基于穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng)（V4.2）的內(nèi)河自卸砂船安全裝載分析

張煒君

摘 要：本文在穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng)（V4.2）中對(duì)一艘珠江水系典型內(nèi)河自卸砂船建模，分析貨物裝載不當(dāng)對(duì)穩(wěn)性的影響，提出自卸砂船裝載注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng) 自卸砂船 裝載 穩(wěn)性

1.前言

近年來，中國房地產(chǎn)行業(yè)的爆發(fā)式增長造就了河砂的巨大市場(chǎng)，自卸砂船應(yīng)運(yùn)而生。顧名思義，自卸砂船系指在貨艙內(nèi)裝載砂石等散裝顆粒狀貨物并在船上設(shè)有貨物輸送裝置的船舶。相比傳統(tǒng)的散貨船，自卸砂船具備卸貨靈活、卸貨效率高的優(yōu)勢(shì)。但自卸砂船的貨艙為V型，載貨后貨物重心較高，初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性均較傳統(tǒng)散貨船差，再加上河砂含水率通常較高，如果排水不及時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生較大自由液面，且容易出現(xiàn)先超載再排水的情況，因此自卸砂船的安全裝載顯得尤為重要。

穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng)（V4.2）是CCS武漢規(guī)范研究所開發(fā)的船舶靜水力及穩(wěn)性計(jì)算軟件，船舶穩(wěn)性面積（即動(dòng)穩(wěn)性力臂）是船舶完整穩(wěn)性的重要參考值，穩(wěn)性面積越大表示船舶大傾角穩(wěn)性越好。筆者選取珠江水系某常規(guī)內(nèi)河自卸砂船（以下簡稱模型船）在穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng)中建模，通過改變貨物位置、自由液面等計(jì)算要素，得出錯(cuò)誤裝載狀態(tài)下船舶滿載出港的穩(wěn)性面積等參數(shù)，并與正常裝載狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，揭示裝載不當(dāng)對(duì)船舶穩(wěn)性的影響。

2.裝載不均對(duì)穩(wěn)性的影響

2. 1縱向裝載不均

縱向裝載不均對(duì)船舶穩(wěn)性面積的影響主要體現(xiàn)在降低了進(jìn)水角導(dǎo)致穩(wěn)性面積損失，如下圖所示（β為縱向裝載不均時(shí)的進(jìn)水角，α為正確裝載時(shí)的進(jìn)水角，藍(lán)色陰影部分為損失的穩(wěn)性面積）。

自卸砂船貨艙圍板較高，進(jìn)水位置通常位于機(jī)艙門檻或自卸砂帶出口位置，尤以機(jī)艙門檻居多，兩者均靠近船體兩端，縱向浮態(tài)對(duì)該位置的進(jìn)水角影響較大。模型船滿載出港的進(jìn)水位置位于機(jī)艙門檻。筆者在系統(tǒng)中將貨物縱向位置向后移動(dòng)一個(gè)肋位（500mm）后，進(jìn)水角由13.34°變?yōu)?2.56°，導(dǎo)致穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0661（rad.m），穩(wěn)性面積損失了10%，已接近法規(guī)要求最小值。計(jì)算結(jié)果說明貨物縱向裝載不當(dāng)對(duì)船舶完整穩(wěn)性存在較大影響。

2.2橫向裝載不均

橫向裝載不均對(duì)完整穩(wěn)性的影響主要體現(xiàn)在船舶有一個(gè)初始橫傾角θ，船舶復(fù)原力臂變小，導(dǎo)致穩(wěn)性面積變小，如下圖所示（紅色為正確裝載時(shí)復(fù)原力臂曲線，藍(lán)色為橫傾時(shí)的復(fù)原力臂曲線，藍(lán)色陰影部分為損失的穩(wěn)性面積）：

假設(shè)模型船裝載時(shí)，貨物向右舷裝偏5厘米，復(fù)原力臂變小導(dǎo)致穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0648（rad.m），穩(wěn)性面積損失了12%，已接近法規(guī)要求最小值。計(jì)算結(jié)果說明貨物橫向裝載不當(dāng)對(duì)船舶完整穩(wěn)性存在極大影響。

3.貨物堆高、散貨滑移對(duì)穩(wěn)性的影響

不按嚴(yán)格按要求裝載導(dǎo)致貨物重心超過穩(wěn)性計(jì)算書中貨物重心的工況時(shí)有發(fā)生，此時(shí)整船重心變高，過高的重心既降低了初穩(wěn)性高，也減小了復(fù)原力臂，導(dǎo)致穩(wěn)性面積損失。

散貨滑移則增加了船舶橫傾時(shí)的傾覆力臂，相當(dāng)于減小了船舶自身的復(fù)原力矩。

二者對(duì)穩(wěn)性的影響如下圖所示（藍(lán)色陰影部分為損失的穩(wěn)性面積）：

假設(shè)模型船裝載密度較輕的顆粒狀貨物，密度由原設(shè)計(jì)的1.4t/m3變?yōu)?.3t/m3，則貨物重心上升0.405m，復(fù)原力臂變小導(dǎo)致穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0642（rad.m），穩(wěn)性面積損失了13%。且此時(shí)最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角已小于15°，不滿足法規(guī)對(duì)航行A級(jí)航區(qū)船舶的要求。計(jì)算結(jié)果說明貨物重心過高對(duì)船舶完整穩(wěn)性存在極大影響。

假設(shè)模型船不考慮散貨滑移對(duì)穩(wěn)性的影響，則穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0808（rad.m），穩(wěn)性面積增加了9%，改善了穩(wěn)性。計(jì)算結(jié)果說明散貨滑移對(duì)船舶完整穩(wěn)性存在較大影響。

4.砂槽積水對(duì)穩(wěn)性的影響

由于濕砂含水率較高，砂槽通常有積水。根據(jù)海船檢〔2012〕720號(hào)文對(duì)內(nèi)河自卸砂船的補(bǔ)充要求，模型船考慮砂槽的自由液面后，穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0728（rad.m），穩(wěn)性面積減少了1.4%。計(jì)算結(jié)果說明砂槽積水對(duì)船舶完整穩(wěn)性存在一定影響。

部分自卸砂船裝載時(shí)由于排水泵排量太小無法在裝載過程中及時(shí)將水排出，船東會(huì)超載后再抽水。以模型船為例，假定超載60t，此時(shí)穩(wěn)性面積由0.0738（rad.m）變?yōu)?.0625（rad. m），減小了15%，穩(wěn)性已不滿足法規(guī)要求。超載狀態(tài)是十分危險(xiǎn)的。

5.安全裝載要點(diǎn)

（1）為避免縱向裝載不均，船舶開航前船員應(yīng)檢查船舶首尾吃水，盡量與穩(wěn)性計(jì)算書一致。為避免橫向裝載不均，船舶開航前應(yīng)檢查船舶左右兩舷載重線標(biāo)志處的實(shí)際干舷，盡量保證左右舷干舷相同。

（2）為避免貨物重心過高，船員在船舶開航前應(yīng)檢查貨物的堆高不超過設(shè)計(jì)最大堆高?；顒?dòng)式貨物輸送裝置應(yīng)有效固定于重心最低的位置，在航行時(shí)禁止抬升，以降低整船重心。

（3）盡可能平艙，以減少楔形部分散貨，進(jìn)而減少散貨滑移對(duì)穩(wěn)性的負(fù)面影響。

（4）船長開航前應(yīng)檢查砂艙艙底水高位報(bào)警系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)。

（5）根據(jù)貨艙排水系統(tǒng)的設(shè)置情況，并考慮現(xiàn)場(chǎng)裝砂時(shí)的裝載速率和砂石含水率，采取措施（如增設(shè)移動(dòng)式潛水泵）增大貨艙排水能力以及時(shí)排出艙底水。如實(shí)在抽水不及時(shí)，應(yīng)當(dāng)暫停裝卸，待排出艙底水后再繼續(xù)裝載。

參考文獻(xiàn)：

[1]2011內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[S].北京：人民交通出版社，2011年8月，第一版.

[2]內(nèi)河新建自卸砂船補(bǔ)充要求[S].海船檢〔2012〕720號(hào).