长江干流江苏段航道LNG船舶通航安全分析
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作者:孙敬东 袁智
摘 要：液化天然气（LNG）因其在绿色航运、节能减排中的显著优势，正成为未来船用燃料的首选。长江江苏段是长江干流通航条件最好、船舶通过量最大的“钻石”航道，12.5米深水航道工程的竣工，全面提升了长江南京以下沿岸港口“大船”效应。研究江苏段航道LNG船舶通航安全是更大发挥长江“黄金水道”优势的关键所在。
关键词：LNG船舶;江苏段;12.5米深水航道;通航安全
中图分类号：U697 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2020）02-0069-03
统计数据表明，我国内河船舶每百吨千米油耗比发达国家高出20%以上，充分发挥LNG能源的清洁、便利优势，推进节能减排、绿色航运建设已经迫在眉睫。LNG船舶是在零下163摄氏度低温下运输液化天然气的专用船舶，是国际公认的“三高”产品。保障LNG船舶的通航安全是当前工作的重中之重。
另一方面，长江江苏段全长432.5公里，流经南京至苏州8个设区市，是长江干流通航条件最好、船舶通过量最大的航段，有着“钻石”航道之称，也是一条全国重要的经济走廊。2019年5月20日，经过一年的试运行，江苏段南京以下12.5米深水航道二期工程顺利通过竣工验收，并且进入正式运行阶段，让江港变“深水海港”，也让海轮“一船直达”，从而全面提升了长江南京以下沿岸港口的“大船”效应。
保障LNG船舶特别是大型LNG船舶在江苏段的安全通航是改善能源使用结构的重要途径，是实现水运行业转型升级的重要手段，是长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”的重要抓手。本文在充分了解LNG船舶运输特性，把握江苏航段航道特点和优势，研究LNG船舶安全通航所需水深和航宽，为江苏段航运产业升级、打造交通强国建设先行区提供科学支撑。
1 LNG船舶运输特性
LNG的主要成分甲烷，易燃易爆，且容易挥发，属于危险品，在运输过程以低温常压方式储存，运输船舶有着特殊的结构特性、设计参数和操纵要求。
1.1 LNG船舶结构特性
LNG船舶的船型按货舱布置主要分为：整体性货舱、独立型货舱和薄膜式货舱。其中，独立型货舱又分为三种类型：A型，为菱形或称为IHI SPB;B型，为球形，较常见，舱体的结构损伤和裂缝能够被检测，对保障船体安全有较大好处;C型，为卧式圆筒形，通常有球形、半圆筒、双圆筒罐三种形式。根据《液化天然气码头设计规范》，内河LNG船舶采用满足压力容器设计标准的C型独立液舱，由于液舱位于船舶中部，使得船舶具有比较高的干舷，其结构特点如下表1所示。
1.2LNG船舶参数
因为LNG船舶的特殊结构，不同LNG容量的船舶设计尺度参数有较明显的区别，如下表2所示（选择中海油船型为参考）。其中，L表示船长，B表示船宽，D表示型深，T表示满载吃水，ΔH表示富裕水深。根据《中华人民共和国江苏海事局船舶航行安全富裕水深管理规定》（2015年通告）中对相关富裕水深的规定，得到相应LNG船舶的ΔH如表中所示（航速不大于12节），并且考虑到LNG属于危险货物，表中各船型的富裕水深取值都按规定相应的增加了0.1m。
1.3LNG船舶操纵特性
LNG船舶的操纵特性主要如下表3所示。
2 江苏段航道通航环境分析
2.1 江苏段自然环境
长江江苏段通航水域是指长江上界南岸慈湖河口（31°37′34″N/118°29′48″E）与北岸乌江河口（31°50′42″N/118°29′24″E）连线，下界浏河口下游的浏黑屋（31°30′52″N/121°18′54″E）与崇明岛施翘河下游的施信杆（31°37′34″N/121°22′30″E）联线间主管机关公布的可供船舶航行的水域，属于温带向亚热带的过渡性气候。多年统计数据显示，最冷月为1月份，平均气温-1.0～3.3℃，最热月在8月份，平均气温26～28.8℃;年平均降水量为1001.6mm，平均降雨量大于25mm/天的有20天，大于50mm/天的有3。長江横贯江苏东西433千米，流经南京、镇江、扬州、江阴、张家港、南通、泰州、太仓、如皋、常州、常熟、宜兴等处，各处的风况、雾天、水文特征会根据当地的实际有所不同，例如镇江水域风速大于13.8m/s大风日数最多年份为41.0天，多年平均大风日为13.0天，而江阴水域8级以上大风天数年均8天，历年最多26天，年平均风速为2.9m/s。
2.2 江苏段主要航道
按照《长江江苏段船舶定线制规定》的航行规定，船舶依次航经长江口深水航道、外高桥航道、宝山航道、浏河水道、白茆沙航道、通州沙水道、南通水道、流海沙水道、福姜沙水道、江阴水道、泰兴水道、口岸至水道、丹徒直水道、焦山水道、仪征水道、龙潭水道、草鞋峡水道。2019年5月20日，江苏段南京以下12.5米深水航道二期工程顺利通过竣工验收，航道宽度到达500m，水深达到12.5m（理论最低潮面）。
3 江苏段航道LNG船舶通航分析
根据《内河通航标准》和《海港总体设计规范》，LNG船舶在航道中航行，有两个重要的参数需要计算：航道水深和航道宽度。
3.1 航道水深计算
根据《长江干线通航标准》，航道水深由设计船型的标准吃水和富裕水深两部分组成，计算公式如下：
式中，
H 航道水深，m
T 船舶吃水，m
ΔH 富裕水深，m
采用公式（1），根据表2中的参数，计算得到不同容量LNG船舶航行所需的航道水深如表4所示。 3.2 航道通航宽度计算
航道通航宽度一般由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成，如下1图所示。
航道宽度计算公式如下：
式中，
W 航道有效宽度，m
A 航迹带宽度，m
C 船舶与航道底边间的富裕宽度，m
n 船舶偏移倍数
γ风、流压偏角，°
L 设计船长，m
B 船舶间富裕宽度，m
根据《液化天然气码头设计规范规范》（JTS 165-5-2016）和《海港总体设计规范》规定：航速≦6kn时候，C取B，航速大于6kn小于等于12kn的时候，C取1.5B;n、γ的取值如下表5所示。
根据表2和表4中的参数，采用公式（2）和（3），选择10000m3和40000m3为代表船型，计算得到LNG船舶通航的航道宽度如表6所示（航速在6kn到12kn之间）。
3.3 主要航道LNG船舶通航分析
根据3.1节和3.2节的计算结果可知，10000 m3LNG船舶所需水深为4.6m，宽度最大约143.6m; 40000 m3LNG船舶所需水深和宽度为10.3m 和203.7m。而江苏段南京以下12.5m深水航路已交付使用，航道宽度为500m，满足40000 m3LNG船舶通航的航宽和水深需求。不过，部分水域航道复杂例如尹公洲水道的宽度只有250m，而且弯度比较大，还需区别对待。另外，主要航道的环境和特点以及航行中其它船舶的影响也需要考虑。
4 结论
本文面向LNG船舶通航安全需求，在长江江苏12.5米深水航道工程竣工背景下，在充分分析LNG船舶结构、操纵特性和设计尺寸的基础上，精确计算了其安全通航所需的航道宽度和水深，计算结果表明长江江苏段航道在航道水深和宽度方面满足40000 m3以下LNG船舶安全通航需求，研究结果对发挥江苏12.5深水航道优势、打造江苏水运航运示范工程、推进长三角交通运输更高质量一体化协调发展具有深远意义。
参考文献：
[1]赵德招.长江南京以下沿江港口对12.5m深水航道的效益响应[J].水运工程，2019（06）：8-14.
[2]馬轶玮，刘翰卿，朱苏辉等.长江南京以下12.5 m深水航道二期工程初步效益分析[J]. 水运工程， 2019（07）：9-12+27.
[3]于文杰，郭国平，吴兵. 基于模糊故障树的长江LNG船舶装卸作业风险预测[J].交通信息与安全，2019，37（05）：46-53.
[4]齐奎利. LNG船对船过驳作业碰垫分析研究[J].中国水运，2019（09）：54-55.
[5]李睿男，吴笑风，刘铁英，等.船用LNG领域国际标准现状[J].船舶标准化工程师，2019，52（05）：11-13+20.
[6]周毅，周斌，郑坤，等.“海洋石油301”智能化可行性分析[J].船海工程，2019，48（05）：25-27.
基金项目：国家重点研发计划（2018YFC1407404）; 湖北省教育厅项目（B2017504）。
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