30万吨级油轮（VLCC）有效系泊研究

2011-06-06魏昌理

中国港湾建设 2011年6期

魏昌理，隋月，徐华

（1.大连港中石油国际码头有限公司，辽宁大连 116601；2.大连船舶重工集团设计研究所有限公司，辽宁大连 116021；3.南京水利科学研究院，江苏南京 210029）

0 引言

30万吨级油轮（VLCC）是指排水量DWT在275 001~375 000 t之间的原油船，是目前全球范围内最主要的原油运输主力船型。由于30万吨级油轮质量巨大，受海洋大气环境影响较大，加之一般30万吨级原油码头都设在外海开敝水域，在停靠码头系泊装卸作业时，由于受风、浪、流、潮汐等外力作用，极易发生油轮断缆飘移，可能造成搁浅、撞船或撞毁码头事故，使原油大量泄漏，造成灾难性的海洋污染事故，因此开展对30万吨级油轮（VLCC）有效系泊的研究极为重要。

30万吨级油轮（VLCC）有效系泊研究主要分为两个方面，一是研究30万吨级油轮所系泊的码头；二是研究30万吨级油轮自身的系泊系统。

1 OCIMF系泊指南的基本原则

1.1 一般系泊准则

OCIMF（Oil Companies International Marine Forum）是石油公司国际海事论坛的英文缩写，OCIMF出版的《系泊指南》[1-3]给出的系泊概念是指将船安全有效地固定到码头上的系统。对于油轮码头而言，一般有顺岸式码头和墩式码头，对于30万吨级油轮码头最常见的是墩式码头。墩式码头的特点是系缆墩、靠船墩和工作平台墩的位置都相对独立且固定，系缆设备只能安装在这些独立的墩台上面，因此位置相对固定不能变化。典型的墩式码头系泊布置见图1。

一般系泊准则如下：1）系泊缆索尽可能对称布置于船舯附近位置，对称布置能更好地分配船舶受力；2）横缆尽可能垂直于船的纵向中心线并尽可能靠近船艉和船艏；3）倒缆尽可能平行于船的纵向中心线；4）艏、艉缆通常对约束船舶靠向码头并不起多大的作用；5）系泊设备和良好的横缆、倒缆布置能使船舶得到最有效的系泊；6）系泊缆索的垂直角应保持最小，缆索越平坦就越能有效地承受作用在船上的水平力；7）艏、艉、横、倒缆都应采用相同材质、直径和尽可能相同长度的缆绳。如钢缆末端采用缆尾索，则所有缆绳的缆尾索都应相同。

图1 OCIMF给出的典型系泊模式

1.2 系泊布置的主要目标

良好的船舶系泊布置应达到下列要求：1）能够提供顺岸式码头和墩式码头都有效的系泊模式；2）有利于安全和快速系缆、解缆，在系缆作业时所需要的人数最少；3）有利于拖轮安全和有效的操作；4）可以安全有效的进行油船装卸作业；5）油轮在紧急情况或发生火灾时能够迅速脱缆并离开码头。

1.3 系泊钢索系统计算

OCIMF系泊指南给出的VLCC系泊钢索系统计算公式如下：

式中：S为倒缆总数；AT为横向水上面积，m2；B为横缆总数；AL为纵向水上面积，m2；LBP为垂线间长，m；d为满载吃水水深，m；MBL为每根缆索的最小破断负荷，t。

2 新、老30万吨级原油码头系泊实例

新、老30万吨级原油码头所处水域为开敞海域，常浪向为SE；常风向为夏季多南风、冬季多偏北风，以N向风为最大；潮流性质0.5＜K≤2.0为不规则半日潮，潮流椭圆率小于0.24，且往复流表现明显，涨潮流主流向偏向西南，落潮流主流向偏向东北。新、老30万吨级原油码头的轴线布置基本顺流方位角为N47°～227°，码头轴线布置方向是正确的。但是新、老30万吨级原油码头的长度、系缆墩和靠船墩的布置不同，对VLCC的有效系泊分析如下。

2.1 老30万吨级原油码头系泊实例

老30万吨级原油码头布置如图2，码头的航道位于码头的西南方向，满载30万吨级油轮于高潮前2 h顶流进港，采用左舷顺靠泊，船头朝东，卸货后掉头沿来时的西南航道驶向外海。顺靠的VLCC一般艏缆10根、艉缆10根。系缆方式一般有两种，见表1。

图2 老30万吨级原油码头布置（单位：m）

表1 两种系缆方式

实际使用中存在的问题：1）码头长度510 m布置过长，艏艉缆基本不起作用；2）横缆墩位置不当，造成横缆不能基本垂直于船舶纵轴线，横向约束力降低；3） 2号、8号系缆墩离船距离较近，造成垂直角过大，横向约束力降低。系在这两个墩上的缆绳长度较其它缆绳短很多，受到的拉力较其它缆绳多很多，极容易首先被拉断，2006年夏季就发生了这样的事故；4）如果要增加横缆的数量，横缆之间会发生相互交叉甚至摩擦的情况；5）倒缆的垂直角较大，缆绳长度较短，对船的纵向约束能力降低。

2.2 新30万吨级原油码头系泊实例

新30万吨级原油码头布置如图3。新30万吨级码头进出港方式与老30万吨级码头相同，两个码头共用一个航道。

2.3 附近码头的布置形式对比

某港3座码头布置对比见图4，自左往右分别是LNG码头、老30万吨码头和新30万吨码头。由图可见，各码头系缆墩、靠船墩的布置是不一样的，其中新30万吨级原油码头系缆墩布置的改进如下：1）码头长度缩短为446.75 m，艏艉缆水平角为45°，能够起到部分横缆的作用；2） 2、3、9、10四个横缆墩与船舶距离加大到57 m，垂直角减少，缆绳长度与其它缆绳长度基本一致；3）系缆墩高程由+10 m降低到+7.5 m，能够适应10万~45万吨级油轮的干舷高度，这种系缆墩的布置方式从理论到实践都证明适合于新30万吨级码头在所处海域离岸横流较大、横浪也较大的实际情况；4）码头靠船墩由2个增加到4个，能够更广泛地适应10万~45万吨级油轮靠泊和系倒缆的要求；5）2010年试投产后已经靠泊了十几条VLCC油轮，缆绳拉力均匀，系泊效果良好。

图3 新30万吨级码头系缆布置示意图（单位：m）

图4 某港三座码头平面布置图

3 30万吨级油轮自身系泊设备

3.1 系泊钢索缆绳的数量

一般VLCC油轮共有20根钢索缆绳，船艏10根、船艉10根。由于码头系缆墩的位置、角度不佳，对有些油轮即使20根缆绳都投入使用也不能保证系泊安全，还需要再增加缆绳根数。有些船舶设计者在船艏、船艉各增加1条钢索缆绳，使VLCC油轮总钢索缆绳的数量达到22根。

3.2 系泊绞车位置的优化布置

为了能够更好地适应墩式码头系缆的要求，船舶设计者应在VLCC油轮绞车位置与角度的布置上与码头的艏艉缆墩、横缆墩、倒缆墩（一般为码头靠船墩或平台墩）的位置相适应，常见的布置见图5。

A型船缆绳总数为20根，但是绞车布置不尽合理；B型船缆绳总数为20根，绞车布置比A型船合理；C型船缆绳总数为22根，绞车布置比A型船合理，C型船系泊时在船艏、艉各增加一根横缆，C型船的代表船是马士基的VLCC，该船的系泊绞车布置及缆绳根数是最适合墩式码头的设计。

3.3 系泊绞车出缆孔的位置

VLCC系泊绞车的位置确定后，船舷出缆孔的位置也就相应的确定了，出缆孔的最佳位置应是在绞车的正前方或正后方。

图5 常见系泊布置型式

图6 老30万吨级码头3×150 t快速脱缆钩

图7 新30万吨级码头2×150 t脱缆钩

3.4 船艏、船艉系泊绞车的对称

由于码头是以输油臂为中心严格对称的，这就要求船舶的系泊绞车也应尽可能的以集油管中心对称。这样既可以保证系泊合理又可以保证船舶左、右舷都可以靠泊码头。

4 保证系泊安全的设备

4.1 码头上的快速脱缆钩

快速脱缆钩的作用是当油轮或码头发生火灾等紧急情况时，钩头可以迅速打开以达到快速脱缆的目的，可以保证油轮在最短的时间内离泊，避免火灾等灾害在码头和油轮之间扩大。新、老30万吨级码头快速脱缆钩的单钩拉力均为150 t，区别是老30万吨级码头上布置有3钩一组的快速脱缆钩，新30万吨级码头均为2钩一组的快速脱缆钩。老、新30万吨级码头脱缆钩见图6和图7。

4.2 岸基滑车

岸基滑车的作用是当船上所有的钢缆都已使用后仍不能保证系泊安全，需要增加缆绳数量。码头方不得不采用将适合的那根缆绳经岸基滑车绕圈后返回船上的带缆桩，形成回头缆。目前在航的油轮上的钢丝缆长度都能够满足回头缆的要求，回头缆的作用是将1根缆绳变成2根，新、老30万吨级码头在横缆墩上各设4台岸基滑车，见图8和图9。

图8 岸基滑车

图9 船上回头缆

4.3 激光靠泊系统

激光靠泊系统是为油轮的靠、离泊引航提供参考资料和数据，引航员通过大屏幕或液晶显示仪可以准确掌握油轮的速度、角度和距离码头护舷的距离，安全的引导油轮靠、离泊码头。激光靠泊系统包括大屏幕、激光头、液晶显示仪等，见图10和图11。

图10 激光靠泊大屏幕

4.4 海洋环境监测系统及缆绳拉力监测系统

海洋大气环境监测系统可以监测风、浪、海流、温度、湿度等，能够为油轮安全地靠、离泊引航提供参考资料和数据。由于新、老30万吨级原油码头位于开敞水域，如果风、浪、流等海洋大气环境超过了设计许可的作业标准，油轮必须立即离泊，测量数据也是判断船舶是否需要离泊的重要依据。海洋环境监测系统及缆绳拉力监测系统见图12。