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大连LNG专用锚地锚泊安全

2015-11-02陈昌源王汉弢首智宇

中国科技信息 2015年17期
关键词:锚地锚泊锚链

陈昌源 戴 冉 姜 灿 王汉弢 首智宇

大连LNG专用锚地锚泊安全

陈昌源 戴 冉 姜 灿 王汉弢 首智宇

为进一步研究大连LNG专用锚地锚泊安全,根据国内外相关规范,在综合分析专用锚地附近自然环境的基础上,通过定量计算和定性分析方法对LNG专用锚地进行安全评估,得出满足LNG船舶安全要求的风、流限制条件和总出链长度大小,利用实船试验对专用锚地进行研究并提出合理化建议,对提高LNG船舶进出大连港区具有一定的借鉴意义。

大连LNG专用锚地位于大连大三山岛的东偏南侧,距大三山岛最近距离1360m,位于大连LNG码头194°方向约9公里处,专用锚地位置水深约44~47m,锚地海底面高程在-39.76~-42.86 米。根据规范,LNG船舶应设置专用锚地,LNG专用锚地与LNG码头和其它锚地的距离应大于1km,如图1所示,大连LNG专用锚地平面布置图

大连LNG专用锚地附近自然环境

大连LNG专用锚地位于大连湾东南,属海洋性气候。根据大连金县气象台统计分析:

(1)气温

多年平均气温:10.5℃;平均最高气温:14.8℃;平均最低气温6.5℃ ;极端最高气温:35.3℃;极端最低气温:-21.1℃。

(2)降水

年平均降水量:558.6 mm;日最大降水量:186.4 mm;日降水量≥25.0 mm的日数7.3天/年,日降水量≥50.0 mm的日数2.4天/年。

(3)风

图1 大连LNG专用锚地平面布置图

锚地受季风影响,夏季多南风,冬季多偏北风。全年常风向为N,频率为19.45%;年平均风速为5.8 m/s,六级以上大风的频率为8.4%,以N向大风为主;最大风速34.2 m/s,风向N。

(4)流

LNG专用锚地总的流动趋势:涨潮流主流向偏SW~WSW向,落潮流主流向偏NE~ENE向。大潮期10-1测站各层涨潮流最大流速介于60~84cm/s,流向偏SW~WSW;落潮流最大流速介于56~80cm/ s,流向偏NE~ENE;10-2测站各层涨潮流最大流速介于74~82cm/s,流向偏SW~WSW;落潮流最大流速介于68~92cm/s,流向多偏NE~ENE。

LNG专用锚地安全评估

根据《海港工程施工手册》中的关于锚的应用和风、流对船舶影响的规定,对大连LNG专用锚地设计船型所受风流外力、锚系留力以及锚链摩擦力进行计算,得出满足LNG船舶安全要求的风、流限制条件和总出链长度大小。

船型选择

根据大连LNG码头工程的设计规模,LNG专用锚地的代表船型为26.7万m3和21.6万m3LNG船型。代表船型尺度见表1。

表1 设计代表船型尺度表

锚泊安全计算

(1)锚系留力

锚系留力决定于锚的重量、形状、底质、锚链长度及其重量等。锚系留力可按下式计算(受力分析图如图2所示)。

式中,P为系留力,是锚抓力和锚链摩擦力之和(9.81N);Wa为锚在水中的重量,即锚在空气中的重量×0.867(kg);Wc为锚链每米长在水中的重量(kg/ m)L1为锚链卧底部分的长度(m);λa、λc为锚的抓力系数和锚链的摩擦系数,分别见表2。

表2 霍尔锚的λa及λc表

由于LNG专用锚地场地岩土层主要为淤泥、粉砂、粉质黏土,但场地中粉砂及粉质黏土的厚度较小,因此,抓力系数的取值应介于泥与砂之间。在LNG专用锚地计算中,锚抓力系数和锚链的摩擦系数取底质为砂泥的系数,即:λa=8,λc=2。

(2)单锚泊锚链悬链长度及其作用

根据数学分析中的悬链线计算公式,得悬链部分长度公式:

式中:H为锚链(缆)孔至水底高度;L2为锚链(缆)悬垂部分长度;T0为船体水平向所受的外力。

(3)单锚泊安全出链长度

根据锚链受力分析,设悬垂锚链与海底线(X轴)的夹角为β,见图2,显然:

总出链长度S0为:

(4)风、流外力

风压力计算:

流压力计算:

由于锚泊时水对船舶的相对流速(就是锚地的水流速度) 一般较低,所以雷诺数Re较小,用傅汝德公式的计算结果虽然偏高,但符合锚泊的安全可靠的要求, 建议使用该公式。即:

式中:f为水对船体的摩擦系数,钢质船壳通常取f=0.17;Ω为水线以下船体湿表面积;Vw为水流速度。

图2 锚泊受力分析图

对于大型LNG锚泊船,在恶劣天气情况下,对锚泊安全影响的主要因素是风和流。

LNG专用锚地安全实例计算

专用锚地风、流限制条件及出链长度计算

根据上述分析,结合设计船型资料,以26.7万m3和21.6万m3LNG船作为代表船型计算不同出链长度情况下的锚泊力,其中主要参数及计算结果如下。

26.7万m3LNG船主要参数:(L=345m,B=53.2m,D=27m,满载吃水d=12m,压载吃水d’=9.6m),λa=8,λc=2,锚地水深取45m,水面以上锚孔的垂直高度为5m,流速选最大流速1.17m/s,锚重18.375 t, 每米链重0.342t/m,风舷角=30°,风压力系数Ca取1.5。满载时,Aa=1668 m2,Ba=8065 m2,Ω=21500 m2;压载时,Aa=1794 m2,Ba=8895 m2,Ω=19651 m2。

21.7万m3LNG船主要参数:(L=315m,B=50m,D=27m,满载吃水d=12m,压载吃水d’=9.65m),λa=8,λc=2,锚地水深取45m,水面以上锚孔

垂直高度为5m,流速选最大流速1.17m/s,锚重17.250t,每米链重0.315t/m,风舷角=30°,风压力系数Ca取1.5。满载时,Aa=1550 m2,Ba=7603m2,Ω=18600 m2;压载时,Aa=1660 m2,Ba=8030 m2,Ω=16700m2。

当流速确定时,流对船舶的流动压力就一定,当流速Vw=1.17m/s时,26.7万m3LNG船满载受流动压力为0.5t,压载为0.45t;21.7万m3LNG船满载受流动压力为0.44t,压载为0.4t。

计算结果分析

由于LNG专用锚地水深在44~47m之间,加之LNG船受风面积较大,因此受风的影响较为明显,抛锚所需链长要比一般船舶长。经调查分析,上述两种船型锚链长度左右舷均为14节,每节27.5m。且风舷角取30°,而实际锚泊时风舷角一般小于30°,所以表中的计算结果比实际情况要偏大。船舶锚泊时如采用该计算结果会有利于安全。

(1)26.7万m3LNG船在满载的情况下,风力5级时,可抛5~6节链;风力6级时,可抛6~7节链;风力7级时,可抛9节链;风力8级时,可抛10节链;风力9级,可抛12节链,可以满足安全锚泊的要求。风力10级,抛14节链仍不能满足要求,此时需抛双锚或进行在航避风。

(2)26.7万m3LNG船在压载的情况下,风力5级时,可抛6节链;风力6级时,可抛7节链;风力7级时,可抛9节链;风力8级时,可抛11节链;风力9级,宜抛12~13节链,可以满足安全锚泊的要求。风力达到10级或以上,抛14节链仍不能满足要求,此时需抛双锚或进行在航避风。

(3)21.7万m3LNG船在满载的情况下,风力5级时,可抛6节链;风力6级时,可抛6~7节链;风力7级时,可抛9节链;风力8级时,可抛10~11节链;风力9级,宜抛12节链,可以满足安全锚泊的要求。风力10级,抛13节链仍不能满足要求,此时需抛双锚或进行在航避风。

(4)21.7万m3LNG船在压载的情况下,风力5级时,可抛6节链;风力6级时,可抛6~7节链;风力7级时,可抛9节链;风力8级时,可抛11节链;风力9级,宜抛12~13节链,可以满足安全锚泊的要求。风力达到10级或以上,抛14节链仍不能满足要求,此时双锚或进行在航避风。

表3 最大流速下26.7万m3LNG船满载不同风力出链长度计算结果(以此为例)

图3 不同风力条件下的安全出链长度

图4 LNG专用锚地实船试验结果

实船试验验证及合理化建议

为了验证锚泊的安全性,进行锚地实船适应性试验验证,借助大连海事大学教学实习船“育鲲”轮,在大连LNG专用锚地进行实船锚泊试验。“育鲲”轮船型尺度为:总长116.00 m、型宽18.00 m、型深8.35 m、设计吃水5.40 m。

试验过程中水文气象条件如下:

风向:由西北逐渐转至东北;风力:3~4级,阵风有时达5级;流向:基本为东西方向,涨潮流向约为SW~WSW,落潮流向约为NE~ENE;流速:0.5~1节;波浪等级为:小波至轻浪。

对锚泊数据和图像进行定性、定量分析得知:

1.根据起锚时锚冠上附着的泥土,该锚位处表层底质为泥沙与砂砾混合底质,是适合船舶锚泊的底质条件,与上文论述一致。

2.在上述水文气象条件下,“育鲲”轮抛右锚7节入水,24小时内锚位没有明显变化;船舶偏荡运动比较明显,但幅度不大,经“育鲲”轮先进的测试设备实时监控,无任何走锚情况发生,说明船舶锚泊稳定。

3.LNG锚泊实船试验反映出该锚位比较适合船舶锚泊,但应注意试验船型相对于代表船型26.7万m³的LNG船(L=345m,B=53.2m,D=27m,满载吃水d=12m)来说,船型尺度较小,在出链长度、占用锚泊水域的半径、与大三山岛的距离等方面,试验船舶与设计代表船型均有一定的差别,因此在LNG船舶使用专用锚地时,前期应注意锚泊情况,总结经验,逐步完善锚泊方案。

4.LNG船舶锚泊时,应加强值班,勤测锚位,避免船舶走锚,与大三山岛保持一定的安全距离;当风流过大以致有走锚的危险时,建议单锚泊船改抛双锚或在航避风。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.004

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