LNG码头应急通道与应急锚地研究

吴永强，侯曾奇

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

近年来，随着液化天然气的需求剧增，LNG接收站及码头建设速度加快，作为LNG码头重要配套设施的锚地条件已经成为港口发展的重要因素。

1 LNG应急锚地现状

现行《液化天然气码头设计规范》（JTS 165-5-2016）明确要求：“海港液化天然气码头应设应急锚地，应急锚地可与油气化学品运输船舶共用，且与非危险品船舶锚地的安全净距不应小于1 000 m。锚位的布置和尺度应符合现行行业标准《海港总体设计规范》（JTS 165）的有关规定。”因LNG船舶的“高价值”、“高危险性”，LNG船舶具有进港“优先权”，除了联检、待泊、候潮外，LNG船舶一般不在锚地锚泊而直接进港。

应急的本意为“处理紧急情况”，应急锚地应解释为“在恶劣自然条件或突发事件下，船舶紧急使用的锚位”。由于按规范要求，LNG应急锚地应与周边非危险品锚地等港口设施安全净距至少1 000 m，近港水域很难找到可供LNG船舶锚泊的水域，这往往成为LNG码头选址的制约因素。

2 LNG船舶应急逃离情况

LNG船舶应急逃离主要包括自然条件(超过船舶系泊作业条件允许标准)或突发事件（包括外部和自身），需要紧急逃离至应急锚地，确保LNG船舶自身安全和港口安全。

2.1 系泊作业条件

根据《液化天然气码头设计规范》（JTS 165-5-2016）要求，当风速、波高任一项超过表1规定的系泊标准限值时，液化天然气船舶应紧急离泊。

表1 大型液化天然气船舶作业条件标准

2.2 岸上发生火灾或地质性灾害

LNG船舶系、靠泊期间，LNG码头岸上或邻近码头发生火灾或者岸上发生地质性灾害时，对LNG码头、其他设施和人员的安全以及停泊的LNG船舶的安全性均造成威胁，码头、LNG接收站应尽快采取安全措施，协助LNG船舶离泊驶往应急锚地。

2.3 LNG船舶自身原因

由于船舶自身原因，遇到紧急情况时（如船舶意外发生火灾、LNG泄露、事故撞击、船舶设备故障、船舶结构损害、LNG系统故障、船舶结构长期性疲劳损伤、系泊松动等意外情况），应按照应急计划采取有效措施，并立即向海事管理机构报告，必要时也应当紧急逃离。

2.4 国内LNG码头船舶应急逃离情况

表2 截止2019年国内LNG码头船舶应急逃离情况统计

3 国内外LNG应急锚地布置情况

从安全角度，LNG应急锚地的建设是必要的，但从现有LNG应急锚地使用情况，应急逃离情况的发生频率和应急锚地使用率均不高。

根据SIGTTO（国际气体船及运营者协会）发布的《LNG Operations in Port Areas》，“当LNG船舶靠泊码头时遇到妨碍其安全靠泊的故障或意外事故时，应考虑港池回旋水域作为应急锚地”；国外LNG应急锚地的布置考虑利用港池回旋水域作为应急锚地。

国内LNG应急锚地布置主要分两种，一种是在港外设置锚地同时兼顾应急锚地，例如福建莆田LNG、天津中海油LNG，另一种是乘潮进港的锚地，在港外设置外锚地，在港内设置内锚地，利用内锚地代替应急锚地例如江苏如东港、吕泗港。

对于LNG船舶需乘潮紧急出港情况，一旦LNG船舶在码头前装卸作业过程中出现安全问题，而此时潮位低于船舶出港所需的乘潮水位或潮位处于涨急落急，流速超过LNG船舶航行标准，LNG船舶将无法逃离码头区，势必会危及码头甚至LNG接收站的安全，以下结合江苏滨海LNG码头应急锚地的设计方案进行阐述。

4 应急通道及应急锚地设计方案

江苏滨海LNG码头设计船型为8万～26.6万m3LNG船舶，码头长度为400 m。回旋水域直径采用2.5倍设计船长，取863 m，回旋水域设计底高程与航道设计底高程一致，取-14.9 m。

航道通航宽度取320 m，航道设计底高程为-14.9 m，深水临岸、浪大、流急、含沙量高是其建港条件的特点。根据相关潮流数值模拟试验预测，外航道受北防波挡沙堤挑流影响，其中以口门外各点横流相对较大，一天（两涨两落）中大于1.0 m/s持续时间约为3～5 h，主要出现在涨急前后1～2 h；堤头口门处出现环流且流速较大，平均流速和最大流速分别可达0.57 m/s和2.43 m/s。

对此，考虑口门处环流且流速较大，LNG应急通道及应急锚地设计方案如图1。

图1 应急锚地设计方案布置

4.1 应急锚地布置方案

1）方案一

应急锚地设置于港池回旋水域。

由于单锚系泊的水域半径为500 m，受港内水域面积限制，本工程应急锚地采用单浮筒系泊布置于港池回旋水域内，单浮筒系泊水域半径取410 m。根据《LNG Operations in Port Areas》，当LNG船舶靠泊码头时遇到妨碍其安全靠泊的故障或意外事故时，应考虑港池回旋水域作为应急锚地；我国曾有过LNG接收站LNG船舶离泊即发生主机故障，就在回旋水域锚泊抢修的案例。

同时，LNG船舶在紧急情况下必须离泊等待救援时，也应考虑在回旋水域等候，避免事故进一步恶化，此布置符合SIGTTO相关要求，但国内相关部门考虑安全问题，且在国内无类似建成案例，不建议此布置方案。

2）方案二

利用航道进行紧急撤离至港外应急锚地。

按以往传统设计思路，船舶紧急撤离时需利用航道离港。由于已建南北防波挡沙堤堤头的挑流作用，航道转弯所在的南北防波挡沙堤口门水域流态复杂，且流速较大（最大流速为4～5 kn），操船难度较大，当LNG船舶在码头发生紧急事件需要紧急离泊出港，为保证LNG船舶在横流较大情况下安全转向和离港，考虑增加航道宽度，加大转弯水域面积来满足LNG船舶紧急离泊需要。应急锚地设置航道入口北侧，应急锚地半径555 m，布置在水深-15.6 m以深水域。因紧急撤离所需航道疏浚量新增约150万m3，工程投资将增加约3 000万元。

3）方案三

通过应急通道紧急撤离港外应急锚地。

在进出港航道转弯水域沿口门方向设置一条直线应急通道，通向外海一侧，船舶紧急逃离时不需要转弯，基本保持直线航行，降低了航行操作的难度。应急锚地半径555 m，布置在应急通道北侧-15.6 m水深以深水域。本应急通道仅在紧急事件发生时使用，使用率较低，应急通道设计底高程不考虑备淤深度，通道设计底高程取-14.15 m，本方案基本不疏浚。

4.2 操船模拟试验验证

针对应急锚地的设计方案二、方案三，项目组委托大连海事大学进行LNG船舶应急逃离操船模拟试验。模拟试验共计6次，利用现有的航道（设计方案二）应急逃离模拟4次，利用直线应急通道（设计方案三）模拟2次。试验均选取较不利的风、流限制条件，也即流态较复杂、流速较大，风力7级且风、流相互叠加导致船舶受外力影响显著的工况下进行。

1）试验方案

表3 应急逃离试验方案

2）风力风向：N和S风，7级。

3）流场选择：T6、T7和T11（转弯处有回转流且流速最大的时段为T6、T7，航道沿程横流最大T11，潮位及流速矢量见图3、图4）。

图2 不同潮位段对应潮高曲线

图3 高潮前2 h，T6（潮位过程6:00）

图4 高潮后3 h，T11（潮位过程11:00）

4.3 试验结论

1）利用现有航道条件紧急离泊（设计方案二），在T6（流态最为复杂的时刻）应急驶出困难较大，如图5（a）～（c）。航道转弯处易发生船身受流不均，开始抢流，之后流变，难以预判，导致通航风险增加。T11航道内横流较大，见图5（d），最大可达2.5 kn，但流向恒定，整体情况好于T6潮位段，而风流条件叠加在一起导致航道转弯处风流合压力增大，因此航迹带宽度增大，客观上需要增加航道转弯段附近的富余宽度。根据操船模拟试验，将进港航道由原来的320 m增加至400 m，同时加大航道转弯水域。

2）通过应急通道（设计方案三）驶出较为容易。因为不需在流态复杂的条件下转向，为船舶操纵提供了便利条件，见图5（e）和图5（f）。

图5 不同工况下航迹带示意

4.4 设计方案优缺点比较

结合操船模拟试验，该项目采用设计方案三即利用直线应急通道和应急锚地紧急逃离的设计方案。该应急通航设计方案也等到相关政府部门的许可。

表4 应急通道及应急锚地设计方案比较

5 结 语

本文结合江苏滨海LNG码头应急锚地案例，针对在口门复杂流态情况下，提出江苏滨海LNG应急锚地三个设计方案，通过操船模拟试验，确定直线应急通道及应急锚地的方案，供同类工程设计参考。

另外，从现有国内已建LNG码头实际应急锚地使用情况看，使用频率很低，而LNG作为绿色能源，是国家倡导的能源发展方向，将来LNG码头建设会更多，尤其在水域受限的地方，这就倒逼国内LNG应急锚地的设计及行政许可上，在考虑安全使用情况下，只考虑应急属性，应急锚地与航道等其它设施的安全距离是否进一步缩小的可能，包括应急锚地位置是否可利用港池调头水域等。