半潛船的穩(wěn)性校核淺析

許旸

（交通運輸部廣州打撈局，廣州510260）

摘 要：隨著全球經濟一體化的進程加快，半潛船在進行海洋工程作業(yè)和重大件貨物運輸項目的優(yōu)勢日益明顯。半潛船屬高風險和高附加值特種工程船，必須對下潛作業(yè)及航行安全給予高度重視。本文通過對某50000DWT級半潛船的穩(wěn)性校核，闡述了半潛船穩(wěn)性計算的特點和要點，為半潛船設計、作業(yè)及穩(wěn)性校核提供參考。

關鍵詞：半潛船；穩(wěn)性

中圖分類號：U674.3 文獻標識碼：A

1 前言

半潛船是海洋油氣開發(fā)和海上工程作業(yè)的利器，通常用來運載價值非常昂貴的貨物，如大型鉆井平臺等，其貨物價值遠超過半潛船自身的價值。另一方面，由于其下潛作業(yè)和航行運輸都有著自身顯著的特點，在主尺度比、功能要求、結構型式以及設備布置等方面都與常規(guī)船舶有明顯的差異，因而對穩(wěn)性有特殊要求。研究分析有關國際公約及中國船級社對半潛船下潛作業(yè)的儲備浮力、下潛穩(wěn)性及正常航行的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性等方面的要求尤為重要，它關系到半潛船設計的裝載能力能否順利實現(xiàn)及下潛作業(yè)能否安全開展。

2 半潛船穩(wěn)性

半潛船屬于特種船舶，其穩(wěn)性具有如下特點：

（1）半潛船下潛作業(yè)時，對儲備浮力比率有特殊要求；

（2）半潛船的靜水力曲線在甲板入水處明顯間斷，表明半潛船在甲板入水時初穩(wěn)性最差；

（3）半潛船設有數(shù)量多、容量大的壓載水艙，在調載過程中必然有一部分壓載水艙的水未滿，存在大量的自由液面；

（4）由于半潛船裝載貨物的不規(guī)則及不確定性，每次裝載半潛作業(yè)都要針對具體貨物進行半潛作業(yè)穩(wěn)性計算。

2.1 半潛船儲備浮力比率

常規(guī)船舶的儲備浮力，是指滿載水線以上主船體水密部分的體積所能提供的浮力。它對船舶的穩(wěn)性和抗沉性等有很大的影響，是確保船舶安全航行的一個重要指標，通常以最小干舷值為衡量指標。

半潛船除了像常規(guī)船舶一樣在正常航行時要滿足最小干舷的要求外，還要滿足下潛作業(yè)時儲備浮力比率的要求。半潛船的儲備浮力比率，系指半潛船下潛至最大沉深時，其儲備浮力與該吃水下的排水量之比，它是確保半潛船下潛作業(yè)安全的一個關鍵指標。

目前，國際有關公約還沒有專門針對半潛船穩(wěn)性的要求，中國海事局“國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則”對半潛船儲備浮力比率有明確要求：

（1）最大沉深水線以上第1層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于5%；

（2）或最大沉深水線以上第2層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于5%，但最大沉深水線以上第1層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于3.5%。

2.2 半潛船的完整穩(wěn)性

半潛船裝載甲板貨航行時就是一艘普通甲板載貨船，其完整穩(wěn)性和抗風能力按常規(guī)貨船的有關規(guī)范和規(guī)則進行計算。通常，計算校核半潛船航行完整穩(wěn)性需遵循的規(guī)范規(guī)則有： MSC.267（85） “IMO intact stability code 2008”；Noble Denton “海上運輸指南0030/NDI”；中國海事局“國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則”。

2.2.1 MSC.267（85） “IMO intact stability code 2008”

（1）橫傾角30o時的復原力臂曲線下的面積A，不小于0.055 m.rad；

（2）橫傾角40o或進水角φF（若φF<40o）時的復原力臂曲線下的面積A，不小于0.09 m.rad；

（3）橫傾角30o與40o或30o與進水角φF（若φF<40o）之間的復原力臂曲線下的面積A，不小0.03 m.rad；

（4）橫傾角大于或等于30o處的復原力臂GZ，不小于0.2 m；

（5）經自由液面修正的初穩(wěn)性高度GM，不小于0.15 m。

2.2.2 MSC.1/Circ.1281 “Explanatory notes to internal code of intact stability 2008”

如果船舶B/D>2.5， 最大復原力臂GZ對應角度25°的要求可被下述衡準取代：

（1）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ，不小于15°；

（2）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在15°時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于0.070 m.rad；

（3）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在30°或大于30°時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于0.055 m.rad；

（4）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在15°與30°之間時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于按下式計算結果：

0.055 + 0.001 （30°- θmax） m.rad。

2.2.3 Noble Denton “海上運輸指南0030/NDI”

（1）完整穩(wěn)性范圍，即0°至復原力臂消失（變負值）時的對應角θ應不小于36°；

（2）復原力臂曲線下面積A，應不小于風作用下限定的傾覆力臂曲線下面積的40%，該面積為0°至復原力臂曲線與風傾覆力臂曲線的第二個交角或進水角下的面積，取其較小者；

（3）對應浸水角的任何開口小于20 ?或小于（θ + 5）時，該開口在可操作狀態(tài)下能自動關閉并水密。

2.3 半潛船的破艙穩(wěn)性

根據(jù)中國海事局“國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則”要求，對半潛船的破艙穩(wěn)性僅需核算航行運輸工況。

（1）根據(jù)SOLAS 2009第Ⅱ-1章采用概率法進行破艙穩(wěn)性計算。首先求出規(guī)范要求的分艙指數(shù)R=1-128/（Ls+152），然后根據(jù) NAPA 軟件計算出目標船的分艙指數(shù)A。若A大于R，滿足規(guī)范要求；

（2）由于半潛船的B/D一般都大于2.5，不在規(guī)范的適用范圍內（B/D<2.5），需按照《關于<1966 年國際載重線公約>的1988 年議定書附件B 修正案》的要求，采用確定性法進行破艙穩(wěn)性的計算；

（3）由于半潛船是帶甲板貨航行，根據(jù)IACS 統(tǒng)一解釋（UI）LL65要求，需要提供GM 限界線。將破艙穩(wěn)性核算的最小初穩(wěn)心高度限制曲線與完整穩(wěn)性要求的全船最小初穩(wěn)心高度限制曲線合并，取兩者中相同假定吃水下所得GM值中較大的值繪制成GM曲線。

2.4 半潛船所載貨物的綁扎加固要求

在半潛船的航行運輸過程中，需要對所載貨物進行妥善的綁扎加固。若綁扎加固不當，半潛船在航行運輸過程中貨物會發(fā)生移動而影響船舶穩(wěn)性，甚至可能導致船舶傾覆造成嚴重后果。

半潛船對所載貨物的綁扎加固計算，通常參照中國船級社“海上拖航指南2011”及其附件“支撐件及綁扎部件強度標準”，相關計算及綁扎加固方案制作步驟如下：

（1）計算在臨界狀態(tài)下（極限橫搖、縱搖角）貨物處于甲板時的橫向、縱向、垂向作用力；

（2）根據(jù)上述計算結果，選擇合適的綁扎加固材料作為加固件，并確定加固件的數(shù)量和位置；

（3）根據(jù)中國船級社“海上拖航指南2011”進行強度校核。

2.5 半潛船下潛作業(yè)穩(wěn)性

半潛船的下潛/起浮作業(yè)，是通過船上配置的大排量壓載水泵或壓載水泵加壓縮空氣相結合的調載系統(tǒng)，在短時間內迅速調整艙內壓載水，從而改變船舶自身的吃水狀態(tài)，使舉升甲板沉沒至水下或浮升至水面，達到下潛或起浮的目的，讓體積龐大的結構物通過浮運的方式裝上或缷下半潛船。

在壓、排水下潛或起浮的過程中，壓載水艙內會存在大量的自由液面，自由液面對半潛船下潛作業(yè)的初穩(wěn)性高和穩(wěn)性曲線影響非常大，必須高度重視，以免發(fā)生貨物傾覆、船舶傾側沉沒的事故。目前國際海事組織（IMO）、國際船級社協(xié)會（IACS）還沒有專門針對半潛船的規(guī)范或規(guī)則。自2006年起，中國船級社、中國海事局率先對半潛船的建造入級及下潛作業(yè)穩(wěn)性進行研究，制定了相應的規(guī)范和要求。為確保半潛船下潛作業(yè)的安全，必須遵守如下規(guī)定：

（1）由于半潛船下潛過程對波浪敏感，半潛船下潛作業(yè)必須在規(guī)范規(guī)定的海況條件下進行，并在其穩(wěn)性計算書、操作手冊及有關證書中注明半潛作業(yè)的風、浪、流環(huán)境條件；

（2）半潛船在半潛作業(yè)下，均應按10%的燃料、消耗品及備品核算其各作業(yè)裝載情況下的穩(wěn)性；

（3）半潛船滿載甲板貨物準備下潛時，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不小于1.0 m；

（4）半潛船滿載甲板貨物在舉升甲板入水或出水過程中，其穩(wěn)性應滿足下列衡準之一：

① 在基本無浪的平靜水域、蒲氏風級不超過3級時，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.05 m；或蒲氏風級不超過5級時，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.1 m；

② 在蒲氏風級不超過6級、有義波高不超過0.5 m的水域，或蒲氏風級不超過4級、有義波高不超過1m的水域，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.15 m；

（5）半潛船下潛至最大沉深時，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.5 m。

（6）半潛船在甲板上無承載物下潛或起浮的任何階段，經自由液面修正后的初穩(wěn)性高度均應不少于0.15 m；

（7）對存在自由液面的液體艙，都要考慮其最大自由液面影響；

（8）承載大型物件、船舶或海洋設施進行下潛作業(yè)時，可按承載物的實際位置及浮態(tài)，計算其對穩(wěn)性的影響。

2.6 下潛作業(yè)安全

半潛船下潛作業(yè)易受風浪作用的影響，稍有不慎很容易引起貨物移動、傾倒，從而導致安全事故，因此對于下潛作業(yè)的安全性是半潛船下潛程序設計的重要環(huán)節(jié)。

在下潛起浮作業(yè)實際操作前，必須預先制定潛浮作業(yè)程序，并校核穩(wěn)性、強度、壓載系統(tǒng)等是否滿足要求。下潛起浮作業(yè)程序，必須包含確認的每一步要壓載的水艙和壓載量，以及預期達到的吃水、縱傾、GM值、撓度及強度狀態(tài)等信息。

根據(jù)半潛船的穩(wěn)性特點和廣州打撈局對半潛駁船的實際操作經驗，下潛程序設計時要注意以下幾項原則性要求：

（1）下潛作業(yè)前，所有水密門要確保關閉，以確保半潛船作業(yè)狀態(tài)的密性；

（2）下潛作業(yè)開始后，主甲板干舷在剩余最后1 m左右之前，可選擇平浮吃水壓載方式，并選擇多對壓載艙同時開展，快速實現(xiàn)下潛或起浮的目的；

（3）主甲板入水之前，必須對多數(shù)壓載艙的自由液面進行掃除工作，最大限度的減少壓載水的自由液面影響；

（4）主甲板入水之前的1 m至入水后到安全平浮吃水的過程中，必須保持適當縱傾，一般選擇首傾，目的是增大水線面，提高縱穩(wěn)心高值，維持完整穩(wěn)性的安全裕度；

（5）主甲板出入水過程中以及主甲板入水之后的大多數(shù)時間內，盡量避免多對壓載艙同時操作而帶來過大的自由液面。一般情況下，僅需操作首部和尾部各一對壓載艙為宜；

（6）半潛船下潛/起浮作業(yè)過程中，應密切關注船舶的浮態(tài)。對于由壓載泵控制的艙室，通過調節(jié)閥門開閉或閥門開度來控制壓載水的流量，盡量使左右對應的艙室壓水/排水量保持相仿，以免船舶橫傾。對于由空壓機控制的艙室，需要提前計算往外排除水量所需的壓力，還可以通過往空艙加壓，由空艙空氣排水的方法來控制潛浮速度。

3 結束語

規(guī)范及法規(guī)對半潛船穩(wěn)性的衡準都是基于半潛船裝載無浮力貨物時的要求的，而實際上半潛船裝載的貨物是具有一定浮力的。在半潛船運輸中，對半潛船某一具體浮力貨物的裝載及穩(wěn)性計算時，可考慮計入貨物的復原力臂、水線面積、排水體積（下轉第頁）（上接第頁）

等，從而增大半潛船的裝載能力，提高船舶運營的經濟性。在編制半潛船裝載手冊時，根據(jù)具體貨物的形態(tài)，增加浮力貨裝載狀況的穩(wěn)性計算。

本文介紹國內外有關公約、法規(guī)、行業(yè)指南等對半潛船的主要要求及穩(wěn)性衡準，并通過某50 000 DWT級實船的穩(wěn)性計算分析，總結了半潛船完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性、突風橫搖和下潛穩(wěn)性的計算方法；結合實際操作經驗，提出下潛作業(yè)程序編制原則和應注意的安全事項。希望本文能給同行們進行半潛船的設計、穩(wěn)性校核和作業(yè)安全提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 中國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則[S].人民交通出版社，2011.

[2] MSC.267（85）.IMO intact stability code 2008.

[3] Noble Denton.海上運輸指南0030/NDI .

[4] 中國海事局.國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則[S].人民交通出版社，2014.