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作
者：
孔祥宇，焦文玲，項衛(wèi)東，鄭楓凡
第一作者單位：
哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點實驗室
摘自《煤氣與熱力》2023年7月刊
孔祥宇，焦文玲，項衛(wèi)東，
等
.
海上
LNG
船對船加注兼容性評估
［J］.
煤氣與熱力，
2023，43（7）
：B11-B16.
近年來，
LNG
動力船舶發(fā)展迅速，由于
LNG
具有深冷易燃易爆等特性，行業(yè)重視
LNG
燃料加注問題，石國政等研究了天然氣動力船燃料加注模式
［
1
］
，羅肖鋒等研究了集裝箱船
LNG
燃料加注同步作業(yè)安全區(qū)域
［
2
］
。國際海事組織（
IMO
）、中國海事局和中國船級社（
CCS
）等規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)對
LNG
動力船和
LNG
加注船的要求已經(jīng)成熟，國際氣體燃料動力船協(xié)會（
SGMF
）、國標(biāo)（
GB
）和
CCS
等標(biāo)準(zhǔn)對
LNG
加注作業(yè)要求業(yè)已發(fā)布，但是在國內(nèi)缺乏應(yīng)用實例。
2022
年
11
月，中國石油在深圳鹽田國際港區(qū)
16
號碼頭，通過
LNG
加注船新奧普陀號為達飛集團
23000TEU
系列
LNG
動力集裝箱班輪達飛索邦號提供
LNG
海上船對船加注作業(yè)服務(wù)，達飛索邦號同時進行集裝箱裝卸貨作業(yè)，加注作業(yè)時間約
6 h
，加注
LNG
約
7 000
m
3
。與以往的加注作業(yè)相比，此次鹽田港船對船加注作業(yè)，可以實現(xiàn)貨物裝卸與
LNG
加注同步作業(yè)，節(jié)省船舶靠港周轉(zhuǎn)時間，大大提高了國際船舶靠港接卸與港口的高效運營能力，拉開了粵港澳大灣區(qū)
LNG
海上加注業(yè)務(wù)的序幕。
根據(jù)
SGMF
和
CCS
標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于
LNG
加注作業(yè)的要求，加注作業(yè)前，應(yīng)對
LNG
動力船和
LNG
加注船的兼容性進行評估。本文以
LNG
加注船新奧普陀號（簡稱加注船）和
LNG
動力集裝箱班輪達飛索邦號（簡稱受注船）為研究對象，依據(jù)
SGMF
和
CCS
標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)研究成果
［
3
］
，開展了兩船在深圳鹽田國際港區(qū)
16
號碼頭進行加注同步作業(yè)的兼容性評估，包括加注站管匯布置和位置、平行中體范圍、碰墊、加注軟管、船
/
船連接（
SSL
）系統(tǒng)和通信系統(tǒng)、惰性氣體系統(tǒng)、起吊設(shè)備。兩船加注兼容性良好，滿足國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的要求，研究過程可對標(biāo)準(zhǔn)修訂提供有益參考。
表
1
船舶主要參數(shù)
3
加注兼容性分析
為進行
LNG
船對船加注作業(yè)，受注船和加注船管匯布置應(yīng)滿足兼容性要求。一般以兩船氣相管匯中心為連接中心，對加注作業(yè)前后船舶在不同的吃水線下兩船舷側(cè)實際平行中體范圍進行評估，以確保兩船在重疊平行中體最小范圍內(nèi)布置碰墊。
管匯包含
2
條液相管匯和氣相管匯。
2
條液相管匯、氣相管匯的公稱直徑均相同，稱為管匯直徑。左右側(cè)液相管匯與氣相管匯中心距相同，稱為管匯間距。液相管匯的端口、氣相管匯端口分別簡稱為液相端口、氣相端口。
2
個液相端口、氣相端口距舷側(cè)距離相等，稱為管匯距舷側(cè)距離。
2
個液相端口、氣相端口的中心軸線距甲板高度相等，稱為管匯距甲板高度。
SGMF
對受注船加注站管匯布置要求見圖
1
和表
2
。受注船加注站管匯直徑為
200 mm
，管匯間距為
1.25 m
，管匯距甲板高度
1.66 m
，管匯距舷側(cè)距離
1.10 m
，左右舷加注站管匯排列均為液相
-
氣相
-
液相（
L-V-L
）。受注船的加注站氣相和液相管匯接口布置、連接位置和連接方向、間距和接口尺寸等滿足
SGMF
《氣體燃料動力船管匯布置》（
Manifold Arrangements for Gas Fueled Vessels
）的要求。
表
2
受注船加注站管匯布置要求
加注船船首加注站管匯用途、設(shè)計均不同于
LNG
運輸船貨物裝卸管匯。目前沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行設(shè)計考慮工程操作實踐，盡可能參考
SGMF
對受注船加注站管匯布置的要求。加注船加注站管匯直徑為
200 mm
，管匯間距為
1.50 m
，管匯距離甲板高度
1.55 m
，管匯距舷側(cè)距離
3.29 m
。左舷和右舷加注站管匯排列均為
L-V-L
。受注船和加注船均配備相應(yīng)的軟管鞍座，兩船加注站管匯布置兼容性良好。建議《液化天然氣燃料加注船舶規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)修訂時增加加注船加注站管匯布置要求。
表
3
兩船加注站管匯布置參數(shù)
受注船加注站位于船首靠近船中區(qū)域。加注船加注站位于船首。根據(jù)受注船靠泊碼頭和加注作業(yè)計劃，加注作業(yè)時，受注船左舷靠泊碼頭，加注船左舷靠泊受注船右舷，加注船采取船首靠泊受注船船首的方式進行系泊。加注船采用船首加注站為受注船加注燃料，較為合理，有利于主碰墊布置和盡可能控制危險區(qū)域范圍。
加注船和受注船加注站管匯位置、平行中體和吃水線的關(guān)系見圖
2
。
圖
2
兩船加注站管匯位置、平行中體和吃水線的關(guān)系
以兩船連接加注站氣相管匯中心為基準(zhǔn)，兩船間重疊平行中體范圍最小長度約為
40 m
，后續(xù)還將分析重疊范圍是否可以布置下主碰墊。
3.3
碰墊
表
4
靠泊系數(shù)計算工況和結(jié)果
表
4
計算結(jié)果顯示靠泊系數(shù)最大值為
21 512 t
，根據(jù)
GB 18180
—
2022
和《船對船過駁指南》，可選擇
3
個充氣壓力為
80 kPa
，直徑×長度為
3.3 m
×
4.5 m
碰墊作為船對船加注作業(yè)時的主碰墊，加注船抵靠速度為
0.25 m/s
。
上述國標(biāo)碰墊快速選取方法都是基于工程經(jīng)驗，還應(yīng)校核單個碰墊作用時和所有碰墊同時作用時靠泊碰撞能量吸收情況。兩船靠泊加注作業(yè)期間，相互平行接觸較少，單個碰墊更有可能吸收靠泊碰撞能量，故應(yīng)校核單個碰墊作用時能否滿足吸收靠泊碰撞能量的要求。此時靠泊碰撞能量計算通常采用
1.8
倍船舶調(diào)整排水量的方式考慮靠泊額外力的作用。依據(jù)《船對船過駁指南》，船舶調(diào)整排水量計算式為：
表
5
碰墊吸收靠泊碰撞能量校核結(jié)果
選擇
3
個充氣壓力為
80 kPa
的
3.3 m
×
4.5 m
碰墊作為船對船加注作業(yè)時的防撞措施，抵靠速度為
0.25 m/s
，充氣橡膠碰墊最大外形尺寸（直徑×長度）為
3.74 m
×
4.94 m
，質(zhì)量約為
3.5 t
。
根據(jù)分析，平行中體長度大于總碰墊長度，碰墊可設(shè)置在兩船不同吃水下重疊平行中體范圍內(nèi)，可適應(yīng)兩船船舶吃水變化，實現(xiàn)安全靠泊。
與國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，我國液化氣體船舶安全作業(yè)國標(biāo)缺少碰墊靠泊碰撞能量吸收能力校核方法，建議該國標(biāo)后續(xù)修訂納入該要求。
應(yīng)設(shè)置輔助碰墊，以避免兩船靠泊、加注作業(yè)和離泊期間船頭和船尾在靠泊和作業(yè)期間發(fā)生意外碰撞。目前行業(yè)沒有輔助碰墊選取方法，可參考主碰墊的計算選取方法。抵靠速度根據(jù)經(jīng)驗取
0.1 m/s
，根據(jù)式（
5
）計算得到工況
1
下單個輔助碰墊靠泊碰撞能量為
4.84 t
·
m
?？紤]到更有效提高防撞能力，可選擇
2
個充氣壓力為
50 kPa
，直徑×長度為
2.0 m
×
5.0 m
碰墊作為船船加注作業(yè)時的輔助碰墊，該碰墊壓縮
60%
時典型吸收靠泊碰撞能量為
31.4 t
·
m
，滿足單個輔助碰墊作用時靠泊碰撞能量的吸收要求，單個碰墊質(zhì)量約
1.4 t
。
LNG
加注船船首加注站管匯間距
1.5 m
，加注站管匯距舷側(cè)距離
3.29 m
。受注船加注站管匯間距
1.25 m
，加注站管匯距舷側(cè)距離
1.1 m
。
LNG
船對船加注作業(yè)加注站管匯高差統(tǒng)計見表
6
，表中加注船加注站管匯高于受注船加注站管匯時高度差為正，反之高度差為負。
表
6 LNG
船對船加注作業(yè)加注站管匯高差統(tǒng)計
CCS
《液化天然氣燃料加注作業(yè)指南》建議加注軟管長度取高度差絕對值的最大值的
2
倍，但是該長度可能超過單根軟管可制造最大長度，需要根據(jù)實際情況計算軟管最小長度。加注軟管的長度選取必須考慮兩船最極端加注站管匯高度差、軟管最小彎曲半徑、船舶垂向和橫向運動等因素。選取兩船加注站管匯高度差絕對值最大時情形作為軟管長度選取的分析場景，考慮兩種工況。
工況
a
：考慮兩船靜止時，兩船位置使得軟管彎曲部分均呈現(xiàn)最小彎曲圓弧形狀，軟管長度計算見圖
3
。
工況
b
：考慮兩船最大安全相對運動值時，兩船位置使得軟管彎曲部分均呈現(xiàn)最小彎曲圓弧形狀。
JTS 165
—
2013
《海港總體設(shè)計規(guī)范》對系泊碼頭液化氣體船的允許運動量要求見表
7
（表中—表明此項無要求）。根據(jù)該要求，加注船與受注船之間的相對運動應(yīng)滿足允許運動量要求，工況
b
保守考慮兩船間發(fā)生
2 m
升沉運動和
2 m
外飄橫蕩運動，此時兩船加注站管匯間軟管長度最長。
表
7 JTS 165
—
2013
《海港總體設(shè)計規(guī)范》對系泊碼頭液化氣體船的允許運動量要求
兩船間距保持為主碰墊最大外形直徑，即
3.74 m
，按照圖
3
計算，兩種工況下
LNG
加注軟管長度計算結(jié)果見表
8
。另外兩個狀態(tài)，軟管長度小于表
8
所示兩種狀態(tài)的軟管長度。
加注軟管連接時還使用了快速接頭、緊急脫離裝置（
ERC
）和法蘭等，長度之和約為
1.15 m
，故加注船配備軟管長度為
25.00 m
，可滿足加注要求。
表
8
兩種工況下
LNG
加注軟管長度計算結(jié)果
3.5
船
/
船連接（
SSL
）系統(tǒng)和通信系統(tǒng)
LNG
船對船加注作業(yè)期間，兩船應(yīng)設(shè)置船
/
船連接系統(tǒng)，船
/
船連接系統(tǒng)是通過特定連接方式使兩船間具備應(yīng)急切斷、通信和數(shù)據(jù)傳輸功能的特設(shè)系統(tǒng)。船
/
船連接系統(tǒng)主要功能是保證船
/
船兩側(cè)安全系統(tǒng)同時觸發(fā)閥門緊急切斷。
船
/
船連接系統(tǒng)已被高度集成，并同時具有多種連接方式，目前主要有光纖連接、電氣連接、氣動連接、無線電連接。兩船間設(shè)置的船
/
船連接系統(tǒng)應(yīng)至少具有上述
4
種連接方式中的
2
種。根據(jù)船型資料，
SSL
系統(tǒng)受注船和加注船的連接方式見表
9
。
表
9 SSL
系統(tǒng)受注船和加注船的連接方式
兩船的船
/
船連接系統(tǒng)版本兼容，故兩船的船
/
船連接系統(tǒng)連接方式和設(shè)備是兼容的，并且滿足一用一備的功能要求。同時，受注船和加注船均配備多種船舶間通信設(shè)備，故通信連接方式和設(shè)備是兼容的，并且滿足一用一備功能要求。在通信系統(tǒng)滿足兼容性基礎(chǔ)上，加注雙方提前約定采用英語作為溝通語言。
加注船配備惰氣系統(tǒng)，包括氮氣系統(tǒng)和惰氣管路系統(tǒng)等，惰氣管路系統(tǒng)吹掃管路通過一個隔離閥用軟管與液貨管路連接。受注船配備氮氣系統(tǒng)，僅用于管路吹掃和燃料艙惰化。加注船配備
360
m
3
液氮罐和
PSA
型氮氣系統(tǒng)，液氮氣化后可滿足受注船燃料加注管路系統(tǒng)惰化使用。
加注船起吊設(shè)備參數(shù)見表
10
。軟管吊不僅需要滿足運送和安置軟管及鞍座的使用要求，而且需要滿足收放主碰墊或移動輔助碰墊的工作要求。
表
10
加注船起吊設(shè)備參數(shù)
根據(jù)主碰墊選取計算，單個主碰墊的質(zhì)量約為
3.5 t
，主碰墊的外形直徑為
3.74 m
，單個輔助碰墊的質(zhì)量約
1.4 t
，直徑為
2.0 m
。經(jīng)校核，加注船軟管吊具備吊放和回收主碰墊的能力。
針對
8 500 m
3
LNG
加注船新奧普陀號在深圳鹽田港集裝箱
16
號碼頭為
LNG
動力集裝箱班輪達飛索邦號進行
LNG
加注同步作業(yè)，通過開展
LNG
船對船加注兼容性評估，得出以下結(jié)論和建議。
①加注船和受注船各方面兼容性良好，滿足加注作業(yè)需求。
②加注船加注站管匯布置沒有標(biāo)準(zhǔn)可循，建議盡可能參考
SGMF
對受注船加注站管匯布置的要求。
③
GB 18180
—
2022
《液化氣體船舶安全作業(yè)要求》沒有碰墊靠泊碰撞能量吸收能力校核方法，建議修訂時增加碰墊性能校核方法。
④當(dāng)兩船加注站管匯高度差較小時，
CCS
《液化天然氣燃料加注作業(yè)指南》中軟管長度計算方法存在明顯缺點，建議該標(biāo)準(zhǔn)修訂時新增極限場景下軟管長度范圍和評估軟管是否浸水的具體分析要求。
⑤船對船加注兼容性評估為我國華南首單國際航行船舶
LNG
加注作業(yè)的順利完成提供了科學(xué)合理的技術(shù)基礎(chǔ)和操作依據(jù)。
［
1
］石國政，張暉，范洪軍
.
天然氣燃料動力船燃料加注模式研究［
J
］
.
船海工程，
2013
（
6
）：
57-60.
［
2
］羅肖鋒，范洪軍，程康，等
.
集裝箱船
LNG
燃料加注與裝卸貨同時操作的安全區(qū)域分析［
J
］
.
船舶工程，
2016
（
4
）：
13-17.
［
3
］齊奎利，袁新星，曹蛟龍，等
. 10 000
m
3
LNG
加注船與
VLOC
加注兼容性評估［
J
］
.
船海工程，
2019
（
6
）：
63-67.
1、
全球LNG船運市場及運輸船技術(shù)發(fā)展分析
2、
V型無壓載水小型LNG運輸船設(shè)計研究
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