液化天然气码头设计及运营需注意的几点问题

薛小春，宋 鹏

(广汇能源综合物流发展有限责任公司，江苏 启东 226200)

近几年，随着国家大力发展清洁能源，LNG(液化天然气)码头在沿海、沿江地区大量兴建。由于LNG码头介质具有特殊性，交通运输部专门制定了JTS165-5—2016《液化天然气码头设计规范》，从码头选址、平面设计(包括泊位布置、进出港航道、锚地、港作船舶等)、泊位通过能力、水工建筑物、码头安全设施等方面对LNG码头项目的设计和运营作出了规定。在本项目设计和运营的过程中，发现部分内容在规范中未提及或者与实际运营有出入，而这些内容会给业主后期的生产运营带来困扰，本文着重从码头长度设计、船舶靠泊方向和船舶缆绳三个方面进行论述，分析了存在的问题，并提出解决方案。

1 项目概况

本LNG接收站码头工程建设了一个LNG卸船泊位及引桥等配套水工建筑物，LNG码头长度为320m，是高桩墩台式结构，设计船型为19 100～150 900m3，码头前沿水域及港池设计水深为-13.8m。工程位于无掩护水域，最大潮差6m。本项目自2017年6月投产，已顺利完成各类LNG船舶接卸100余艘。

2 码头长度设计

《液化天然气码头设计规范》指出“码头泊位长度应满足液化天然气船舶或装置安全靠泊、离泊和系泊作业的要求，可取1.0～1.3倍设置长度”。对于有掩护的港池，船舶受风浪流影响较小，码头长度一般不会存在问题；而对于类似本项目的无掩护、开敞式码头，码头长度会直接影响系泊的稳定性。由于LNG船舶需要布置首尾缆、横缆和倒缆三组缆绳，缆绳角度对系泊稳定性影响较大，而船型的选择将直接影响缆绳角度设计，下面着重介绍LNG船舶船型对码头长度设计的影响。

船型参数一般由业主提供，而新建LNG码头的业主对LNG船舶了解不足，导致船型选择不严谨，容易造成在后期运营过程中发生船舶无法正常靠泊的情况。

LNG船舶靠泊对船位要求较高，例如船舶气相管汇口必须对准岸上气相卸料臂口，前后偏移在±20cm。同一吨位的LNG船舶气相管汇口在船舶的位置是不同的。如表1所示，两艘船均为15万m3左右，而由于LNGJUPITER船舶管汇口在船体的位置距船中偏移了27.7m，这就变相地导致船长增加27.7m，如果按照常规船舶设计，容易使码头设计过短，导致出现首/尾缆受力角度差、护舷接触不良等问题。船舶气相管汇口偏位情况可以查询船舶表格B货物管汇(Cargo Manifolds)栏中“管汇距船中距离项”(Distance of the centre of manifolds from amidships)，表格B通常可从船舶船东或租船方获取。

表1 两种同尺寸不同船型气相管口位置情况

目前，世界上主力LNG船舶分为薄膜型船和球罐船，一般来说，球罐船气相管汇口偏位现象较为普遍。在开展项目前期研究的时候，船型选择要尽量全面，船型参数不仅要包含船舶的长、宽、吃水，而且还包括管汇口水平和垂直位置、主甲板高度(用于设计登船梯参数)、平直船体(flat body)参数(计算护舷接触面积)等。

假如码头长度选为1.0倍船长，即290m，在船舶系泊时，由于管汇口偏位现象，首/尾缆将达到125°，这远远超出了JTJ295—2000《开敞式码头设计与施工技术规范》中的第3.5.5条规定的系缆角度(见表2)。

表2 系缆角度

综上所述，在充分考虑船型、系缆角度的基础上，对于开敞式的无掩护泊位，建议码头长度取应力1.2倍船长。

3 LNG船舶靠泊方向

本工程码头平面布置见图1，《液化天然气码头设计规范》5.3.10规定“海港液化天然气船舶停靠码头时船艏宜朝向有利于船舶紧急离开码头的方向”，一般来说，右舷靠泊(船头向外)更符合规范要求。

为论证紧急情况下离泊操作情况，本项目特意委托了航海科研机构对船舶靠离泊过程进行仿真模拟。落潮流右靠离泊情况见图2，落潮流左靠离泊情况见图3。

如图2、图3所示，如果紧急离泊发生在落潮流速较大时，右舷靠泊时船舶容易在潮流的作用下冲出港池区域，需将船舶拖至航道后，迅速调整航向，提高航速，待航向稳定后再解掉拖轮，操作难度较大；而左舷靠泊则操作难度较低，离泊时间更短，更符合规范要求。

4 船舶缆绳

目前，17万m3以上的LNG船舶缆绳主要为高强度尼龙缆，而15万m3及以下LNG船舶大多数仍为钢丝缆。本项目处于开敞式无掩护水域，长周期波浪、涌浪时有发生，且难以预测，附近LNG码头就发生过因为长周期波浪造成船舶断缆的现象，原因就是钢丝缆绳具有高强度、低弹性的特点，在遇到恶劣海况时，不能缓冲、吸收掉这部分能量。

OPTIMOOR是用于船舶系泊受力分析的软件，被业界广泛使用，用以计算不同工况条件下的系缆力。为对系缆力进行科学的分析，利用OPTIMOOR软件对本项目主流的14.7万m3LNG船舶进行了计算。计算过程采用了OCIMF MOORING EQUIPMENT GUIDELINES(MEG3)中的方法和标准。该规范对于船舶系缆力模拟的自然环境的要求如下：任意风向风速111.12 km/h，正船首或船尾方向5.56 km/h速度的波浪，或船首(船尾)10°方向3.70 km/h速度的波浪，或船体90°方向1.39 km/h的波浪。船舶缆绳采用“3-3-2”，即3根首/尾缆、3根横缆、2根倒缆的布置方式，总共18根缆绳。带缆方式见图4。

经模拟计算，船舶系缆力最不利工况及系缆力见表3。

通过计算可知，本项目系缆力最大可达50.9t，钢丝缆的破断力通常在100t左右，根据规范要求，系缆力不得超过破断力的50%，这就需要采取有效措施降低断缆风险。结合国内外大型码头的应用经验，在钢丝缆绳后面附加一根尼龙尾缆可以有效补充钢丝缆的不足，根据码头所处位置环境条件的情况，一般推荐尼龙尾缆长度为11m或22m，值得注意的是，由于应力会在尾缆大量集中，要求尼龙尾缆的缆绳破断强度(MBL)要比主缆绳提高37%以上。建议业主单位，尤其是处于开敞式无掩护水域的LNG码头，在码头指南中对船舶尾缆做出规定，避免发生断缆现象。

5 结语

根据上述分析、论述，对LNG码头长度设计、船舶靠泊方向和船舶缆绳三个方面的设计运营给出如下建议。

(1)码头长度设计要充分考虑船舶管汇偏位造成的影响，对于开敞式的无掩护泊位，建议码头长度取1.2倍船长以上。

(2)易于紧急离泊的船艏方向并非固定，受风、流的影响较大，因此，项目单位应制定相关的应急预案，加强应急演练，在发生紧急离泊情况时采取合适的离泊方案。

(3)建议靠泊在开敞式无掩护水域的LNG码头的船舶配备尼龙尾缆，以增加缆绳的柔性，可有效抵抗突风、急流等恶劣水文天气，避免断缆事故的发生。