洋浦LNG船舶通航安全與移動安全區定量計算

黃齊方

摘 要：為確保LNG船舶航行安全，借鑒國內其他碼頭的成功營運經驗，LNG船舶在航行中需設計安全活動水域，采取船艇護航、引航員引航等安全保障措施，必要時對進出的水域實施交通管制。通過定量計算，確定安全水域范圍，可為后續LNG船舶航行護航方案設計提供參考。

關鍵詞：LNG船 通航安全 移動安全區 警戒

由于LNG船舶運輸貨物的特殊物理化學性質，LNG船舶與傳統的貨船在船舶結構和船舶操縱性能上有著一定的差異，對通航環境的要求往往高于普通貨船，LNG船舶航行的風險對通航水域的安全帶來了較大的壓力，同時也對港口和通航管理提出了更高的要求。國內外海事安全管理中，都對LNG運輸船舶的通航安全引起了高度的重視。由于LNG船舶的高造價和高危險性，其危險等級要高于大型油輪，因此有必要對LNG運輸船舶劃定安全區域。國內外營運LNG船舶的港口目前通用做法是制定適合本港區的作業標準或管理規定，對進出港的LNG船舶劃定安全航行區，避免其他船舶侵犯LNG船舶。

海南洋浦港LNG碼頭概況

海南LNG碼頭位于海南省洋浦港區，距北面的海南煉化30萬噸級原油碼頭約2000 m，距南面的金海漿紙廠碼頭約800 m。

圖1 洋浦神頭港區LNG碼頭位置示意圖

表1 碼頭設計船型表

洋浦LNG碼頭LNG船舶自南部外海海域駛入洋浦港區，以大鏟礁尾燈塔為物標，航經A（大鏟礁尾燈塔方位90°、距離6.28n mile）時，改駛航向為010°，船舶駛入4#LNG船舶應急錨地、5#LNG船舶作業待駁錨地。LNG船舶自錨地起錨后，取航向090°，根據具體情況適時在航向區間調整。當船舶航行至神尖角燈樁方位070°、距離1.5n mile處時，改駛航向080°進入LNG碼頭航道及回旋水域。LNG碼頭自港池入口至回旋水域中心約800m，自制動航道入口至回旋水域中心約1800m。

圖2 LNG船舶進出港航路

LNG運輸船舶安全區

1、移動安全區的定義

考慮到安全區域的位置及范圍會隨著LNG船舶的移動而發生變化，因此又稱該區域為LNG船舶的移動安全區。LNG移動安全區的設置能有效提高LNG船舶通航安全性，降低LNG船舶事故風險。LNG船舶移動安全區的設置一方面在于降低LNG船舶發生事故的概率；另一方面還要降低LNG船舶航行事故風險。

2、移動安全區設置范圍定量計算方法

LNG船舶安全區長度的確定主要考慮兩船在同一航路上行駛，當前船采取制動措施或其他原因使船舶制動后，后船是否來不及停船以至于LNG船舶風險較高的區域的情形。研究中，這一區域范圍為上述安全區寬度的距離在船舶四周的膨脹。

如圖，假設兩船舶一前一后在同一航道上同向航行，可根據交通流跟馳理論來確定LNG船舶安全區長度。取值為基于風險計算得出的LNG船舶的安全區寬度值。

（1）前船為LNG船舶

（2）后船為LNG船舶

圖3 船舶跟馳制動過程

以前船開始制動時為參考時刻，A0為后船初始位置與B0為前船初始位置，A1與B1分別為其制動后的位置。A'0為后船開始制動的位置。

前船完成制動時距離后船初始位置為S2：

S2=S0+Sb2 （1）

式中：S0為前船制動前兩船凈間距。Sb2為前船的制動距離。

對于后船而言，從發現前方態勢到發出命令到主機動作這段時間內，后船行駛反應距離St，后船開始制動后行駛距離Sb1，故后船移動距離為S1：

S1=St+Sb1 （2）

其中：St=Vt，V為前船制動時后船的速度，t為后船反應時間，包括駕駛員對前船制動的反應時間和動作時間。

在兩船先后完成制動時，兩船的距離應大于安全余量Sm，即S2-S1？莛Sm，整理可得船舶安全縱向間距模型為：

S0？莛St+Sb1+Sm-Sb2 （3）

當后船的制動距離小于或等于前船的制動距離時，會出現Sb1≤Sb2的情形，此時船舶安全縱向間距應為：

S0=St+Sm （4）

在計算過程中，由于船舶AIS動態信息的刷新時間為10s，駕駛員反應時間取30～35s，動作時間取2～3s，安全考慮可取為60s。

船舶的制動距離可分為停車沖程和倒車沖程，可以根據船舶速度從船舶資料上查到，也可由經驗公式計算。

船舶以一定速度（全速或半速）行駛中采取停車措施后，直至降到某一余速（2kn～4kn）前的變速運動稱為船舶停車變速運動。

主機停車后，推力急劇下降到零。開始時，船速較高，阻力也大，速降很快；但當速度減小后，阻力也隨之減小，速降越來越慢，船很難完全停止下來，且在水中亦很難判斷。所以，通常以船速降至維持舵效的最小速度作為計算停車所需時間和船舶航進路程的標準。

停車沖程可采用Topley船長提出的經驗估算式：

S=0.024C×V0×1852 （5）

式中：C—船速減半時間常數，單位為min；V0—船舶停車時初速，單位為kn；S—船舶停車沖程，單位為m；C值隨船舶排水量不同而不同，見表2。

表2 船速減半時間常數

船舶在全速前進中開后退三，從發令開始至船舶對水停止移動所航進的路程，稱為倒車沖程。倒車沖程又稱為緊急停船距離或最短停船距離。

緊急停船距離經驗估算法：

■ （6）

式中：S—倒車沖程（m）；g—重力加速度（9.8m/s2）；W—船舶排水量（噸）；kx—船舶前進方向虛質量系數，可經實驗取得，大型船舶可取1.07。Tp—螺旋槳倒車拉力（），估算時可用Tp=（后退倒車功率）來估算；V0—船舶倒車時船速（m/s） 。endprint

3、海南洋浦港區LNG船舶移動安全區范圍設置

3.1安全區長度設置

安全縱向間距的保持主要是后船來控制，后船開始制動后行駛距離應選用本船的倒車沖程，可根據本船速度（從本船資料上查到），也可從倒車沖程計算公式得出。

對于前船的制動距離要視前船的船舶參數及其所采取的制動措施或發生的情況而定。從安全角度考慮，Sb2應取較小值。對于前船發生擱淺事故，制動距離就是所有可能發生的情況中的最小值（Sb2≈0）。前船采取其他制動措施或主機故障，其制動距離均應大于其倒車沖程，所以后船在確定安全間距時，前船制動距離取其倒車沖程是最有利的。LNG船舶的制動距離由船舶的沖程圖資料得出。

表3 LNG船舶制動距離

其他條件一定時，LNG船舶的安全區長度隨LNG船舶載貨容量和船舶速度的增大而增大。由于船舶制動性能隨著噸級的增加而降低，制動時距離更長，因此，LNG船舶為前船時，LNG船舶后方的安全區長度隨后方船舶噸級的增大而增大；LNG船舶為后船時，LNG船舶前方的安全區長度隨前方船后船舶噸級的增大而減小。推薦LNG船舶移動安全區長度如下表：

表4 移動安全區長度（m）

3.2安全區寬度設置

參考論文《LNG船舶進出港航行移動安全區寬度定量計算分析》，當VLNG=10 kn，在 MLNG，Mj，Vj取各值的情況下，LNG船舶移動安全區的寬度見表4。Vj=8 kn，MLNG<18 ×107kg時，采用基于可接受概率方法計算出的LNG 船舶移動安全區寬度，其值不隨 MLNG，Mj變化； Vj< 16 kn，MLNG= 3 ×107kg時，同樣采用基于可接受概率方法計算出的 LNG 船舶移動安全區寬度，其值隨 Vj的增大而稍稍減小；Vj≥14 kn，MLNG≥6×107kg，Mj≥15×107kg 時，采用基于可接受風險方法計算出的 LNG 船舶移動安全區寬度，其值隨MLNG，Mj，Vj的增大而增大。總體看來，在VLNG=10 kn 條件下，移動安全區寬度在200～1 000 m范圍內。

表5 LNG 船舶移動安全區寬度 L /m

表6 LNG 船舶移動安全區寬度 L /m

進出海南洋浦港LNG碼頭的LNG船舶自5#錨地起錨后保持最大航速8kn駛入LNG碼頭進港航道，根據以上分析，LNG船舶移動安全區長度取1500m，寬度可取為230m。同時參照國外安全區域的設置并結合我國各港口設置情況和《液化天然氣碼頭設計規范》（JTS 165-5-2009）的規定，建議海南洋浦港區LNG 船舶的安全區域設置為前后各 1 海里，左右各250m的區域。進出港過程中，擬在移動安全區邊界配備四艘護航船艇進行護航作業，護航船艇位置標識LNG船舶移動安全區范圍，起警戒作用。

圖4 LNG船舶進出港移動安全區示意圖

結語

由于LNG船舶的特殊危險性，其進出港航行時設置一定范圍的移動安全區，并進行拖輪護航作業，可以有效的保障LNG船舶航行安全。港口水域交通流量一般較大，因此LNG船舶進出港作業對港口的正常營運產生臨時性影響，因此合理設置LNG船舶移動安全區范圍，可以提高港口水域的使用效率，同時也可以合理分配港口拖輪的使用，實現資源分配的最優化。

參考文獻：

[1]文元橋，楊雪，肖長詩，《LNG船舶進出港航行移動安全區寬度定量計算分析》。

[2]文元橋等，《中國沿海LNG船舶航行及作業標準研究》。

[3]《液化天然氣碼頭設計規范》（JTS 165-5-2009）。

[4]文元橋，牟軍敏，肖長詩等，《中國沿海LNG船舶航行及作業標準研究技術報告》。

（作者單位：海南省船舶引航站）endprint