(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

由于液化天然气(LNG)的特殊性、LNG码头选址特点和船舶大型化趋势，使其对码头布局和水深的要求越来越高，LNG码头较多采取开敞式布置形式[1]。LNG船是危险品运输船，对系泊布置要求较高[2-3]部分船东需要船舶设计方提供系泊布置的可行性分析，目前国际上研究的主要方法是物理模型试验和数值计算[4]。数值计算的原理是对系泊系统建立合理的数学模型，数学模型包含动力和静力模型两种，用数值模拟的方法对系泊体系的内力进行分析预报，从而选择最合理的设计方案。本文针对某小型LNG船选用其中的静力模型进行系泊布置可行性分析。计算时，将外载荷按照静力考虑，风和水流载荷采用石油公司国际海事论坛(OCIMF)所推荐的环境条件标准或码头推荐的运营标准；对于波浪载荷，采用的方法是，通过给定的波高计算出波浪作用在船上的近似静力，然后把波浪力叠加到风载荷中[5]。

1 系泊分析概述

1.1 系泊布置主要原则

一般来说，包括LNG船在内的液货船的系泊模式布置主要参照OCIMF的相关要求，包括如下原则性建议。

1)系泊缆绳尽可能对称布置于船舯附近。

2)缆绳的布置，应使作用相同的缆绳在船上绞车和岸上系缆桩直接的长度大致相等。

3)横缆尽量垂直于船的纵向中心线并尽可能靠近船艉和船艏。

4)倒缆尽量与船的中纵剖面平行。

5)尽量减少系泊缆绳的垂直角。

对于具有平甲板的LNG船，倒缆和相关绞车的布置可以近似于油轮布置。而对球形舱或具有凸起甲板的LNG船，在货舱区域的主甲板上布置绞车是不现实的，倒缆必须从上建后面和主甲板前端或艏楼处的绞车导出来。这种船型，干舷高，水线上受风面积大，水线下受流面积较油轮小，受风力影响较大，容易向下风飘移[6]，对系泊的要求更高。 凸起甲板的小型LNG船见图1。

图1 具有凸起甲板的LNG船舶

1.2 设计衡准

从LNG船舶港内作业期间的安全角度考虑，船舶相对于码头的位移是影响装卸臂正常工作与否的控制因素，也是系泊作业期间最容易引起泄露的关键，因此在系缆和护舷的负荷没有超出设计承载前提下，船舶运动量较小的方案将更为理想。对LNG安全装卸作业影响较大的是横移、纵移，国际航运协会PIANC规定最大为2.0 m，英国规范BS6349-1规定最大为0.5 m，各码头按照本地的环境条件及配备的装载设备情况而规定。

环境条件和系缆力根据OCIMF的要求，对于无限航区的作为固定设备用于系泊和系留(保持稳定系泊)的能力应满足下列条件，来自任何方向的60 kn风速的风力，同时包括下列任意一个条件：来自船艏0°或船艉180°方向的3 kn流速的水流；或者10°或170°流向下2 kn流速的水流；或者来自正横最大水流载荷的0.75 kn的水流。系泊时，合成缆绳的受力不超过缆绳的最大破断负荷的50%[1]。

2 系泊布置实例分析

2.1 船舶主要参数

分析对象为某10 000 m3LNG液化气船，其基本参数如下。

船舶载重量：10 000 m3；柱间距长：127 m；船宽：19.8 m；型深：11.5 m；甲板以上侧受风面积：1 320 m2；甲板以上横受风面积：320 m2；缆绳直径28 mm，材质迪尼玛，14根。

2.2 码头环境条件

世界上的LNG码头一般采用“蝶”或“一”字形离岸墩式布置形式，以蝶形码头居多。选择2个典型的LNG码头进行分析：新加坡LNG码头和大连LNG码头，均为蝶形码头。二者分别是良港和环境较恶劣的外海开敞式码头的代表。

新加坡的首个LNG码头是亚洲天然气贸易新中心，小型的LNG运输船将LNG转运供应给越南等LNG需求量巨大的亚洲市场买家。该码头位于裕廊岛，地理条件良好，水深近12 m的天然良港，码头区域浪涌较小，一般可以忽略其对船体运动的影响，做系泊分析时采用的环境条件可以只考虑风和流的影响组合；一般情况下，该码头正常海况的最大风速为30 kn。在设定分析环境条件时，按船东的要求，风速只需设定为30 kn，而非OCIMF所推荐的60 kn。

大连LNG码头位于大连保税区大孤山新港，是目前国内最大、中国北方第一个LNG码头。大连LNG码头工程直接面对外海，波浪可由外海无掩护直接传播至泊位水域，常年都有方向变换的波浪、潮流及风等动力的共同作用。所以分析时，在OCIMF所推荐的环境条件标准之上，需要另外叠加2.0 m的浪高和涌高，平均周期均为10 s。

2.3 应用软件对系泊计算的分析

限于篇幅，只考虑最恶劣的情况，高水位时压载和低水位时装载时船受风面积最大。

2.3.1 新加坡LNG码头分析

1)OPTIMOOR数据输入。

①船舶主要参数见2.1。

②压载吃水5.0 m， 装载吃水6.3 m。

③码头：高水位4.1 m，低水位0.4 m。

④缆绳：直径28 mm，材质迪尼玛，12股编，最大破断负荷(简称MBL)640 kN，长度220 m，缆绳编号从船艏到船艉为1～14。

⑤环境条件见表2，风速为30 kn，共计10个工况。

2)系泊布置。根据该船舾装数计算结果，并按照船级社规范要求，缆绳数量为5根，缆绳的最大破断负荷为333 kN。船级社规范中规定的系泊索数量和最大破断负荷是最低要求，参照1.1所述缆绳布置基本原则，该船的系泊布置见图2，7根前缆和7根后缆，采用2倒缆+3横缆+2艏缆/2倒缆+3横缆+2艉缆的系泊模式。

图2 艏/艉系泊布置示意

3)OPTIMOOR数据输出。设定好系泊绞车刹车力和缆绳的预张力，经OPTIMOOR软件分析结果见表1。

表1显示最大的缆绳张力仅为缆绳MBL的15%。船舶最大的前纵移为0.8 m，最大的后纵移为0.5 m，向外的横移为0.9 m。新加坡LNG码头允许的漂移值为3 m，每种工况下船舶的位移均在装载臂工作范围内，且大多数工况下船舶飘移情况良好。

2.3.2 大连LNG码头分析

1) OPTIMOOR数据输入。

①船船舶主要参数见2.1。

②压载吃水5.0m，装载吃水6.3 m。

③码头：高水位4.75 m，低水位-0.20 m。

④缆绳：直径28 mm，材质迪尼马，12股编，最大破断负荷640 kN，长度220 m，缆绳编号从艏到艉为1～14。

表1 新加坡LNG码头分析结果

⑤环境条件见表2，风速为30 kn，浪高和涌高为2.0 m，平均周期均为10 s，共计10个工况。

2)系泊布置。先分析2+3+2模式，软件计算结果表明，前纵移和后纵移在允许范围内，但向外的横移最大达到4.1 m，大连LNG码头允许的漂移值也为3 m，超出了码头允许的范围。多种调整，经过软件计算、比较发现，2+4+1的系泊模式最好，见图3。

图3 船艏/船艉系泊布置

3)OPTIMOOR数据输出。同样的刹车力和缆绳预张力，经软件分析结果见表2。

表2显示最大的缆绳张力为MBL的41%，负荷大，但还是小于OCIMF要求的50%，符合使用要求。船舶最大的前纵移为0.8 m，最大的后纵移为0.7 m，向外的横移从4.1 m减少到2.3 m，满足码头要求，在装载臂工作范围内。

3结论

在不同的外部环境条件下，船舶的运动量和系缆力有比较大的变化。在环境相对恶劣的码头上，需要通过调整系泊模式来满足系泊要求。该船的系泊布置方案安全有效。

表2 大连LNG码头分析结果