珠海港LNG船舶通航环境及其操纵的分析*

大连海事大学航海学院　李连博　牛佳伟　林　威辽宁出入境检验检疫局　秦朝秋　张　宁大连海事大学航海学院　林　威

珠海港LNG船舶通航环境及其操纵的分析*

大连海事大学航海学院李连博牛佳伟林威
辽宁出入境检验检疫局秦朝秋张宁
大连海事大学航海学院林威

为确保大型LNG船舶进出珠海港和靠离泊安全，完善珠海港LNG船舶航行环境及其操纵情况，在充分分析该水域自然环境和航道情况的基础之上，结合LNG船舶操纵模拟实验，论证该地航行环境是否满足通航安全的需要。提出大型LNG船舶在进出港和靠离泊操纵中的航行方法和有关注意事项，对保证船舶安全靠离码头具有一定的指导意义。

珠海港；LNG船舶；通航环境；靠离泊；操纵

广东珠海LNG接收站项目一期工程位于珠海市西区，该区是珠海港的主体港区和重点发展港区。拟建设1个8万～27万m3LNG接卸泊位，泊位一期年通过能力可达598万t/年，二期发展到700万t/年。［1］LNG泊位布置在接收站西护岸的南段附近水域，码头前沿线平行于西护岸布置，距离西护岸128 m，码头方位角为160°～340°。码头呈对称布置，中部为工作平台。工作平台两侧布置了4个靠船墩和8个系缆墩，各部分之间以人行钢桥连接，码头平面布置图如图1所示。

图1　LNG码头平面布置图

一、珠海港区自然环境

1. 气象条件

大万山海洋站对该地的自然环境进行了长时间的观测。珠海港区地处低纬地区，属亚热带海洋性气候。该海区为季风海区，冬季以N～NE风向为主，夏季以S～SE风向为主。根据统计资料可知，该港区多年极端最大风速为43.0 m/s，多年冬季平均风速为7.02 m/s，多年夏季平均风速为4.35 m/s。一年中风力≥6级的天数为69天，风力≥7级的天数为20.5天，风力≥8级的天数为5天。

台风在每年的4—11月影响附近海域，其中7—9月为台风多发季节，平均每年约4个台风影响附近海域。据统计，多年年平均台风为4.5个，多年年平均强台风为0.8个。

本海区主浪向为SSE向，频率为29.72%，其次为S向，频率为18.01%，ES向浪，频率为10.33%。强浪向为SE。海区年平均波高（H1/10）为1.12 m，冬季的平均波高最大，平均为1.33 m，秋季次之，平均1.11 m，春夏季最小，为1.02 m。从周期上看，海区的平均周期为5.1 s，常见的周期为4.1～6.0 s，频率63.5%，大于6 s的周期只占10.3%，大于8 s的仅占1.69%。

珠海港区雾天多出现在冬春季，以1—3月最多，年平均雾天21.6天，年平均能见度小于1 km的平均天数为8.5天。

2. 水文条件

根据港区附近三灶岛潮位站和荷包岛潮位站的统计资料，结合调和常数分析，三灶岛潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.50，荷包岛潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.35，由此可知珠海港附近水域为不规则半日混合潮。珠海港水域各基准面关系如图2所示。

图2　珠海港各基准面关系示意图

潮位特征值：根据观测资料，该水域潮位特征值数据如下（以下潮位值均从当地理论最低潮 面算起）。历年最高潮位：4.12 m；历年最低潮位：-0.34 m。平均高潮位：1.97 m；平均低潮位： 0.78 m。最大潮差：3.11 m；平均潮差：1.19 m。平均涨潮历时：6 h22 min；平均落潮历时：6 h18 min。

潮流：该区涨潮流自偏南向往偏北向，落潮流反之，属往复流性质；落潮流速大于涨潮流速；表层流速大于中层和底层流速；表层最大流速103.8 cm/s，底层最大流速98.6 cm/s；表层平均流速约27.5 cm/s，底层平均流速约20.0 cm/s。

二、珠海港区通航环境

1. 航道布置

本港LNG船舶航道轴线同高栏港区主航道将利用高栏港区10万t级主航道进港。LNG航道自航道入口至制动回旋水域，航道总里程约8.15 km （4.4 n mile），航道轴线方位170°～350°，航道有效宽度为275 m，航道设计底标高为-14.5 m。

2. 航道设计主尺度

（1）航道底标高。

根据《液化天然气码头设计规范》中的有关规定，航道底标高计算公式如下：

其中：D0为航道通航水深，m；T为设计船型满载吃水，m；Z0为船舶航行时船体下沉增加的富裕吃水，取0.4 m；Z1为航行时龙骨下最小富裕水深，取0.6 m；Z2为波浪富裕深度，取0.84 m；Z3为船舶装载纵倾富裕深度，取0.15 m；Z4为备淤富裕深度，取0.5 m；E为航道底标高，m；H为当地理论最低潮面高度，m。航道底标高的计算如表1所示。

表1　航道设计底标高计算表m

由表1可知，航道设计底标高规范值为-14.49 m，实际中取-14.5 m，满足规范的要求。

（2）航道宽度。

根据交通运输部颁《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）的设计标准，珠海港采用单向航道计算公式为

其中：W为航道有效宽度，m；A为航迹带宽度，m；n为船舶漂移倍数；r为风、流压偏角（°），取7°；B为船舶间富裕宽度，m；C为船舶与航道底边间的富裕宽度，m。

经计算W=1.69×（345×sin7°+55）+2×55= 274 m。航道宽度除应满足规范要求的设计宽度外，一般还应满足不小于5倍的设计船宽，该航道实际宽度取值为275 m，满足了上述两者的要求。

3. 回旋水域

本港LNG码头回旋水域为椭圆形，长轴按2.5倍27万m3的LNG船长考虑，短轴按2倍27万m3的LNG船长考虑，长轴为865 m，短轴为690 m。

4. 浮标设施布置

浮标根据《中国海区水上助航标志》（GB4696-1999）布置，在LNG航道两侧及转向拐点处设置浮标，总共设置浮标18座。其中直线航道两浮标之间的距离约为0.54 n mile。在码头的两端设置灯桩，配置航标灯和电源。

5. 拖轮的运用

根据《液化天然气码头设计规范》（JTS 165-5-2009）：当LNG船舶靠泊时，可配置4艘拖轮协助作业，离泊时，可配置2艘拖轮协助作业。拖轮的总功率应根据船型和当地自然环境等因素确定，且单船最小功率不应小于3 000 kW。目前珠海港实际可租用的功率大于3 000 kW的拖轮为4艘，自造功率为6 500 HP的拖轮2艘，满足了大型LNG船舶靠离泊的需求。

三、LNG船舶进出港与靠离泊操纵

LNG船舶进出珠海港主要分为两段区域，其一为航道水域，另一为制动回旋水域。航道航行时，航道宽度和水深均受到限制，但水流较为稳定，受风流的影响较大。制动回旋水域为船舶掉头操纵和靠离泊水域，水深及水域均受到限制，操纵相对困难。珠海港LNG船舶设计主要船型参数如表2所示。

表2　LNG船舶设计船型参数

1. 航道航行

LNG航道自航道入口至制动回旋水域，航道总里程约4.4 n mile，航道轴线方位170°～350°。船舶在航道航行时应对船速进行有效的控制。在接近港池的航道航行时应及早控制船速，但应注意船速过低给船舶操纵带来的影响。当进入LNG航道时，船速可控制在8～9 kn。接近制动回旋水域前应适当降速，为保证航道内舵效，可利用船尾的拖轮协助降速。航行至航道末端（15号浮附近），船速可控制在5 kn以下。大型LNG船舶满载进港时，距离泊位1 n mile时的船速应控制在3 kn左右；距离泊位1倍船长时的船速应控制在1 kn以下。当船舶进港受横风（E风、W风）影响时，应预配合适的风流压差，使船舶保持在计划航线上，接近制动水域时应尤其谨慎航行。防波堤内流向大致和航道轴线平行，但当有横流影响，尤其是在与横风影响叠加时，船舶保向困难，因此应尽量避开急流时段，选择在缓流时段进港。

2. 靠离泊方式［2］

该码头附近水域呈现典型的季风气候，冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风。LNG码头及回旋水域南侧存在浅水区域，当存在落流偏北风，左舷离泊船舶易被压向南侧浅水区，故冬季以右舷靠泊为宜。LNG码头及回旋水域北侧存在浅水区域，当存在涨流偏南风，右舷离泊船舶易被压向北侧浅水区，故夏季以左舷靠泊为宜。满载进港靠泊宜顶流靠泊，并避免急涨急落时进行靠离泊作业。

3. 制动回旋水域操纵

LNG船舶进港靠泊时，从航道末端进入回旋水域后，距泊位约1 n mile，船舶需向右转向抵达泊位进行靠泊。该段水域流向基本和航道走向一致，船舶进港过程中应充分利用流。抵达泊位前，因船速较低，需要拖轮协助保位保向。落水时，应右舷直接靠泊；涨水时，应掉头左舷靠泊。离泊出港时，左舷靠泊可直接离港，右舷靠泊应掉头离港。靠泊过程中应注意保持与南北两侧浅水区的距离，因此应充分利用拖轮协助船舶操纵。以左舷靠离泊为例，LNG船舶靠离泊过程中拖轮使用情况可按图3所示。其中，左图为船舶靠泊初期拖轮使用情况，中间图为靠泊后期拖轮布置，右图为左舷离泊时拖轮布置情况。

靠泊过程中应掌握好入泊横距、入泊角度和船舶速度等。落流靠泊过程中，入泊横距可控制在3倍船宽左右，距泊位1倍船长左右，船速控制在1～2 kn。接近停泊水域时，应提前将船拉平，贴靠码头时，反向靠岸速度应控制在10 cm/s以下，靠泊角度不大于5°，以平行靠泊为宜。

图3　LNG船舶左舷靠离泊拖轮使用情况

四、模拟实验结果分析

1. 模拟实验论证

为了验证大型LNG船舶在不同环境条件下进出港及靠离泊的安全问题，在大连海事大学研制的大型船舶操纵模拟器上进行了模拟实验。通过模拟LNG船舶在25种不同风流环境条件下的操纵，选取两种典型的模拟实验结果进行分析，得出如下结论（其模拟试验图如图4所示）：

图4　大型LNG船舶靠离泊模拟操纵示意图

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列条件下能够在航道内安全航行：

（1）风力≤6级（12.3 m/s）。

（2）流速≤2 kn（1.0 m/s）。

（3）2艘拖轮护航。

（4）航道航行应在白天进行。

（5）能见度≥2 000 m。

（6）外部通航管理条件满足规范要求。

大型LNG船舶在进出港航道航行时，应实行交通管制并配备护航船舶，且其前后各1 n mile范围内不得有其他船舶航行。

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列条件下能够安全完成靠泊：

（1）风力≤6级（12.3 m/s）。

（2）流速≤1.5 kn。

（3）靠离泊应在白天进行。

（4）至少配备4艘拖轮，3艘5 000 HP及以上，1艘4 000 HP及以上。

（5）能见度≥1 000 m。

（6）外部通航管理条件满足规范要求。

2. 操纵要点

（1）航道航行，船速可控制在8～9 kn，接近旋回水域时应适当降速，利用拖轮进行协助，航行至航道末端，船速应控制在5 kn以下。

（2）落流右舷靠泊，控制横距在3倍船宽左右，距泊位1倍船长时，速度控制在1～2 kn，保持合适的受流角度，使船舶缓慢靠向码头。

（3）涨流左舷靠泊，抵达旋回水域时船速应在2 kn以下并开始掉头。掉头过程中，注意控制船舶的前进、后退，利用拖轮控制船舶横向漂移，并尽可能抢上风上流，保证船舶在旋回水域内安全掉头。

（4）左舷离泊，船首与出港方向基本一致，可直接利用拖轮将船舶拉出，船舶进车直接离泊。航行中压一定舵角，使船舶行驶在航道中心线上。

（5）右舷离泊，船舶需掉头离泊，此时船舶受风的影响可能较大。利用拖轮将船舶拉离泊位，同时利用拖轮稳定船位。受风流影响较大时，尽可能抢占上风流。

五、建议

（1）LNG船舶在进出港、靠离泊操作之前，应根据当时的环境、潮流和船舶本身的装载情况、性能、船龄以及主机性能及可靠性等做好港内操作计划，并根据各种情况的变化随时修正。［3］

（2）大型LNG船舶进出本港时，需由港区资深引航员引航。

（3）航道航行时应尽可能避开涨急流时段，选择缓流时刻进港。

（4）建议本港区与相关气象台建立合作关系，一旦气象条件出现任何问题，可及时取得最新的气象资料，并做好相应的准备工作。

［1］李红亮，杨传波.LNG船舶进出港对珠海港主航道通过能力影响［J］.水运工程，2013（6）：85-86.

［2］陆元旦，刘斌，王华.洋口港北航道及LNG船舶的操纵［J］.航海技术，2012（5）：14-17.

［3］祁超忠.LNG船舶港内作业前期研究及风险防范［J］.航海技术，2008（6）：2-4.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.12.008

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