青島董家口港區強風天氣下LNG船的風險控制和操縱方法

焦研 裴建鋒

摘 要：液化天然氣（LNG）作為關乎國計民生的重要國家能源儲備，在目前俄烏沖突形勢嚴峻、全球能源緊缺的大環境下，能源的保暢保供顯得尤為重要和迫切。青島董家口港區LNG接收站擁有全國規模較大的接收能力，如何有效保證在冬季惡劣天氣頻發下的船舶到港率，碼頭周轉率，是擺在我們引航員面前的一個重要課題和挑戰。本文以冬季強風天氣（西北風6～7級）下LNG典型船舶靠泊為例，在船舶進港抵達LNG支航道，無法調頭出港時的極限環境下，通過研究該風力情況下的風險點、風動力影響、拖船配備、船舶控制方法和操縱注意事項，以期達到有效控制船舶、提高碼頭運營效率、保證社會民生基本物資保障的目的。

關鍵詞：LNG船；風壓力；風險控制；操縱方法；注意事項

0 引 言

山東液化天然氣（LNG）項目（董家口LNG）位于青島市膠南市西南的董家口嘴，在規劃的青島港董家口港區董家口嘴作業區，港址東側為瑯琊臺灣，西側為棋子灣。一期工程泊位為1個27萬m3的LNG 泊位（兼顧

8萬～26.6 萬m3 LNG 船）。目前，項目三期工程建設正加快推進，預計2023年底全部完工，接收站年接轉能力將達到1 400萬 t，屆時將成為國內同期建設中規模最大的LNG接收站。探索強風天氣情況下LNG船舶風險控制和操縱方法，對于提升泊位利用率和泊位有效利用率，促進能源周轉效率，為貨主、船東提供安全、高效的引航服務，提高港口的經濟效益、社會效益和環境效益具有重要現實意義。

1 概 況

1.1 風

青島海區受季風影響，冬季多偏北風。以NNW、N向頻率最高，根據各月常、次常風向統計： 9～12月和1月、2月為N-NNW向，頻率為11.2%～20.1%。寒潮引起的大風天氣，有的時候風力短時間突然增大，準確預報比較困難。尤其是在靠泊LNG等需要長時間引航作業的泊位，惡劣天氣下風力發生變化的可能性較大，一定要有足夠的風險防范意識和風險控制能力。

1.2? 潮汐潮流

董家口港區內潮流屬于規則半日潮流類型。潮流的運動形式以往復流為主，旋轉流為輔。浪壩外是往復流， 最大流速為1.0 m/s；浪壩里多為旋轉流，最大流速可達0.3 m/s?？紤]到靠泊多選擇在平潮附近接近泊位，泊位外檔受流影響較小，可忽略不計。

2 LNG船船型資料

進出董家口港區的LNG船舶船長多為288～298 m，船寬為44 ～49 m左右，吃水為10.7～11.9 m。部分通過增加船長和船寬來增大艙容，但兩柱間長仍保持在260～270 m之間，吃水也維持在12.0 m左右。長寬比為6.08～6.54，寬度吃水比B/T隨著艙容的增大而增大，甚至接近4.5，屬典型的淺吃水肥大型船型。部分靠泊董家口港區的船舶資料見表1。

3 強風天氣下的船舶操縱風險點

1）LNG船的干舷較高，滿載時接近15 m，外檔首尾拖船須帶在主甲板上，受強風天氣下海浪的影響，拖船帶纜極其困難。

2）大風浪天氣下拖船的拖力和頂推力都會受到極大的減弱，根據調查和實驗資料顯示，在浪高1.0 m的情況下，拖船僅能提供平時拖力和推力的80%；浪高1.5 m 時，拖力降至50%，推力降至60%；浪高2.0 m時，拖船無法作業。當風力達到6～7級時，浪高也會達到1～1.5 m，拖船操縱困難且效果下降明顯。

3）LNG船的受風面積較大，290 m左右的船舶滿載受風面積約為7 000m2，船舶排水量達到120 000 t左右，受風流的影響都很大，船舶橫移的控制比較困難。

4）根據LNG船操縱性能特點顯示，此類船舶干舷高、盲區大、碼頭附近視覺壓力大；舵效差，低速航向時轉向困難；換向時間長，在碼頭附近頻繁使用進車倒車時要高度重視；倒車馬力較小，最小僅為進車馬力的20%，在需要倒車時要有充分的提前量。[1]

5）受西北風影響，船舶進入港池后，一直受攏風的影響，要時刻注意保持船舶在合理的上風位置，如何有效的調整船舶的進速、橫移和入泊角度，對于引航員的技術水平和經驗要求很高。

4 LNG船在不同風力下的受力分析和拖船配備

考慮到LNG的船舶干舷高的特點，在風力達到6～7級時，該類船舶受風力影響很大，董家口海域在該風力影響下產生的風浪也會達到1～1.5 m，因此，必須科學有效的分析大風浪天氣對LNG船的影響，充分考慮風浪對拖輪帶纜的影響和作用效果的減損，以期達到控制風險和安全靠泊目的。

4.1 不同風力情況下的受力分析

下面以SPIRIT OF HELA（海拉精神）輪為例來計算該輪在不同風力影響下的受力分析。

該輪船舶資料如下：

船長：298.43 m，船寬：46 m，滿載吃水：11.8 m，滿載排水量：120 169m3，滿載時的橫向受風面積AL：6 732m2。

根據國際液化氣船和碼頭運營聯合會發表的大型液化氣船受力分析研究，使用以下公式和風力系數表來計算首尾處所受的橫向風壓力[2]，如圖1所示。

FYAw=CYAw （ρw——7600） Vw2 AL（A-1）

FYFw=CYFw （ρw——7600） Vw2 AL（A-2）

其中FYAw、FYFw分別代表縱向尾柱、首柱處的風壓力（T），CYAw 、CYFw分別代表縱向首尾處的風壓力系數，ρw代表空氣密度

（Kg/m4），取0.12，Vw代表風力（Kt）。首尾處所受的橫向風壓力[2]，如圖1所示。

通過計算，當海上風力達到13.8 m/s（27 kt）、

17 m/s（33 kt），即6級強、7級強時，船舶靜止時不同風舷角下首尾處所受到的風壓力見表2，如圖2所示。

4.2 拖船配備

根據青島港拖船主機工況測試結果顯示，5 000 HP快車（500 RPM）時拖力40 t，推力約45 t；7 000 HP快車（500 RPM）時拖力50 t，推力56 t；8 000 HP快車（500 RPM）時拖力54 t，推力60 t?？紤]船舶外檔拖船受到浪高1.5 m的影響，內檔拖船受到1 m浪高影響，攏風且偏頂風靠泊過程中，風壓角在30°～90°范圍內變化，此時船舶內檔首尾配備7 000 HP以上拖船，外檔首尾配備5 000 HP拖船。計算出船艏尾快最大頂推力65 t，結合風壓力計算結果比對，這樣的拖船配備能夠滿足6級強風要求，但是7級強風時要注意及時調整風壓角，風壓角不能大于60°。

5 西北風6-7級時船舶進港操縱要點

5.1 董家口港區LNG支航道、口門及LNG泊位基本情況

LNG支航道長約 2.5 n mile，航道走向為 342°-162°，口門附近的航道寬度為515 m，泊位附近的旋回水域為862 m，泊位走向000°/180°。碼頭總平面布置如圖3所示。

5.2 拖船配置和帶纜方法

LNG船進港靠泊一般選擇右舷靠泊，配置5艘拖船，2艘7 000 HP以上和3艘5 000 HP拖船，5艘拖船的帶纜位置如圖4所示，即2艘7 000 HP以上拖船帶在船首尾內側，2 艘5 000 HP拖船帶在首尾外側，最后1艘拖船帶在左舷駕駛臺附近的自帶樁位置。

5.3? L1浮標至碼頭附近的船舶操縱

當進港風力維持在西北風常風6級、陣風7級時，在船舶從L1浮附近至靠泊過程中，有5個重要的控制節點，這些位置上的船位、速度和橫移控制是整個靠泊的關鍵，對引航員的技術水平和心理素質要求極高，如圖5所示。

（1）船位1：當船舶抵達L1、L2浮時，應當將航速控制在5～6 kn左右，根據當時的風流情況，保證船舶航跡向在342°，船位控制在航道中間位置，此航段由于受到風壓角較小，且一般選擇高低潮流緩階段進港，操縱難度不大。

（2）船位2：當船首抵達L3浮筒時，是由支航道進入港池的轉向時機。船舶航速4～5 kn，一般用舵就可以完成轉向，若是船舵效較差，可利用右舷船尾的拖船頂推輔助轉向。此時船舶距離入泊約0.6 n mile左右，其他拖船開始協助大船降速。

（3）船位3：此位置為體驗風壓的階段，在船舶進入港池后，左舷船頭來風，若航向往右調整過大、過早，風舷角增大，船舶所受的風壓力會隨之增大，矢量線會迅速地指向泊位，甚至于泊位后端，這種態勢不利于后期控制靠泊攏速和靠泊角度調平，對靠泊有極大的危險。船舶通過浪壩后，先把航向調整至000°，待船艏穩定后，觀察矢量線的指向。若矢量線往右不大，說明風產生的推力不大。

（4）船位4：在船位3的基礎上，若風壓力不大，繼續往右調整航向至010°，讓船首指向泊位前端的突堤，此時風舷角約為20°～30°，風壓力F也會隨之不斷增大。所以待船艏向穩定后要觀察COG的情況，確保COG的矢量線指在泊位外端，橫距保持在4B（船寬）以上。由于是頂風航行，所以降速相對比較容易，建議大船保持“DEAD SLOW AHEAD”車，采用拖船順著倒的方式減速，船舶入泊速度應保持在2.0 kn左右。（此時速度不能過快，也不能過慢，如果船速達到3 kn以上，下一步降速困難；速度小于1 kn，船舶受風影響大，橫移較難控制。）

（5）船位5：船舶進入泊位外檔的橫移階段，此時船舶縱向速度基本為0，內側2艘拖船隨時處于快速頂推狀態，外檔首尾拖船放纜隨時備拖，不間斷觀察內檔拖船快頂控制船舶橫移的效果。此時要注意內外檔拖船的姿態保持、頂推力量的減弱和作用力的滯后性，留足提前量。在內檔頂推拖船和外檔拖曳拖船4艘拖船的有效配合下，達到橫距在4B（4倍船寬）左右時，攏速應不超過0.5 kn；2B的橫距時，攏速應不超過0.3 kn。在4 艘拖船控制好船舶橫移的前提下，船尾左胯拖艘主要作用是快速、有效減小風壓角，調整船舶入泊角度。

6 船舶操縱過程中的注意事項

LNG船由于其本身屬于高風險船舶，船型特殊，大風浪天氣下靠泊有一定的難度，引航過程中要保持足夠的戒備，對操縱風險點有足夠的認識并做好預案。

1）在大風浪天氣下拖船帶纜比較困難，應指派有技術狀況好的拖船和豐富經驗的駕駛員，在船舶進港過程中，選擇合適的時機盡早帶上拖船。

2）配備足夠的拖船，掌握天氣變化，充分評估風壓力和拖船力量的匹配，船舶貼靠碼頭的速度在10 cm/s以內，注意保持好船舶與碼頭的相對位置，確保內檔頂推拖船的安全。

3）船舶左右舷的拖船由于受到風的影響，保持位置比較困難，應持續保持慢車頂推或者纜繩受力狀態，使其在收到引航員指令時能及時調整船舶姿態，快速有效地發揮其作用。

4）加強與船方、拖船、碼頭之間的溝通，及時全面地了解船舶狀況和環境狀況，保證各方充分領會引航員意圖。

5）要密切關注泊位附近船舶風力和風向變化，適時使用拖輪來調整風壓角，盡量降低風壓力對船舶橫移的影響。

6）當風力增加到常風7級及以上，港內風浪達到2.5 m以上時，要立即停止引航作業，啟動應急處置方案，充分發揮車、舵、錨、拖船的作用，保持船舶處于有利位置，保證船舶和碼頭設施絕對安全。

參考文獻

[1] 薛明勝，LNG船舶進出青島董家口港區安全風險研究[D]，大連：大連海事大學，2014.

[2] Society of International Gas Tanker & Terminal Operators Ltd.Prediction of wind loads on large liquefied gas carriers. 2007.

作者簡介：焦研，一級引航員，（E-MAIL）jiaoyan1015@sina.com.cn

裴建鋒，二級引航員，（E-MAIL）117303789@qq.com.cn