内河水流速度对 LNG船舶加注作业安全影响分析

尉志伟

（淮南矿业集团清洁能源有限责任公司）

摘 要：液化天然气（LNG）作为一种清洁能源，在内河航运绿色发展中越来越多的被用来作为船舶的燃料。船舶在内行进行LNG加注需要靠泊LNG加注站进行加注作业，内河LNG加注需满足风速、波高、流速、能见度等作业条件要求时才能进行相关作业。目前，《内河液化天然气加注码头设计规范》（试行）JTS196-11-2016内河船舶加注作业的允许波高、允许风力进行了规定，但在丰水期内河水流速度较快，对船舶加注作业产生一定的影响。文中以长江水流速度对船舶作业影响为例，分析内河水流速度对船舶加注作业的安全影响。

关键词：液化天然气；船舶加注；内河；流速；作业条件；

一、LNG船舶加注的几种方式

LNG船舶的水上加注主要分为船对船、岸站对船、槽车对船这3种船舶LNG燃料加注方式。

（1）船对船加注（Ship-to-ship bunkering，简称STS），STS的加注方式在码头、锚地、航行中均可进行，STS的加注方式包括加注趸船对船加注、海上浮式加注设施对船加注、移动LNG加注船对船加注。

（2）槽车对船加注（Tank truck-to-ship bunkering，简称TTS)，是指LNG槽车在码头平台上对靠泊的受注船舶进行LNG加注作业。

（3）岸站对船加注（LNG intermediary terminal-to-ship via pipeline，简称TPS)，储存及公用工程设备均在岸上的船舶液化天然气加注站，通过管道连接LNG岸站和加注设备给受注船舶加注LNG燃料。

二、现有规范对内河船舶作业条件要求

1、2016年交通运输部发布《内河液化天然气加注码头设计规范》（试行）JTS196-11-2016，该规范对液化天然气加注码头作业条件进行范围设定。其中作业条件包括受注船在加注码头加注液化天然气时的允许波高、允许风速。

船舶加注作业的允许波高

船舶吨级		允许波高（m）
DWT(t)	GT(t)	顺浪H4%	横浪H4%
1000	-	0.6	0.6
2000	3000	0.6	0.6
3000	5000	1.0	0.8
5000	10000	1.0	0.8
10000	20000	1.0	0.8
15000	30000	1.0	0.8

注： ①汽车滚装船、客货滚装船、液化石油气船采用GT，其他货船采用DWT；

②船舶纵轴线与波向线夹角小于45°为顺浪，大于等于45°为横浪；

③H4%为波列累计概率4%的波高；

④表中所列波高的允许平均周期T≤6s。

5.3.2 液化天然气受注船进行加注时的允许风力不应超过6级。

2、《液化天然气码头设计规范》JTS165-5-2016

液化天然气船舶进出港航行、靠泊操作和装卸作业时的允许风速、波高、能见度和流速宜符合下表的规定。

液化天然气船舶作业条件标准

船舶舱容V （m³）	作业阶段	风速（m/s）	波高（m）		波浪平均周期T（s）	能见度（m）	波速（m/s）
			横浪H4%	顺浪H4%			横流	顺流
V≥80000	进出港航行	≦20	≦2.0	≦3.0	≦7	≥2000	＜1.5	≦2.5
	靠泊作业	≦15	≦1.2	≦1.5		≥1000	＜0.5	＜1.0
	装卸作业	≦15	≦1.2	≦1.5		-	＜1.0	＜2.0
	系泊	≦20	≦1.5	＜2.0		-	≦1.0	＜2.0
40000≤V＜80000	进出港航行	≦20	≦2.0	≦3.0	≦7	≥2000	＜1.5	≦2.5
	靠泊作业	≦15	≦1.0	≦1.5		≥1000	＜0.5	＜2.0
	装卸作业	≦15	≦1.0	≦1.2		-	＜1.0	＜2.0
	系泊	≦20	≦1.2	＜1.5		-	≦1.0	＜2.0
10000≤V＜40000	进出港航行	≦20	≦1.5	≦2.5	≦6	≥1000	＜1.5	≦2.5
	靠泊作业	≦15	≦1.0	≦1.2		≥1000	＜0.5	＜2.0
	装卸作业	≦15	≦0.8	≦1.0		-	＜1.0	＜2.0
	系泊	≦20	≦1.0	＜1.2		-	≦1.0	＜2.0
V＜10000	进出港航行	≦20	≦1.5	≦2.5	≦6	≥1000	＜1.5	≦3.0
	靠泊作业	≦15	≦0.8	≦1.0		≥1000	＜0.5	＜2.0
	装卸作业	≦15	≦0.6	≦0.8		-	≦0.5	＜2.0
	系泊	≦20	≦0.8	＜1.0		-	≦1.0	＜2.0

注：①表中横浪指与船舶的夹角大于等于15°的波浪，小于15°的为顺浪；横流指与船舶的夹角大于等于15°的水流，小于15°的为顺流。

②对于波浪平均周期大于表中限值时应准们论证；

③ H4%为波列累积频率4%的波高；

④根据码头防冲和系缆设施条件，经论证表中数值可适当增减，必要时通过模型试验验证。

三、通过设定船型计算水流速度对船舶加注作业影响

设定船型主尺度表 单位：m

设定船型	总长	型宽	型深	满载吃水
4万m³LNG船	182	31.6	18	8.0
1.4万m³LNG船	125.8	22.7	13.1	6.8
10000吨级集装箱船	141	22.6	11.3	8.3
5000吨级内河机动船	109	19	8.2	5

1、设定船型的系缆力计算

（1）作用在船舶上的风荷载：

式中： ， ——分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（kN）；

， ——分别为船体水面以上横向和纵向受风面积（m2）；

， ——分别为设计风速的横向和纵向分量；

——风压不均匀折减系数；

——风压高度变化修正系数。

（2）作用于船舶上的水流力按下式计算：

式中：Fxsc、Fxmc——水流对船艏的横向分力和船艉的横向分力（kN）；

Fyc——水流对船舶作用产生的水流力纵向分力（kN）；

Cxsc、Cxmc——水流力船艏横向分力系数和船艉横向分力系数；

——水的密度（t/m3），取1.0t/m3；

V——水流速度（m/s），取2.0m/s；

B1——船舶吃水线以下的横向投影面积（m2）；

Cyc——水流力纵向力分力系数；

S——船舶吃水线以下的表面积（m2）。

（3）船舶系缆力按下式计算：

式中： ， ——风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和（kN）；

——系船柱受力分布不均匀系数，根据实际受力系船柱数目n＞2取1.3，n＝2取1.2；

——计算船舶同时受力的系船柱数目；

——系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角（°）， ；

——系船缆与水平面之间的夹角（°），取0°。

经计算，4万m³内河航行LNG运输船船舶系缆力为851kN，1.4万m³内河航行LNG运输船船舶系缆力为670kN， 10000吨级集装箱船舶系缆力为749kN， 5000吨级内河机动船舶系缆力为510kN，通常内河靠泊泊位一般选用550kN-750kN系船柱和550KN的双钩快速脱缆钩。参照以上计算结果，若水流速度进一步增加，大于2m/s的流速时，船舶系缆力将超过系船柱的载荷范围，对LNG加注码头安全作业产生较大影响。

四、结语

本文参照《内河液化天然气加注码头设计规范》（试行）JTS196-11-2016、《液化天然气码头设计规范》（JTS165-5-2016）关于船舶作业条件的要求和设定船型的船舶系缆力计算情况，得出内河LNG加注码头加注作业关于水流速度的作业条件：当加注码头前沿水域水流速度V＜2m/s的时候可以进行加注作业，当加注码头前沿水域水流速度≥2m/s的时候停止加注作业、停止船舶靠泊作业。

参考文献：

[1] JTS196-11-2016，《内河液化天然气加注码头设计规范》（试行）〔S〕.北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[2] JTS165-5-2016，《液化天然气码头设计规范》〔S〕.北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[3] JTS144-1-2010，《港口工程荷载规范》〔S〕.北京：人民交通出版社，2010.

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