渤海灣15萬噸級FPSO拖帶方案及保障措施研究

通過對常用拖帶方式及拖航阻力計算分析，提出了大型FPSO拖帶拖輪馬力確定方法和常用的拖帶方式以及相應的安全保障措施，以保障FPSO拖帶安全，減少事故的發生，維護港口水域的安全生產與營運。

FPSO是海上石油浮式生產儲油系統的簡稱， FPSO一般沒有動力系統和導航系統，因此新建的FPSO一般需要利用拖輪拖帶至外海進行測試和作業。由于FPSO船體肥大、排水量大，因此慣性大，沖程大，受風流的影響也較大，拖帶時控速和保向極其困難，尤其是在港區航道水域。FPSO拖帶是一項程序復雜、難度大、技術性強的專門業務，同時隨著世界海洋石油工業的發展，對FPSO的拖帶也提出了更高的要求，因此如何確定大型FPSO的拖帶方案和相關保障措施要求就顯得至關重要。

?藎拖航力計算

拖帶作業所需要的拖力應至少為拖輪受到的阻力、被拖FPSO所受的阻力以及所受的風流作用力之和，同時還應預留20%的儲備拖力，以備應急時發揮作用。

根據1997年《海上拖航指南》，海上拖航的總阻力∑R可按以下經驗公式計算：

∑R=1.15[Rf+RB+(Rft+RBt)]

式中：Rf——被拖船的摩擦阻力，kN；RB——被拖船的剩余阻力，kN；Rft——拖輪的摩擦阻力，kN；RBt——拖輪的剩余阻力，kN。

（1）被拖FPSO所受阻力。被拖船或被拖物的阻力按如下近似方法確定：

Rf=1.67A1V1.83×10-3 RB=0.147?啄A2V1.74+0.15V

式中：A1——船舶或水上建筑物的水下濕表面積，m2；V——拖航速度，m/s；?啄——方形系數；A2——浸水部分的船中橫剖面積，m2。

（2）拖輪所受阻力。一般可以使用拖輪設計資料來確定拖輪阻力，如無資料也可按被拖船的設計資料近似計算。

（3）風流對FPSO的作用力

橫向風流作用力：

縱向風流作用力：

式中：Ca——風動力系數；Cw——水動力系數；Aa——水線以上船體正面投影面積； Ba——水線以上船體側面投影面積；Lw——船舶水線長。

以15萬噸級FPSO為例對大型FPSO拖帶所受阻力進行計算，以確定拖帶所需拖輪的馬力。15萬噸級FPSO各主要參數如表1所示。

根據上述公式計算，考慮7級風的氣象條件下，進行15萬噸級FPSO拖帶作業時，所需主拖輪拖航力為10220馬力，副拖輪拖航力為6312馬力。

?藎大型FPSO拖帶方案研究

1、常用拖帶方案分析

1）常用拖帶方案介紹

拖帶無動力船時，為同時解決推進、制動、保向和變向等問題，需要將多艘拖船按所需拖帶方式予以組合，目前常用的拖帶方案主要有側跨式拖帶、拖頭式拖帶和雙拖輪推進式拖帶。

側挎式拖帶。側挎式拖帶需配備主、副拖輪各一條，主拖輪主要采用非全回轉拖輪，將其系靠在被拖船舶的左舷或右舷船尾，而拖輪船尾稍探出被拖船舶的船尾。纜繩主要采用有足夠強度的鋼絲纜。帶纜的方式一般采用前纜、倒纜和尾纜，這樣可以很好地起到進車和倒車時控制被拖船舶的作用。副拖輪一般系靠在被拖船舶的左舷或右舷船頭，一般情況下它和主拖輪系靠在被拖帶船舶的同一側舷，以協助主拖輪起到控制被拖船舶的方向，并起到了望的作用，當出現意外情況時，還可視現場情況采取不同的作業方式。

拖頭式拖帶。拖頭式拖帶通常配備兩條拖輪，纜繩的配備也主要以鋼絲纜為主。操作時，用一條大馬力拖輪在船首吊拖，以發揮拖輪的有效拖力，一條拖輪在一舷傍拖，用來調整航向，保證船位在正確的計劃航線上，以確保航行安全。

雙拖輪推進式拖帶。雙拖輪推進拖帶方式，其拖輪的配備為兩條全回轉式拖輪。操作時，兩條拖輪分別系靠在被拖船舶的左舷和右舷的船尾。若使被拖船舶大角度向左轉向，可使靠在右舷的拖輪進車，左舷的拖輪保持待命狀態；若使被拖船舶大角度向右轉向，可使靠在左舷的拖輪進車，右舷的拖輪保持待命狀態。在調整好航向后，左右舷同時進車，開始拖帶航行。

2）常用拖帶方式對比分析

側挎式拖帶。該方案適用于港內短距離移泊，其作業時，因在港內作業，水域不夠寬闊，因此，直線航行較少，轉彎較多，單靠主拖輪的力量，來控制被拖船舶的方向，是相當困難的，因而在側挎式拖帶作業中，主拖輪起著被拖船舶的主機(車)的作用，而副拖輪起著被拖船舶的舵的作用，只有通過“車”與“舵”的密切配合，才能使拖帶作業安全順利完成。

拖頭式拖帶。該拖帶方案主要適用于中長距離的海上拖帶，通常配備兩條拖輪。副拖輪靠在被拖船舶的船尾，以幫助主拖輪控制被拖船舶的航向。因拖頭式拖帶水域寬闊，了望視野好，操作起來比側挎式要安全方便。

雙拖輪推進式拖帶。該方案主要適用于從碼頭到錨地的拖帶，由于航程相對較長，水域較寬闊，受氣象條件的影響還是較大的，而涌浪對作業的影響更大些。因涌浪的作用常會使兩側拖輪與被拖船舶發生碰撞，不利于拖帶作業的安全，因此，在涌浪較大的氣象條件下，是不宜采用這種拖帶方式的。

2、15萬噸級FPSO拖帶方案

根據上述各方案的對比分析，考慮到大型FPSO拖帶所需拖輪馬力較大，本文建議采用吊拖、頂推加傍拖的拖帶方式，其具體如圖4所示。

在被拖FPSO的船首配備1~2條大馬力拖輪進行吊拖，以發揮拖輪的有效拖力；船尾配備一條拖輪用來控制船速及擬制被拖船舶搖擺、偏蕩；船尾左右兩側、船首左右兩側各配備一條拖輪，用來調整航向、控制速度以及抵抗橫向風流作用。在被拖船舶的船首配備主拖輪，另配備護航艇清道護航，應急待命。此方式常用于FPSO和大型海洋鉆井平臺的拖帶。

?藎拖帶注意事項及安全建議

1、拖航前準備工作

提前了解拖航所經水域水深、可航寬度、障礙物情況，制定安全穩妥的拖航計劃及詳細的引航方案；

拖航前應召開引航、拖輪、護航艇、碼頭調度、碼頭系纜、駁船等各方負責人參加的拖航協調會；

引航拖帶前兩天注意收聽氣象部門發布的氣象預報，密切觀察氣象情況，確定是否符合拖帶引航要求的氣象條件。

2、拖航中注意事項

起拖時的增速。起拖時應使用微進車，并盡可能反復使用停車、微進車，在保持拖纜有一定的懸垂量過程中使被拖船逐步加速，直至達到預定的拖航航速為止。

拖航中的變向。大幅度改向必須分段進行。應避免20°及以上的改向，尤其是低速拖航中因有潮流、涌浪的影響，故每次改向量不宜超過5°，無風流時每次可按5°~15°轉過。拖船每次改向前需待被拖船實駛入拖船現在的航線之后，才可以采取新的改向措施。在估計掉頭區域或旋回水域時，必須將拖船、被拖船的船長及拖纜長度一并考慮進去。

拖航中被拖FPSO偏蕩的抑制。拖航中，被拖船偏蕩問題將嚴重影響拖航的穩定性。其危害是，增大了拖纜的張力，加劇拖纜的磨損和應力集中現象，并偏離拖帶航線。抑制偏蕩的措施有：①盡可能使被拖船尾傾，以增加其航向穩定性。但不宜采用注入壓載水的方法以減小保留浮力，特別是船體受損的船舶，應盡量使船舶保持正浮狀態；②降低拖航速度以減小偏蕩力；③在被拖船的尾部拖曳一飄浮物可起到穩定其航向的作用；④調整拖纜長度。適當地縮短拖纜長度可以增加拖航中的穩定性；⑤改變拖纜的系結方法，如在拖纜上增加抑制索，可以起到減小偏蕩的作用。

拖纜長度的調整。調整拖纜長度有兩個目的：一是減小被拖船的偏蕩；二是使兩船在波浪中的搖擺比較協調，減小拖纜所受的沖擊張力。在淺水中或在降低拖航速度時，為了防止拖纜拖底，拖纜的長度應適當縮短：在狹水道航行時，為了改善其操縱性能，拖纜的長度也應適當縮短。

拖航中的減速、停車和解拖。拖航中的減速和停車，應逐漸進行，使拖纜不致于因張力突然下降而下垂過多。拖船應微速前進，待張力減小后再停車，以免FPSO沖向拖船。解拖纜應在兩船均已靜止后進行。

3、拖帶航行保障措施

拖帶安全航行建議。根據本工程的地理位置和氣象條件，進出港船舶在不利通航條件下應考慮以下因素：建議盡量避免在急漲、急落潮時進出各航道；當航向與流向夾角較大時，特別注意流壓的影響，及時調整風、流壓差，保證船位在正確的計劃航線上，以確保航行安全；考慮到拖帶作業的特殊性，應禁止乘潮進行拖帶作業；建議在進行第一次拖帶作業之前，需要將港池、航道水域進行掃測。

拖航要求：①所有參與拖航工作的拖輪及工作人員嚴格執行各部門指揮所下達的各項指令，如有問題，在執行指令的同時上報總指揮協調，不得終止工作。②拖帶方負責護航船及拖輪的帶纜。③進入航線后，主拖輪放拖纜到規定長度后加速，轉入正常航行。④主拖輪負責航行中的避讓、航向的修正，確保駁船沿計劃航線行駛。⑤主拖輪每隔一定時間調整拖纜長度以防磨損。

4、拖帶作業條件

根據大型FPSO的拖帶作業經驗，一般其拖帶作業限制條件建議如下：①風力：拖帶作業的風力標準應在6級風以下。②時間：拖帶作業應在白天進行。③能見度：在航道開闊程度較高，通航密度較低的海域，拖帶作業的能見度標準為1nmile；航道復雜或通航密度較高的海域，拖帶作業的能見度標準為2 nmile。④潮流：應盡量避免在急漲、急落潮時進出大沽沙航道，建議不乘潮。注意流壓的影響，及時調整風、流壓差，保證船位在正確的計劃航線上。⑤波浪：考慮到拖輪及FPSO的穩性條件，其橫傾角較小，拖帶作業應在浪高1.5m以下進行拖帶作業。⑥拖帶速度：在港內航道拖帶速度一般控制為3~4kn，港區外海水域拖帶速度一般不超過6kn。

(作者單位：龍口引航分站)