LNG船系泊安全分析

王斌 張鵬飛

【摘 要】 為保障LNG船系泊安全，通過引入OPTIMOOR軟件的輸入矩陣（標準的環(huán)境限制條件和LNG碼頭布置參數(shù)）得出系泊分析的輸出矩陣（纜繩張力占破斷強度百分比、船體承受護舷反力、護舷形變量、護舷承受的壓強、護舷與船平行中體的接船面積百分比等參數(shù)）。結(jié)合某大型LNG接收站實例分析，梳理出影響LNG船系泊安全的直接因素和根本因素，提出優(yōu)化措施：選取平行中體平滑的LNG船型，縮短橡膠護舷的中心間距，提高橡膠護舷的理基高程。

【關(guān)鍵詞】 LNG船;OPTIMOO;安全系泊

0 引 言

LNG船是在 163℃低溫下運輸液化天然氣的專用船舶，是一種“海上超級冷凍車”，被喻為世界造船業(yè)“皇冠上的明珠”。目前，LNG國際貿(mào)易的貨物交付主要通過往返于LNG出口站與LNG接收站間的LNG運輸船實現(xiàn)，而LNG船無論是在LNG出口站裝貨前，還是在LNG接收站卸貨前，均須安全系泊LNG碼頭才可進行相關(guān)作業(yè);因此，對LNG船系泊安全進行深入研究迫在眉睫。

1 研究背景及方法

1.1 研究背景

系泊安全分析是LNG船靠泊LNG碼頭前必須要進行的一項研究，作為船岸兼容匹配分析的必要組成部分，其已被國際大多數(shù)LNG船船舶所有人和租船方接受并普遍應(yīng)用。目前行業(yè)內(nèi)通過石油公司國際海事論壇（OCIMF）的《系泊設(shè)備指南》（Mooring Equipment Guidelines）中的相關(guān)標準環(huán)境限制條件實現(xiàn)系泊安全分析研究。

1.2 研究方法

LNG船系泊安全分析研究通常采用OPTIMOOR軟件模擬形式進行。OPTIMOOR是用于船舶系泊安全分析研究的計算機軟件，廣泛應(yīng)用于行業(yè)內(nèi)對船舶系泊布置完整性的審核確認。LNG船的系泊安全分析研究也是基于該軟件，將標準的環(huán)境限制條件及LNG碼頭布置參數(shù)輸入，得出基于此碼頭各種工況下的船舶纜繩張力、碼頭系船柱、系纜鉤和橡膠護舷負荷值，并將這些值與其設(shè)計許可值進行比較，判斷出該船能否安全系泊。

2 OPTIMOOR軟件輸入矩陣和輸出矩陣

2.1 OPTIMOOR軟件輸入矩陣

通常來說，一艘14萬～17萬m3的LNG船，在風(fēng)和流影響下，布置16根纜繩足以為船舶提供充足的纜繩張力來保證系泊安全，因此，本文研究的是16根纜繩情況下的LNG船系泊安全。

OPTIMOOR建模平面布置見圖1。

根據(jù)《系泊設(shè)備指南》的要求，OPTIMOOR運行的標準環(huán)境限制條件（即船舶系泊配置）應(yīng)當(dāng)滿足在任何風(fēng)向、風(fēng)速60 kn以下，不同流向、不同流速的水流條件下仍能夠保證安全系泊。船舶安全系泊配置參數(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）流來自船首或船尾，流速為3 kn;

（2）流來自船尾或船首10胺較潁魎儻？ kn;

（3）流來自船舶正橫方向，流速為0.75 kn。

風(fēng)速是指距離地面或水面10 m高度的30 s平均風(fēng)速，水流速度是指船舶吃水處的平均流速。

OPTIMOOR系泊分析的碼頭布置參數(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）碼頭區(qū)域理論最高潮位和最低潮位;

（2）碼頭泊位方位角、靠船墩相對于海圖基礎(chǔ)面高程、碼頭泊位水深、船舶在碼頭前后最大位移、船舶在碼頭左右最大位移、泊位對中線相對于坐標原點（通常取0）的距離、指定高度（通常取10 m）的風(fēng)速;

（3）碼頭所有快速脫纜鉤的數(shù)量、相對于泊位對中線的距離和護舷面板連線的距離、系纜墩/靠船墩表面的相對高度、快速脫纜鉤單鉤許可負荷和快速脫纜鉤單元許可負荷;

（4）泊位橡膠護舷所在位置、相對于泊位對中線的距離、護舷相對于水深基準面高程、護舷面板寬度、護舷面板面積;

（5）橡膠護舷形變量和對應(yīng)反力的數(shù)據(jù)。

某大型LNG接收站泊位OPTIMOOR的輸入矩陣數(shù)據(jù)見圖2。

2.2 OPTIMOOR輸出矩陣

在OPTIMOOR中輸入標準環(huán)境限制條件和碼頭泊位布置參數(shù)后，經(jīng)運行可得出每個工況下的纜繩張力占破斷強度百分比、護舷承受反力、護舷形變量、船體承受壓強、護舷與船平行中體的接觸面積百分比等參數(shù)（見圖3）。

3 判斷LNG船系泊安全的標準

3.1 實例分析

國內(nèi)某大型LNG接收站甲的理論基面高水位和低水位分別為5.40 m 和 0.77 m，系泊纜繩數(shù)為16;某大型LNG接收站乙的理論基面高水位和低水位分別為8.42 m 和0.21 m，系泊纜繩數(shù)為19。以某球型LNG船為例，運用OPTIMOOR軟件在甲、乙兩個大型接收站均為壓載高水位及3 kn船首來流的試驗工況條件下，對該船分別以左舷和右舷靠泊甲、乙兩個接收站進行系泊安全分析對比，結(jié)果見表2。

審核OPTIMOOR系泊安全分析報告，得出以下結(jié)論：此船不能安全靠泊接收站甲，只能左舷靠泊接收站乙。分析原因如下：

（1）在接收站乙，船舶右舷靠泊時，內(nèi)側(cè)橡膠護舷2與LNG船平行中體接觸面積僅為32%，導(dǎo)致船平行中體承受橡膠護舷的壓強陡然增大，達0.40 MPa，是該船體最大許可壓強0.18 MPa的2.2倍多，不滿足安全靠泊要求;左舷靠泊時，內(nèi)側(cè)橡膠護舷3與LNG船平行中體接觸面積均在94%以上，船平行中體承受橡膠護舷的壓強在該船體最大許可壓強范圍之內(nèi)，滿足安全靠泊要求。

（2）在接收站甲，船舶右舷靠泊時，內(nèi)側(cè)橡膠護舷2與LNG船平行中體接觸面積僅為31%，導(dǎo)致船平行中體承受橡膠護舷的壓強陡然增大，達0.52 MPa，是該船體最大許可壓強0.18 MPa的2.9倍多，不滿足安全靠泊要求;左舷靠泊時，內(nèi)側(cè)橡膠護舷3與LNG船平行中體接觸面積僅為24%，船平行中體承受橡膠護舷的壓強為0.67 MPa，是該船體最大許可壓強0.18 MPa的3.7倍多，不滿足安全靠泊要求。

3.2 安全標準

球型LNG船可左舷安全系泊接收站乙，其中該船型在高潮位和低潮位時的碼頭橡膠護舷與船舶平行中體間距分析結(jié)果見圖4。由圖4可知，橡膠護舷的高程越高，間距（尤其是內(nèi)側(cè)護舷）越小，船系泊碼頭泊位的安全系數(shù)越高。

由表2可知：接收站甲的碼頭橡膠護舷2與護舷3的間距為74 m，而接收站乙的僅為65.5 m，兩者相差9.5 m;接收站甲的碼頭護舷高程僅為3.0 m，而接收站乙為6.6 m，兩者相差3.6 m。該球形LNG船左舷可安全系泊接收站乙，而不能安全系泊接收站甲。

LNG船安全系泊的基本要求是：

（1）纜繩張力占破斷強度百分比不超過纜繩材質(zhì)對應(yīng)的允許纜繩最小破斷負荷百分比。根據(jù)《系泊分析指南》，標準的環(huán)境限制條件下，若纜繩為鋼絲纜，船上每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負荷（MBL）的55%;若纜繩為合成纖維纜，每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負荷（MBL）的50%;若纜繩為尼龍纜，每根纜繩張力不得超過纜繩最小破斷負荷（MBL）的45%。

（2）護舷承受船體的反力不得超過設(shè)計反力。

（3）護舷形變量不得超過護舷設(shè)計壓縮形變量。

（4）船體承受的壓強不得超過船體設(shè)計壓強。

（5）每個護舷與船平行中體的接觸面積百分比不得低于50%。

目前國內(nèi)LNG接收站碼頭普遍采用蝶形布置，碼頭前沿布置4個靠船墩，每個靠船墩安裝1組橡膠護舷。若橡膠護舷中心線（尤其是內(nèi)側(cè)護舷）間距越小，高程越高，護舷與船平行中體接觸面積越大，纜繩張力占破斷強度百分比、護舷承受船體反力、護舷形變量、護舷承受的壓強等參數(shù)在相應(yīng)設(shè)計值范圍之內(nèi)的可能性越大，則船舶安全系泊系數(shù)越高。

因此，LNG船系泊安全的決定性因素是碼頭橡膠護舷間距和橡膠護舷理基高程。

3.3 優(yōu)化措施

為使接收站碼頭泊位兼容盡可能多的LNG船舶安全系泊，可采取以下優(yōu)化措施：

（1）盡可能選取平行中體平滑的LNG船型靠泊LNG碼頭。一般來說，薄膜型LNG船平行中體比球型LNG船要平直得多，對于同一個碼頭來說，薄膜型LNG船安全系泊系數(shù)更高。

（2）在滿足接收站碼頭工程結(jié)構(gòu)安全的前提下，改造橡膠護舷，縮短橡膠護舷的中心間距，提高橡膠護舷的理基高程。

（3）在LNG接收站碼頭設(shè)計階段，靠船墩間距應(yīng)盡可能小些，靠船墩的高程應(yīng)盡可能大些，以保證橡膠護舷合理的間距和高程。

4 結(jié) 語

文中提到的標準環(huán)境限制條件并不是對所有的LNG碼頭均適用，有些LNG碼頭受泊位環(huán)境條件限制，環(huán)境條件取值可能會降低;OPTIMOOR的輸入矩陣是在輸入靜態(tài)的風(fēng)和潮流值的情況下得出模擬的纜繩張力數(shù)值，如考慮動態(tài)的海浪或涌浪影響，則纜繩張力數(shù)值會增加，需加以注意。LNG船與LNG碼頭的OPTIMOOR系泊安全分析研究的結(jié)果是可安全靠泊并不表示該船可馬上靠泊碼頭進行裝卸貨作業(yè)，還須進行船岸兼容匹配研究并確認船岸雙方兼容匹配后，LNG接收（出口）站才可接收該船靠泊作業(yè)。