單點系泊泊位組安全間距及布置探討

王建民

摘 要：單點系泊作為一種原油等接卸技術(shù)，解決了因港口條件限制而不能靠泊大型油船的難題。單點系泊技術(shù)應(yīng)用在我國仍屬起步階段，缺乏相應(yīng)的建設(shè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。本文針對單點泊位組設(shè)計中的布置問題，分析了影響泊位間安全距離的因素及有關(guān)安全距離的要求，通過對泊位間安全距離進(jìn)行模擬分析，提出了應(yīng)用數(shù)值模擬確定泊位間安全距離的方法，供單點泊位工程設(shè)計及安全管理者參考。

關(guān)鍵詞：單點系泊；油船；間距；漂移

0 引 言

單點系泊（Single Point Mooring，SPM）如圖1所示，泛指所有允許浮式結(jié)構(gòu)物隨環(huán)境力方向變化繞單個系泊點自由回轉(zhuǎn)的系泊系統(tǒng)。單點系泊已得到廣泛應(yīng)用，波羅的海、北海、挪威海等歐洲水域，北美和南美等地區(qū)都使用海上單點系泊（SPM）進(jìn)行原油、天然氣和化工產(chǎn)品裝卸。在我國，茂名石化的單點系泊系統(tǒng)自1994年投產(chǎn)以來，已安全運轉(zhuǎn)超22年，累計接卸原油1.9億噸。

近年來，我國原油進(jìn)口逐年增加，2017年全年原油進(jìn)口量為41 957萬噸，較2016年增長10.1%，創(chuàng)歷史新高；進(jìn)口成品油2 964萬噸，較2016年增長6.4%。隨著原油進(jìn)口量的持續(xù)增長，原油碼頭泊位需求不斷增大，由于受沿海岸線及水深條件制約，有關(guān)港口及企業(yè)紛紛尋求建設(shè)SPM泊位組，以滿足進(jìn)口原油和出口成品油對儲運的需求，如山東民達(dá)物流有限公司擬在東營港建設(shè)25萬噸原油卸SPM泊位組。

關(guān)于單點系泊工程設(shè)計，我國尚未有專用的設(shè)計規(guī)范。目前，單點系泊工程水域布置設(shè)計主要依據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]，單點系統(tǒng)設(shè)計主要參照ABS 2014《Rules For Building and Classing Single Point Moorings》。上述規(guī)范中都沒有涉及泊位組的布置要求。由于單點系泊通常位于外海，受大風(fēng)浪等惡劣天氣影響，易發(fā)生油船碰撞單點浮筒、水上軟管斷裂、錨鏈斷裂、錨樁失效、油輪擱淺等風(fēng)險[2]。多個單點系泊泊位間的安全距離及布置是必須考慮的因素之一。為此，需對單點系泊泊位間的安全距離進(jìn)行科學(xué)探討。

1 單點系泊工程水域規(guī)范性要求

對于單個單點系泊泊位水域設(shè)計，見圖2，ABS《Rules For Building and Classing Single Point Moorings》、KR《Guidances for Single Point Mooring》等都給出了明確的要求。

系泊位置的平面布置，需考慮系泊位置、潛在的航行危險、現(xiàn)有的和計劃的航標(biāo)、底部等高線高程、操縱區(qū)域、回轉(zhuǎn)區(qū)域等因素。其中，操縱區(qū)域（系泊作業(yè)區(qū)域）是船舶靠、離泊位操縱所需的水域。操縱水域的形狀和尺度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件確定。但系泊的操縱水域半徑至少為系泊最大船長的3倍，加上纜索長度和最大浮筒位移?；剞D(zhuǎn)區(qū)域是從中心位置在操作系纜載荷和最小潮SPM的水平偏移和操作系纜載荷下的錨鏈長度的水平投影及SPM設(shè)計的最大船長加30m安全余量。

單點系泊作業(yè)區(qū)域半徑R為：

R=3×Lv+Lh+L0

式中：Lv：系泊船舶最大長度；

Lh：系泊纜長度；

L0：操作條件下的浮筒最大位移。

回轉(zhuǎn)區(qū)域半徑r為：

r=Lv+Lp+L0+Ls

式中：Lv：系泊船舶最大長度；

Lp：系泊纜投影長度；

L0：操作條件下的浮筒最大位移；

Ls：安全裕量（一般取30m）。

2 有關(guān)安全距離規(guī)范、規(guī)章要求

關(guān)于單點系泊泊位間的安全距離，現(xiàn)有規(guī)范尚無明確的規(guī)定，相關(guān)規(guī)范對安全距離的要求主要有：

（1）《海港總平面設(shè)計規(guī)范》：裝卸油品的專用碼頭與其他貨種碼頭的安全距離不應(yīng)小于表4.4.2的規(guī)定（甲、乙類要求150m，丙類50m）。

（2）《油氣化工碼頭設(shè)計防火規(guī)范（送審稿）》：兩相鄰的油品或液體化學(xué)品泊位之間的船舶凈間距不應(yīng)小于表4.2.4規(guī)定的數(shù)值。

（3）石化集團(tuán)公司《危險品碼頭安全管理規(guī)定》：對裝卸石油及其制成品和化學(xué)危險品的專用碼頭的消防設(shè)施要求：企業(yè)專職消防隊?wèi)?yīng)設(shè)在接到報警后，消防車5分鐘內(nèi)能夠到達(dá)危險品碼頭的火災(zāi)地點。有消拖兩用船的企業(yè)，其水上消防站應(yīng)設(shè)在報警后，消防船15分鐘內(nèi)（5萬噸級以上碼頭），或在20分鐘內(nèi)（5萬噸級以下碼頭）到達(dá)管轄區(qū)最遠(yuǎn)點的地點。

3 單點泊位組泊位安全距離影響因素

ABS《Rules For Building and Classing Single Point Moorings》等僅對單點系泊工程水域提出規(guī)范性要求，但對同一水域布置泊位組并沒有相關(guān)要求。

單點泊位間距不僅影響船舶進(jìn)出港與靠離泊，而且影響泊位運營安全。影響單點泊位間距離的主要因素包括：

（1）船舶尺度：船舶尺度越大，船舶進(jìn)出港操縱及作業(yè)占用的水域就越大，單點泊位間的距離要求越大。

（2）風(fēng)浪流環(huán)境條件：風(fēng)浪流環(huán)境條件惡劣，油輪作業(yè)風(fēng)險大，單點泊位間的距離要求越大。

（3）船舶作業(yè)輔助條件：船舶輔助作業(yè)條件是影響船舶進(jìn)出港與靠離泊的重要因素，足夠的拖輪配備，能有效減小船舶操縱水域。

（4）船舶事故應(yīng)急響應(yīng)時間：船舶在系泊及裝卸作業(yè)過程中，在大風(fēng)浪等惡劣天氣影響下，易發(fā)生油輪碰撞單點浮筒、水上軟管斷裂、錨鏈斷裂、錨樁失效等風(fēng)險，危及其它單點系泊系統(tǒng)的作業(yè)安全。因此，事故應(yīng)急響應(yīng)時間越長，要求單點間距離就越大。

4 泊位間安全距離分析

4.1 工程布置

為了分析泊位間安全間距，以某擬建單點系泊工程為例進(jìn)行分析。

（1）代表船型

根據(jù)工程設(shè)計，代表船型見表1。

（2）作業(yè)工況

根據(jù)工程當(dāng)?shù)赜^測資料，工程區(qū)域強(qiáng)風(fēng)向為NW-NNW 和 NNE-ENE 兩個方向范圍；常風(fēng)向為S、SSE和ENE向。累年>6 級風(fēng)（V>10.8m/s）的平均日數(shù)為137天，其中11月份出現(xiàn)天數(shù)最多，為14.5天，7月份最少，為8天。累年>8 級風(fēng)（V>17.2m/s）的平均日數(shù)為15.7天，其中10月份出現(xiàn)天數(shù)最多，為2.3 天，7月份最少，為0.7 天。

本海區(qū)以風(fēng)浪為主，涌浪次之。浪間呈季節(jié)性變化，夏季盛行SE浪，秋季主要是NE浪，春季浪向紊亂。強(qiáng)浪向是NNE-ENE，其次是NW 向，常浪向為偏S向。

實測海流流向多分布在 ESE～SSE 和 WNW～NNW 兩個區(qū)間內(nèi)，實測平均流速漲潮0.55m/s，流向108°；落潮流速0.55m/s，流向295°；可能最大流速1.5m/s。

根據(jù)工程區(qū)域風(fēng)浪流環(huán)境條件，設(shè)計部門對確定的單點系泊工程作業(yè)環(huán)境限制條件見表2。

（3）泊位布置

單點系泊泊位組布置，如圖3所示。

4.2 泊位間安全間距分析

單點泊位間必須滿足一定的安全距離要求，一是要保證船舶進(jìn)出港與靠離泊操縱有足夠的水域；二是在船舶裝卸作業(yè)過程中，一旦系泊系統(tǒng)發(fā)生斷纜、斷鏈等事故，產(chǎn)生船舶失控漂移，為事故應(yīng)急救助留有一定的時間與空間。按照《海港總體設(shè)計規(guī)范》，單點泊位間距一般能夠滿足船舶安全進(jìn)出港與靠離泊要求。因此，單點泊位安全間距大小主要取決于對事故應(yīng)急救助的要求。

（1）系泊斷纜失控漂移模擬

根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)浪流環(huán)境條件和作 業(yè)限制條件，對下列工況（見表3）進(jìn)行了船舶失控漂移模擬計算。

（2）安全距離計算

按照表3失控漂移工況，應(yīng)用船舶運動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了船舶失控漂移計算，圖4給出了不同風(fēng)浪流條件下20分鐘時間內(nèi)的船舶漂移軌跡。船舶初始漂移點及船舶首向角通過水動力計算得到。

從圖4中可以看出：在一定時間內(nèi)，船舶的漂移距離隨著風(fēng)浪流的增大而增大，風(fēng)浪流越大，漂移距離就越大。在7級大風(fēng)、2.5m波高、流速0.55m/s時失控，船舶漂移距離約900～1 000m；在8級大風(fēng)、3.0m波高、流速0.55m/s時失控，船舶漂移距離約1 200m；在8級大風(fēng)、3.0m波高、流速1.5m/s時失控，船舶漂移距離達(dá)1 800m。為了避免大風(fēng)浪時由于單點系泊船舶失控漂移危及其他單點系泊船舶作業(yè)安全，單點泊位間的安全距離必須綜合考慮系泊船舶尺度、作業(yè)限制條件、船舶事故應(yīng)急響應(yīng)速度等因素。對于本文提及的單點泊位組設(shè)計，代表船型為25萬噸油船，單點系泊船舶在正常作業(yè)時，船舶圍繞單點中心在440m范圍內(nèi)運動，在8級大風(fēng)、3.0m波高、流速1.5m/s的作業(yè)工況條件下，考慮救援船舶20分鐘內(nèi)抵達(dá)事故地點施救，單點泊位間的安全距離（兩單點泊位中心間的距離）應(yīng)不小于2 240m（在救援船舶抵達(dá)時，失控船舶不進(jìn)入其他單點的回轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)）。

5 結(jié)束語

單點系泊作為一種原油、天然氣和化工產(chǎn)品等接卸技術(shù)，解決了因港口條件限制而不能靠泊大型油輪的難題。單點系泊技術(shù)的應(yīng)用在我國仍然處于起步階段，在目前尚沒有單點建設(shè)相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)情況下，探討單點布置設(shè)計的有關(guān)技術(shù)問題，對如何根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，合理布置水域，確保單點工程船舶作業(yè)安全，促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成等都有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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