艱巨的引航任務(wù)。筆者作為引航員全程參與了這次工作，并總結(jié)了一些操縱體會(huì)，與同行交流探討。

一、鉆井平臺(tái)參數(shù)及引航存在的難點(diǎn)

1. 鉆井平臺(tái)參數(shù)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”）

“油服先鋒”長(zhǎng)為105 m，寬為73.1 m，水下浮體寬18.2×2=36.4 m，平臺(tái)底部前后共裝有6臺(tái)推進(jìn)器（龍骨下4.5 m），首吃水9.0+4.5=13.5 m，尾吃水9.2+4.5=13.7 m，平臺(tái)水線上高度75 m。

2. 引航存在的難點(diǎn)

（1）出港航道狹窄，航道設(shè)計(jì)水深15 m，可使用寬度150 m，航道外水深不足11 m，兩側(cè)緊鄰養(yǎng)殖區(qū)，回旋余地小，增加了操控難度和風(fēng)險(xiǎn)。

（3）出港時(shí)推進(jìn)器未經(jīng)過試驗(yàn)，引航員需憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行引領(lǐng)操縱和指揮港作拖船拖帶離港。

（4）平臺(tái)排水量、慣性、阻力、水上形體和水下浮體的體積都很大，受風(fēng)流影響嚴(yán)重，極易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

3. 氣象水文條件

風(fēng)向：東南。風(fēng)力：3~4級(jí)。流向：西北。最大流速：0.8 kn。高潮時(shí)：10時(shí)57分。高潮高：277 cm。港口航道布置情況如圖1所示。

圖1 港口航道布置

二、引航安全保證與人員安排

1. 安全保證

根據(jù)煙臺(tái)港水域、航道、船廠泊位、回旋區(qū)大小、導(dǎo)航設(shè)施及當(dāng)時(shí)的氣象潮汐條件，由6名高級(jí)引航員組成的評(píng)審組通過多次實(shí)地調(diào)查、風(fēng)流壓計(jì)算、拖力計(jì)算和安全評(píng)估后確定：

（1）天氣條件必須是海上視線不低于2 n mile，風(fēng)力不超過5級(jí)（9 m/s），流速不超過0.8 kn。

（2）為減少流壓，離泊出港時(shí)間選擇在高潮前1 h開始，此時(shí)間段流速很小，甚至無流，引航全過程時(shí)間控制在3 h內(nèi)，航道內(nèi)約1.5 h。

（3）根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際需要確定使用6條大功率全回轉(zhuǎn)式港作拖船協(xié)助。

在學(xué)生討論后適當(dāng)補(bǔ)充淋巴細(xì)胞的起源、分化及分布等知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材35頁內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，有助于學(xué)生對(duì)免疫系統(tǒng)組成的認(rèn)識(shí)。

2. 引航員組織

平臺(tái)的出港操縱是在引航員的指揮下完成的。由于平臺(tái)體積巨大，結(jié)構(gòu)特殊復(fù)雜，觀察盲區(qū)多，為便于清楚觀察，安排1名主領(lǐng)引航員擔(dān)任總指揮，位于平臺(tái)上層甲板中央位置。因其在觀察平臺(tái)偏轉(zhuǎn)和速度上有局限性，另安排4名副領(lǐng)引航員位于平臺(tái)4個(gè)樁腿附近，該處視野開闊，能清晰地觀察到平臺(tái)行進(jìn)時(shí)局部的位置變化、與航道浮標(biāo)距離和方位的變化、拖船位置的變化以及可能出現(xiàn)的意外，在發(fā)現(xiàn)問題和情況后可以及時(shí)向主領(lǐng)引航員報(bào)告。另有1名引航員在負(fù)責(zé)拖航的主拖拖船上協(xié)調(diào)觀察，隨時(shí)報(bào)告動(dòng)態(tài)變化。

三、拖航阻力計(jì)算

經(jīng)計(jì)算得出，主拖拖船“煙港拖5”（以下簡(jiǎn)稱“拖5”）能發(fā)揮出的理論拖力是60 t，實(shí)際有效拖力按90%計(jì)算，仍有54 t，而拖帶速度為3 kn時(shí)的拖航總拖力是15.5 t，所以，“拖5”能夠滿足總阻力要求，在無風(fēng)流影響的天氣條件下完全能夠拖動(dòng)平臺(tái)航行。

四、風(fēng)壓力和流壓力計(jì)算

風(fēng)和流的客觀存在對(duì)拖帶平臺(tái)航行有很大的影響。在良好的氣象條件下，風(fēng)和流的方向一般不會(huì)發(fā)生突然改變，但拖航航向的幾次改變就可以使風(fēng)和流的相對(duì)方向（風(fēng)壓角和流壓角）發(fā)生變化，直接造成拖航阻力的增加。為保證有足夠的拖力，引航組決定安排功率最大的“拖5”作為主拖拖船，平臺(tái)兩側(cè)4個(gè)樁腿處各帶1個(gè)拖船，平臺(tái)尾部再帶1個(gè)拖船。

拖航加速是個(gè)很緩慢的過程，拖航速度穩(wěn)定后引航員應(yīng)密切注意速度的細(xì)小變化。拖航過程中拖速下降明顯極有可能是風(fēng)流變化造成拖航總阻力增加，或“拖5”拖力不足等原因造成的。此時(shí)，引航員應(yīng)立即命令平臺(tái)兩側(cè)的4個(gè)拖船調(diào)整位置，采取與“拖5”相同的拖帶方向，共同拖帶平臺(tái)行進(jìn)，平臺(tái)尾部的拖船選擇合適的頂點(diǎn)向前頂推。這樣，其他5條拖船也可以為平臺(tái)的行進(jìn)提供足夠的動(dòng)力。

假設(shè)風(fēng)舷角為0°，即頂風(fēng)狀態(tài)，此時(shí)平臺(tái)在前進(jìn)方向上所受的風(fēng)壓力最大，造成拖航的阻力大大增加。通過公式估算得出，風(fēng)力5級(jí)（9 m/s）時(shí)的風(fēng)壓力為171 t。

煙臺(tái)港的航道和潮汐特點(diǎn)決定了平臺(tái)出港時(shí)一般是側(cè)流或橫流，不會(huì)遇到頂流，而且高潮前后正處于倒流階段，流速平緩甚至無流，則流壓對(duì)拖航總阻力的影響忽略不計(jì)。

計(jì)算拖航總阻力Fa+R+Rt=171+15.5+3.7=190.2 t，其中Rt是另外5條拖船的摩擦阻力與剩余阻力之和，參照主拖拖船“拖5”的摩擦阻力與剩余阻力之和計(jì)算，Rt=5×（1.44 +5.88）=36.6 kN≈3.7 t。從各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比中可以得出結(jié)論：6條拖船總有效拖力分別按75%～90%的總理論拖力計(jì)算，兩舷的4條拖船由于拖帶角度的原因，其實(shí)際拖力再按有效拖力的85%計(jì)算，總拖力可達(dá)230 t，仍大于拖航總阻力190.2 t。

由此可以得出結(jié)論：即便是在頂風(fēng)的極限天氣條件下，6條拖船的拖力也恰好可以滿足所有拖航總阻力要求。當(dāng)然，這只是表明在外界因素都達(dá)到引航組制定的各種條件的上限時(shí)，6條拖船所提供的拖力仍能符合拖航要求的理論論證。同時(shí)也說明，為保證富余量和足夠的儲(chǔ)備拖力，使用6條拖船是這次引航操縱和海上拖帶的最低要求。實(shí)際上，由于拖航速度一直控制在不超過2.5 kn，所以拖航總阻力的實(shí)際值遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理論計(jì)算的最大值，因此，6條拖船的總拖力是完全能夠滿足拖航總阻力要求的。

五、拖船配置

拖船資料如表1所示。拖船的配置如表2、圖2與圖3所示。“拖5”作為主拖拖船采用2根強(qiáng)度較大的尼龍纜，分別帶在平臺(tái)左右浮體基座的纜樁上，帶“八”字纜的目的是增加拖航的穩(wěn)定性和保證拖纜的強(qiáng)度，避免拖航過程中出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象而被動(dòng)。拖纜長(zhǎng)度保持150 m，2根拖纜必須是相同的品質(zhì)和強(qiáng)度。兩舷的4個(gè)拖船都是只帶1根拖纜吊拖，這不僅僅是因?yàn)槠脚_(tái)的特殊結(jié)構(gòu)不適合拖船綁拖，更多考慮的是港作拖船在輔助拖帶、協(xié)助轉(zhuǎn)向、抑制橫移的過程中，吊拖更能發(fā)揮出最大的頂和拖的能力而且能機(jī)動(dòng)靈活、行動(dòng)迅速地按照引航員的指令隨時(shí)在合適的位置上采用頂或拖的方式來協(xié)助引航員操縱。

表1 拖船資料

表2 拖船位置與作用

圖2 拖船配置示意圖

圖3 拖船配置實(shí)景圖

六、準(zhǔn)備工作

引航員登上平臺(tái)后，需做如下工作：

（1）對(duì)船廠在平臺(tái)上的各種礙航設(shè)施進(jìn)行清理，泊位前后要清爽。

（2）對(duì)協(xié)助帶纜人員進(jìn)行合理分配，保證作業(yè)過程中的各種帶纜口令能得到準(zhǔn)確理解和執(zhí)行。

（3）協(xié)調(diào)好平臺(tái)上各部門、拖船、碼頭人員的通信聯(lián)系，設(shè)定本航次引航專用頻道。

（4）與VTS取得聯(lián)系，要求實(shí)行交通管制。

（5）檢查拖纜，準(zhǔn)備護(hù)纜設(shè)備，避免因磨損而產(chǎn)生的斷纜現(xiàn)象。

七、應(yīng)急措施

為確保引航員操縱平臺(tái)安全出港，做到萬無一失，各部門按如下部署：

（1）安排2艘9000 kW專業(yè)救助船待命，1艘在港內(nèi)錨地按照應(yīng)急預(yù)案提前做好準(zhǔn)備工作，另1艘隨平臺(tái)同時(shí)出港，守聽引航專用頻道，處于隨時(shí)可以施救狀態(tài)。一旦出現(xiàn)擱淺或者由于天氣突變?cè)斐梢絾T無法指揮港作拖船有效控制平臺(tái)的情況，專業(yè)救助船能夠在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行援助。

（2）船廠安排2只帶纜艇，隨艇準(zhǔn)備備用拖纜和后備帶纜人員，一旦發(fā)生斷纜現(xiàn)象，可以在最短的時(shí)間內(nèi)將備用纜繩和人員送到位。

（3）港作拖船在拖航前要對(duì)機(jī)艙設(shè)備和甲板設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保無虞。拖航過程中安排專人對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，尤其要有專人負(fù)責(zé)檢查拖纜，發(fā)現(xiàn)有磨損要及時(shí)報(bào)告，根據(jù)需要隨時(shí)準(zhǔn)備更換備用拖纜。

（4）應(yīng)按照應(yīng)急預(yù)案做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，引航員在各自的位置上待命。要對(duì)整個(gè)引航過程和引航區(qū)域內(nèi)的其他航行船舶情況進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)控，并及時(shí)向平臺(tái)上的引航員通報(bào)。

八、引航操縱要領(lǐng)

1. 調(diào)整風(fēng)流壓差

風(fēng)壓和流壓是引航過程中時(shí)刻要注意的因素。風(fēng)流壓對(duì)平臺(tái)的影響較大，會(huì)造成平臺(tái)產(chǎn)生較大的漂移和偏轉(zhuǎn)，其后果就是平臺(tái)偏離航線直至擱淺。為減少風(fēng)流壓對(duì)平臺(tái)航向穩(wěn)定性的影響，引航員對(duì)當(dāng)時(shí)的潮汐變化要相當(dāng)熟悉，根據(jù)流向的變化及時(shí)對(duì)航向作出相應(yīng)的改變來抵消流壓的影響。潮汐和水流的變化是有一定規(guī)律的，而風(fēng)的大小和方向變化往往是不可預(yù)測(cè)的，在克服風(fēng)壓影響上，引航員要憑借敏銳的觀察力、果斷的判斷力、準(zhǔn)確的操縱措施指揮拖船合理改變航向以抵消風(fēng)的影響。一般來講，為抵消風(fēng)流壓的影響而作出的航向改變，其角度都是很小的，基本通過主拖拖船“拖5”調(diào)整拖航航向來完成，如果效果不明顯，還可以指揮另外幾條拖船共同協(xié)助。從實(shí)際效果上看，拖船在低速狀態(tài)下能夠充分發(fā)揮作用克服風(fēng)壓和流壓對(duì)操縱的影響。

2. 合理配置拖船

拖船的安排和使用要科學(xué)合理。安排哪條拖船在什么位置，起到什么作用，都是根據(jù)其特點(diǎn)、功率大小甚至當(dāng)班駕駛員的技術(shù)水平和能力等諸多因素考慮的。大功率拖船在拖航、制動(dòng)減速、協(xié)助轉(zhuǎn)向上能起到非常明顯的作用，因此關(guān)鍵位置上要安排性能可靠的拖船和經(jīng)驗(yàn)豐富的拖船駕駛員。平臺(tái)的特殊結(jié)構(gòu)造成拖船在頂和拖時(shí)有很大的局限性，再加上浪涌的影響更增加了拖船頂拖的難度。航前引航員要將引航方案和工作意圖告知拖船，以便拖船駕駛員在拖航過程中能了解引航員的階段意圖并積極主動(dòng)配合，減少失誤。引航員與拖船駕駛員的溝通是引航安全順利的保證。

3. 保持通信暢通

保證通信工具的暢通完好。為避免引航工作頻道出現(xiàn)干擾較多的情況，要設(shè)定專用頻道。

4. 正確觀察判斷

平臺(tái)的質(zhì)量巨大，其慣性也是相當(dāng)大的，在狹窄的航道上一旦出現(xiàn)偏移失位，利用拖船進(jìn)行控制糾正相當(dāng)困難。要避免這種被動(dòng)情況出現(xiàn)，引航員必須集中精力，仔細(xì)觀察，做好預(yù)判，尤其是對(duì)平臺(tái)橫移、偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)的判斷要準(zhǔn)確及時(shí)，防患于未然。

5. 合理控制速度

出港過程中速度的控制相當(dāng)關(guān)鍵，航行過程中的速度不能超過3 kn。速度過快，拖船在協(xié)助轉(zhuǎn)向時(shí)所能發(fā)揮出的作用會(huì)大大減弱，也不能很穩(wěn)定地保持位置。拖纜使用很忌諱受頓力，操縱過程中也不可太心急，加速和減速過程要平緩，不要因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)得不到效果而馬上給出新的口令來加大拖船力量，避免過頭而增加拖纜的受力。

6. 逐步完成轉(zhuǎn)向

平臺(tái)拖航中轉(zhuǎn)向的控制也是關(guān)鍵步驟。航道全長(zhǎng)約3n mile，平臺(tái)有5次大的轉(zhuǎn)向和數(shù)次小角度的調(diào)整。航向調(diào)整要分幾次完成，每一次轉(zhuǎn)向切不可大角度，應(yīng)以2~3°為限。轉(zhuǎn)向大了會(huì)給下一步的把定帶來困難，其巨大的慣性可能使平臺(tái)偏離航道。 “拖5”在拖航中轉(zhuǎn)向舵角也不能過大，應(yīng)始終保持2根拖纜同時(shí)受力，否則會(huì)出現(xiàn)不均衡情況，即1根受力猛然加大，另1根處于不受力狀態(tài)，這樣就可能斷纜。其他幾條協(xié)助轉(zhuǎn)向的拖船用車時(shí)只要用慢車或拖纜帶力就可以了。每一次轉(zhuǎn)向，引航員都要提前通知拖船做好準(zhǔn)備。

九、結(jié)束語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)際影響力的提升，海洋船舶制造業(yè)極力擴(kuò)張產(chǎn)能，更多價(jià)值巨大、設(shè)備先進(jìn)復(fù)雜、具有核心技術(shù)和創(chuàng)新技術(shù)的海上專用或多用途大型海洋工程船舶會(huì)由船廠建造和港內(nèi)操縱，這對(duì)船舶引航工作來講是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)力的課題。本文通過大型海上平臺(tái)的成功引航經(jīng)歷，總結(jié)引航操縱經(jīng)驗(yàn)，為以后煙臺(tái)港引航站在特殊條件下的安全引航和特色引航進(jìn)行有益的探索和創(chuàng)新，更為藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展作出自己的貢獻(xiàn)。

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