液化天然氣碼頭設計及運營需注意的幾點問題

薛小春，宋 鵬

(廣匯能源綜合物流發展有限責任公司，江蘇 啟東 226200)

近幾年，隨著國家大力發展清潔能源，LNG(液化天然氣)碼頭在沿海、沿江地區大量興建。由于LNG碼頭介質具有特殊性，交通運輸部專門制定了JTS165-5—2016《液化天然氣碼頭設計規范》，從碼頭選址、平面設計(包括泊位布置、進出港航道、錨地、港作船舶等)、泊位通過能力、水工建筑物、碼頭安全設施等方面對LNG碼頭項目的設計和運營作出了規定。在本項目設計和運營的過程中，發現部分內容在規范中未提及或者與實際運營有出入，而這些內容會給業主后期的生產運營帶來困擾，本文著重從碼頭長度設計、船舶靠泊方向和船舶纜繩三個方面進行論述，分析了存在的問題，并提出解決方案。

1 項目概況

本LNG接收站碼頭工程建設了一個LNG卸船泊位及引橋等配套水工建筑物，LNG碼頭長度為320m，是高樁墩臺式結構，設計船型為19 100～150 900m3，碼頭前沿水域及港池設計水深為-13.8m。工程位于無掩護水域，最大潮差6m。本項目自2017年6月投產，已順利完成各類LNG船舶接卸100余艘。

2 碼頭長度設計

《液化天然氣碼頭設計規范》指出“碼頭泊位長度應滿足液化天然氣船舶或裝置安全靠泊、離泊和系泊作業的要求，可取1.0～1.3倍設置長度”。對于有掩護的港池，船舶受風浪流影響較小，碼頭長度一般不會存在問題；而對于類似本項目的無掩護、開敞式碼頭，碼頭長度會直接影響系泊的穩定性。由于LNG船舶需要布置首尾纜、橫纜和倒纜三組纜繩，纜繩角度對系泊穩定性影響較大，而船型的選擇將直接影響纜繩角度設計，下面著重介紹LNG船舶船型對碼頭長度設計的影響。

船型參數一般由業主提供，而新建LNG碼頭的業主對LNG船舶了解不足，導致船型選擇不嚴謹，容易造成在后期運營過程中發生船舶無法正常靠泊的情況。

LNG船舶靠泊對船位要求較高，例如船舶氣相管匯口必須對準岸上氣相卸料臂口，前后偏移在±20cm。同一噸位的LNG船舶氣相管匯口在船舶的位置是不同的。如表1所示，兩艘船均為15萬m3左右，而由于LNGJUPITER船舶管匯口在船體的位置距船中偏移了27.7m，這就變相地導致船長增加27.7m，如果按照常規船舶設計，容易使碼頭設計過短，導致出現首/尾纜受力角度差、護舷接觸不良等問題。船舶氣相管匯口偏位情況可以查詢船舶表格B貨物管匯(Cargo Manifolds)欄中“管匯距船中距離項”(Distance of the centre of manifolds from amidships)，表格B通常可從船舶船東或租船方獲取。

表1 兩種同尺寸不同船型氣相管口位置情況

目前，世界上主力LNG船舶分為薄膜型船和球罐船，一般來說，球罐船氣相管匯口偏位現象較為普遍。在開展項目前期研究的時候，船型選擇要盡量全面，船型參數不僅要包含船舶的長、寬、吃水，而且還包括管匯口水平和垂直位置、主甲板高度(用于設計登船梯參數)、平直船體(flat body)參數(計算護舷接觸面積)等。

假如碼頭長度選為1.0倍船長，即290m，在船舶系泊時，由于管匯口偏位現象，首/尾纜將達到125°，這遠遠超出了JTJ295—2000《開敞式碼頭設計與施工技術規范》中的第3.5.5條規定的系纜角度(見表2)。

表2 系纜角度

綜上所述，在充分考慮船型、系纜角度的基礎上，對于開敞式的無掩護泊位，建議碼頭長度取應力1.2倍船長。

3 LNG船舶靠泊方向

本工程碼頭平面布置見圖1，《液化天然氣碼頭設計規范》5.3.10規定“海港液化天然氣船舶停靠碼頭時船艏宜朝向有利于船舶緊急離開碼頭的方向”，一般來說，右舷靠泊(船頭向外)更符合規范要求。

為論證緊急情況下離泊操作情況，本項目特意委托了航海科研機構對船舶靠離泊過程進行仿真模擬。落潮流右靠離泊情況見圖2，落潮流左靠離泊情況見圖3。

如圖2、圖3所示，如果緊急離泊發生在落潮流速較大時，右舷靠泊時船舶容易在潮流的作用下沖出港池區域，需將船舶拖至航道后，迅速調整航向，提高航速，待航向穩定后再解掉拖輪，操作難度較大；而左舷靠泊則操作難度較低，離泊時間更短，更符合規范要求。

4 船舶纜繩

目前，17萬m3以上的LNG船舶纜繩主要為高強度尼龍纜，而15萬m3及以下LNG船舶大多數仍為鋼絲纜。本項目處于開敞式無掩護水域，長周期波浪、涌浪時有發生，且難以預測，附近LNG碼頭就發生過因為長周期波浪造成船舶斷纜的現象，原因就是鋼絲纜繩具有高強度、低彈性的特點，在遇到惡劣海況時，不能緩沖、吸收掉這部分能量。

OPTIMOOR是用于船舶系泊受力分析的軟件，被業界廣泛使用，用以計算不同工況條件下的系纜力。為對系纜力進行科學的分析，利用OPTIMOOR軟件對本項目主流的14.7萬m3LNG船舶進行了計算。計算過程采用了OCIMF MOORING EQUIPMENT GUIDELINES(MEG3)中的方法和標準。該規范對于船舶系纜力模擬的自然環境的要求如下：任意風向風速111.12 km/h，正船首或船尾方向5.56 km/h速度的波浪，或船首(船尾)10°方向3.70 km/h速度的波浪，或船體90°方向1.39 km/h的波浪。船舶纜繩采用“3-3-2”，即3根首/尾纜、3根橫纜、2根倒纜的布置方式，總共18根纜繩。帶纜方式見圖4。

經模擬計算，船舶系纜力最不利工況及系纜力見表3。

通過計算可知，本項目系纜力最大可達50.9t，鋼絲纜的破斷力通常在100t左右，根據規范要求，系纜力不得超過破斷力的50%，這就需要采取有效措施降低斷纜風險。結合國內外大型碼頭的應用經驗，在鋼絲纜繩后面附加一根尼龍尾纜可以有效補充鋼絲纜的不足，根據碼頭所處位置環境條件的情況，一般推薦尼龍尾纜長度為11m或22m，值得注意的是，由于應力會在尾纜大量集中，要求尼龍尾纜的纜繩破斷強度(MBL)要比主纜繩提高37%以上。建議業主單位，尤其是處于開敞式無掩護水域的LNG碼頭，在碼頭指南中對船舶尾纜做出規定，避免發生斷纜現象。

5 結語

根據上述分析、論述，對LNG碼頭長度設計、船舶靠泊方向和船舶纜繩三個方面的設計運營給出如下建議。

(1)碼頭長度設計要充分考慮船舶管匯偏位造成的影響，對于開敞式的無掩護泊位，建議碼頭長度取1.2倍船長以上。

(2)易于緊急離泊的船艏方向并非固定，受風、流的影響較大，因此，項目單位應制定相關的應急預案，加強應急演練，在發生緊急離泊情況時采取合適的離泊方案。

(3)建議靠泊在開敞式無掩護水域的LNG碼頭的船舶配備尼龍尾纜，以增加纜繩的柔性，可有效抵抗突風、急流等惡劣水文天氣，避免斷纜事故的發生。