天津港大港港區LNG 船舶進出港通航時段研究

孔憲衛，孔令臣，米 偉，張 帥*，薛 坤，李延偉，吳士強

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所 港口水工建筑技術國家工程研究中心，天津 300456；2.中交天津港灣工程設計院有限公司，天津 300461；3.中華人民共和國大港海事局，天津 300280；4.中石化天津液化天然氣有限責任公司，天津 300456)

北方地區天然氣消費季節不均衡性大，峰谷差接近4倍，導致環渤海地區海運進口LNG需求季節性變化大。雖然天津液化天然氣(LNG)項目一期工程 LNG泊位已于2018年2月正式投產運營，但受“煤改氣”等國家政策的影響，環渤海地區冬季天然氣能源異常緊張，亟需提高LNG船舶的通過能力。

目前通過能力的研究主要集中于LNG船舶移動安全區對航道通過能力的影響[1-4]，張晉愷等[5]研究了LNG船舶對天津港大港港區通航的影響，沈忱等[6]開展了單航道多泊位的液化天然氣碼頭建設規模仿真研究，LNG通過能力提升對通航時間的研究較少，耿杰哲等[7]研究了我國LNG港口水域LNG船舶夜航的可行性，然而在實踐中并未執行。因此，在保障大港LNG船舶進出港通航安全基礎上，增加LNG船舶進港頻次，分析研究LNG進出港時間段是十分必要的。

1 國內外相關規范標準研究

1.1 相關規范的標準規定

《海港總體設計規范(JTS163-5-2013)》在5.4.28.3規定液化天然氣船舶不宜在夜間進出港和靠泊作業,需要夜間靠離泊或航行時，應進行專門的安全評估[8]?！兑夯烊粴獯a頭設計規范(JTS165-5-2016)》在4.0.5條規定，液化天然氣船舶不宜在夜間進出港和靠離泊作業。當需要夜間靠離泊或航行時，應編制相應的應急預案并經過安全論證[9]?，F行《海港總體設計規范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設計規范(JTS165-5-2016)》有關液化天然氣船舶安全作業條件規定的目的是限制船舶的作業時間，但規定的作業條件不是強制性的，白天作業是建議性的，不宜進行夜間作業。國外標準規范如國際航運協會HarbourApproachChannelsDesignGuidelines及國際氣體船和岸站運營者協會SiteSelectionandDesignforLNGPortsandJetties未見LNG船舶通航時間的限制性條款。

1.2 相關規定的研究

根據《天津港大港港區航道及附近水域船舶航行規則》[10]，船舶在大港港區航道及附近水域航行要求，夜間，遇大于10萬t級船舶、載運特殊危險貨物的船舶、大型拖帶和試航船舶，禁止船舶進出港或移泊，根據《深圳水域船舶散裝運輸及加注液化天然氣安全監督管理規定》[11]，散裝液化天然氣船舶一般應當在白天進出港和靠離泊作業。確需夜間靠離泊或進出港航行，應當事前進行專門的安全評估。根據《廣西海事局船舶散裝運輸液化天然氣安全監督管理規定暫行》[12]，除緊急避險等特殊情況外，LNG船舶應當在白天進出港和靠離泊作業。國內港口規定原則要求載運散裝液化天然氣的船舶不宜夜航。國外LNG裝載港夜航多被允許對于LNG裝載港，比如澳大利亞、中東等一些國家和地區，大多允許LNG船舶夜間進行靠離泊作業。對于LNG卸載港，進出港夜航規定分化較為嚴重，美國、意大利等對于LNG船舶夜間靠離泊作業做出嚴格規定，但對不同的港口進行了區別對待。如美國的一些港口，位于馬薩諸塞州的埃弗里特港、馬里蘭州Cove Point港，均規定只要天氣狀況等條件許可，允許LNG船舶任何時間進出港進行靠離泊作業；美國的弗里波特港明確規定了 LNG 船舶在夜間禁止進行靠離泊作業，即使白天進出港也需要相關機構的許可；美國的休斯頓港根據船舶大小決定是否允許LNG船舶夜間進行靠離泊作業，當船舶總長超過550英尺時只能白天進行靠離泊作業。西班牙的一些港口也采取了類似的做法，如西班牙比爾堡港，允許船舶24 h內均可進出港口進行靠離泊作業；但西班牙薩貢托港規定LNG船舶僅允許白天進行進港靠泊作業，但對離泊作業沒有這一規定，白天夜間均可進行LNG船舶的離泊作業[7]。

結合天津港現行管理規定以及大港港區實際做法，為有效降低夜間作業安全風險，保障液化天然氣船舶夜間作業安全，本文使用日落時間作為限制作業條件進行分析，由于風、浪等自然條件引起的通航時段變化不在本文的研究范圍內。

2 船舶進出港時間段研究

2.1 進港所需時間計算

整個LNG船舶進港過程分為3個階段，包括航道航行時間(t1)、港池航行時間(t2)和靠泊系纜時長(t3)，匯總之后求和得到進港所需時間。

2.1.1 航道航行時長計算

LNG船舶在航道中航行可分為兩階段：第一階段，LNG船舶從大港航道起點108#燈浮進入航道后勻速航行，航程約15 n mile。通過對天津港引航中心調研、船訊網AIS跟蹤船舶動態等手段，獲取船舶航速，本階段按10 kn航速航行。第二階段，LNG船舶準備進入港池，航程約3.1 n mile。通過對天津港引航中心調研、船訊網AIS跟蹤船舶動態等手段，本階段從航速10 kn降速至3 kn，航速選取平均6 kn。

第一階段航行時間計算得到約1.5 h，第二階段航行時間計算得到約0.52 h，則LNG船舶在航道內所需航行時間(t1)約為2.02 h。

2.1.2 港池航行時長計算

根據多次LNG船舶航行軌跡圖統計可知，航行至港池與航道交界處時航速在3 kn左右，船舶轉向進入港池并進行旋回掉頭作業，航行速度按平均1.2 kn進行考慮。由航道至港池內的航程為0.9 n mile，港池中旋回掉頭航行時間(t2)約為0.75 h。

2.1.3 靠泊系纜時長計算

該階段可細分為兩部分：第一部分，LNG船舶完成掉頭作業后靠近碼頭至船舶完全貼靠碼頭，用時約0.5 h；第二部分，船舶完成系纜作業，用時約1.0 h。0.5 h和1.0 h數據來源為天津港引航中心調研和中石化碼頭泊位實際進出港船舶統計資料。

因此，LNG船舶靠泊系纜總計用時(t3)約1.5 h。

2.1.4 進港所需時間

根據上述內容求和計算LNG船舶進港所需時間。LNG船舶進港所需時間(t1+t2+t3)約為4.27 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個進港時間取4.5 h(4 h 30 min)進行后續計算。

對LNG船舶整個進港時間取4.5 h進行校核驗證，選用船訊網船舶AIS軌跡線進行對比。根據2021年4月15日，一艘名為“PAN EUROPE”LNG船舶進港靠泊中石化一期泊位船舶AIS軌跡線可知，該船在2021年4月15日08:00時左右進入大港航道，在航道內航行15 n mile后開始減速，大約2 h后轉向進入港池(約10：04時)，LNG船舶逐漸減速、旋回掉頭，至船舶完全靠泊碼頭(約10：57時)，在引航員指導下船舶完成系纜作業后進入系泊狀態，進港過程結束。全程用時約4 h(約12：06時)。

LNG船舶整個進港時間取4.5 h大于該LNG船舶實際用時4 h，進港各分階段用時基本可以對應，取值較合理。

2.2 出港所需時間計算

出港階段劃分：計算出港時間將整個LNG船舶出港過程分為3個階段，包括從停泊狀態解纜時長(t1)、從港池航行至進入航道至防波堤口門處時長(t2)、從防波堤口門處沿航道行駛時長(t3)，匯總之后求和。

2.2.1 解纜時長計算

根據《液化天然氣碼頭設計規范》(JTS165-5-2016)，泊位通過能力，候潮、候流或不在夜間進出航道和靠泊、離泊需增加的時間(h)，可根據船舶從進港到出港全過程的各個操作環節，繪制流程圖來確定。該部分釋義中，國內某液化天然氣接收站實際的營運參數可供參考，其中離泊所需時間為0.5 h。結合中石化碼頭泊位船舶實際解纜時間統計資料，LNG船舶從停泊狀態解纜時長(t1)取0.5 h。

2.2.2 港池航行時長計算

LNG船舶在港池中的航行過程包括在解纜完成后由拖輪拖帶至大港航道，沿大港航道行駛至大港港區防波堤口門處。

在港內航行至航道時的航程為0.9 n mile。根據多次LNG船舶航行軌跡圖統計可知，LNG船舶加速航行，航行至港池與航道交界處時航速在5 kn左右。根據天津港引航中心調研資料和船訊網AIS統計資料，在港池中航行速度按平均2.5 kn進行考慮。

計算得到，港池中航行時間(t2)約為0.36 h。

2.2.3 航道航行時長計算

LNG船舶在航道中的航行可分為兩階段：第一階段，LNG船舶航程約2.1 n mile，加速航行，從航速5 kn提升至10 kn。通過對天津港引航中心調研、船訊網AIS跟蹤船舶動態等手段，獲取船舶航速，本階段速度按平均7.5 kn考慮。第二階段，LNG船舶航程約16 n mile，均速航行至大港航道端部，通過對天津港引航中心調研、船訊網AIS跟蹤船舶動態等手段，本階段按照10 kn航速航行。

第一階段航行時間計算得到約0.28 h，第二階段航行時間計算得到約1.6 h，則LNG船舶在航道內所需航行時間(t3)約為1.88 h。

2.2.4 出港所需時間

根據上述內容求和計算LNG船舶出港所需時間。LNG船舶出港所需時間(t1+t2+t3)約為2.74 h。為保證LNG船舶安全航行，LNG船舶整個出港時間約2.74 h，取2.8 h(2 h 48 min)進行后續計算。

對LNG船舶整個出港時間取2.8 h進行校核驗證，選用船訊網船舶AIS軌跡線進行對比。根據2021年3月30日，一艘名為“MARAN GAS”LNG船舶由中石化一期泊位離港的船舶AIS軌跡線可知，該船在2021年3月30日14:00時解纜完畢，在拖輪協助下開始離泊，大約20 min后(14:20時)駛出港池、進入大港航道；船舶開始提速，以10 kn航速在大港航道航行；在16:01左右距離航道端部2 nm處提前下線駛離大港航道，全程用時約2 h。

LNG船舶整個出港時間取2.8 h大于該LNG船舶實際用時2 h，出港各分階段用時也基本可以對應，取值較合理。

2.3 進出港時長驗證

通過對中石化一期LNG碼頭2020年1月1日至2021年4月16日船舶進出港動態統計，期間共計約151艘LNG船舶進出港(表1)。

表1 LNG船舶進出港時長一覽表

(1)進港時長驗證。船舶從進入航道端部開始、航道內航行、港池內航行、旋回掉頭至泊位處，進行系纜，直至完成靠泊作業，整個進港時長平均約4.36 h，小于4.5 h。對151艘LNG船舶進港時長由小至大排序，70%保證率的時長為4.5 h。因此，根據歷史實際數據可知，本報告研究所得進港所需時長4.5 h可滿足正常情況下LNG船舶進港要求。

(2)出港時長驗證。船舶從解纜開始、港池航行、航道航行至船舶離開航道，直至完成出港作業，整個離港時長平均約2.52 h，小于2.8 h，對151艘LNG船舶出港時長由小至大排序，80%保證率的時長為2.75 h。因此，根據歷史實際數據可知，本報告研究所得出港所需時長2.8 h可滿足正常情況下LNG船舶出港要求。

3 船舶進出港時間段保證率研究

3.1 LNG船舶進港時段

天津2015年—2035年共21 a的1月1日的日出日落時間統計表明日落時間范圍在16:58～16:59，最多相差40 s，年際變化不大，因此根據2021年5月—2022年4月的日落時間統計了一年數據。根據整個進港時間計算(約4.5 h)，分別按照12:00、13:00和14:00時刻進港，分析一年中哪些月份可以滿足進港條件。2021年5月—2022年4月分月推算開始進港時間見表2。

表2 進港時間推算表

(1)2021年5月—2022年4月，LNG船舶在12:00之前到達天津港大港航道進港，均可以滿足在日落時間之前完成靠泊作業，即全年均可滿足LNG船在12:00進港。

(2)2021年5月—9月、2022年2月—4月可以滿足LNG船舶在13:00之前到達大港航道進港，在日落時間之前完成靠泊作業，共計242 d，即全年66.3%比例天數可滿足LNG船在13:00進港。

(3)2021年4月—8月可以滿足LNG船舶在14:00之前到達大港航道進港，在日落時間之前完成靠泊作業，共計153 d，即全年41.9%的天數可滿足LNG船在14:00之前進港。

一年內春夏秋冬四季均可滿足LNG船在12:00進港。其中，春季和夏季(3—8月)可滿足LNG船在13:00進港、夏季(6—8月)可滿足LNG船在14:00進港。

3.2 LNG船舶出港時段

根據2021年5月—2022年4月日落時間統計以及出港時間計算(約2.8 h)，用日落時間減去出港所需時間，計算出港時間點。然后，分別按照14:00、15:00和15:30出港分析一年中哪些月份可以滿足出港條件。2021年5月—2022年4月分月推算開始離泊時間見表3。

表3 離泊時間推算表

(1)2021年5月—2022年4月均可以滿足LNG船舶在14:00之前出港，在日落時間之前駛出大港航道，即全年均可滿足LNG船在14:00出港。

(2)2021年5月—9月、2022年3月—4月可以滿足LNG船舶在15:00之前出港，在日落時間之前駛出大港航道，共計214 d，即全年58.6%比例的天數可滿足LNG船在15:00出港。

(3)2021年4月—8月可以滿足LNG船舶在15:30之前出港，在日落時間之前駛出大港航道，共計153 d，即全年41.9%的天數可滿足LNG船在15:30出港。

一年內春夏秋冬四季均可滿足LNG船在14:00出港，其中春季和夏季(3—8月)可滿足LNG船在15:00出港、夏季(6—8月)可滿足LNG船在15:30出港。

4 結論與展望

針對天津港大港港區LNG船舶的進出港時間問題，通過調研及統計計算研究，得到結論如下：

(1)根據《海港總體設計規范(JTS163-5-2013)》和《液化天然氣碼頭設計規范(JTS165-5-2016)》等有關液化天然氣船舶安全作業條件的規定，載運散裝液化天然氣的船舶不宜夜航。

(2)經計算統計，LNG船舶進港所需時間為4.07～4.27 h，取4.5 h。2021年5月—2022年4月，全年均可滿足LNG船在12:00進港；2021年5月—9月、2022年2月—4月共242 d，即全年66.3%比例天數可滿足LNG船在13:00進港；2021年4月—8月可共153 d，即全年41.9%的天數可滿足LNG船在14:00之前進港。

(3)LNG船舶出港所需時間為2.74 h，取2.8 h。2021年5月—2022年4月全年均可滿足LNG船在14:00出港；2021年5月—9月、2022年3月—4月共214 d，即全年58.6%比例的天數可滿足LNG船在15:00出港；2021年4月—8月共153 d，即全年41.9%的天數可滿足LNG船在15:30出港。

遠期應進行港區航道LNG船舶夜間進出港模式及安全保障措施研究，以最大限度增加通過能力。