開敞式油氣碼頭泊位長度優化

文芬(東莞市交通工程質量監督站，廣東東莞523000)

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開敞式油氣碼頭泊位長度優化

文芬
(東莞市交通工程質量監督站，廣東東莞523000)

摘要：在船舶大型化的發展趨勢下，港口逐漸向水深條件更好的外海發展，出現了越來越多的開敞式碼頭。由于缺少防波堤的掩護作用，外海的風、浪、流等自然條件比較復雜，系泊船舶的受力以及運動響應也非常復雜，碼頭設計存在一定的難度，首先就是碼頭長度的確定。開敞式碼頭的泊位長度對船舶的運動量及纜繩的受力有著較大的影響，本文依托深圳LNG項目通過對26.6萬m3LNG船舶在不同泊位長度和帶纜方式的條件下進行物理模型試驗，對其結果進行研究與探討，提出了較為合理的建議值，為碼頭設計提供了依據。

關鍵詞：開敞式；油氣碼頭；泊位長度；優化

深圳LNG項目位于深圳大鵬灣東北岸迭福片區，已建深圳東部電廠重件碼頭的北側。工程建設規模為一期300萬t/a，二期規劃擴建到400萬t/a。碼頭水域主尺度按26.6萬m3LNG船型設計，兼靠船型8.0~26.6萬m3，26.6萬m3設計船型主尺度見表1。

表1　設計船型主尺度

由于不同泊位長度對在泊船舶的運動量和纜繩受力影響較大，合理的泊位長度對于約束系泊船只的運動，減少系纜力并使之均勻分布有著重要的現實意義。本文通過水池物理模型試驗，對26.6萬m3LNG船在不同泊位長度系泊時，在風、浪、流等因素下對船舶運動量和纜繩張力進行比較分析，探討開敞式碼頭長度的優化方案。

1　物理模型試驗

1.1試驗設備儀器

本實驗在實驗室水池中進行，該水池長40m，寬24m，深度為1.2m。前端配備有推板式復合造波機，可根據需求對海面的規則波和不規則波進行模擬。尾部位置安裝了架空斜坡碎石效能設備，起到降低波浪反射的作用。

波浪測量選擇DS30系統，可同時對波面多點情況進行測量，相對誤差控制在0.5%以內。運動量測量選擇了雙CCD光學船舶模型運動測量系統，通過非接觸測量方式避免在測量過程中出現摩擦阻力以及質量阻力，可同步對船舶的縱移、回轉、縱搖、橫搖、橫移以及升沉等進行測量。角度測量誤差控制在5%以內，線位移誤差控制在2%以內。纜繩拉力測量儀器可對0.5~25N間力進行測量，測量誤差控制在2%以內。

1.2碼頭布置

試驗原型根據深圳LNG項目配套碼頭工程進行布置。該模型為具有較為明顯特征的開敞式蝶形碼頭，設置1個工作平臺、6個系纜墩、4個靠船墩，其平面以及坐標系設定情況如圖1所示：

圖1　試驗碼頭平面以及坐標系布置情況

1.3船舶模擬

根據試驗規程要求，船舶試驗模型比尺為1:60，模型船與原型船舶按比例縮小保持線性尺度相似。

2　試驗結果及分析

在本試驗中，船舶長度L=345m，根據泊位長度試驗考慮了4種不同的方案。其中，方案1泊位長度410m，為1.19L；方案2泊位長度390m，為1.13L；方案3泊位長度380m，為1.1L；方案4泊位長度370m，為1.07L。在泊位長度方案相同、而船舶布置方式存在差異時，船舶在實際運行中所產生的纜繩張力以及運動量也會存在一定的差異。為了考察船舶不同的帶纜方式對系泊結果的影響，試驗中采用4:4:2和3:2:3:2兩種帶纜方式進行比較。

2.1泊位長度對纜繩長度分布的影響

在上述4種泊位長度及2種帶纜方式條件中，試驗船舶纜繩長度如表2所示：

表2　不同泊位長度系泊LNG船舶纜繩長度統計表

分析上表數據可知，泊位長度越短，船舶艏艉的纜繩長度也隨之縮短。如表中數據所示：方案3相比方案1，其艏艉纜繩長度要短12-15m，方案4相比方案3，其艏艉纜繩長度要短6m左右。綜合比較，方案4纜繩長度最為均勻，方案3次之，方案1均勻性最差（最長與最短纜繩長度比值為1.52~1.71）。當前的設計人員逐漸認識到倒纜的重要性，且普遍認為所用纜繩長度相差越小越理想。試驗數據也表明，在適當范圍內，泊位長度越短，纜繩長度分布越均勻，也越有利于纜繩張力的均勻分布。

2.2泊位長度對系泊船舶系纜力的影響

船舶處于壓載狀態，在0.5m/s流速、1.5m橫浪、20m/s吹開風作用下，4種不同泊位長度系泊船舶所具有的系纜力最大值如表3所示：

表3　不同泊位長度系泊LNG船舶系纜力

分析上表數據可知，系纜力最大值出現在艉倒纜，極小值出現在艏纜。當泊位長度縮短時，倒纜張力有2%~5%的增幅，艏艉纜力有12%~20%的增幅，艏艉纜力增幅相對較大，但是系纜力也呈現更均勻的特點。4:4:2帶纜方式下不同泊位長度各系纜力的最大值與最小值的比值分別為：1.87、1.61、1.63、1.64，3:2:3:2帶纜方式下不同泊位長度各系纜力的最大值與最小值的比值分別為：2.13、1.98、1.77、1.72，表明隨著泊位長度的縮短系纜力分布越均勻。最大的纜繩張力出現在艉倒纜，其次是艏倒纜，這兩個系纜力隨泊位長度縮短逐漸增加，因此泊位長度也不能過短。

3　結論

從纜繩長度分布范圍看來，試驗采用的泊位長度在1.19L-1.07L范圍內，泊位長度越短，纜繩長度越均勻，越有利于纜繩張力的均勻分布；

試驗采用的泊位長度在1.19L-1.07L范圍內，泊位長度縮短，系纜力較大的倒纜有較小的增幅，系纜力較小的艏、艉纜力有相對較大的增幅，系纜力呈現更均勻的趨勢。比較分析，可選取較短的泊位長度，但也不宜過短；

通過對不同泊位長度的纜繩長度、系泊船舶運動量及纜繩張力的綜合分析比較，建議開敞式碼頭選擇1.1倍設計船長作為泊位長度。

參考文獻:

[1]吳澎,姜俊杰,張廷輝,湯建宏.開敞式蝶形碼頭墩位平面布置的優化研究[J].水運工程.2009(01)：120-127.

[2]汪舟紅,鄒英,韓國松.開敞式碼頭系泊纜繩的優化研究[J].水運工程.2012(02)：66-68.

中圖分類號：U656.1+32

文獻標識碼：A

文章編號：1006—7973（2016）02-0054-02