LNG船系泊安全分析

    王斌 张鹏飞

    

    

    

    【摘 要】 为保障LNG船系泊安全，通过引入OPTIMOOR软件的输入矩阵（标准的环境限制条件和LNG码头布置参数）得出系泊分析的输出矩阵（缆绳张力占破断强度百分比、船体承受护舷反力、护舷形变量、护舷承受的压强、护舷与船平行中体的接船面积百分比等参数）。结合某大型LNG接收站实例分析，梳理出影响LNG船系泊安全的直接因素和根本因素，提出优化措施：选取平行中体平滑的LNG船型，缩短橡胶护舷的中心间距，提高橡胶护舷的理基高程。

    【关键词】 LNG船;OPTIMOO;安全系泊

    0 引 言

    LNG船是在 163℃低温下运输液化天然气的专用船舶，是一种“海上超级冷冻车”，被喻为世界造船业“皇冠上的明珠”。目前，LNG国际贸易的货物交付主要通过往返于LNG出口站与LNG接收站间的LNG运输船实现，而LNG船无论是在LNG出口站装货前，还是在LNG接收站卸货前，均须安全系泊LNG码头才可进行相关作业;因此，对LNG船系泊安全进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码头前必须要进行的一项研究，作为船岸兼容匹配分析的必要组成部分，其已被国际大多数LNG船船舶所有人和租船方接受并普遍应用。目前行业内通过石油公司国际海事论坛（OCIMF）的《系泊设备指南》（Mooring Equipment Guidelines）中的相关标准环境限制条件实现系泊安全分析研究。

    1.2 研究方法

    LNG船系泊安全分析研究通常采用OPTIMOOR软件模拟形式进行。OPTIMOOR是用于船舶系泊安全分析研究的计算机软件，广泛应用于行业内对船舶系泊布置完整性的审核确认。LNG船的系泊安全分析研究也是基于该软件，将标准的环境限制条件及LNG码头布置参数输入，得出基于此码头各种工况下的船舶缆绳张力、码头系船柱、系缆钩和橡胶护舷负荷值，并将这些值与其设计许可值进行比较，判断出该船能否安全系泊。

    2 OPTIMOOR软件输入矩阵和输出矩阵

    2.1 OPTIMOOR软件输入矩阵

    通常来说，一艘14万～17万m3的LNG船，在风和流影响下，布置16根缆绳足以为船舶提供充足的缆绳张力来保证系泊安全，因此，本文研究的是16根缆绳情况下的LNG船系泊安全。

    OPTIMOOR建模平面布置见图1。

    根据《系泊设备指南》的要求，OPTIMOOR运行的标准环境限制条件（即船舶系泊配置）应当满足在任何风向、风速60 kn以下，不同流向、不同流速的水流条件下仍能够保证安全系泊。船舶安全系泊配置参数应包括以下内容：

    （1）流来自船首或船尾，流速为3 kn;

    （2）流来自船尾或船首10胺较颍魉傥？ kn;

    （3）流来自船舶正横方向，流速为0.75 kn。

    风速是指距离地面或水面10 m高度的30 s平均风速，水流速度是指船舶吃水处的平均流速。

    OPTIMOOR系泊分析的码头布置参数应包括以下内容：

    （1）码头区域理论最高潮位和最低潮位;

    （2）码头泊位方位角、靠船墩相对于海图基础面高程、码头泊位水深、船舶在码头前后最大位移、船舶在码头左右最大位移、泊位对中线相对于坐标原点（通常取0）的距离、指定高度（通常取10 m）的风速;

    （3）码头所有快速脱缆钩的数量、相对于泊位对中线的距离和护舷面板连线的距离、系缆墩/靠船墩表面的相对高度、快速脱缆钩单钩许可负荷和快速脱缆钩单元许可负荷;

    （4）泊位橡胶护舷所在位置、相对于泊位对中线的距离、护舷相对于水深基准面高程、护舷面板宽度、护舷面板面积;

    （5）橡胶护舷形变量和对应反力的数据。

    某大型LNG接收站泊位OPTIMOOR的輸入矩阵数据见图2。

    2.2 OPTIMOOR输出矩阵

    在OPTIMOOR中输入标准环境限制条件和码头泊位布置参数后，经运行可得出每个工况下的缆绳张力占破断强度百分比、护舷承受反力、护舷形变量、船体承受压强、护舷与船平行中体的接触面积百分比等参数（见图3）。

    3 判断LNG船系泊安全的标准

    3.1 实例分析

    国内某大型LNG接收站甲的理论基面高水位和低水位分别为5.40 m 和 0.77 m，系泊缆绳数为16;某大型LNG接收站乙的理论基面高水位和低水位分别为8.42 m 和0.21 m，系泊缆绳数为19。以某球型LNG船为例，运用OPTIMOOR软件在甲、乙两个大型接收站均为压载高水位及3 kn船首来流的试验工况条件下，对该船分别以左舷和右舷靠泊甲、乙两个接收站进行系泊安全分析对比，结果见表2。

    审核OPTIMOOR系泊安全分析报告，得出以下结论：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，船舶右舷靠泊时，内侧橡胶护舷2与LNG船平行中体接触面积仅为32%，导致船平行中体承受橡胶护舷的压强陡然增大，达0.40 MPa，是该船体最大许可压强0.18 MPa的2.2倍多，不满足安全靠泊要求;左舷靠泊时，内侧橡胶护舷3与LNG船平行中体接触面积均在94%以上，船平行中体承受橡胶护舷的压强在该船体最大许可压强范围之内，满足安全靠泊要求。

    （2）在接收站甲，船舶右舷靠泊时，内侧橡胶护舷2与LNG船平行中体接触面积仅为31%，导致船平行中体承受橡胶护舷的压强陡然增大，达0.52 MPa，是该船体最大许可压强0.18 MPa的2.9倍多，不满足安全靠泊要求;左舷靠泊时，内侧橡胶护舷3与LNG船平行中体接触面积仅为24%，船平行中体承受橡胶护舷的压强为0.67 MPa，是该船体最大许可压强0.18 MPa的3.7倍多，不满足安全靠泊要求。

    3.2 安全标准

    球型LNG船可左舷安全系泊接收站乙，其中该船型在高潮位和低潮位时的码头橡胶护舷与船舶平行中体间距分析结果见图4。由图4可知，橡胶护舷的高程越高，间距（尤其是内侧护舷）越小，船系泊码头泊位的安全系数越高。

    由表2可知：接收站甲的码头橡胶护舷2与护舷3的间距为74 m，而接收站乙的仅为65.5 m，两者相差9.5 m;接收站甲的码头护舷高程仅为3.0 m，而接收站乙为6.6 m，两者相差3.6 m。该球形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）缆绳张力占破断强度百分比不超过缆绳材质对应的允许缆绳最小破断负荷百分比。根据《系泊分析指南》，标准的环境限制条件下，若缆绳为钢丝缆，船上每根缆绳张力不得超过缆绳最小破断负荷（MBL）的55%;若缆绳为合成纤维缆，每根缆绳张力不得超过缆绳最小破断负荷（MBL）的50%;若缆绳为尼龙缆，每根缆绳张力不得超过缆绳最小破断负荷（MBL）的45%。

    （2）护舷承受船体的反力不得超过设计反力。

    （3）护舷形变量不得超过护舷设计压缩形变量。

    （4）船体承受的压强不得超过船体设计压强。

    （5）每个护舷与船平行中体的接触面积百分比不得低于50%。

    目前国内LNG接收站码头普遍采用蝶形布置，码头前沿布置4个靠船墩，每个靠船墩安装1组橡胶护舷。若橡胶护舷中心线（尤其是内侧护舷）间距越小，高程越高，护舷与船平行中体接触面积越大，缆绳张力占破断强度百分比、护舷承受船体反力、护舷形变量、护舷承受的压强等参数在相应设计值范围之内的可能性越大，则船舶安全系泊系数越高。

    因此，LNG船系泊安全的决定性因素是码头橡胶护舷间距和橡胶护舷理基高程。

    3.3 优化措施

    为使接收站码头泊位兼容尽可能多的LNG船舶安全系泊，可采取以下优化措施：

    （1）盡可能选取平行中体平滑的LNG船型靠泊LNG码头。一般来说，薄膜型LNG船平行中体比球型LNG船要平直得多，对于同一个码头来说，薄膜型LNG船安全系泊系数更高。

    （2）在满足接收站码头工程结构安全的前提下，改造橡胶护舷，缩短橡胶护舷的中心间距，提高橡胶护舷的理基高程。

    （3）在LNG接收站码头设计阶段，靠船墩间距应尽可能小些，靠船墩的高程应尽可能大些，以保证橡胶护舷合理的间距和高程。

    4 结 语

    文中提到的标准环境限制条件并不是对所有的LNG码头均适用，有些LNG码头受泊位环境条件限制，环境条件取值可能会降低;OPTIMOOR的输入矩阵是在输入静态的风和潮流值的情况下得出模拟的缆绳张力数值，如考虑动态的海浪或涌浪影响，则缆绳张力数值会增加，需加以注意。LNG船与LNG码头的OPTIMOOR系泊安全分析研究的结果是可安全靠泊并不表示该船可马上靠泊码头进行装卸货作业，还须进行船岸兼容匹配研究并确认船岸双方兼容匹配后，LNG接收（出口）站才可接收该船靠泊作业。