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LNG船对船过驳作业配置模型与安全稳定性分析

石峰 陶可健 黄立文 谢澄

石峰, 陶可健, 黄立文, 谢澄. LNG船对船过驳作业配置模型与安全稳定性分析[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(6): 53-62. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006
引用本文: 石峰, 陶可健, 黄立文, 谢澄. LNG船对船过驳作业配置模型与安全稳定性分析[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(6): 53-62. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006
SHI Feng, TAO Kejian, HUANG Liwen, XIE Cheng. A Study of Configuration Model and Safety Analysis for Ship-to-ship Transfers of Liquefied Natural Gas[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(6): 53-62. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006
Citation: SHI Feng, TAO Kejian, HUANG Liwen, XIE Cheng. A Study of Configuration Model and Safety Analysis for Ship-to-ship Transfers of Liquefied Natural Gas[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(6): 53-62. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006

LNG船对船过驳作业配置模型与安全稳定性分析

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006
基金项目: 

四川省科技计划项目 2022YFG0048

详细信息
    作者简介:

    石峰(1970—), 学士, 高工.研究方向: 海洋工程和船舶设备应用开发.E-mail: shifeng@cnooc.com.cn

    通讯作者:

    黄立文(1965—), 博士, 教授.研究方向: 智能航海与仿真技术.E-mail: lwhuang@whut.edu.cn

  • 中图分类号: U693+.34

A Study of Configuration Model and Safety Analysis for Ship-to-ship Transfers of Liquefied Natural Gas

  • 摘要: 针对LNG船对船过驳作业中设备选型与配置问题, 利用多层次模糊综合评判分析并系统性地构建了LNG船对船过驳作业配置模型, 提出了LNG船对船过驳设备配置稳定性的定量分析方法和计算流程, 以145 000 m3和60 000 m3的LNG船舶为试验对象, 利用计算流体动力学(CFD)技术对2船组合体配置系统开展仿真试验分析, 并基于仿真试验结果开展了该模拟工况条件下LNG船对船过驳选型适配度的计算。结果表明: 在模拟工况下LNG船对船过驳选型与配置适配度为0.85, 与最优值1.00的误差为15%, 在20%的误差允许范围内, 验证了所提出的LNG船对船过驳作业选型与配置模型的有效性; 同时, 明确了LNG船对船过驳作业的环境限制条件应为能见度大于1 000 m, 风力小于6级, 流速小于2.5 n mile/h, 过驳作业安全区半径范围为1 210 m。采用所构建的过驳作业选型与配置模型能够实现LNG船对船过驳作业设备选型与配置安全稳定性的量化分析和确定具有普适性的LNG船对船过驳作业限制条件, 对于保障LNG船对船过驳作业关键配置选型的安全性具有重要意义。

     

  • 图  1  LNG船对船过驳选型与配置模型的层次结构

    Figure  1.  Hierarchical structure of LNG ship-to-ship transfer selection and configuration model

    图  2  LNG船对船系泊布置

    Figure  2.  Mooring model of LNG ships combined system

    图  3  船舶锚泊配置模型

    Figure  3.  Anchoring stability configuration model

    图  4  辅助拖船配置方式

    Figure  4.  The arrangement of tugs

    图  5  过驳船舶选型与设备配置流程

    Figure  5.  The process of transfer ship selection and equipment configuration

    图  6  缆绳受力情况

    Figure  6.  The force of the cable

    图  7  碰垫受力情况

    Figure  7.  The force of the fenders

    图  8  锚链拉力时历曲线

    Figure  8.  Time series of the anchor forces

    图  9  拖船作用力时历曲线

    Figure  9.  Time series of the tug forces

    图  10  LNG泄漏扩散浓度随距离变化情况

    Figure  10.  Change of LNG leakage diffusion concentration with distance

    图  11  LNG STS过驳作业区示意图

    Figure  11.  Operation area of LNG STS transfer operation

    图  12  不同模拟方案下适配度误差情况

    Figure  12.  Error of goodness of fit under different simulation scenarios

    表  1  权重值的计算结果

    Table  1.   Calculation results of weight values

    二级指标 权重值ωi 三级指标 权重值ωij
    风速 0.69
    过驳环境适配 0.65 流速 0.56
    能见度 0.72
    系泊布置 0.75
    过驳设备适配 0.66 碰垫选型 0.58
    锚泊方式 0.66
    辅助拖轮适配 0.58
    过驳作业区适配 0.77
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    表  2  碰垫快速选取表

    Table  2.   Parameters of fender selection

    靠泊系数C/t 抵靠速度v/(m/s) 靠泊能量/(kN·m) 碰垫数量/个 高压碰垫尺寸/(m×m)
    1 000 0.30 24 ≥ 3 1.0×2.0
    3 000 0.30 70 ≥ 3 1.5×3.0
    6 000 0.30 140 ≥ 3 2.5×5.5
    10 000 0.25 170 ≥ 3 2.5×5.5
    30 000 0.25 400 ≥ 4 3.3×6.5
    50 000 0.20 480 ≥ 4 3.3×6.5
    100 000 0.15 540 ≥ 4 3.3×6.5
    150 000 0.15 710 ≥ 5 3.3×6.5
    200 000 0.15 930 ≥ 5 3.3×6.5
    330 000 0.15 1 550 ≥ 4 4.5×9.0
    500 000 0.15 2 310 ≥ 4 4.5×9.0
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    表  3  锚的抓力系数和锚链的摩擦系数

    Table  3.   Coefficient of anchor holding and chain friction

    底质 λa λc 底质 λa λc
    软泥 10 3 砂贝壳 7 2
    硬泥 9 2 沙砾 6 1.5
    砂泥 8 2 小块石 5 1.5
    7 2
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    表  4  LNG船舶设计参数

    Table  4.   Parameters of the LNG ships

    项目类型 LNGU LNGR
    船长Loa/m 292.0 216.0
    垂线间长Lbp/m 278.0 205.0
    船宽B/m 43.4 34.0
    型深D/m 26.3 17.7
    吃水T/m 11.4 9.0
    排水量∆/t 114 700 51 900
    横摇惯性半径Kxx/m 14.8 11.6
    纵摇惯性半径Kyy/m 73.0 54.0
    艏摇惯性半径Kzz/m 76.0 56.0
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    表  5  风浪流环境条件参数

    Table  5.   Parameters of environmental condition

    环境条件 参数 类型数值
    风谱 NPD谱
    风速Vw/(m/s) 7.9
    风向Cw/(°) 180
    类型 定常流
    流速Vc/(m/s) 1
    流向Cc/(°) 180
    波浪谱 JONSWAP谱
    有义波高Hs/m 1.25
    Gamma 3.3
    谱峰周期T/Hz 0.25
    浪向Ce/(°) 180
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    表  6  LNG船对船过驳设备参数

    Table  6.   Equipment parameters of LNG ship-to-ship transfer

    设备 参数 类型数值
    缆绳 船艏/根 8
    船舯/根 4
    船艉/根 6
    破断强度/kN 1 774
    碰垫 数量/个 4
    尺寸/(m×m) 3.3×6.5
    破断强度/kN 2 460
    锚泊方式 单锚锚泊
    破断强度/kN 14 970
    拖船 拖船数量/艘 3
    布置方式 受载船配置
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    表  7  模拟工况设置情况

    Table  7.   Simulate settings of each scenarios

    序号 风力等级 流速/(n mile/h) 能见度/m 适配度 相符误差值/%
    1 4 1 2 000 0.857 4.8
    2 5 1 2 000 0.852 5.2
    3 6 1 2 000 0.764 15.1
    4 7 1 2 000 0.648 28.0
    5 4 1.5 2 000 0.864 3.9
    6 4 2 2 000 0.851 5.5
    7 4 2.5 2 000 0.755 16.1
    8 4 3 2 000 0.716 20.5
    9 4 3.5 2 000 0.701 22.1
    10 4 1 1 500 0.867 3.6
    11 4 1 1 000 0.864 4.0
    12 4 1 500 0.780 13.3
    13 4 1 200 0.667 25.9
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    表  8  适配度的计算结果

    Table  8.   Calculation results of goodness of fit

    二级指标 三级指标 指标实测值dij 指标最优值d'ij 适配度实测值 适配度最优值
    过驳环境适配 风速 7.9 12.3 0.85 1.00
    流速 1.0 1.3
    能见度 2 000 1 000
    过驳设备适配 系泊布置 1 315 1 770
    碰垫选型 2 145 2 460
    锚泊方式 817 1 000
    辅助拖船适配 3 3
    过驳作业区适配 1 210 1 500
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  • 收稿日期:  2022-01-14
  • 网络出版日期:  2023-03-27

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