孔宪卫，孔令臣，米 伟，张 帅*，薛 坤，李延伟，吴士强

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所 港口水工建筑技术国家工程研究中心，天津 300456；2.中交天津港湾工程设计院有限公司，天津 300461；3.中华人民共和国大港海事局，天津 300280；4.中石化天津液化天然气有限责任公司，天津 300456)

北方地区天然气消费季节不均衡性大，峰谷差接近4倍，导致环渤海地区海运进口LNG需求季节性变化大。虽然天津液化天然气(LNG)项目一期工程 LNG泊位已于2018年2月正式投产运营，但受“煤改气”等国家政策的影响，环渤海地区冬季天然气能源异常紧张，亟需提高LNG船舶的通过能力。

目前通过能力的研究主要集中于LNG船舶移动安全区对航道通过能力的影响[1-4]，张晋恺等[5]研究了LNG船舶对天津港大港港区通航的影响，沈忱等[6]开展了单航道多泊位的液化天然气码头建设规模仿真研究，LNG通过能力提升对通航时间的研究较少，耿杰哲等[7]研究了我国LNG港口水域LNG船舶夜航的可行性，然而在实践中并未执行。因此，在保障大港LNG船舶进出港通航安全基础上，增加LNG船舶进港频次，分析研究LNG进出港时间段是十分必要的。

1 国内外相关规范标准研究

1.1 相关规范的标准规定

《海港总体设计规范(JTS163-5-2013)》在5.4.28.3规定液化天然气船舶不宜在夜间进出港和靠泊作业,需要夜间靠离泊或航行时，应进行专门的安全评估[8]。《液化天然气码头设计规范(JTS165-5-2016)》在4.0.5条规定，液化天然气船舶不宜在夜间进出港和靠离泊作业。当需要夜间靠离泊或航行时，应编制相应的应急预案并经过安全论证[9]。现行《海港总体设计规范(JTS163-5-2013)》和《液化天然气码头设计规范(JTS165-5-2016)》有关液化天然气船舶安全作业条件规定的目的是限制船舶的作业时间，但规定的作业条件不是强制性的，白天作业是建议性的，不宜进行夜间作业。国外标准规范如国际航运协会HarbourApproachChannelsDesignGuidelines及国际气体船和岸站运营者协会SiteSelectionandDesignforLNGPortsandJetties未见LNG船舶通航时间的限制性条款。

1.2 相关规定的研究

根据《天津港大港港区航道及附近水域船舶航行规则》[10]，船舶在大港港区航道及附近水域航行要求，夜间，遇大于10万t级船舶、载运特殊危险货物的船舶、大型拖带和试航船舶，禁止船舶进出港或移泊，根据《深圳水域船舶散装运输及加注液化天然气安全监督管理规定》[11]，散装液化天然气船舶一般应当在白天进出港和靠离泊作业。确需夜间靠离泊或进出港航行，应当事前进行专门的安全评估。根据《广西海事局船舶散装运输液化天然气安全监督管理规定暂行》[12]，除紧急避险等特殊情况外，LNG船舶应当在白天进出港和靠离泊作业。国内港口规定原则要求载运散装液化天然气的船舶不宜夜航。国外LNG装载港夜航多被允许对于LNG装载港，比如澳大利亚、中东等一些国家和地区，大多允许LNG船舶夜间进行靠离泊作业。对于LNG卸载港，进出港夜航规定分化较为严重，美国、意大利等对于LNG船舶夜间靠离泊作业做出严格规定，但对不同的港口进行了区别对待。如美国的一些港口，位于马萨诸塞州的埃弗里特港、马里兰州Cove Point港，均规定只要天气状况等条件许可，允许LNG船舶任何时间进出港进行靠离泊作业；美国的弗里波特港明确规定了 LNG 船舶在夜间禁止进行靠离泊作业，即使白天进出港也需要相关机构的许可；美国的休斯顿港根据船舶大小决定是否允许LNG船舶夜间进行靠离泊作业，当船舶总长超过550英尺时只能白天进行靠离泊作业。西班牙的一些港口也采取了类似的做法，如西班牙比尔堡港，允许船舶24 h内均可进出港口进行靠离泊作业；但西班牙萨贡托港规定LNG船舶仅允许白天进行进港靠泊作业，但对离泊作业没有这一规定，白天夜间均可进行LNG船舶的离泊作业[7]。

结合天津港现行管理规定以及大港港区实际做法，为有效降低夜间作业安全风险，保障液化天然气船舶夜间作业安全，本文使用日落时间作为限制作业条件进行分析，由于风、浪等自然条件引起的通航时段变化不在本文的研究范围内。

2 船舶进出港时间段研究

2.1 进港所需时间计算

整个LNG船舶进港过程分为3个阶段，包括航道航行时间(t1)、港池航行时间(t2)和靠泊系缆时长(t3)，汇总之后求和得到进港所需时间。

2.1.1 航道航行时长计算

LNG船舶在航道中航行可分为两阶段：第一阶段，LNG船舶从大港航道起点108#灯浮进入航道后匀速航行，航程约15 n mile。通过对天津港引航中心调研、船讯网AIS跟踪船舶动态等手段，获取船舶航速，本阶段按10 kn航速航行。第二阶段，LNG船舶准备进入港池，航程约3.1 n mile。通过对天津港引航中心调研、船讯网AIS跟踪船舶动态等手段，本阶段从航速10 kn降速至3 kn，航速选取平均6 kn。

第一阶段航行时间计算得到约1.5 h，第二阶段航行时间计算得到约0.52 h，则LNG船舶在航道内所需航行时间(t1)约为2.02 h。

2.1.2 港池航行时长计算

根据多次LNG船舶航行轨迹图统计可知，航行至港池与航道交界处时航速在3 kn左右，船舶转向进入港池并进行旋回掉头作业，航行速度按平均1.2 kn进行考虑。由航道至港池内的航程为0.9 n mile，港池中旋回掉头航行时间(t2)约为0.75 h。

2.1.3 靠泊系缆时长计算

该阶段可细分为两部分：第一部分，LNG船舶完成掉头作业后靠近码头至船舶完全贴靠码头，用时约0.5 h；第二部分，船舶完成系缆作业，用时约1.0 h。0.5 h和1.0 h数据来源为天津港引航中心调研和中石化码头泊位实际进出港船舶统计资料。

因此，LNG船舶靠泊系缆总计用时(t3)约1.5 h。

2.1.4 进港所需时间

根据上述内容求和计算LNG船舶进港所需时间。LNG船舶进港所需时间(t1+t2+t3)约为4.27 h。为保证LNG船舶安全航行，LNG船舶整个进港时间取4.5 h(4 h 30 min)进行后续计算。

对LNG船舶整个进港时间取4.5 h进行校核验证，选用船讯网船舶AIS轨迹线进行对比。根据2021年4月15日，一艘名为“PAN EUROPE”LNG船舶进港靠泊中石化一期泊位船舶AIS轨迹线可知，该船在2021年4月15日08:00时左右进入大港航道，在航道内航行15 n mile后开始减速，大约2 h后转向进入港池(约10：04时)，LNG船舶逐渐减速、旋回掉头，至船舶完全靠泊码头(约10：57时)，在引航员指导下船舶完成系缆作业后进入系泊状态，进港过程结束。全程用时约4 h(约12：06时)。

LNG船舶整个进港时间取4.5 h大于该LNG船舶实际用时4 h，进港各分阶段用时基本可以对应，取值较合理。

2.2 出港所需时间计算

出港阶段划分：计算出港时间将整个LNG船舶出港过程分为3个阶段，包括从停泊状态解缆时长(t1)、从港池航行至进入航道至防波堤口门处时长(t2)、从防波堤口门处沿航道行驶时长(t3)，汇总之后求和。

2.2.1 解缆时长计算

根据《液化天然气码头设计规范》(JTS165-5-2016)，泊位通过能力，候潮、候流或不在夜间进出航道和靠泊、离泊需增加的时间(h)，可根据船舶从进港到出港全过程的各个操作环节，绘制流程图来确定。该部分释义中，国内某液化天然气接收站实际的营运参数可供参考，其中离泊所需时间为0.5 h。结合中石化码头泊位船舶实际解缆时间统计资料，LNG船舶从停泊状态解缆时长(t1)取0.5 h。

2.2.2 港池航行时长计算

LNG船舶在港池中的航行过程包括在解缆完成后由拖轮拖带至大港航道，沿大港航道行驶至大港港区防波堤口门处。

在港内航行至航道时的航程为0.9 n mile。根据多次LNG船舶航行轨迹图统计可知，LNG船舶加速航行，航行至港池与航道交界处时航速在5 kn左右。根据天津港引航中心调研资料和船讯网AIS统计资料，在港池中航行速度按平均2.5 kn进行考虑。

计算得到，港池中航行时间(t2)约为0.36 h。

2.2.3 航道航行时长计算

LNG船舶在航道中的航行可分为两阶段：第一阶段，LNG船舶航程约2.1 n mile，加速航行，从航速5 kn提升至10 kn。通过对天津港引航中心调研、船讯网AIS跟踪船舶动态等手段，获取船舶航速，本阶段速度按平均7.5 kn考虑。第二阶段，LNG船舶航程约16 n mile，均速航行至大港航道端部，通过对天津港引航中心调研、船讯网AIS跟踪船舶动态等手段，本阶段按照10 kn航速航行。

第一阶段航行时间计算得到约0.28 h，第二阶段航行时间计算得到约1.6 h，则LNG船舶在航道内所需航行时间(t3)约为1.88 h。

2.2.4 出港所需时间

根据上述内容求和计算LNG船舶出港所需时间。LNG船舶出港所需时间(t1+t2+t3)约为2.74 h。为保证LNG船舶安全航行，LNG船舶整个出港时间约2.74 h，取2.8 h(2 h 48 min)进行后续计算。

对LNG船舶整个出港时间取2.8 h进行校核验证，选用船讯网船舶AIS轨迹线进行对比。根据2021年3月30日，一艘名为“MARAN GAS”LNG船舶由中石化一期泊位离港的船舶AIS轨迹线可知，该船在2021年3月30日14:00时解缆完毕，在拖轮协助下开始离泊，大约20 min后(14:20时)驶出港池、进入大港航道；船舶开始提速，以10 kn航速在大港航道航行；在16:01左右距离航道端部2 nm处提前下线驶离大港航道，全程用时约2 h。

LNG船舶整个出港时间取2.8 h大于该LNG船舶实际用时2 h，出港各分阶段用时也基本可以对应，取值较合理。

2.3 进出港时长验证

通过对中石化一期LNG码头2020年1月1日至2021年4月16日船舶进出港动态统计，期间共计约151艘LNG船舶进出港(表1)。

表1 LNG船舶进出港时长一览表

(1)进港时长验证。船舶从进入航道端部开始、航道内航行、港池内航行、旋回掉头至泊位处，进行系缆，直至完成靠泊作业，整个进港时长平均约4.36 h，小于4.5 h。对151艘LNG船舶进港时长由小至大排序，70%保证率的时长为4.5 h。因此，根据历史实际数据可知，本报告研究所得进港所需时长4.5 h可满足正常情况下LNG船舶进港要求。

(2)出港时长验证。船舶从解缆开始、港池航行、航道航行至船舶离开航道，直至完成出港作业，整个离港时长平均约2.52 h，小于2.8 h，对151艘LNG船舶出港时长由小至大排序，80%保证率的时长为2.75 h。因此，根据历史实际数据可知，本报告研究所得出港所需时长2.8 h可满足正常情况下LNG船舶出港要求。

3 船舶进出港时间段保证率研究

3.1 LNG船舶进港时段

天津2015年—2035年共21 a的1月1日的日出日落时间统计表明日落时间范围在16:58～16:59，最多相差40 s，年际变化不大，因此根据2021年5月—2022年4月的日落时间统计了一年数据。根据整个进港时间计算(约4.5 h)，分别按照12:00、13:00和14:00时刻进港，分析一年中哪些月份可以满足进港条件。2021年5月—2022年4月分月推算开始进港时间见表2。

表2 进港时间推算表

(1)2021年5月—2022年4月，LNG船舶在12:00之前到达天津港大港航道进港，均可以满足在日落时间之前完成靠泊作业，即全年均可满足LNG船在12:00进港。

(2)2021年5月—9月、2022年2月—4月可以满足LNG船舶在13:00之前到达大港航道进港，在日落时间之前完成靠泊作业，共计242 d，即全年66.3%比例天数可满足LNG船在13:00进港。

(3)2021年4月—8月可以满足LNG船舶在14:00之前到达大港航道进港，在日落时间之前完成靠泊作业，共计153 d，即全年41.9%的天数可满足LNG船在14:00之前进港。

一年内春夏秋冬四季均可满足LNG船在12:00进港。其中，春季和夏季(3—8月)可满足LNG船在13:00进港、夏季(6—8月)可满足LNG船在14:00进港。

3.2 LNG船舶出港时段

根据2021年5月—2022年4月日落时间统计以及出港时间计算(约2.8 h)，用日落时间减去出港所需时间，计算出港时间点。然后，分别按照14:00、15:00和15:30出港分析一年中哪些月份可以满足出港条件。2021年5月—2022年4月分月推算开始离泊时间见表3。

表3 离泊时间推算表

(1)2021年5月—2022年4月均可以满足LNG船舶在14:00之前出港，在日落时间之前驶出大港航道，即全年均可满足LNG船在14:00出港。

(2)2021年5月—9月、2022年3月—4月可以满足LNG船舶在15:00之前出港，在日落时间之前驶出大港航道，共计214 d，即全年58.6%比例的天数可满足LNG船在15:00出港。

(3)2021年4月—8月可以满足LNG船舶在15:30之前出港，在日落时间之前驶出大港航道，共计153 d，即全年41.9%的天数可满足LNG船在15:30出港。

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

4 结论与展望

针对天津港大港港区LNG船舶的进出港时间问题，通过调研及统计计算研究，得到结论如下：

(1)根据《海港总体设计规范(JTS163-5-2013)》和《液化天然气码头设计规范(JTS165-5-2016)》等有关液化天然气船舶安全作业条件的规定，载运散装液化天然气的船舶不宜夜航。

(2)经计算统计，LNG船舶进港所需时间为4.07～4.27 h，取4.5 h。2021年5月—2022年4月，全年均可满足LNG船在12:00进港；2021年5月—9月、2022年2月—4月共242 d，即全年66.3%比例天数可满足LNG船在13:00进港；2021年4月—8月可共153 d，即全年41.9%的天数可满足LNG船在14:00之前进港。

(3)LNG船舶出港所需时间为2.74 h，取2.8 h。2021年5月—2022年4月全年均可满足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%比例的天数可满足LNG船在15:00出港；2021年4月—8月共153 d，即全年41.9%的天数可满足LNG船在15:30出港。

远期应进行港区航道LNG船舶夜间进出港模式及安全保障措施研究，以最大限度增加通过能力。