基于OPTIMOOR软件的船岸兼容性分析

杨 波，朱永凯，杨 静，周 斌，斯园园

(中海油能源发展采油服务公司 天津 300452)

0 引 言

随着我国经济发展，对天然气的需求不断增加[1]，国内的天然气资源储量十分有限，将在很长一段时间内依赖国外进口。由于大型LNG运输船只能将天然气运至沿海大型LNG接收站，很多重要城市或经济发达地区覆盖不到，为维持天然气持续稳定供应，必须使用小型LNG运输船进行二次运输，液化天然气的二程转运必将迎来一个非常广阔的发展前景[2]。

小型LNG运输船一般指舱容＜4万m3、液货舱型式为独立C型的LNG运输船[3]。目前国内正在运营的小型LNG运输船为中海油能源发展采油服务公司建造的“海洋石油301”号LNG运输船，主要用于国内大型LNG接收站向中小型LNG接收站的二次运输。LNG运输船靠泊LNG接收站前需与LNG接收站进行船岸兼容性研究，只有满足条件后，LNG运输船才可以靠泊LNG接收站[4]。

以“海洋石油301”船与国内某LNG接收站为例，利用OPTIMOOR软件进行有限元计算，开展船岸兼容性研究，确认“海洋石油301”船是否可靠泊LNG接收站。

1 计算基本条件

1.1 船舶基本参数

“海洋石油301”船是由上海船舶设计院设计、江南船厂为中海油能源发展采油服务公司建造的国内首艘30000m3LNG运输船，该船于2015年5月 8日正式投入运营。船舶配置4个双耳独立C型液货舱、双燃料电力推进(DFDE)系统、全回转推进器，艏部采用大功率可变螺距侧推，具备自行靠离泊码头能力，可有效降低运营成本。船舶主要服务于我国沿海大型LNG接收站与小型LNG接收站之间的LNG二程转运。海洋石油301船总长度为184.7m，垂线间长为175.0m，型宽为28.1m，型深为18.7m，压载吃水为6.0m，结构吃水为7.6m，可装载3万m3的LNG，服务航速为16.5kn。

1.2 LNG接收站基本参数

国内LNG接收站码头布置如图1所示。

图1 LNG 接收站码头布置 Fig.1 Layout of LNG terminal jetty

LNG接收站天然条件良好，拥有独立的进港航道。LNG接收站的设计水位为：设计高水位为水深基准点+2.28m，设计低水位为水深基准点+0.35m。系缆桩和码头系缆钩的数据见表1，护舷垫的数据见 表2。

表1 吊钩/带缆桩 Tab.1 Hook/bollard

表2 护舷垫 Tab.2 Fender pad

2 OPTIMOOR系泊计算分析

2.1 模型建立

利用有限元分析软件OPTIMOOR分别建立船舶和码头模型，软件模型见图2。

图2 OPTIMOOR软件模型 Fig.2 OPTIMOOR software model

经过优化布置，“海洋石油301”船靠泊该码头的最优系缆方案如表3。

表3 船舶系缆方式 Tab.3 Ship mooring mode

2.2 工况条件

工况选择时，参考《石油公司国际海事论坛(OCIMF)规范、规则》，对LNG运输船系泊进行分析，分为以下几种情况：洋流的方向与LNG运输船的夹角为0°或180°时[5]，流速选取3kn(节)，折算约为1.54m/s；洋流的方向与LNG运输船的夹角为10°或170°时，流速选取2kn(节)，折算约为1.03m/s；洋流的方向与LNG运输船的夹角为其他角度时，流速选取0.75kn(节)，折算约为0.39m/s。船岸兼容性研究是对最危险的情况进行计算分析，从石油公司国际海事论坛(OCIMF)规范、规则中选取洋流方向与LNG运输船的夹角为0°、180°、90°、10°或170° 5种情况。

“海洋石油301”船的系泊布置应满足在风速达到60节(任何方向的风)[6]并伴随下列5种水流的条件下仍能保证船舶的系泊：水流来自船艏或船艉时流速3节；水流来自船艏或船艉10°方位时流速2节；水流来自船舶正横方位时流速为0.75节。

利用OPTIMOOR有限元软件进行系泊计算时需考虑2种极端条件下的情况，分别为满载吃水和最低潮位，以及压在吃水和最高潮位。

综上，LNG运输船的设计工况包括表4所列 10种工况。

表4 工况条件 Tab.4 Operating conditions

2.3 系泊计算

应用OPTIMOOR软件计算在不同风速、流向和流速情况下LNG运输船的系泊状况、船舶平行中体和护舷垫受力、船舶的位移。LNG运输船系泊缆绳能承受的最大负荷需根据系泊缆绳的材质和缆绳的最小破断力来决定。如果LNG运输船系泊缆绳为钢丝绳，系泊缆绳可承受最大的系泊负荷不得超过缆绳最小破断力的55%[7]；如果LNG运输船系泊缆绳为合成纤维缆绳，系泊缆绳可承受最大的系泊负荷不得超过缆绳最小破断力的50%，本次计算的船舶“海洋石油301”船系泊缆绳为迪尼玛Dyneema高强度聚乙烯纤维，为合成纤维缆绳，因此，系泊缆绳可承受最大的系泊负荷不得超过缆绳最小破断力的50%。LNG运输船平行中体至少与2个以上护舷垫接触，且护舷垫的变形在有效范围内。

分别对不同工况条件下LNG运输船和LNG接收站的兼容情况进行计算。工况1：吃水6.0m；潮高2.28m；水流方向船艏，流速3.0knots；风速为60knots。OPTIMOOR软件计算出缆绳的受力情况如表5，护舷垫的受力情况如表6。

表5 工况1条件下缆绳受力的受力情况 Tab.5 Force of cable under condition 1

表6 工况1条件下护舷垫的变形 Tab.6 Deformation of fender pad under condition 1

工况2：吃水6.0m；潮高2.28m；水流方向船艉，流速3.0knots；风速为60knots。OPTIMOOR软件计算出缆绳的受力情况如表7。护舷垫的受力情况如表8。

表7 工况2条件下缆绳受力的受力情况 Tab.7 Force of cable under condition 2

表8 工况2条件下护舷垫的变形 Tab.8 Deformation of fender pad under condition 2

工况3：吃水6.0m；潮高2.28m；水流方向船艏10°，流速2.0knots；风速为60knots。OPTIMOOR软件计算出缆绳的受力情况如表9。OPTIMOOR软件 计算出护舷垫的受力情况如表10。工况4：吃水6.0m；潮高2.28m；水流方向船艏10°，流速2.0knots；风速为60knots。OPTIMOOR缆绳的受力情况如表11所示。

表9 工况3条件下缆绳受力的受力情况 Tab.9 Force of cable under condition 3

表10 工况3条件下护舷垫的变形 Tab.10 Deformation of fender pad under condition 3

表11 工况4条件下缆绳受力的受力情况 Tab.11 Force of cable under condition 4

工况5至工况10采用上述同样方法，计算出缆绳和护舷垫的受力情况。将每种工况下LNG运输船和LNG接收站兼容性最差的数据进行汇总，得出不同工况条件下缆绳受力、船舶位移及护舷垫的变形情况，见表12。

表12 计算结果 Tab.12 Calculation results

通过上述数据可以看出，系泊缆受力最大为29.1t，小于缆绳破断力的50%，护舷垫的最大变形在允许范围内，对船舶的作用力满足规范受力的要求。因此，文中所述的系泊布置方案可以应用于船舶实际靠泊。

3 结 语

LNG运输船靠泊LNG接收站前，除需进行上述系泊计算外，还应进行卸料臂和管汇、登船梯的位置和支撑、应急关断、缆绳张力检测等匹配确认性。其中，卸料臂与管汇的匹配包括卸料臂与管汇对接法兰的匹配性，即卸料臂的个数、管汇距离水面的距离等。登船梯的匹配应在所有海况和LNG运输船装载(满载和压载)的条件下，登船梯所在甲板的高度在登船梯的活动范围内。

基于OPTIMOOR软件的船岸兼容性计算可以解决LNG运输船和接收站安全性问题。在LNG船舶和接收站设计阶段进行必要的船岸兼容性计算有利于船舶和接受站后期的运营。■