青岛董家口港区强风天气下LNG船的风险控制和操纵方法

焦研 裴建锋

摘 要：液化天然气（LNG）作为关乎国计民生的重要国家能源储备，在目前俄乌冲突形势严峻、全球能源紧缺的大环境下，能源的保畅保供显得尤为重要和迫切。青岛董家口港区LNG接收站拥有全国规模较大的接收能力，如何有效保证在冬季恶劣天气频发下的船舶到港率，码头周转率，是摆在我们引航员面前的一个重要课题和挑战。本文以冬季强风天气（西北风6～7级）下LNG典型船舶靠泊为例，在船舶进港抵达LNG支航道，无法调头出港时的极限环境下，通过研究该风力情况下的风险点、风动力影响、拖船配备、船舶控制方法和操纵注意事项，以期达到有效控制船舶、提高码头运营效率、保证社会民生基本物资保障的目的。

关键词：LNG船；
风压力；
风险控制；
操纵方法；
注意事项

0 引 言

山东液化天然气（LNG）项目（董家口LNG）位于青岛市胶南市西南的董家口嘴，在规划的青岛港董家口港区董家口嘴作业区，港址东侧为琅琊台湾，西侧为棋子湾。一期工程泊位为1个27万m3的LNG 泊位（兼顾

8万～26.6 万m3 LNG 船）。目前，项目三期工程建设正加快推进，预计2023年底全部完工，接收站年接转能力将达到1 400万 t，届时将成为国内同期建设中规模最大的LNG接收站。探索强风天气情况下LNG船舶风险控制和操纵方法，对于提升泊位利用率和泊位有效利用率，促进能源周转效率，为货主、船东提供安全、高效的引航服务，提高港口的经济效益、社会效益和环境效益具有重要现实意义。

1 概 况

1.1 风

青岛海区受季风影响，冬季多偏北风。以NNW、N向频率最高，根据各月常、次常风向统计：
9～12月和1月、2月为N-NNW向，频率为11.2%～20.1%。寒潮引起的大风天气，有的时候风力短时间突然增大，准确预报比较困难。尤其是在靠泊LNG等需要长时间引航作业的泊位，恶劣天气下风力发生变化的可能性较大，一定要有足够的风险防范意识和风险控制能力。

1.2  潮汐潮流

董家口港区内潮流属于规则半日潮流类型。潮流的运动形式以往复流为主，旋转流为辅。浪坝外是往复流， 最大流速为1.0 m/s；
浪坝里多为旋转流，最大流速可达0.3 m/s。考虑到靠泊多选择在平潮附近接近泊位，泊位外档受流影响较小，可忽略不计。

2 LNG船船型资料

进出董家口港区的LNG船舶船长多为288～298 m，船宽为44 ～49 m左右，吃水为10.7～11.9 m。部分通过增加船长和船宽来增大舱容，但两柱间长仍保持在260～270 m之间，吃水也维持在12.0 m左右。长宽比为6.08～6.54，宽度吃水比B/T随着舱容的增大而增大，甚至接近4.5，属典型的浅吃水肥大型船型。部分靠泊董家口港区的船舶资料见表1。

3 强风天气下的船舶操纵风险点

1）LNG船的干舷较高，满载时接近15 m，外档首尾拖船须带在主甲板上，受强风天气下海浪的影响，拖船带缆极其困难。

2）大风浪天气下拖船的拖力和顶推力都会受到极大的减弱，根据调查和实验资料显示，在浪高1.0 m的情况下，拖船仅能提供平时拖力和推力的80%；
浪高1.5 m 时，拖力降至50%，推力降至60%；
浪高2.0 m时，拖船无法作业。当风力达到6～7级时，浪高也会达到1～1.5 m，拖船操纵困难且效果下降明显。

3）LNG船的受风面积较大，290 m左右的船舶满载受风面积约为7 000m2，船舶排水量达到120 000 t左右，受风流的影响都很大，船舶横移的控制比较困难。

4）根据LNG船操纵性能特点显示，此类船舶干舷高、盲区大、码头附近视觉压力大；
舵效差，低速航向时转向困难；
换向时间长，在码头附近频繁使用进车倒车时要高度重视；
倒车马力较小，最小仅为进车马力的20%，在需要倒车时要有充分的提前量。[1]

5）受西北风影响，船舶进入港池后，一直受拢风的影响，要时刻注意保持船舶在合理的上风位置，如何有效的调整船舶的进速、横移和入泊角度，对于引航员的技术水平和经验要求很高。

4 LNG船在不同风力下的受力分析和拖船配备

考虑到LNG的船舶干舷高的特点，在风力达到6～7级时，该类船舶受风力影响很大，董家口海域在该风力影响下产生的风浪也会达到1～1.5 m，因此，必须科学有效的分析大风浪天气对LNG船的影响，充分考虑风浪对拖轮带缆的影响和作用效果的减损，以期达到控制风险和安全靠泊目的。

4.1 不同風力情况下的受力分析

下面以SPIRIT OF HELA（海拉精神）轮为例来计算该轮在不同风力影响下的受力分析。

该轮船舶资料如下：

船长：298.43 m，船宽：46 m，满载吃水：11.8 m，满载排水量：120 169m3，满载时的横向受风面积AL：6 732m2。

根据国际液化气船和码头运营联合会发表的大型液化气船受力分析研究，使用以下公式和风力系数表来计算首尾处所受的横向风压力[2]，如图1所示。

FYAw=CYAw （ρw——7600） Vw2 AL（A-1）

FYFw=CYFw （ρw——7600） Vw2 AL（A-2）

其中FYAw、FYFw分别代表纵向尾柱、首柱处的风压力（T），CYAw 、CYFw分别代表纵向首尾处的风压力系数，ρw代表空气密度

（Kg/m4），取0.12，Vw代表风力（Kt）。首尾处所受的横向风压力[2]，如图1所示。

通过计算，当海上风力达到13.8 m/s（27 kt）、

17 m/s（33 kt），即6级强、7级强时，船舶静止时不同风舷角下首尾处所受到的风压力见表2，如图2所示。

4.2 拖船配备

根据青岛港拖船主机工况测试结果显示，5 000 HP快车（500 RPM）时拖力40 t，推力约45 t；
7 000 HP快车（500 RPM）时拖力50 t，推力56 t；
8 000 HP快车（500 RPM）时拖力54 t，推力60 t。考虑船舶外档拖船受到浪高1.5 m的影响，内档拖船受到1 m浪高影响，拢风且偏顶风靠泊过程中，风压角在30°～90°范围内变化，此时船舶内档首尾配备7 000 HP以上拖船，外档首尾配备5 000 HP拖船。计算出船艏尾快最大顶推力65 t，结合风压力计算结果比对，这样的拖船配备能够满足6级强风要求，但是7级强风时要注意及时调整风压角，风压角不能大于60°。

5 西北风6-7级时船舶进港操纵要点

5.1 董家口港区LNG支航道、口门及LNG泊位基本情况

LNG支航道长约 2.5 n mile，航道走向为 342°-162°，口门附近的航道宽度为515 m，泊位附近的旋回水域为862 m，泊位走向000°/180°。码头总平面布置如图3所示。

5.2 拖船配置和带缆方法

LNG船进港靠泊一般选择右舷靠泊，配置5艘拖船，2艘7 000 HP以上和3艘5 000 HP拖船，5艘拖船的带缆位置如图4所示，即2艘7 000 HP以上拖船带在船首尾内侧，2 艘5 000 HP拖船带在首尾外侧，最后1艘拖船带在左舷驾驶台附近的自带桩位置。

5.3  L1浮标至码头附近的船舶操纵

当进港风力维持在西北风常风6级、阵风7级时，在船舶从L1浮附近至靠泊过程中，有5个重要的控制节点，这些位置上的船位、速度和横移控制是整个靠泊的关键，对引航员的技术水平和心理素质要求极高，如图5所示。

（1）船位1：当船舶抵达L1、L2浮时，应当将航速控制在5～6 kn左右，根据当时的风流情况，保证船舶航迹向在342°，船位控制在航道中间位置，此航段由于受到风压角较小，且一般选择高低潮流缓阶段进港，操纵难度不大。

（2）船位2：当船首抵达L3浮筒时，是由支航道进入港池的转向时机。船舶航速4～5 kn，一般用舵就可以完成转向，若是船舵效较差，可利用右舷船尾的拖船顶推辅助转向。此时船舶距离入泊约0.6 n mile左右，其他拖船开始协助大船降速。

（3）船位3：此位置为体验风压的阶段，在船舶进入港池后，左舷船头来风，若航向往右调整过大、过早，风舷角增大，船舶所受的风压力会随之增大，矢量线会迅速地指向泊位，甚至于泊位后端，这种态势不利于后期控制靠泊拢速和靠泊角度调平，对靠泊有极大的危险。船舶通过浪坝后，先把航向调整至000°，待船艏稳定后，观察矢量线的指向。若矢量线往右不大，说明风产生的推力不大。

（4）船位4：在船位3的基础上，若风压力不大，继续往右调整航向至010°，让船首指向泊位前端的突堤，此时风舷角约为20°～30°，风压力F也会随之不断增大。所以待船艏向稳定后要观察COG的情况，确保COG的矢量线指在泊位外端，横距保持在4B（船宽）以上。由于是顶风航行，所以降速相对比较容易，建议大船保持“DEAD SLOW AHEAD”车，采用拖船顺着倒的方式减速，船舶入泊速度应保持在2.0 kn左右。（此时速度不能过快，也不能过慢，如果船速达到3 kn以上，下一步降速困难；
速度小于1 kn，船舶受风影响大，横移较难控制。）

（5）船位5：船舶进入泊位外档的横移阶段，此时船舶纵向速度基本为0，内侧2艘拖船随时处于快速顶推状态，外档首尾拖船放缆随时备拖，不间断观察内档拖船快顶控制船舶横移的效果。此时要注意内外档拖船的姿态保持、顶推力量的减弱和作用力的滯后性，留足提前量。在内档顶推拖船和外档拖曳拖船4艘拖船的有效配合下，达到横距在4B（4倍船宽）左右时，拢速应不超过0.5 kn；
2B的横距时，拢速应不超过0.3 kn。在4 艘拖船控制好船舶横移的前提下，船尾左胯拖艘主要作用是快速、有效减小风压角，调整船舶入泊角度。

6 船舶操纵过程中的注意事项

LNG船由于其本身属于高风险船舶，船型特殊，大风浪天气下靠泊有一定的难度，引航过程中要保持足够的戒备，对操纵风险点有足够的认识并做好预案。

1）在大风浪天气下拖船带缆比较困难，应指派有技术状况好的拖船和丰富经验的驾驶员，在船舶进港过程中，选择合适的时机尽早带上拖船。

2）配备足够的拖船，掌握天气变化，充分评估风压力和拖船力量的匹配，船舶贴靠码头的速度在10 cm/s以内，注意保持好船舶与码头的相对位置，确保内档顶推拖船的安全。

3）船舶左右舷的拖船由于受到风的影响，保持位置比较困难，应持续保持慢车顶推或者缆绳受力状态，使其在收到引航员指令时能及时调整船舶姿态，快速有效地发挥其作用。

4）加强与船方、拖船、码头之间的沟通，及时全面地了解船舶状况和环境状况，保证各方充分领会引航员意图。

5）要密切关注泊位附近船舶风力和风向变化，适时使用拖轮来调整风压角，尽量降低风压力对船舶横移的影响。

6）当风力增加到常风7级及以上，港内风浪达到2.5 m以上时，要立即停止引航作业，启动应急处置方案，充分发挥车、舵、锚、拖船的作用，保持船舶处于有利位置，保证船舶和码头设施绝对安全。

参考文献

[1] 薛明胜，LNG船舶进出青岛董家口港区安全风险研究[D]，大连：大连海事大学，2014.

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

作者简介：焦研，一级引航员，（E-MAIL）jiaoyan1015@sina.com.cn

裴建锋，二级引航员，（E-MAIL）117303789@qq.com.cn

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