烟台港西港区30万t级原油码头轴线方案研究

张 静，许健刚

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

大型船舶抗风浪条件较强，作业标准优于小型船舶，船舶吃水较大，如采用有掩护码头，配套建设的掩护设施施工困难、费用昂贵。通常情况下，大型深水码头通常选择在外海布置开敞式码头，与有掩护码头相比，损失一定的作业天数，如何尽量在建设条件不变的情况下，通过码头布置方案的合理设计，最大程度上提升码头作业天数，是本文主要的分析论证内容。

本文以烟台港西港区原油码头二期工程为例，结合工程区域风、浪、流等自然条件，分析码头布置与区域环境的关系，通过统分结合的方式，对不同影响因素进行组合，最终确定码头最合理的轴线布置方案。

烟台港西港区附近海域岸线平直，港阔水深，泥沙运动微弱，是我国北方不可多得深水港址。烟台港西港区共规划布置3个30万t级原油泊位，目前，已建成1个泊位，本次拟建第2个泊位。该泊位处的自然条件较第1个泊位建设时发生了较大的变化，本文结合西港区地域特点，研究第2个30万t级原油码头轴线布置方案。

1 影响因素分析

1.1 风况

根据西港区风速、风向资料统计，该区常风向为S向，次常风向为SE、NNE向。强风向为NW向，次强风向为NNW、N向。

船舶装卸作业的允许风力不宜超过6级，故提取工程区域风力大于6级的数据，矢量叠加得出最强风力轴线方位143°—323°。如图1所示。

图1 风力叠加（风力大于6级）

1.2 波浪

工程区域水深、岸线走向与芝罘岛相似，水域开阔无岛屿影响。船舶装卸作业允许波高：顺浪H4%≤2.0 m、横浪H4%≤1.5 m、平均周期≤8 s，提取工程区域波高＞1.5 m的数据，矢量叠加得出常强波向0°—180°。如图2所示。

图2 波高叠加（波高大于1.5 m）

1.3 潮流

本次调查海域非正规半日潮流海区，每日二次涨、落潮流过程的周期有所差异，潮流强度亦不相同，一强一弱。船舶会受到水流持久作用力，水流、船舶夹角越小，受力越好。30万t级泊位附近测流点为C3、C4点，在大潮观测期间，实测最大流速为65 cm/s，流向为307°，出现在落潮期间C4垂线的0.4H层；中潮观测期间，实测最大流速为60 cm/s，流向为313°，出现在落潮期间C3垂线的0.4H层；小潮观测期间，实测最大流速为54 cm/s，流向为295°，出现在落潮期间垂线C3的0.4H层。

图3 潮位、流速、流向过程线（垂线C3大潮）

流速越大，潮流对船舶靠离泊作业影响越大，研究提取流速大于25 cm/s的数据，见表1。

表1 垂线平均流速/流向（大于25 cm/s）

不同水深对船体产生的作用力是不同的，测流数据从表层、0.2H层、0.4H层、0.6H层、0.8H层、底层等不同位置分别提取流场数据，由于底层流场对船体的作用有限，考虑表层到0.8H层平均流速/流向（大于25 cm/s）数据，见表2。

表2 表层到0.8H层平均流速/流向（＞25 cm/s）

通过分析，工程区域潮流特征受已建西港防波堤和一期工程影响，张潮流流速较低而且方向紊乱，潮流以落潮流为主导流向（135°—315°）。

2 码头轴线方案

本工程码头轴线布置主要考虑船舶靠离泊作业的安全和可操作性；以及船舶装卸作业允许天数。本次设计两个码头轴线方案。

2.1 顺流方案

30万t级原油码头位于原油一期码头西北侧，泊位长度401 m，轴线方位135°—315°；中间布置工作平台1座，平台两侧各布置1座靠船墩和3座系缆墩，最东侧系缆墩借用原油码头一期工程已建的最外侧系缆墩；靠船墩中心距116 m，系缆墩中心距码头前沿线50 m，如图4。

图4 顺流布置方案

2.2 顺浪方案

30万t级原油泊位位于原油一期码头西北侧，泊位长度401 m，采用双侧靠船，近期，布置一个30万t级原油泊位，远期，在背侧布置第二个30万t级原油泊位，两个泊位共用一套系缆墩，泊位垂直岸线布置，轴线方位0°—180°，中间设工作平台1座，两侧各布置1座靠船墩和3座系缆墩，靠船墩中心距116 m，系缆墩中心距码头前沿线40 m，如图5。

图5 顺浪布置方案

3 码头装卸作业天数分析

影响作业天数的主要因素有风、雨、雾、波浪等，根据当地海事部门要求及参照《海港总体设计规范》，码头作业标准：风：风速≤6级；雨：降水强度≤中雨；雾：能见度≥1 km；波浪：顺浪H4%≤2.0 m，横浪H4%≤1.5 m。从作业标准中可以看出，只有波浪的影响分为横浪和顺浪，即波浪影响下的作业天数和码头轴线布置是有关的。经对工程区域波浪条件的分析，得出工程区域波浪大于1.5 m和大于2.0 m出现的天数。

表3 波浪影响天数统计

表4 不同轴线方案波浪频率统计

通过上表分析，可以得出波浪因素对码头作业天数影响：顺流方案波浪影响装卸作业天数为26天；顺浪方案波浪影响装卸作业天数为20天。

4 船舶靠离泊作业影响分析

4.1 船体受力计算

船舶靠离泊作业过程主要受到潮流作用的影响，根据原油一期工程的使用经验，为降低船舶靠离泊作业过程中受到流场的影响，船舶都是赶在平潮期间完成靠泊作业，目前，一期工程仅为1个30万t级原油泊位，本工程的建设，共形成2个30万t级原油泊位，同时需要考虑规划的30万t级原油泊位，共有3个30万t级原油泊位，在此情况下，泊位设计时必须考虑非平潮条件下完成靠离泊作业，针对不同码头潮流夹角，30万t级船舶受到的水流力[2]见表5。

表5 30万t级船舶受到的水流力计算

从计算结果可以看出，船舶与潮流夹角越小，受力越小，随着夹角的增大，船舶受到的水流压力增速明显，结合一期工程运营情况，建议船舶如不能实现平潮进出港，最好选择靠泊时船舶与潮流夹角最小的角度、逆流完成靠离泊作业。

4.2 拖轮配备分析

根据烟台港引航站调研资料，顶推拖轮能发挥其功率90%，拖拽拖轮能发挥其功率约80%，为了统一计算，此处我们均按照拖轮发挥其功率80%考虑。海港总体设计规范中建议拖轮托力保留20%的安全富裕储备。靠泊时按照配备6艘拖轮进行计算，采用全回转型拖轮（ZP）[3]。

图6 油船进港过程中拖轮配置方案

图7 油船平行入泊过程中拖轮配置方案

顺流布置方案我们考虑船流夹角15°，计算船体受力87 t，须配备拖轮功率87/（1.15～1.35）×100=（7 565～6 444）hp，配备拖轮功率为7 565/0.8×1.2=11 347.5 hp，需配备6艘总功率不小于11 347.5 hp的拖轮；顺浪布置方案考虑船流夹角45°，计算船体受力358 t，须配备拖轮总功率358/（1.15～1.35）×100=（26 519～31 130）hp，配备拖轮功率为31 130/0.8×1.2=46 695 hp，如配置6艘拖轮，西港区现有拖轮无法满足要求。

5 结 语

本文结合烟台港西港区原油码头二期工程的区域位置特点，将开敞式码头的平面布置与风、浪、流等外部条件的关系进行了详细论述，原则上码头轴线布置宜与风、浪、流的主导方向一致[1]，但这些条件往往不能同时满足。风和浪主要影响作业天数，在超过设计标准的风浪条件下泊位是不能作业的，码头的平面布置如果能实现顺风、顺浪，将在极大程度上增大泊位的作业天数，提升泊位建设的效益指标。海流的影响主要体现在船舶靠泊时及靠离泊过程中船体受力，作业时船体受力较为直观，可以通过调整码头平面布置，计算保证船舶缆绳受力在可控范围内即可，但靠离泊过程中水流产生的影响需加以重视，当码头布置与流场有一定的夹角，在靠泊作业特别是吹拢流作用时，则船体极易与码头产生碰撞，风险较大，在平面布置时，尽量减少船舶与流场的夹角，而且船舶靠泊作业时，尽量在吹开流作用下、逆流靠泊。