海上浮式储油轮狭水道拖航的可行性论证与实操
梅英群
（上海港引航站，上海200082）
[内容摘要] 超大型无动力船舶的拖航是一项高难度的航海作业，尤其是在通航环境复杂的狭水道水域。对于一项难度较大的引航工作，先进行可行性理论论证，是达到安全引航的必要前提。通过对超大型无动力船舶拖航的实际操纵, 总结了拖航的经验，提出了超大型无动力船舶在狭水道拖航操纵作业的相关注意事项。
关键词：超大型无动力船舶；拖航；可行性论证；实际操作
The Feasibility Demonstration and Actual Operation of Towing for Dead Ultra Large vessel in narrow channel
MEI Ying Qun
Shanghai Pilot Station, Shanghai, 200082, China
The towing of dead ultra large liquefied natural gas ship is one of difficult navigation operations, especially in narrow channel. According to a difficult pilotage operation , feasible theoretical demonstration is a necessary condition . The difficulty of towing in south channel of shanghai was illustrated, and some key points and precautions for dead ultra large ship towing are elaborated in the paper.
Key words： Dead ultra large ship; Towing; Feasibility demonstration; Actual operation
1.前言
海上浮式储油轮“海洋石油117”，是一艘上海外高桥造船基地新建的30万吨级超大型船舶。该轮船长323m，型宽63m，型深32.5米。计划于2007年5月8日，自上海外高桥造船基地3号码头，通过南槽航道驶往新加坡。
建造海上浮式储油轮是国内近几年刚刚兴起的一项造船业务，所以这种船舶的长距离拖航对船舶操作人员来说也是一种全新的课题。海上浮式储油轮体积巨大，受风面积巨大，而且没有动力，拖航该种船舶具有绑扎程序复杂、拖带长度超长、拖航难度大、技术性强等特点。要想安全地完成拖航任务，必须对海上浮式储油轮南槽航道拖航出港的通航安全可行性进行论证，再根据可行性论证的结果，对拖航过程中可能发生的危险局面进行充分而细致的准备。
2.拖航船舶资料
被拖船资料如表一，有两艘外籍拖轮分别为主拖轮(SALVERITAS)、辅拖轮(SALVICEROY)，两艘拖轮的数据完全一样（见表二）。
表一 海上浮式储油轮“海洋石油117”的资料
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船名
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船长
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型宽
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型深
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吃水
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拖航速度
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风力
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要求富余水深
|
|
海洋石油117
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323m
|
63m
|
32.5m
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A:5.4
F:5.4
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6.5Kn
|
6级以下
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70cm
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表二 主辅拖轮的船舶资料
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船名
|
船籍
|
船
长
|
型
宽
|
型
深
|
吃
水
|
主
机
|
车
叶
|
艏/艉
侧推
|
DWT
|
船
速
|
系柱拉力
|
|
SALVERITAS
&
SALVICEROY
|
新
加
坡
|
68m
|
16.4
|
7.2
|
5.2
|
2×4500KW
|
可变螺距
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500KW
/588KW
|
2804
吨
|
15
Kn
|
157
吨
|
3.拖轮的布置
拖轮的布置如图1所示，主拖轮(SALVERITAS)、辅拖轮(SALVICEROY)在船艏由钢丝缆连接负责拖艏，海港51在船艉由高强度尼龙缆吊艉，海港18和海港33分别由3根钢缆绑在大船上。
4.拖航的可行性分析
4.1拖航阻力
4.1.1 主拖轮阻力
（1）主拖轮的摩擦阻力RfT
RfT=1.67S1×V1.83×10-3
式中：S1－水下湿表面积＝1.7Ld＋CbLB ；d－吃水；Cb－方形系数(取0.68)；L－船长（m）；B－型宽（m）；V－拖航速度，以6.5节(3.25m/s)计算
S1=1.7×60×5.2+0.68×60×16.4=530.4+669.1=1199.5 m2
RfT=1.67×1199.5×3.251.83×10-3
=17.3KN
17.3/9.8=1.765(吨)
（2）主拖轮的剩余阻力RbT
RbT＝0.147×Cb×S1×V1.74+0.15V
式中：S1－浸水部分舯横剖面积＝b×B×d; b－纵剖面系数（取0.97）
S1=0.97×16.4 ×5.2=82.7m2
RbT=0.147×0.68×82.7×3.251.74+0.15×3.25=114KN
114/9.8=11.64吨
RfT ＋RbT＝13.4吨
所以，2艘远洋拖轮估算阻力为：R1=2×13.4=26.8吨
4.1.2被拖船阻力
（1）被拖船摩擦阻力Rf
Rf＝1.67S2×V1.83×10-3
式中：S2－水下湿表面积；V－拖航速度，以6.5节(3.25m/s)计算
S2＝L(B＋2d)＝323 ×（63＋2×5.3）=23772.8 m2
Rf=1.67×23772.8×3.251.83×10-3=343KN
343/9.8=35吨
（2）被拖船剩余阻力Rb
Rb＝0.147×Cb×S2×V1.74+0.15V
Cb－方形系数(取0.9)；S2－浸水部分舯横剖面积；b－纵剖面系数（取0.97）
S2＝b×B×d＝0.97×63×5.3=323.9 m2
Rb=0.147×0.9×323.9×3.251.74+0.15V=591.33KN
591.33/9.8=60.34吨
（3）被拖船总阻力：R2=35+60.34=95.43吨
4.1.3拖轮与被拖船总阻力
总阻力RT=1.15(R1+R2)=1.15(26.8+95.34)=140.46吨
此外，在南槽航道拖航出口时，在“海洋石油117”海上浮式储油轮左右各绑一艘4000匹马力拖轮，艉再安排一艘4000匹马力拖轮顶推。每艘拖轮的阻力约为5吨，三艘拖轮合计为15吨，拖航船队以6.5节速度航行时，总阻力为140.46+15=155.46吨。主辅拖轮的系柱拉力各为157吨，三艘4000匹马力港作拖轮的总马力为3×（4000/100×1.2）=144吨。
157×2+144=458吨。
因此，“海洋石油117” 海上浮式储油轮安排5艘拖轮进行拖航，拖力完全可以满足在狭水道中拖航速度不低于6.0节的要求，符合我国有关规范的要求。
4.2拖航船队所需航道宽度
A=n(L sinr+B)
式中：A — 航迹带宽度
r — 风流压差角（计算时取7°）
n — 船舶的漂移倍数（r取7°时，n=1.69）
b — 船舶间富裕宽度，取设计的船宽B
c — 船舶与航道底边的富裕宽度取1.5B
A=1.69（323m×0.1219+63m）= 170m
由于“海洋石油117”海上浮式储油轮是拖航出口，在风流压差7°条件下拖航出口时，整个拖航船队的航迹带宽度：
A=1.69 (581m×0.1219+85m)
=263m
“海洋石油117”海上浮式储油轮拖航船队所需单向航道宽度：
W = A + 2C =263 +2×85m =433m
“海洋石油117”海上浮式储油轮拖航船队自外高桥造船基地~九段灯船的出口航道宽度为460m~830m；自九段灯船~南槽灯船的单向出口航道宽度约540m.详细资料见表三。
表三 南槽航道宽度、航向、航程及水深
灯浮名称 航距（海里） 航向（度） 航道宽度（海里） 水深（米）
A54-A52 1.3 130 0.5 9.0以上
A52-A50 1.4 131 0.55 9.0以上
A50-A46 3.0 140 0.5 9.0左右
A46-A44 1.5 140 0.6 9.0左右
A44-A42 1.5 140 0.7 8.0以上
A42-A40 1.6 138 0.8 8.0左右
A40-A38 1.5 135 0.8 7.0左右
A38-A36 1.5 135 0.8 6.0以上
A36-九段灯船 3.0 122 0.9 5.4
九段灯船-S18 2.0 113 0.3 5.4
S18-S14 6.0 113 0.3 5.4
S14-S12 2.5 108 0.3 5.7
S12-S7 7.1 094 0.3 5.8
S7-南槽灯船 10.4 103 0.3 6.8
注：上述出口航向仅供参考。
南槽出口航道的宽度，可满足“海洋石油117”海上浮式储油轮拖航船队所需单向航道宽度要求。
4.3.在6级横风影响下向下风漂移速度
横向受风面积根据图纸测量如下：
船体 274m×(32.5-5.4)= 7425.4㎡
艉楼 28×（18＋36）/2=756m2
艏楼 20×30+18×22+20×8 = 1156 ㎡
合计 9337.4㎡
船舶在静止水面正横受到6级风（13.8m/s）影响，向下风漂移速度：
VY=0.041(Ba/LW.d)0.5Va
式中：Va – 真风速（m/s）
LW – 水线面长度（m）
Ba – 船体水上侧面积（m）
d – 平均吃水（m）
Vy = 0.041(Ba/LW.d)0.5Va＝1.33m/s
则： 1.33m/s×60 =79.8m/分
即每分钟向下风漂移79.8m。
当船舶以6.5节航速拖航时，每分钟向下风漂移速度为：
79.8m/分×0.4025 = 32m/分。
当船舶以4节航速拖航时，每分钟向下风漂移速度为：
79.8m/分×0.57 = 45.4m/分。
4.4 由南槽航道拖航出港时通航环境对安全航行的影响分析
4.4.1外高桥航道航行船舶对安全拖航的影响分析
上海外高桥造船基地码头位于外高桥沿岸航道南侧，其下游为外高桥港区的集装箱码头。
外高桥沿岸航道是出口小型机动船航道。在落流时段，出口小型机动船络绎不绝地通过外高桥航道，经外高桥造船基地码头前沿水域出口。而外高桥沿岸航道外侧，有外高桥航道，是进出上海港及长江沿岸各港口船舶的必经之水域，其北侧还有吴淞锚地。
“海洋石油117”海上浮式储油轮拖航船队离泊后，在此水域向右掉头出口航行时必将受到自外高桥沿岸航道航行出口的小型机动船，以及航经外高桥航道的大型船舶影响；进出锚地的船舶影响和其上下游泊位上的大型集装箱船舶的正常靠离泊操纵影响。
4.4.2圆圆沙警戒区航行船舶对安全拖航的影响分析
“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队由南槽航道拖航出口时，圆圆沙警戒区是其必经水域。而圆圆沙警戒区是进出长江口深水航道、进出南槽、进出长兴水道、往返横沙的大中小型船舶必经的水域。
在长兴高潮前2.5小时~长兴高潮后半小时，圆圆沙警戒区船流密度相当大。据2007年2月份统计，经过该水域的船舶平均每昼夜达670艘之多。因此该水域是上海港事故多发地段。
庞大的“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队通过圆圆沙警戒区时，必将会受到正航行于该水域船舶的影响。
4.4.3进出南槽小型船舶锚地船舶对拖航安全的影响分析
在南槽A44#。A42#及A40#灯浮联线南侧设有九段沙小型船舶锚地。“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队出口时，必须在小型船舶锚地的北面界限外侧通过。因而，当庞大的“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队经过该水域时，必将会受到拟进九段沙小型船舶锚地的船舶影响。
4.4.4南支航道进口船在九段灯船处穿越航道时对拖航安全的影响分析
自南支航道进口的船舶，当行驶到九段灯船附近，按规定要穿越航道驶到南槽航道进口航道上。
而当“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队拖抵九段灯船附近，也需自南槽出口航道穿越航道到九段灯船处。在中浚高潮前3小时~中浚高潮时，进口小型机动船的船流密度相当密集。“海洋石油117” 海上浮式储油轮拖航船队穿越航道时将会受到自南支航道进口的小型机动船舶的影响。
5.拖航的过程与经验结论
5.1拖航的过程
1.根据天气状况，拖航定于2007年5月8日0500时开始。引航员0400登船，0430时开始绑拖轮，0500时开始离泊，0540时掉头完毕。在整个拖航过程中，前进的力主要由主拖轮(SALVERITAS)、辅拖轮(SALVICEROY)和海港51顶推时提供；后退的力主要由海港51的倒拖提供；左右转向扭矩，主要由绑在两舷的海港18和海港33提供。0702时过圆圆沙，0800时过A45灯浮，0836时过A39，0930过九段，1010过S16，1100过S12，1230过S7。整个航程平均速度约6节。
5.2经验总结
5.2.1海上浮式储油轮“海洋石油117”在主拖轮和一艘辅助拖轮领拖、两艘大马力拖轮绑拖、一艘大马力拖轮顶拖下，自上海外高桥造船基地码头通过南槽航道拖航出港，拖力可满足拖航速度不低于6节的规范要求，南槽出口航道的宽度也可满足拖航船队所需单项航道宽度。
5.2.2 主辅拖轮均为外轮，在配合上要默契，主辅拖轮上各由一名经验丰富的一级引航员
引领，前后要保持一定的距离，并保持外八字形状拖带，这样才能避免两艘拖轮发生碰撞.
5.2.3拖缆所经过的易磨损部位，应设有合适的防擦损设备（如使用防擦链），防擦链应从拖力点延伸至导缆装置之外至少3米，防擦链应有档链。
5.2.4海上浮式储油轮“海洋石油117”由南槽航道拖航出港期间，拖航长度达513m，总宽度达85m，拖航操纵困难，且在拖航过程中要航经船舶密度较大的圆圆沙警戒区，流压角较大的九段警戒区,通过船舶航行极为密集的长江口水域，因此存在着较大的安全风险，必须严格遵守各项规定，落实安全措施，谨慎操作，加强了望，主动联系过往船只协调避让,保障拖航船队的安全航行。
5.2.5拖航前应与气象部门联系，以取得拖航当天的气象信息，并制定拖航期间突遇大风、和能见度不良的应急方案，并在拖航期间备妥首锚及应急拖缆。
5.2.6海上浮式储油轮“海洋石油117”，应全程白天出口，视程大于1海里，风力小于6级；并申请至少两名有经验的一级引航员引领，两艘巡逻艇进行全程护航，吴淞交管中心进行全程监控。
5.2.7选择合适的全回转拖轮，要求各拖轮务必统一指挥，互相配合，协同动作，并能够发挥主观能动性，及时向引航员提供情况，所以，要求拖轮公司选派具有丰富拖航操作经验的船员协助拖航。
5.2.8 在缆绳的选择上，船艏的吊拖拖缆一定要用钢丝缆，船艉的两艘绑拖拖轮最好也用钢丝缆。因为钢丝缆在拖带过程中伸缩性小，且强度高。
5.2.9海上浮式储油轮“海洋石油117”在南槽航道拖航过程中，主拖缆长度不超过150米，并按规定显示相应的港口信号。
5.2.10海上浮式储油轮“海洋石油117”在A37-南槽灯船约32海里航程中，由于航速慢，风流压角较大，应密切注意风流压的影响，防止碰擦助航灯浮。
六、结束语
随着船舶的吨位和长度的日益增大，在船舶操纵工作中所遇到的技术难题也越来越多。从确保船舶安全的角度考虑，对于一项比较艰难的拖航任务来说，事先进行可行性论证是非常有必要的。通过事先的可行性论证，使驾引人员在登轮之前对工作时各阶段的受力状态有所了解，在工作中可能会遇到的困难和可能会发生的问题有一定程度的认识，也为驾引人员正确使用拖轮做了很好的准备，从而确保拖航工作的顺利进行。
主要参考文献
1.陈正华主编.上海港引航实用手册.上海远东出版社
2.（日）VLCC 研究会著.超大型船操纵要点.北京.人民交通出版社，1982
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4.林日今.第四代集装箱船的操纵体会与注意事项.航海应用技术拾遗.中国航海学会
5.李勇主编.船舶操纵.北京：人民交通出版社，1999