LNG碼頭應急通道與應急錨地研究

吳永強，侯曾奇

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引 言

近年來，隨著液化天然氣的需求劇增，LNG接收站及碼頭建設速度加快，作為LNG碼頭重要配套設施的錨地條件已經成為港口發展的重要因素。

1 LNG應急錨地現狀

現行《液化天然氣碼頭設計規范》（JTS 165-5-2016）明確要求：“海港液化天然氣碼頭應設應急錨地，應急錨地可與油氣化學品運輸船舶共用，且與非危險品船舶錨地的安全凈距不應小于1 000 m。錨位的布置和尺度應符合現行行業標準《海港總體設計規范》（JTS 165）的有關規定。”因LNG船舶的“高價值”、“高危險性”，LNG船舶具有進港“優先權”，除了聯檢、待泊、候潮外，LNG船舶一般不在錨地錨泊而直接進港。

應急的本意為“處理緊急情況”，應急錨地應解釋為“在惡劣自然條件或突發事件下，船舶緊急使用的錨位”。由于按規范要求，LNG應急錨地應與周邊非危險品錨地等港口設施安全凈距至少1 000 m，近港水域很難找到可供LNG船舶錨泊的水域，這往往成為LNG碼頭選址的制約因素。

2 LNG船舶應急逃離情況

LNG船舶應急逃離主要包括自然條件(超過船舶系泊作業條件允許標準)或突發事件（包括外部和自身），需要緊急逃離至應急錨地，確保LNG船舶自身安全和港口安全。

2.1 系泊作業條件

根據《液化天然氣碼頭設計規范》（JTS 165-5-2016）要求，當風速、波高任一項超過表1規定的系泊標準限值時，液化天然氣船舶應緊急離泊。

表1 大型液化天然氣船舶作業條件標準

2.2 岸上發生火災或地質性災害

LNG船舶系、靠泊期間，LNG碼頭岸上或鄰近碼頭發生火災或者岸上發生地質性災害時，對LNG碼頭、其他設施和人員的安全以及停泊的LNG船舶的安全性均造成威脅，碼頭、LNG接收站應盡快采取安全措施，協助LNG船舶離泊駛往應急錨地。

2.3 LNG船舶自身原因

由于船舶自身原因，遇到緊急情況時（如船舶意外發生火災、LNG泄露、事故撞擊、船舶設備故障、船舶結構損害、LNG系統故障、船舶結構長期性疲勞損傷、系泊松動等意外情況），應按照應急計劃采取有效措施，并立即向海事管理機構報告，必要時也應當緊急逃離。

2.4 國內LNG碼頭船舶應急逃離情況

表2 截止2019年國內LNG碼頭船舶應急逃離情況統計

3 國內外LNG應急錨地布置情況

從安全角度，LNG應急錨地的建設是必要的，但從現有LNG應急錨地使用情況，應急逃離情況的發生頻率和應急錨地使用率均不高。

根據SIGTTO（國際氣體船及運營者協會）發布的《LNG Operations in Port Areas》，“當LNG船舶靠泊碼頭時遇到妨礙其安全靠泊的故障或意外事故時，應考慮港池回旋水域作為應急錨地”；國外LNG應急錨地的布置考慮利用港池回旋水域作為應急錨地。

國內LNG應急錨地布置主要分兩種，一種是在港外設置錨地同時兼顧應急錨地，例如福建莆田LNG、天津中海油LNG，另一種是乘潮進港的錨地，在港外設置外錨地，在港內設置內錨地，利用內錨地代替應急錨地例如江蘇如東港、呂泗港。

對于LNG船舶需乘潮緊急出港情況，一旦LNG船舶在碼頭前裝卸作業過程中出現安全問題，而此時潮位低于船舶出港所需的乘潮水位或潮位處于漲急落急，流速超過LNG船舶航行標準，LNG船舶將無法逃離碼頭區，勢必會危及碼頭甚至LNG接收站的安全，以下結合江蘇濱海LNG碼頭應急錨地的設計方案進行闡述。

4 應急通道及應急錨地設計方案

江蘇濱海LNG碼頭設計船型為8萬～26.6萬m3LNG船舶，碼頭長度為400 m?；匦蛑睆讲捎?.5倍設計船長，取863 m，回旋水域設計底高程與航道設計底高程一致，取-14.9 m。

航道通航寬度取320 m，航道設計底高程為-14.9 m，深水臨岸、浪大、流急、含沙量高是其建港條件的特點。根據相關潮流數值模擬試驗預測，外航道受北防波擋沙堤挑流影響，其中以口門外各點橫流相對較大，一天（兩漲兩落）中大于1.0 m/s持續時間約為3～5 h，主要出現在漲急前后1～2 h；堤頭口門處出現環流且流速較大，平均流速和最大流速分別可達0.57 m/s和2.43 m/s。

對此，考慮口門處環流且流速較大，LNG應急通道及應急錨地設計方案如圖1。

圖1 應急錨地設計方案布置

4.1 應急錨地布置方案

1）方案一

應急錨地設置于港池回旋水域。

由于單錨系泊的水域半徑為500 m，受港內水域面積限制，本工程應急錨地采用單浮筒系泊布置于港池回旋水域內，單浮筒系泊水域半徑取410 m。根據《LNG Operations in Port Areas》，當LNG船舶靠泊碼頭時遇到妨礙其安全靠泊的故障或意外事故時，應考慮港池回旋水域作為應急錨地；我國曾有過LNG接收站LNG船舶離泊即發生主機故障，就在回旋水域錨泊搶修的案例。

同時，LNG船舶在緊急情況下必須離泊等待救援時，也應考慮在回旋水域等候，避免事故進一步惡化，此布置符合SIGTTO相關要求，但國內相關部門考慮安全問題，且在國內無類似建成案例，不建議此布置方案。

2）方案二

利用航道進行緊急撤離至港外應急錨地。

按以往傳統設計思路，船舶緊急撤離時需利用航道離港。由于已建南北防波擋沙堤堤頭的挑流作用，航道轉彎所在的南北防波擋沙堤口門水域流態復雜，且流速較大（最大流速為4～5 kn），操船難度較大，當LNG船舶在碼頭發生緊急事件需要緊急離泊出港，為保證LNG船舶在橫流較大情況下安全轉向和離港，考慮增加航道寬度，加大轉彎水域面積來滿足LNG船舶緊急離泊需要。應急錨地設置航道入口北側，應急錨地半徑555 m，布置在水深-15.6 m以深水域。因緊急撤離所需航道疏浚量新增約150萬m3，工程投資將增加約3 000萬元。

3）方案三

通過應急通道緊急撤離港外應急錨地。

在進出港航道轉彎水域沿口門方向設置一條直線應急通道，通向外海一側，船舶緊急逃離時不需要轉彎，基本保持直線航行，降低了航行操作的難度。應急錨地半徑555 m，布置在應急通道北側-15.6 m水深以深水域。本應急通道僅在緊急事件發生時使用，使用率較低，應急通道設計底高程不考慮備淤深度，通道設計底高程取-14.15 m，本方案基本不疏浚。

4.2 操船模擬試驗驗證

針對應急錨地的設計方案二、方案三，項目組委托大連海事大學進行LNG船舶應急逃離操船模擬試驗。模擬試驗共計6次，利用現有的航道（設計方案二）應急逃離模擬4次，利用直線應急通道（設計方案三）模擬2次。試驗均選取較不利的風、流限制條件，也即流態較復雜、流速較大，風力7級且風、流相互疊加導致船舶受外力影響顯著的工況下進行。

1）試驗方案

表3 應急逃離試驗方案

2）風力風向：N和S風，7級。

3）流場選擇：T6、T7和T11（轉彎處有回轉流且流速最大的時段為T6、T7，航道沿程橫流最大T11，潮位及流速矢量見圖3、圖4）。

圖2 不同潮位段對應潮高曲線

圖3 高潮前2 h，T6（潮位過程6:00）

圖4 高潮后3 h，T11（潮位過程11:00）

4.3 試驗結論

1）利用現有航道條件緊急離泊（設計方案二），在T6（流態最為復雜的時刻）應急駛出困難較大，如圖5（a）～（c）。航道轉彎處易發生船身受流不均，開始搶流，之后流變，難以預判，導致通航風險增加。T11航道內橫流較大，見圖5（d），最大可達2.5 kn，但流向恒定，整體情況好于T6潮位段，而風流條件疊加在一起導致航道轉彎處風流合壓力增大，因此航跡帶寬度增大，客觀上需要增加航道轉彎段附近的富余寬度。根據操船模擬試驗，將進港航道由原來的320 m增加至400 m，同時加大航道轉彎水域。

2）通過應急通道（設計方案三）駛出較為容易。因為不需在流態復雜的條件下轉向，為船舶操縱提供了便利條件，見圖5（e）和圖5（f）。

圖5 不同工況下航跡帶示意

4.4 設計方案優缺點比較

結合操船模擬試驗，該項目采用設計方案三即利用直線應急通道和應急錨地緊急逃離的設計方案。該應急通航設計方案也等到相關政府部門的許可。

表4 應急通道及應急錨地設計方案比較

5 結 語

本文結合江蘇濱海LNG碼頭應急錨地案例，針對在口門復雜流態情況下，提出江蘇濱海LNG應急錨地三個設計方案，通過操船模擬試驗，確定直線應急通道及應急錨地的方案，供同類工程設計參考。

另外，從現有國內已建LNG碼頭實際應急錨地使用情況看，使用頻率很低，而LNG作為綠色能源，是國家倡導的能源發展方向，將來LNG碼頭建設會更多，尤其在水域受限的地方，這就倒逼國內LNG應急錨地的設計及行政許可上，在考慮安全使用情況下，只考慮應急屬性，應急錨地與航道等其它設施的安全距離是否進一步縮小的可能，包括應急錨地位置是否可利用港池調頭水域等。