開敞式油氣碼頭泊位長(zhǎng)度優(yōu)化

文芬(東莞市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東東莞523000)

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開敞式油氣碼頭泊位長(zhǎng)度優(yōu)化

文芬
(東莞市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東東莞523000)

摘要：在船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)下，港口逐漸向水深條件更好的外海發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的開敞式碼頭。由于缺少防波堤的掩護(hù)作用，外海的風(fēng)、浪、流等自然條件比較復(fù)雜，系泊船舶的受力以及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)也非常復(fù)雜，碼頭設(shè)計(jì)存在一定的難度，首先就是碼頭長(zhǎng)度的確定。開敞式碼頭的泊位長(zhǎng)度對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)量及纜繩的受力有著較大的影響，本文依托深圳LNG項(xiàng)目通過對(duì)26.6萬m3LNG船舶在不同泊位長(zhǎng)度和帶纜方式的條件下進(jìn)行物理模型試驗(yàn)，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行研究與探討，提出了較為合理的建議值，為碼頭設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：開敞式；油氣碼頭；泊位長(zhǎng)度；優(yōu)化

深圳LNG項(xiàng)目位于深圳大鵬灣東北岸迭福片區(qū)，已建深圳東部電廠重件碼頭的北側(cè)。工程建設(shè)規(guī)模為一期300萬t/a，二期規(guī)劃擴(kuò)建到400萬t/a。碼頭水域主尺度按26.6萬m3LNG船型設(shè)計(jì)，兼靠船型8.0~26.6萬m3，26.6萬m3設(shè)計(jì)船型主尺度見表1。

表1　設(shè)計(jì)船型主尺度

由于不同泊位長(zhǎng)度對(duì)在泊船舶的運(yùn)動(dòng)量和纜繩受力影響較大，合理的泊位長(zhǎng)度對(duì)于約束系泊船只的運(yùn)動(dòng)，減少系纜力并使之均勻分布有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過水池物理模型試驗(yàn)，對(duì)26.6萬m3LNG船在不同泊位長(zhǎng)度系泊時(shí)，在風(fēng)、浪、流等因素下對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)量和纜繩張力進(jìn)行比較分析，探討開敞式碼頭長(zhǎng)度的優(yōu)化方案。

1　物理模型試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)設(shè)備儀器

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室水池中進(jìn)行，該水池長(zhǎng)40m，寬24m，深度為1.2m。前端配備有推板式復(fù)合造波機(jī)，可根據(jù)需求對(duì)海面的規(guī)則波和不規(guī)則波進(jìn)行模擬。尾部位置安裝了架空斜坡碎石效能設(shè)備，起到降低波浪反射的作用。

波浪測(cè)量選擇DS30系統(tǒng)，可同時(shí)對(duì)波面多點(diǎn)情況進(jìn)行測(cè)量，相對(duì)誤差控制在0.5%以內(nèi)。運(yùn)動(dòng)量測(cè)量選擇了雙CCD光學(xué)船舶模型運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，通過非接觸測(cè)量方式避免在測(cè)量過程中出現(xiàn)摩擦阻力以及質(zhì)量阻力，可同步對(duì)船舶的縱移、回轉(zhuǎn)、縱搖、橫搖、橫移以及升沉等進(jìn)行測(cè)量。角度測(cè)量誤差控制在5%以內(nèi)，線位移誤差控制在2%以內(nèi)。纜繩拉力測(cè)量?jī)x器可對(duì)0.5~25N間力進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量誤差控制在2%以內(nèi)。

1.2碼頭布置

試驗(yàn)原型根據(jù)深圳LNG項(xiàng)目配套碼頭工程進(jìn)行布置。該模型為具有較為明顯特征的開敞式蝶形碼頭，設(shè)置1個(gè)工作平臺(tái)、6個(gè)系纜墩、4個(gè)靠船墩，其平面以及坐標(biāo)系設(shè)定情況如圖1所示：

圖1　試驗(yàn)碼頭平面以及坐標(biāo)系布置情況

1.3船舶模擬

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程要求，船舶試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅瘸邽?:60，模型船與原型船舶按比例縮小保持線性尺度相似。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

在本試驗(yàn)中，船舶長(zhǎng)度L=345m，根據(jù)泊位長(zhǎng)度試驗(yàn)考慮了4種不同的方案。其中，方案1泊位長(zhǎng)度410m，為1.19L；方案2泊位長(zhǎng)度390m，為1.13L；方案3泊位長(zhǎng)度380m，為1.1L；方案4泊位長(zhǎng)度370m，為1.07L。在泊位長(zhǎng)度方案相同、而船舶布置方式存在差異時(shí)，船舶在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的纜繩張力以及運(yùn)動(dòng)量也會(huì)存在一定的差異。為了考察船舶不同的帶纜方式對(duì)系泊結(jié)果的影響，試驗(yàn)中采用4:4:2和3:2:3:2兩種帶纜方式進(jìn)行比較。

2.1泊位長(zhǎng)度對(duì)纜繩長(zhǎng)度分布的影響

在上述4種泊位長(zhǎng)度及2種帶纜方式條件中，試驗(yàn)船舶纜繩長(zhǎng)度如表2所示：

表2　不同泊位長(zhǎng)度系泊LNG船舶纜繩長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

分析上表數(shù)據(jù)可知，泊位長(zhǎng)度越短，船舶艏艉的纜繩長(zhǎng)度也隨之縮短。如表中數(shù)據(jù)所示：方案3相比方案1，其艏艉纜繩長(zhǎng)度要短12-15m，方案4相比方案3，其艏艉纜繩長(zhǎng)度要短6m左右。綜合比較，方案4纜繩長(zhǎng)度最為均勻，方案3次之，方案1均勻性最差（最長(zhǎng)與最短纜繩長(zhǎng)度比值為1.52~1.71）。當(dāng)前的設(shè)計(jì)人員逐漸認(rèn)識(shí)到倒纜的重要性，且普遍認(rèn)為所用纜繩長(zhǎng)度相差越小越理想。試驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明，在適當(dāng)范圍內(nèi)，泊位長(zhǎng)度越短，纜繩長(zhǎng)度分布越均勻，也越有利于纜繩張力的均勻分布。

2.2泊位長(zhǎng)度對(duì)系泊船舶系纜力的影響

船舶處于壓載狀態(tài)，在0.5m/s流速、1.5m橫浪、20m/s吹開風(fēng)作用下，4種不同泊位長(zhǎng)度系泊船舶所具有的系纜力最大值如表3所示：

表3　不同泊位長(zhǎng)度系泊LNG船舶系纜力

分析上表數(shù)據(jù)可知，系纜力最大值出現(xiàn)在艉倒纜，極小值出現(xiàn)在艏纜。當(dāng)泊位長(zhǎng)度縮短時(shí)，倒纜張力有2%~5%的增幅，艏艉纜力有12%~20%的增幅，艏艉纜力增幅相對(duì)較大，但是系纜力也呈現(xiàn)更均勻的特點(diǎn)。4:4:2帶纜方式下不同泊位長(zhǎng)度各系纜力的最大值與最小值的比值分別為：1.87、1.61、1.63、1.64，3:2:3:2帶纜方式下不同泊位長(zhǎng)度各系纜力的最大值與最小值的比值分別為：2.13、1.98、1.77、1.72，表明隨著泊位長(zhǎng)度的縮短系纜力分布越均勻。最大的纜繩張力出現(xiàn)在艉倒纜，其次是艏倒纜，這兩個(gè)系纜力隨泊位長(zhǎng)度縮短逐漸增加，因此泊位長(zhǎng)度也不能過短。

3　結(jié)論

從纜繩長(zhǎng)度分布范圍看來，試驗(yàn)采用的泊位長(zhǎng)度在1.19L-1.07L范圍內(nèi)，泊位長(zhǎng)度越短，纜繩長(zhǎng)度越均勻，越有利于纜繩張力的均勻分布；

試驗(yàn)采用的泊位長(zhǎng)度在1.19L-1.07L范圍內(nèi)，泊位長(zhǎng)度縮短，系纜力較大的倒纜有較小的增幅，系纜力較小的艏、艉纜力有相對(duì)較大的增幅，系纜力呈現(xiàn)更均勻的趨勢(shì)。比較分析，可選取較短的泊位長(zhǎng)度，但也不宜過短；

通過對(duì)不同泊位長(zhǎng)度的纜繩長(zhǎng)度、系泊船舶運(yùn)動(dòng)量及纜繩張力的綜合分析比較，建議開敞式碼頭選擇1.1倍設(shè)計(jì)船長(zhǎng)作為泊位長(zhǎng)度。

參考文獻(xiàn):

[1]吳澎,姜俊杰,張廷輝,湯建宏.開敞式蝶形碼頭墩位平面布置的優(yōu)化研究[J].水運(yùn)工程.2009(01)：120-127.

[2]汪舟紅,鄒英,韓國松.開敞式碼頭系泊纜繩的優(yōu)化研究[J].水運(yùn)工程.2012(02)：66-68.

中圖分類號(hào)：U656.1+32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006—7973（2016）02-0054-02