大型海上鉆井平臺出港試航操縱技術

文/ 煙臺港引航站 鞠由克

隨著航運經濟的發展，大型和特殊船舶的操縱問題日益突出，尤其在港內受限水域，由于可航水域的寬度和水深受限，低速船舶的操縱性較差，加上外界風流干擾的影響，給船舶引航帶來了新的挑戰，需要船舶駕引人員不斷探索和總結經驗。

“油服先鋒”（COSL PIONEER）為煙臺中集萊佛士海洋工程有限公司（CIMC RAFFLES）為中國海洋石油油服公司建造的世界上最先進的第六代海上半潛式鉆井平臺，建造完畢需出港試航，煙臺引航站承擔了這次艱巨的引航任務。筆者作為引航員全程參與了這次工作，并總結了一些操縱體會，與同行交流探討。

一、鉆井平臺參數及引航存在的難點

1. 鉆井平臺參數（以下簡稱“平臺”）

“油服先鋒”長為105 m，寬為73.1 m，水下浮體寬18.2×2=36.4 m，平臺底部前后共裝有6臺推進器（龍骨下4.5 m），首吃水9.0+4.5=13.5 m，尾吃水9.2+4.5=13.7 m，平臺水線上高度75 m。

2. 引航存在的難點

（1）出港航道狹窄，航道設計水深15 m，可使用寬度150 m，航道外水深不足11 m，兩側緊鄰養殖區，回旋余地小，增加了操控難度和風險。

（3）出港時推進器未經過試驗，引航員需憑借經驗進行引領操縱和指揮港作拖船拖帶離港。

（4）平臺排水量、慣性、阻力、水上形體和水下浮體的體積都很大，受風流影響嚴重，極易發生偏轉。

3. 氣象水文條件

風向：東南。風力：3~4級。流向：西北。最大流速：0.8 kn。高潮時：10時57分。高潮高：277 cm。港口航道布置情況如圖1所示。

圖1 港口航道布置

二、引航安全保證與人員安排

1. 安全保證

根據煙臺港水域、航道、船廠泊位、回旋區大小、導航設施及當時的氣象潮汐條件，由6名高級引航員組成的評審組通過多次實地調查、風流壓計算、拖力計算和安全評估后確定：

（1）天氣條件必須是海上視線不低于2 n mile，風力不超過5級（9 m/s），流速不超過0.8 kn。

（2）為減少流壓，離泊出港時間選擇在高潮前1 h開始，此時間段流速很小，甚至無流，引航全過程時間控制在3 h內，航道內約1.5 h。

（3）根據理論計算和實際需要確定使用6條大功率全回轉式港作拖船協助。

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2. 引航員組織

平臺的出港操縱是在引航員的指揮下完成的。由于平臺體積巨大，結構特殊復雜，觀察盲區多，為便于清楚觀察，安排1名主領引航員擔任總指揮，位于平臺上層甲板中央位置。因其在觀察平臺偏轉和速度上有局限性，另安排4名副領引航員位于平臺4個樁腿附近，該處視野開闊，能清晰地觀察到平臺行進時局部的位置變化、與航道浮標距離和方位的變化、拖船位置的變化以及可能出現的意外，在發現問題和情況后可以及時向主領引航員報告。另有1名引航員在負責拖航的主拖拖船上協調觀察，隨時報告動態變化。

三、拖航阻力計算

經計算得出，主拖拖船“煙港拖5”（以下簡稱“拖5”）能發揮出的理論拖力是60 t，實際有效拖力按90%計算，仍有54 t，而拖帶速度為3 kn時的拖航總拖力是15.5 t，所以，“拖5”能夠滿足總阻力要求，在無風流影響的天氣條件下完全能夠拖動平臺航行。

四、風壓力和流壓力計算

風和流的客觀存在對拖帶平臺航行有很大的影響。在良好的氣象條件下，風和流的方向一般不會發生突然改變，但拖航航向的幾次改變就可以使風和流的相對方向（風壓角和流壓角）發生變化，直接造成拖航阻力的增加。為保證有足夠的拖力，引航組決定安排功率最大的“拖5”作為主拖拖船，平臺兩側4個樁腿處各帶1個拖船，平臺尾部再帶1個拖船。

拖航加速是個很緩慢的過程，拖航速度穩定后引航員應密切注意速度的細小變化。拖航過程中拖速下降明顯極有可能是風流變化造成拖航總阻力增加，或“拖5”拖力不足等原因造成的。此時，引航員應立即命令平臺兩側的4個拖船調整位置，采取與“拖5”相同的拖帶方向，共同拖帶平臺行進，平臺尾部的拖船選擇合適的頂點向前頂推。這樣，其他5條拖船也可以為平臺的行進提供足夠的動力。

假設風舷角為0°，即頂風狀態，此時平臺在前進方向上所受的風壓力最大，造成拖航的阻力大大增加。通過公式估算得出，風力5級（9 m/s）時的風壓力為171 t。

煙臺港的航道和潮汐特點決定了平臺出港時一般是側流或橫流，不會遇到頂流，而且高潮前后正處于倒流階段，流速平緩甚至無流，則流壓對拖航總阻力的影響忽略不計。

計算拖航總阻力Fa+R+Rt=171+15.5+3.7=190.2 t，其中Rt是另外5條拖船的摩擦阻力與剩余阻力之和，參照主拖拖船“拖5”的摩擦阻力與剩余阻力之和計算，Rt=5×（1.44 +5.88）=36.6 kN≈3.7 t。從各項數據對比中可以得出結論：6條拖船總有效拖力分別按75%～90%的總理論拖力計算，兩舷的4條拖船由于拖帶角度的原因，其實際拖力再按有效拖力的85%計算，總拖力可達230 t，仍大于拖航總阻力190.2 t。

由此可以得出結論：即便是在頂風的極限天氣條件下，6條拖船的拖力也恰好可以滿足所有拖航總阻力要求。當然，這只是表明在外界因素都達到引航組制定的各種條件的上限時，6條拖船所提供的拖力仍能符合拖航要求的理論論證。同時也說明，為保證富余量和足夠的儲備拖力，使用6條拖船是這次引航操縱和海上拖帶的最低要求。實際上，由于拖航速度一直控制在不超過2.5 kn，所以拖航總阻力的實際值遠遠達不到理論計算的最大值，因此，6條拖船的總拖力是完全能夠滿足拖航總阻力要求的。

五、拖船配置

拖船資料如表1所示。拖船的配置如表2、圖2與圖3所示?！巴?”作為主拖拖船采用2根強度較大的尼龍纜，分別帶在平臺左右浮體基座的纜樁上，帶“八”字纜的目的是增加拖航的穩定性和保證拖纜的強度，避免拖航過程中出現斷纜現象而被動。拖纜長度保持150 m，2根拖纜必須是相同的品質和強度。兩舷的4個拖船都是只帶1根拖纜吊拖，這不僅僅是因為平臺的特殊結構不適合拖船綁拖，更多考慮的是港作拖船在輔助拖帶、協助轉向、抑制橫移的過程中，吊拖更能發揮出最大的頂和拖的能力而且能機動靈活、行動迅速地按照引航員的指令隨時在合適的位置上采用頂或拖的方式來協助引航員操縱。

表1 拖船資料

表2 拖船位置與作用

圖2 拖船配置示意圖

圖3 拖船配置實景圖

六、準備工作

引航員登上平臺后，需做如下工作：

（1）對船廠在平臺上的各種礙航設施進行清理，泊位前后要清爽。

（2）對協助帶纜人員進行合理分配，保證作業過程中的各種帶纜口令能得到準確理解和執行。

（3）協調好平臺上各部門、拖船、碼頭人員的通信聯系，設定本航次引航專用頻道。

（4）與VTS取得聯系，要求實行交通管制。

（5）檢查拖纜，準備護纜設備，避免因磨損而產生的斷纜現象。

七、應急措施

為確保引航員操縱平臺安全出港，做到萬無一失，各部門按如下部署：

（1）安排2艘9000 kW專業救助船待命，1艘在港內錨地按照應急預案提前做好準備工作，另1艘隨平臺同時出港，守聽引航專用頻道，處于隨時可以施救狀態。一旦出現擱淺或者由于天氣突變造成引航員無法指揮港作拖船有效控制平臺的情況，專業救助船能夠在最短的時間內進行援助。

（2）船廠安排2只帶纜艇，隨艇準備備用拖纜和后備帶纜人員，一旦發生斷纜現象，可以在最短的時間內將備用纜繩和人員送到位。

（3）港作拖船在拖航前要對機艙設備和甲板設備進行仔細檢查，確保無虞。拖航過程中安排專人對各種設備進行維護，尤其要有專人負責檢查拖纜，發現有磨損要及時報告，根據需要隨時準備更換備用拖纜。

（4）應按照應急預案做好各項準備工作，引航員在各自的位置上待命。要對整個引航過程和引航區域內的其他航行船舶情況進行時刻監控，并及時向平臺上的引航員通報。

八、引航操縱要領

1. 調整風流壓差

風壓和流壓是引航過程中時刻要注意的因素。風流壓對平臺的影響較大，會造成平臺產生較大的漂移和偏轉，其后果就是平臺偏離航線直至擱淺。為減少風流壓對平臺航向穩定性的影響，引航員對當時的潮汐變化要相當熟悉，根據流向的變化及時對航向作出相應的改變來抵消流壓的影響。潮汐和水流的變化是有一定規律的，而風的大小和方向變化往往是不可預測的，在克服風壓影響上，引航員要憑借敏銳的觀察力、果斷的判斷力、準確的操縱措施指揮拖船合理改變航向以抵消風的影響。一般來講，為抵消風流壓的影響而作出的航向改變，其角度都是很小的，基本通過主拖拖船“拖5”調整拖航航向來完成，如果效果不明顯，還可以指揮另外幾條拖船共同協助。從實際效果上看，拖船在低速狀態下能夠充分發揮作用克服風壓和流壓對操縱的影響。

2. 合理配置拖船

拖船的安排和使用要科學合理。安排哪條拖船在什么位置，起到什么作用，都是根據其特點、功率大小甚至當班駕駛員的技術水平和能力等諸多因素考慮的。大功率拖船在拖航、制動減速、協助轉向上能起到非常明顯的作用，因此關鍵位置上要安排性能可靠的拖船和經驗豐富的拖船駕駛員。平臺的特殊結構造成拖船在頂和拖時有很大的局限性，再加上浪涌的影響更增加了拖船頂拖的難度。航前引航員要將引航方案和工作意圖告知拖船，以便拖船駕駛員在拖航過程中能了解引航員的階段意圖并積極主動配合，減少失誤。引航員與拖船駕駛員的溝通是引航安全順利的保證。

3. 保持通信暢通

保證通信工具的暢通完好。為避免引航工作頻道出現干擾較多的情況，要設定專用頻道。

4. 正確觀察判斷

平臺的質量巨大，其慣性也是相當大的，在狹窄的航道上一旦出現偏移失位，利用拖船進行控制糾正相當困難。要避免這種被動情況出現，引航員必須集中精力，仔細觀察，做好預判，尤其是對平臺橫移、偏轉趨勢的判斷要準確及時，防患于未然。

5. 合理控制速度

出港過程中速度的控制相當關鍵，航行過程中的速度不能超過3 kn。速度過快，拖船在協助轉向時所能發揮出的作用會大大減弱，也不能很穩定地保持位置。拖纜使用很忌諱受頓力，操縱過程中也不可太心急，加速和減速過程要平緩，不要因為短時間內得不到效果而馬上給出新的口令來加大拖船力量，避免過頭而增加拖纜的受力。

6. 逐步完成轉向

平臺拖航中轉向的控制也是關鍵步驟。航道全長約3n mile，平臺有5次大的轉向和數次小角度的調整。航向調整要分幾次完成，每一次轉向切不可大角度，應以2~3°為限。轉向大了會給下一步的把定帶來困難，其巨大的慣性可能使平臺偏離航道。 “拖5”在拖航中轉向舵角也不能過大，應始終保持2根拖纜同時受力，否則會出現不均衡情況，即1根受力猛然加大，另1根處于不受力狀態，這樣就可能斷纜。其他幾條協助轉向的拖船用車時只要用慢車或拖纜帶力就可以了。每一次轉向，引航員都要提前通知拖船做好準備。

九、結束語

隨著我國經濟的發展，國際影響力的提升，海洋船舶制造業極力擴張產能，更多價值巨大、設備先進復雜、具有核心技術和創新技術的海上專用或多用途大型海洋工程船舶會由船廠建造和港內操縱，這對船舶引航工作來講是一個非常有挑戰力的課題。本文通過大型海上平臺的成功引航經歷，總結引航操縱經驗，為以后煙臺港引航站在特殊條件下的安全引航和特色引航進行有益的探索和創新，更為藍色海洋經濟的可持續發展作出自己的貢獻。

[1]洪碧光.船舶操縱原理與技術[M].大連:大連海事大學出版社,大連:2007.

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