快速脫纜鉤過載問題分析與解決措施研究

谷文強，周清華

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

引言

巴基斯坦卡西姆LNG碼頭是由中國企業進行設計建造的LNG-FSRU雙船并靠碼頭，共布置1個工作平臺、2個靠船墩和4個系纜墩。在碼頭投入使用后，當船舶靠泊時發現所有快速脫纜鉤在引纜過程中均不時出現電動機停車故障；該故障在電動機復位后停止20 s后可以重新啟動，但是還有停車情況發生，針對這一情況，進行了現場檢測，根據檢測數據進行了分析研究，找出故障原因并給出解決方案，為其他LNG碼頭的快速脫纜鉤選型提供重要參考。

1 快速脫纜鉤的布置和選型

根據《裝卸油品碼頭防火設計規范》（JTJ237-99）[1]，裝卸甲、乙類油品一級碼頭宜設置快速脫纜裝置，巴基斯坦卡西姆LNG碼頭靠泊的最大FSRU船為173 400 m3FSRU船，外側靠泊的最大LNG運輸船為267 000 m3LNG船，碼頭在系纜墩和靠船墩上均設置了快速脫纜鉤。

根據石油公司國際海事論壇（OCIMF）規范《Mooring Equipment Guidelines》[2]進行雙船并靠的系纜的初步布置，但是本項目位于航道邊，主要承受較大的縱向水流力和波浪力，所以不能完全按照OCIMF規范進行系泊布置。根據《基于國內外規范和標準的海港工程總平面設計指南》[3]，在施工圖階段系泊布置應結合系泊試驗確定，根據最終的系泊試驗結果，FSRU的纜繩全部系到碼頭系纜墩和靠船墩上，外側的LNG運輸船的艏艉纜系到碼頭兩側系纜墩上會讓系纜力分布更均勻合理，外側LNG運輸船其他纜繩可以按照OCIMF規范系到內側的FSRU船上。因此最終巴基斯坦卡西姆LNG碼頭每個靠船墩上各布置了1套3鉤快速脫纜鉤用于FSRU船舶的倒纜系纜，內側兩個系纜墩各布置了1套4鉤快速脫纜鉤用于FSRU船的橫纜系纜，外側兩個系纜墩各布置了2套快速脫纜鉤，其中內側的3鉤快速脫纜鉤用于FSRU的艏艉纜系纜，最外側的2鉤快速脫纜鉤用于外側靠泊的LNG運輸船的艏艉纜系纜。

根據中國規范《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2010）[4]規定，系纜力的標準值不應大于纜繩的破斷力。但是根據英國規范 6349-2:2010《Maritime works -Part 2:Code of Practice for the Design of Quay Walls,Jetties and Dolphins》[5]規定，岸上系纜設備的安全工作荷載應不小于使用該鉤的纜繩的破斷力。根據英國規范《Maritime Works-Part 1-2:General -Code of Practice for Assessment of Actions》[6]，對于大型油碼頭、液化天然氣碼頭、散貨碼頭和集裝箱碼頭，在遭遇50年一遇或者100年一遇的環境條件時，船舶一般不會仍然系泊在碼頭，正常情況下碼頭的環境條件限制條件應與船舶系纜設備的能力一致。因此碼頭上的系纜設備的安全工作荷載需要滿足船舶上的系纜設備的最大能力，即快速脫纜鉤的安全工作荷載應不小于使用該鉤的纜繩破斷力。業主提供的卡西姆LNG碼頭船舶纜繩參數如表1所示，LNG運輸船的纜繩破斷力為137 t，FSRU的纜繩破斷力為124 t，因此快速脫纜鉤單鉤安全工作荷載取為150 t。對于快速脫纜鉤的額定拉力、功率和引纜速度，在國內外規范中均沒有選取標準，在項目施工圖設計時根據相關項目經驗，要求按照額定拉力20 kN和引纜速度10～15 m/min選取配置快速脫纜鉤。根據要求，最終選用了特瑞堡的快速脫纜鉤，選取的電動絞盤功率為5.5 kW，絞盤直徑305 mm，額定拉力可以達到20 kN，額定轉速為1 465 rpm，引纜速度可以達到15.6 m/min。當達到最大額定拉力時，快速脫纜鉤的絞盤電動機的電壓為400 VAC，電流為10.7 A，電動機通過熱繼電器保護，一旦遇到較大荷載，電動機過載、過熱后熱繼電器會停車保護電動機。

表1 巴基斯坦卡西姆LNG碼頭船舶纜繩參數

FSRU船舶使用的是鋼纜，本項目LNG運輸船的靠泊船型為 125 000～267 000 m3LNG船，217 000 m3LNG船和267 000 m3LNG船只使用HMPE纜繩（屬于纖維纜），而對于125 000～173 400 m3LNG船HMPE和鋼纜兩種類型的纜繩均有使用。鋼纜比HMPE纜繩要重很多，在引纜時產生的拉力會更大。

2 FSRU和LNG船舶的系纜問題

FSRU船舶在系纜時，系纜順序為先系倒纜、然后系橫纜、最后系艏艉纜。而外側的LNG運輸船在靠泊時，僅艏纜和艉纜需要系到碼頭兩端的快速脫纜鉤，其他纜繩均系到FSRU船舶上。

在173 400 m3FSRU船第一次進行靠泊系纜作業時，在引纜過程中，所有快速脫纜鉤的絞盤電動機均不時發生停車故障，該故障復位后約30 s后電動機可以重新啟動。而當第一艘217 000 m3LNG船靠泊到碼頭并進行系纜作業時，在將艏纜和艉纜系到兩側系纜墩上的快速脫纜鉤時，在引纜過程中兩個快速脫纜鉤也發生了絞盤電動機停車故障。針對這一問題進行了三次現場檢測研究工作。

3 現場檢測

3.1 第一次現場檢測研究

在FSRU第一次靠泊系纜時發現所有快速脫纜鉤絞盤均不時發生停車故障后一周，項目業主巴基斯坦ENGRO公司進行了第一次現場檢測，使用FSRU備用纜繩模擬FSRU引纜過程，173 400 m3FSRU使用直徑42 mm、破斷力為124 t的鋼纜，分別針對碼頭兩端最外側的兩個快速脫纜鉤MD1-1和MD4-2進行檢測（用于外側LNG運輸船的艏艉纜系纜，檢測不影響FSRU系泊），保持引纜速度15.6 m/min，結果均發生了快速脫纜鉤電動機停車故障，在施加檢測荷載前和施加檢測荷載后發生故障時電動機內的電壓和電流檢測結果如表2所示。

表2 快速脫纜鉤的第一次檢測結果

根據計算，當施加檢測荷載時，快速脫纜鉤MD1-1的電動機實際功率為9.7 kW（對應拉力約為35.5 kN），MD4-2的電動機實際功率為9.3 kW（對應拉力約為34.0 kN）。所以第一次檢測的結果表明快速脫纜鉤的實際功率和引纜拉力均超過了額定功率和額定拉力，最終導致電動機過載、過熱后熱繼電器啟動停車。停車約20～30 s后再次自動啟動，電動機內的電流降低到6.6～6.9 A。

3.2 第二次現場檢測研究

在第一艘217 000 m3LNG船靠泊時，項目業主巴基斯坦ENGRO公司進行了第二次現場檢測。217 000 m3LNG船大部分纜繩系到FSRU船上，2條艏纜需要系到碼頭上的快速脫纜鉤MD1-1，2條艉纜需要系到碼頭上的快速脫纜鉤 MD4-2，217 000 m3LNG船使用的是直徑44 mm的HMPE纖維纜，保持引纜速度15.6 m/min，在引纜過程中，兩個快速脫纜鉤均不時發生了電動機停機故障，也有部分纜繩引纜時沒有發生故障的情況。

快速脫纜鉤MD1-1發生停車故障時電動機內的電壓為417 V，電流為11.7 A，根據公式（1）計算得出電動機實際功率為7.17 kW（對應拉力約為26.2 kN），快速脫纜鉤MD4-2發生停車故障時電動機內的電壓為402 V，電流為12.1 A，根據公式（1）計算得出電動機實際功率為7.15 kW（對應拉力約為 26.1 kN）。第二次檢測的結果表明，217 000 m3LNG船靠泊時，針對HMPE纜繩的引纜，快速脫纜鉤的實際功率和引纜拉力仍然超過了額定功率和額定拉力，最終導致電動機過載、過熱后熱繼電器啟動停車。

3.3 第三次現場檢測研究

在收到項目業主巴基斯坦ENGRO公司的兩次檢測結果報告后，設備供應商特瑞堡公司派專業檢測人員去現場進行了第三次檢測，第三次檢測也是針對某一艘217 000 m3LNG船靠泊時的引纜情況進行檢測。在引纜過程中，特瑞堡檢測人員檢測到MD1-1和MD4-2兩個快速脫纜鉤電動機內的最大電流為7.3 A，對應電壓為408 V，根據公式（1）計算得出電動機內實際功率約為4.37 kW（對應拉力約為16.0 kN），并未超過額定功率和額定拉力，在兩個快速脫纜鉤引纜過程中并未發生任何停車故障。

特瑞堡檢測人員同時記錄了引纜時水位距離系纜墩頂面約4 m。

4 檢測結果分析

當FSRU船舶第一次靠泊碼頭，進行引纜作業時所有快速脫纜鉤均不時發生了停車故障，在一周后開展了第一次檢測，使用FSRU船的鋼纜進行引纜檢測，發現引纜過程中電動機實際功率和拉力均遠遠超過額定功率和額定拉力，因此導致發電機過載停車故障。而第二次和第三次均是針對217 000 m3LNG船的HMPE纜繩的引纜過程進行檢測，第二次檢測得出的電動機實際功率和拉力均超過額定功率和額定拉力導致電動機停車故障，而第三次檢測沒有發生任何故障。

幾次檢測有一定差異，綜合分析原因如下：

1）纜繩的材料和重量不同，鋼纜要比HMPE纖維纜重很多，因此引纜時產生的拉力會更大，在FSRU靠泊引纜時所有的快速脫纜鉤均不時發生過載停車故障，第一次檢測結果也驗證了這一情況。而HMPE纖維纜比較輕，引纜時產生的拉力小很多。

2）碼頭墩臺與水位之間的高差對于引纜時的荷載有一定影響，在第三次檢測時，船舶靠泊時為高潮位，水位較高，浮在水面的纜繩距離系纜墩距離較小，在引纜時所需要的拉力較小。第一次和第二次檢測并未關注水位情況。但是當水位較低時，碼頭墩臺與水位之間的高差增加，引纜時所需要的拉力也會增加。

3）在檢測過程中發現引纜時最大荷載往往發生在船舶纜繩到達墩臺邊緣時，纜繩與系纜墩邊緣之間的摩擦力會增加引纜拉力（本項目系纜墩和靠船墩的前沿已經設計了鋼圓角防摩擦），這個摩擦力取決于纜繩與墩臺前沿的接觸頻率和纜繩重量，纜繩與墩臺前沿接觸較少時引纜拉力會較小，而接觸較多時引纜拉力會較大，另外重量越大的纜繩與墩臺前沿的摩擦力也會越大，所以鋼纜比HMPE纖維纜的摩擦力大，快速脫纜鉤引纜過程中產生的引力也會更大。

4）快速脫纜鉤絞盤的腳踏開關的操作也有一定影響，在引纜過程中頻繁的啟動和關閉快速脫纜鉤絞盤也會導致電動機過載停車。因此第三次檢測沒有出現任何過載停車問題，也可能是因為特瑞堡檢測人員對于設備的操作更為熟練，而碼頭作業人員在FSRU船舶和LNG運輸船第一次靠泊時對于系纜作業和快速脫纜鉤的使用并不熟練。

5 解決方案研究

對于巴基斯坦卡西姆LNG碼頭快速脫纜鉤過載停車問題，需要增加快速脫纜鉤絞盤的額定拉力，通過各方溝通過提出了兩個解決方案。

1）方案一：更換功率更大的電動機。更換額定功率為11 kW的電動機，絞盤直徑305 mm和引纜速度15.6 m/min保持不變，則額定拉力可以增加到40.1 kN。根據三次檢測結果，額定拉力40.1 kN的電動機可以滿足FSRU船舶和LNG運輸船所有纜繩的引纜拉力要求，不會發生過載停車問題。

2）方案二：更換更小的絞盤。將絞盤直徑從305 mm更換為 205 mm，則絞纜速度變為10.48 m/min，額定拉力增加到30.1 kN。根據三次檢測結果，額定拉力30.1 kN能夠滿足HMPE纖維纜的引纜拉力要求，但是當針對鋼纜進行引纜時，還是可能發生過載問題。如果進一步減小絞盤尺度，絞纜速度會小于10 m/min，作業效率大大降低，作業效率降低較多是業主不能夠接受的。

綜上分析，最終選擇方案一，即更換額定功率為11kW、額定拉力為40.1 kN的電動機，絞盤直徑305 mm和引纜速度15.6 m/min保持不變，因此作業效率并未降低。在更換電動機后，所有快速脫纜鉤均未再發生過載停車故障。

6 結語

快速脫纜鉤絞盤的額定拉力與電動機功率、絞盤尺度和絞纜速度均有關系，而使用絞盤進行引纜時的實際拉力取決于纜繩特性和重量、墩臺和水位的高差、纜繩與墩臺前沿的摩擦力和操作人員對于設備使用的熟練度等因素。對于快速脫纜鉤的選型問題，國內外規范均沒有給出相關規定，本項目結合工程實際問題和現場檢測試驗進行了深入研究分析，最終給出了LNG碼頭快速脫纜鉤選型問題的解決方案，可以供其他相關項目參考。