摘 要

随着全球经济的迅速发展，能源的使用也越来越趋于多极化，人们也逐渐认识到环境、社会及经济的协调发展对可持续发展起到了关键作用。天然气作为一种清洁能源，需求量正日益增长，而LNG属于液体散装危险化学品，具有易蒸发、易爆炸、低温等特性，因此LNG船比起其他船舶来说，具有高造价性以及高危险性。因此，为了保证LNG船舶的安全，各港口都采取了许多措施，如清障、护航、设置保护区等。

本文以保证LNG船舶进出港航行安全为目的，引入移动安全区的概念，通过分析及比对有关如何界定LNG船舶在航行中移动安全区的资料，并以此来提出一个确定船舶的安全水域范围的方法。并结合宁波港LNG码头的实际情况，为LNG船舶的进出港设计出一个合理可行的护航方案。为LNG船舶进出港航行的安全保障管理提供一个可行的参考模型。

关键词：LNG船舶；移动安全区；护航方案

Abstract

With the rapid development of the global economy, the use of energy has become more and more multipolar, people has become more and more aware of the environmental, social and economic development coordination is the key to sustainable development. Natural gas is a kind of clean energy which demand is growing. But LNG belongs to liquid dangerous chemicals in bulk, is easy to evaporation, explosive, temperature and other characteristics, so compared to other ships, LNG ships are with high cost and high risk. Therefore, in order to ensure the safety of LNG ships, ports have taken many measures, such as clear the voyage, escort, set of protected areas.

In order to ensure the purpose of LNG ship navigation safety, by analyzing the comparison at home and abroad related to LNG ships on the voyage moving safety zone data, we can determine the safe water ranging, combined with the actual situation of Ningbo port, for LNG ships inbound convoy to design a reasonable scheme. Providing an effective reference model for the LNG ship port navigation safety management .

Key Words：LNG ship; mobile safety zone; escort program

目录

第1章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

第2章 LNG船舶基本知识 3

2.1 LNG特性 3

2.2 LNG船舶概况 4

2.2.1 LNG船舶特点 4

2.2.2 LNG船舶操纵性能 5

第3章 LNG船舶的移动安全区分析 6

3.1 安全区的概念 6

3.1.1 我国关于船舶安全区的相关规定 6

3.1.2 国外关于船舶安全区的相关规定 6

3.2 LNG船舶移动安全区划分 7

3.2.1 基于跟驰模型和停船距离的安全区划分 7

3.2.2 基于风险模型的安全区宽度定量分析 9

3.2.3 日本藤井弥平模型 10

第4章 宁波LNG码头护航方案设计 13

4.1 护航船舶要求 13

4.2 宁波LNG码头概况 13

4.3 LNG船舶移动安全区分析 15

4.4 LNG船舶护航方案设计 17

第5章 结论 20

致谢 21

参考文献 22

第1章 绪 论

1.1 研究背景

LNG（Liquefied Natural Gas）是液化天然气的英文缩写，主要由甲烷构成。LNG无色、无味、无毒并且没有腐蚀性。它是先对气田或油气田出产的天然气进行净化处理，再经超低温（-162℃）常压液化得出的。等量气态天然气的体积约为经过液化后LNG的600倍。LNG是一种清洁、高效的能源，其在我国的能源供应中所占比例迅速增加，但由于中国天然气资源供应量远远小于需求量，所以大比重的的天然气仍然只能依靠海外进口，而我国绝大部分LNG都是使用LNG船舶经由海上运输的。但由于LNG具有易蒸发、易爆炸、低温等危险性，在发生碰撞、触礁和搁浅等事故时容易造成财产损失和人员伤亡，因此，LNG船舶进出港活动会给港口正常交通流大幅增加航行安全风险。

为了保障港口的船舶交通安全，规范要求，船舶通航一定范围内水域不受他船侵犯，国内现有做法是利用其他船艇护航LNG船舶进出港，但是大多数的接收站及当地海事部门均未对护航船艇的配置有明确的要求。所以有必要对LNG船的移动安全区水域大小进行分析，并对不同水域及海况条件下的护航船艇配置进行研究。

1.2 研究目的及意义

对于LNG船舶的移动安全区以及护航方案的研究具有以下目的：

（1）确定一个划分LNG船舶移动安全区的方法。因为LNG船舶具有高造价和高危险性，所以保障LNG船舶的航行安全至关重要，故此，有必要对LNG船舶划分安全航行区域，以免LNG船舶受到其他船舶的侵犯。

（2）确定划分护航船艇的要求。针对LNG船舶的特殊危险性，规范要求船舶通航一定范围内水域不受它船侵犯，国内现有做法是采用其他船艇护航进出港，但大多数的接收站及当地海事部门均未对护航船艇的配置有明确的要求。确定护航船艇的要求可以便于护航方案的制定，增加海事部门工作效率，进一步保障LNG船舶进出港口时的航行安全。

（3）以宁波港为例，为进港的LNG船舶设计可行的护航方案。凭照规范要求，LNG船舶进出港时需要护航，但现行规定中并没有关于护航方案的要求。本文旨在提供一个可行的LNG船舶进港护航方案，尽可能地降低港口中各种船舶的航行风险，减少人员伤亡及财产损害。

对LNG船舶移动安全区的确定以及护航方案进行研究，可以为LNG船舶进出港提供一个可行的护航方案，还可以针对出现的问题，提出相应的改进措施，为以后LNG船舶的进出港航行安全管理提供一个可靠的参考方案。

1.3 国内外研究现状

在《LNG船舶进出港过程中安全区探究》（2015）和《基于移动安全区概念的Q_MAX型LNG船进出港操控模式研究》（2013）等文中有所提及，目前为止，我国对LNG船舶的进出港航道及船舶操作的管理规定主要依据《海港总平面设计规范》和《液化天然气码头设计规范》，其中只规定了船舶安全区的纵向距离不得小于船前后1海里、横向距离不得小于5倍船宽。《海港总平面设计规范》中对于LNG船舶移动安全区的划分在具体到各个港口时，则是根据各个港口不同的通航环境特征和交通流密度，由各个港口的主管部门自行出台具体规范或细则，例如，福建湄洲港、深圳大鹏湾等，均出台了不同的规定，以期更好地保护LNG船舶进出港过程的安全。另外，许多国内外学者也从各种方面对LNG船舶的进出港航行安全管理进行了分析，利用不同的分析方法，给出了不同的移动安全区计算模型。

虽然现在有很多的专业贸易组织在液体、气体船舶安全以及码头安全的问题上面扮演着十分重要的角色，例如：石油公司国际海事论坛（OCIMF）、国际气体运输船和码头经营者协会（SIGTTO）、国际港口协会（IAPH）、国际航道协会（PIANC）等。但是，即使在国际上，对于安全区的尺寸也是根据具体港口的情况而定的，美国、加拿大、日本等发达国家也并没有对LNG船舶进出港时移动安全区的划分做出具体规定，没有推行一种通用的安全区划分方法。

在我国，关于LNG船舶进出港护航的规定主要参照，《海港总平面设计规范》和《液化天然气码头设计规范》，虽然按照我国规范要求，明确提出了LNG船舶进出港时需要使用专用船艇进行护航，但是现有规定中并没有提及有关护航方案的要求，护航的船只选择、配置以及护航方案等都主要受当地港口与码头的通航环境特征以及交通流情况影响，由当地的主管部门进行具体规定，并没有提出一个通用的具体护航方案配置方法以供LNG码头进行参考。

由上可见，全球对于船舶的移动安全区范围的划分以及护航方案的选取都没有出台一个具体的规定，一般在实际操作中都是结合实际情况与经验来决定，这也导致每一个不同的LNG码头在开放时都需要重新进行研究与分析。在不断变革的船舶运输行业中，LNG船舶的移动安全区以及护航方案分析还是一个比较空白的领域。

第2章 LNG船舶基本知识

2.1 LNG特性

刚开采出的天然气中还有各种杂质，经过除杂以后，天然气通过低温液化后成为液化天然气（LNG），LNG的体积约为常温常压下等量天然气体积的1/600。而当其经过液化成为LNG后，便可以直接进行储存及运输操作，运输与储存的整个过程如图2.1所示：

图2.1 液化天然气运输产业链

LNG是在-162℃的低温条件下液化形成的，一旦泄露便会迅速达到沸点并产生气化现象。当气化后的LNG与空气混合后，便会成为易燃易爆的气体，只要遇到明火或其他火源，就会发生火灾、爆炸等事故，对附近的船舶及人员造成难以预计的伤害，LNG的特殊危险性包括：

（1）可燃性。LNG作为一种清洁能源，可燃性是它最为重要的特点，当处于液态时，LNG是不可燃的，但一旦当它蒸发，其蒸汽与空气混合且浓度在可燃范围内，只要遇到符合条件的火源就会发生燃烧。由于天然气中含有杂质，所以其可燃范围约为5.3%至15%，即空气中的天然气含量在这个范围内时，遇到火源或热源便会进行燃烧。

1. 低温冻伤。LNG是天然气经过低温处理得到的液态气体，一旦泄漏，便会导致与LNG直接接触过的物体将失去弹性，变得脆弱易碎，随之可能会由于应力的作用而导致碎裂；如果LNG与人体发生直接接触，LNG将会快速气化并带走大量热量，从而使人体产生冻伤，甚至可能会对人体器官造成永久性伤害。
2. 窒息。由于常温常压下的天然气的体积是液化天然气体积的600倍，故此，当LNG泄漏时，它蒸发产生的天然气将会快速稀释四周的空气，令氧气含量快速降低，当人处于氧气含量低于15%的空气中，那么，人的行为将会受到影响，而当氧气含量降到6%以下时，处于其中的人员可能由于窒息而死亡。
3. 翻滚。在同时将密度不同的LNG装入罐体或者货舱中时，它们并不会迅速混合，保持密度的一致性，正与之相反，它们会在货舱内分层，经过一段时间后，异层LNG将会自发地开始翻滚并混合，在这个过程中会伴随大量LNG的蒸发，LNG蒸发率在翻滚中将会提高至平时的10至50倍。如果舱内压力迅速上升且超过了安全阀的保护能力，那么就可能导致货舱损坏、结构改变甚至产生爆炸。
4. 快速变相。因为LNG的密度小于水，当LNG发生泄漏并且与水接触后，它将漂浮在水面上，并发生气化。当大量LNG泄漏到水上时，会因快速气化而发生瞬间沸腾或变相，若变相反应太过剧烈，那么将会对船舶结构或船内设备造成损害。
5. 爆炸。天然气在常压下经低温处理可以得到LNG，所以，仅当货舱产生破损时，LNG并不会发生物理爆炸。然而，如果外部火源能够对舱内的LNG造成影响时，那么货舱内的压强将会快速增大并直接导致爆炸，这种爆炸会产生很大冲击波，破坏力很大。

2.2 LNG船舶概况

液化天然气船于1959年开始进行商业运行，截止2015年，全球已有392艘LNG船舶正在服役，而我国目前正处于服役状态的LNG船舶仅有5艘，另外还有10艘处于在建状态。LNG船拥有优良的安全记录，拥有超过八万次航行记录，总长度达到一亿英里，值得一提的是，在所有的航行记录中，没有出现过操作事故及失败记录，也未曾出现过储气系统的损坏^[1]。这些优良的安全记录源于船舶及其附属设施在设计、建造及运行之时就使用了十分高的技术要求，还需要考虑液化天然气的物理特性，同时，全球范围内的标准、规范与操作程序及实际经验也功不可没。截止2011年，全球范围内运行中的LNG接收码头超越了77个。而这些码头的选址躲在工业区和发电厂原料需求的附属地区。现在，LNG船舶多在交通流密度较高的区域运营，举个例子，现在每二十小时，就会有一艘LNG船驶入东京湾。

目前，主要有球罐型和薄膜型两种LNG船型。相对球罐型LNG船舶而言，薄膜型LNG船舶具有很多优点。目前，球罐型船一般采用4到5个直径完全相同的球体作为货舱，故货舱区域船体的线形会受到很大的限制，船舶容积利用率十分低。而薄膜型LNG船的船艏货舱采用了梯形设计，该区域的线形变化大，故此可以尽可能充满船体，能够更为有效地利用船体空间^[2]。

2.2.1 LNG船舶特点

（1）船舶趋向大型化。由于LNG是清洁能源，在市场上所占比例也越来越大，所以LNG船舶也不断地趋向大型化，现在，全球最大的Q-Max型船的容积达到了令人叹为观止的2.6×10⁶m³。