半潛船的穩(wěn)性校核淺析

許旸

（交通運(yùn)輸部廣州打撈局，廣州510260）

摘 要：隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程加快，半潛船在進(jìn)行海洋工程作業(yè)和重大件貨物運(yùn)輸項(xiàng)目的優(yōu)勢日益明顯。半潛船屬高風(fēng)險(xiǎn)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(jì)算的特點(diǎn)和要點(diǎn)，為半潛船設(shè)計(jì)、作業(yè)及穩(wěn)性校核提供參考。

關(guān)鍵詞：半潛船；穩(wěn)性

中圖分類號：U674.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)載價(jià)值非常昂貴的貨物，如大型鉆井平臺等，其貨物價(jià)值遠(yuǎn)超過半潛船自身的價(jià)值。另一方面，由于其下潛作業(yè)和航行運(yùn)輸都有著自身顯著的特點(diǎn)，在主尺度比、功能要求、結(jié)構(gòu)型式以及設(shè)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(guān)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(guān)系到半潛船設(shè)計(jì)的裝載能力能否順利實(shí)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(diǎn)：

（1）半潛船下潛作業(yè)時(shí)，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(shí)初穩(wěn)性最差；

（3）半潛船設(shè)有數(shù)量多、容量大的壓載水艙，在調(diào)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(jìn)行半潛作業(yè)穩(wěn)性計(jì)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(gè)重要指標(biāo)，通常以最小干舷值為衡量指標(biāo)。

半潛船除了像常規(guī)船舶一樣在正常航行時(shí)要滿足最小干舷的要求外，還要滿足下潛作業(yè)時(shí)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(shí)，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(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

目前，國際有關(guān)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(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)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(shí)就是一艘普通甲板載貨船，其完整穩(wěn)性和抗風(fēng)能力按常規(guī)貨船的有關(guān)規(guī)范和規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。通常，計(jì)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(yùn)輸指南0030/NDI”；中國海事局“國際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則”。

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

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

（2）橫傾角40o或進(jìn)水角φF（若φF<40o）時(shí)的復(fù)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(jìn)水角φF（若φF<40o）之間的復(fù)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(fù)原力臂GZ，不小于0.2 m；

（5）經(jīng)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(fù)原力臂GZ對應(yīng)角度25°的要求可被下述衡準(zhǔn)取代：

（1）船舶最大復(fù)原力臂GZ對應(yīng)角度θ，不小于15°；

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

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

（4）船舶最大復(fù)原力臂GZ對應(yīng)角度θ在15°與30°之間時(shí)，橫傾角對應(yīng)的復(fù)原力臂曲線下的面積A，應(yīng)不小于按下式計(jì)算結(jié)果：

0.055 + 0.001 （30°- θmax） m.rad。

2.2.3 Noble Denton “海上運(yùn)輸指南0030/NDI”

（1）完整穩(wěn)性范圍，即0°至復(fù)原力臂消失（變負(fù)值）時(shí)的對應(yīng)角θ應(yīng)不小于36°；

（2）復(fù)原力臂曲線下面積A，應(yīng)不小于風(fēng)作用下限定的傾覆力臂曲線下面積的40%，該面積為0°至復(fù)原力臂曲線與風(fēng)傾覆力臂曲線的第二個(gè)交角或進(jìn)水角下的面積，取其較小者；

（3）對應(yīng)浸水角的任何開口小于20 ?或小于（θ + 5）時(shí)，該開口在可操作狀態(tài)下能自動(dòng)關(guān)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(yàn)技術(shù)規(guī)則”要求，對半潛船的破艙穩(wěn)性僅需核算航行運(yùn)輸工況。

（1）根據(jù)SOLAS 2009第Ⅱ-1章采用概率法進(jìn)行破艙穩(wěn)性計(jì)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(jì)算出目標(biāo)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(nèi)（B/D<2.5），需按照《關(guān)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(jìn)行破艙穩(wěn)性的計(jì)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(yùn)輸過程中，需要對所載貨物進(jìn)行妥善的綁扎加固。若綁扎加固不當(dāng)，半潛船在航行運(yùn)輸過程中貨物會發(fā)生移動(dòng)而影響船舶穩(wěn)性，甚至可能導(dǎo)致船舶傾覆造成嚴(yán)重后果。

半潛船對所載貨物的綁扎加固計(jì)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)”，相關(guān)計(jì)算及綁扎加固方案制作步驟如下：

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

（2）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)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(jìn)行強(qiáng)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(jié)合的調(diào)載系統(tǒng)，在短時(shí)間內(nèi)迅速調(diào)整艙內(nèi)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(dá)到下潛或起浮的目的，讓體積龐大的結(jié)構(gòu)物通過浮運(yùn)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(nèi)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(cè)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(jìn)行研究，制定了相應(yīng)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(jìn)行，并在其穩(wěn)性計(jì)算書、操作手冊及有關(guān)證書中注明半潛作業(yè)的風(fēng)、浪、流環(huán)境條件；

（2）半潛船在半潛作業(yè)下，均應(yīng)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(zhǔn)備下潛時(shí)，經(jīng)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(yīng)滿足下列衡準(zhǔn)之一：

① 在基本無浪的平靜水域、蒲氏風(fēng)級不超過3級時(shí)，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.05 m；或蒲氏風(fēng)級不超過5級時(shí)，經(jīng)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(fēng)級不超過6級、有義波高不超過0.5 m的水域，或蒲氏風(fēng)級不超過4級、有義波高不超過1m的水域，經(jīng)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(shí)，經(jīng)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(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度均應(yīng)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(shè)施進(jìn)行下潛作業(yè)時(shí)，可按承載物的實(shí)際位置及浮態(tài)，計(jì)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(fēng)浪作用的影響，稍有不慎很容易引起貨物移動(dòng)、傾倒，從而導(dǎo)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(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

在下潛起浮作業(yè)實(shí)際操作前，必須預(yù)先制定潛浮作業(yè)程序，并校核穩(wěn)性、強(qiáng)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(rèn)的每一步要壓載的水艙和壓載量，以及預(yù)期達(dá)到的吃水、縱傾、GM值、撓度及強(qiáng)度狀態(tài)等信息。

根據(jù)半潛船的穩(wěn)性特點(diǎn)和廣州打撈局對半潛駁船的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，下潛程序設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾項(xiàng)原則性要求：

（1）下潛作業(yè)前，所有水密門要確保關(guān)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(shí)開展，快速實(shí)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(jìn)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(dāng)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(shí)間內(nèi)，盡量避免多對壓載艙同時(shí)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(yīng)密切關(guān)注船舶的浮態(tài)。對于由壓載泵控制的艙室，通過調(diào)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(yīng)的艙室壓水/排水量保持相仿，以免船舶橫傾。對于由空壓機(jī)控制的艙室，需要提前計(jì)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(jié)束語

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

等，從而增大半潛船的裝載能力，提高船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。在編制半潛船裝載手冊時(shí)，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(jì)算。

本文介紹國內(nèi)外有關(guān)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(zhǔn)，并通過某50 000 DWT級實(shí)船的穩(wěn)性計(jì)算分析，總結(jié)了半潛船完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性、突風(fēng)橫搖和下潛穩(wěn)性的計(jì)算方法；結(jié)合實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，提出下潛作業(yè)程序編制原則和應(yīng)注意的安全事項(xiàng)。希望本文能給同行們進(jìn)行半潛船的設(shè)計(jì)、穩(wěn)性校核和作業(yè)安全提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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