洋浦LNG船舶通航安全与移动安全区定量计算

    黄齐方

    摘 要：为确保LNG船舶航行安全，借鉴国内其他码头的成功营运经验，LNG船舶在航行中需设计安全活动水域，采取船艇护航、引航员引航等安全保障措施，必要时对进出的水域实施交通管制。通过定量计算，确定安全水域范围，可为后续LNG船舶航行护航方案设计提供参考。

    关键词：LNG船 通航安全 移动安全区 警戒

    由于LNG船舶运输货物的特殊物理化学性质，LNG船舶与传统的货船在船舶结构和船舶操纵性能上有着一定的差异，对通航环境的要求往往高于普通货船，LNG船舶航行的风险对通航水域的安全带来了较大的压力，同时也对港口和通航管理提出了更高的要求。国内外海事安全管理中，都对LNG运输船舶的通航安全引起了高度的重视。由于LNG船舶的高造价和高危险性，其危险等级要高于大型油轮，因此有必要对LNG运输船舶划定安全区域。国内外营运LNG船舶的港口目前通用做法是制定适合本港区的作业标准或管理规定，对进出港的LNG船舶划定安全航行区，避免其他船舶侵犯LNG船舶。

    海南洋浦港LNG码头概况

    海南LNG码头位于海南省洋浦港区，距北面的海南炼化30万吨级原油码头约2000 m，距南面的金海浆纸厂码头约800 m。

    图1 洋浦神头港区LNG码头位置示意图

    表1 码头设计船型表

    洋浦LNG码头LNG船舶自南部外海海域驶入洋浦港区，以大铲礁尾灯塔为物标，航经A（大铲礁尾灯塔方位90°、距离6.28n mile）时，改驶航向为010°，船舶驶入4#LNG船舶应急锚地、5#LNG船舶作业待驳锚地。LNG船舶自锚地起锚后，取航向090°，根据具体情况适时在航向区间调整。当船舶航行至神尖角灯桩方位070°、距离1.5n mile处时，改驶航向080°进入LNG码头航道及回旋水域。LNG码头自港池入口至回旋水域中心约800m，自制动航道入口至回旋水域中心约1800m。

    图2 LNG船舶进出港航路

    LNG运输船舶安全区

    1、移动安全区的定义

    考虑到安全区域的位置及范围会随着LNG船舶的移动而发生变化，因此又称该区域为LNG船舶的移动安全区。LNG移动安全区的设置能有效提高LNG船舶通航安全性，降低LNG船舶事故风险。LNG船舶移动安全区的设置一方面在于降低LNG船舶发生事故的概率；另一方面还要降低LNG船舶航行事故风险。

    2、移动安全区设置范围定量计算方法

    LNG船舶安全区长度的确定主要考虑两船在同一航路上行驶，当前船采取制动措施或其他原因使船舶制动后，后船是否来不及停船以至于LNG船舶风险较高的区域的情形。研究中，这一区域范围为上述安全区宽度的距离在船舶四周的膨胀。

    如图，假设两船舶一前一后在同一航道上同向航行，可根据交通流跟驰理论来确定LNG船舶安全区长度。取值为基于风险计算得出的LNG船舶的安全区宽度值。

    （1）前船为LNG船舶

    （2）后船为LNG船舶

    图3 船舶跟驰制动过程

    以前船开始制动时为参考时刻，A0为后船初始位置与B0为前船初始位置，A1与B1分别为其制动后的位置。A'0为后船开始制动的位置。

    前船完成制动时距离后船初始位置为S2：

    S2=S0+Sb2 （1）

    式中：S0为前船制动前两船净间距。Sb2为前船的制动距离。

    对于后船而言，从发现前方态势到发出命令到主机动作这段时间内，后船行驶反应距离St，后船开始制动后行驶距离Sb1，故后船移动距离为S1：

    S1=St+Sb1 （2）

    其中：St=Vt，V为前船制动时后船的速度，t为后船反应时间，包括驾驶员对前船制动的反应时间和动作时间。

    在两船先后完成制动时，两船的距离应大于安全余量Sm，即S2-S1？莛Sm，整理可得船舶安全纵向间距模型为：

    S0？莛St+Sb1+Sm-Sb2 （3）

    当后船的制动距离小于或等于前船的制动距离时，会出现Sb1≤Sb2的情形，此时船舶安全纵向间距应为：

    S0=St+Sm （4）

    在计算过程中，由于船舶AIS动态信息的刷新时间为10s，驾驶员反应时间取30～35s，动作时间取2～3s，安全考虑可取为60s。

    船舶的制动距离可分为停车冲程和倒车冲程，可以根据船舶速度从船舶资料上查到，也可由经验公式计算。

    船舶以一定速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn～4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。

    主机停车后，推力急剧下降到零。开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算停车所需时间和船舶航进路程的标准。

    停车冲程可采用Topley船长提出的经验估算式：

    S=0.024C×V0×1852 （5）

    式中：C—船速减半时间常数，单位为min；V0—船舶停车时初速，单位为kn；S—船舶停车冲程，单位为m；C值随船舶排水量不同而不同，见表2。

    表2 船速减半时间常数

    船舶在全速前进中开后退三，从发令开始至船舶对水停止移动所航进的路程，称为倒车冲程。倒车冲程又称为紧急停船距离或最短停船距离。

    紧急停船距离经验估算法：

    ■ （6）

    式中：S—倒车冲程（m）；g—重力加速度（9.8m/s2）；W—船舶排水量（吨）；kx—船舶前进方向虚质量系数，可经实验取得，大型船舶可取1.07。Tp—螺旋桨倒车拉力（），估算时可用Tp=（后退倒车功率）来估算；V0—船舶倒车时船速（m/s） 。

    3、海南洋浦港区LNG船舶移动安全区范围设置

    3.1安全区长度设置

    安全纵向间距的保持主要是后船来控制，后船开始制动后行驶距离应选用本船的倒车冲程，可根据本船速度（从本船资料上查到），也可从倒车冲程计算公式得出。

    对于前船的制动距离要视前船的船舶参数及其所采取的制动措施或发生的情况而定。从安全角度考虑，Sb2应取较小值。对于前船发生搁浅事故，制动距离就是所有可能发生的情况中的最小值（Sb2≈0）。前船采取其他制动措施或主机故障，其制动距离均应大于其倒车冲程，所以后船在确定安全间距时，前船制动距离取其倒车冲程是最有利的。LNG船舶的制动距离由船舶的冲程图资料得出。

    表3 LNG船舶制动距离

    其他条件一定时，LNG船舶的安全区长度随LNG船舶载货容量和船舶速度的增大而增大。由于船舶制动性能随着吨级的增加而降低，制动时距离更长，因此，LNG船舶为前船时，LNG船舶后方的安全区长度随后方船舶吨级的增大而增大；LNG船舶为后船时，LNG船舶前方的安全区长度随前方船后船舶吨级的增大而减小。推荐LNG船舶移动安全区长度如下表：

    表4 移动安全区长度（m）

    3.2安全区宽度设置

    参考论文《LNG船舶进出港航行移动安全区宽度定量计算分析》，当VLNG=10 kn，在 MLNG，Mj，Vj取各值的情况下，LNG船舶移动安全区的宽度见表4。Vj=8 kn，MLNG<18 ×107kg时，采用基于可接受概率方法计算出的LNG 船舶移动安全区宽度，其值不随 MLNG，Mj变化； Vj< 16 kn，MLNG= 3 ×107kg时，同样采用基于可接受概率方法计算出的 LNG 船舶移动安全区宽度，其值随 Vj的增大而稍稍减小；Vj≥14 kn，MLNG≥6×107kg，Mj≥15×107kg 时，采用基于可接受风险方法计算出的 LNG 船舶移动安全区宽度，其值随MLNG，Mj，Vj的增大而增大。总体看来，在VLNG=10 kn 条件下，移动安全区宽度在200～1 000 m范围内。

    表5 LNG 船舶移动安全区宽度 L /m

    表6 LNG 船舶移动安全区宽度 L /m

    进出海南洋浦港LNG码头的LNG船舶自5#锚地起锚后保持最大航速8kn驶入LNG码头进港航道，根据以上分析，LNG船舶移动安全区长度取1500m，宽度可取为230m。同时参照国外安全区域的设置并结合我国各港口设置情况和《液化天然气码头设计规范》（JTS 165-5-2009）的规定，建议海南洋浦港区LNG 船舶的安全区域设置为前后各 1 海里，左右各250m的区域。进出港过程中，拟在移动安全区边界配备四艘护航船艇进行护航作业，护航船艇位置标识LNG船舶移动安全区范围，起警戒作用。

    图4 LNG船舶进出港移动安全区示意图

    结语

    由于LNG船舶的特殊危险性，其进出港航行时设置一定范围的移动安全区，并进行拖轮护航作业，可以有效的保障LNG船舶航行安全。港口水域交通流量一般较大，因此LNG船舶进出港作业对港口的正常营运产生临时性影响，因此合理设置LNG船舶移动安全区范围，可以提高港口水域的使用效率，同时也可以合理分配港口拖轮的使用，实现资源分配的最优化。

    参考文献：

    [1]文元桥，杨雪，肖长诗，《LNG船舶进出港航行移动安全区宽度定量计算分析》。

    [2]文元桥等，《中国沿海LNG船舶航行及作业标准研究》。

    [3]《液化天然气码头设计规范》（JTS 165-5-2009）。

    [4]文元桥，牟军敏，肖长诗等，《中国沿海LNG船舶航行及作业标准研究技术报告》。

    （作者单位：海南省船舶引航站）