遠(yuǎn)洋漁船魚(yú)貨處所概率破損穩(wěn)性分析

李 穎 鄭建麗 楊 浩

2018年8月12日 上午，由中國(guó)船級(jí)社（CCS）檢驗(yàn)的我國(guó)首艘南極磷蝦捕撈加工船“深藍(lán)”號(hào)在黃埔文沖船廠(chǎng)舉行了進(jìn)塢儀式?！吧钏{(lán)”號(hào)總長(zhǎng)120.28米，型寬21.60米，采用了連續(xù)泵吸捕撈系統(tǒng)等先進(jìn)作業(yè)方式，設(shè)置了凍蝦、蝦粉等智能化船載加工生產(chǎn)線(xiàn)，是目前我國(guó)最大最先進(jìn)的遠(yuǎn)洋漁業(yè)捕撈加工一體船，也是我國(guó)高端遠(yuǎn)洋漁業(yè)裝備建造的里程碑，備受業(yè)界關(guān)注。自從2009年1月1日生效的概率破損穩(wěn)性新規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SOLAS2009）引入到船長(zhǎng)80m及以上的遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)中以來(lái)，業(yè)界便加大了對(duì)概率破損穩(wěn)性的研究，以?xún)?yōu)化遠(yuǎn)洋漁船設(shè)計(jì)，為遠(yuǎn)洋漁船高質(zhì)量發(fā)展提供有效的技術(shù)支撐。以該船的概率破損穩(wěn)性計(jì)算為例，結(jié)合遠(yuǎn)洋漁船的布置特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)多個(gè)方案的計(jì)算和對(duì)比，分析魚(yú)貨處所滲透率取值對(duì)分艙指數(shù)A的影響，提出確保魚(yú)貨處所隔熱層低滲透率的建議，不僅有助于改善破損穩(wěn)性，優(yōu)化遠(yuǎn)洋漁船設(shè)計(jì)，也為今后法規(guī)修訂工作提供有效的技術(shù)支撐。

遠(yuǎn)洋漁船的特殊性要求

遠(yuǎn)洋漁船通常集漁業(yè)資源勘查、捕撈生產(chǎn)、海產(chǎn)品加工、冷藏運(yùn)輸?shù)戎T多功能于一體。鑒于漁業(yè)產(chǎn)品的特殊性，保鮮是遠(yuǎn)洋漁船諸多功能中十分重要的一環(huán)。遠(yuǎn)洋漁船一般設(shè)有連續(xù)甲板，并設(shè)有避光的捕撈加工區(qū)，這樣可以避免捕撈的魚(yú)貨在陽(yáng)光照曬下發(fā)生變質(zhì)。為了保證魚(yú)貨品質(zhì)，同時(shí)在冷藏艙的所有艙壁、外板和甲板均敷設(shè)隔熱層，以保證低溫冷藏的溫度要求。

一、隔熱材料——硬質(zhì)聚氨酯泡沫特性

目前，法規(guī)中對(duì)漁船冷藏艙隔熱材料的使用并無(wú)明確方向性，但新建遠(yuǎn)洋漁船多采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為材料，且以現(xiàn)場(chǎng)噴涂成型，施工簡(jiǎn)便，如圖1所示。硬質(zhì)聚氨酯泡沫，是一種新型高分子合成材料，具備保溫隔熱、吸音降噪、防水抗震等多項(xiàng)功能，具有密度小、易切割、比強(qiáng)度高、與結(jié)構(gòu)粘結(jié)性強(qiáng)等多種特性，被認(rèn)為是性能最好的保溫材料。近年來(lái)，硬質(zhì)聚氨酯泡沫被廣泛應(yīng)用于漁船隔熱層，由于施工時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行發(fā)泡，其質(zhì)量呈現(xiàn)出良莠不齊的現(xiàn)象。為此，中華人民共和國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T 8059-2006《漁船隔熱層發(fā)泡操作規(guī)程》就施工質(zhì)量給出了各個(gè)參數(shù)需要達(dá)到的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到制冷設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用，被噴涂到冷藏艙四周的硬質(zhì)聚氨酯需要達(dá)到一定的厚度以起到保溫作用，隔熱層也因此占據(jù)著冷藏艙不小的貨艙體積。如何在破損穩(wěn)性中考慮這部分體積則是一件很有指導(dǎo)意義的事情。

二、隔熱層工藝現(xiàn)狀

硬質(zhì)聚氨酯作為遠(yuǎn)洋漁船冷藏艙重要的隔熱材料之一，其質(zhì)量很大程度上決定于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡能否嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行。盡管在中華人民共和國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T 8059-2006《漁船隔熱層發(fā)泡操作規(guī)程》給出了硬質(zhì)聚氨酯隔熱層發(fā)泡操作的施工資質(zhì)、發(fā)泡原料、發(fā)泡設(shè)備、施工條件、發(fā)泡操作、質(zhì)量要求極其檢驗(yàn)方法等，但目前在漁船上承攬施工的多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，對(duì)船上冷庫(kù)施工技術(shù)要求不甚了解，又缺乏嚴(yán)格的質(zhì)檢意識(shí)和制度，這樣時(shí)常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：施工人員對(duì)工藝要求不清楚，配方的比例也掌握不準(zhǔn)，隔熱材料的敷設(shè)質(zhì)量和性能很難保證，如：噴涂成型質(zhì)量差；閉孔率低；隔熱材料整體密度、硬度都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等等。特別是一些使用多年的漁船在后期檢修中發(fā)現(xiàn)，貨艙內(nèi)的海水滲透到隔熱層后，會(huì)造成潮解霉變，發(fā)生潰爛，用手一抓即脫落。這樣的漁船如若發(fā)生破損，其隔熱層將很難提供浮力。即使在硬質(zhì)聚氨酯廣泛應(yīng)用的高速船上，船檢部門(mén)也缺乏詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)施工檢驗(yàn)監(jiān)督流程。

在《漁船隔熱層發(fā)泡操作規(guī)程》種給出了隔熱層發(fā)泡成型后應(yīng)達(dá)到吸水率不超過(guò)4%的要求，然而這個(gè)吸水率的測(cè)定與遠(yuǎn)洋漁船實(shí)際的破損環(huán)境是有區(qū)別的。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8810-2005《硬質(zhì)泡沫塑料吸水率的測(cè)定》，通過(guò)測(cè)量規(guī)定尺寸樣品浸沒(méi)在蒸餾水下50mm、96h后的浮力來(lái)測(cè)定其吸水率，并且該蒸餾水應(yīng)至少放置48h。實(shí)際遠(yuǎn)洋漁船一旦發(fā)生冷藏艙破損，隔熱層將面臨內(nèi)外溫差突變以及一定深度的海水壓力，這與國(guó)標(biāo)中的試驗(yàn)環(huán)境大不相同。因此，如何合理的選取隔熱層滲透率取值是一個(gè)值得商榷的問(wèn)題。

圖1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫現(xiàn)場(chǎng)噴涂

規(guī)范要點(diǎn)

根據(jù)SOLAS2009第II-1章B-1部分第6條和第7條，對(duì)于貨船，如果達(dá)到的分艙指數(shù)A值不小于要求的分艙指數(shù)R值，同時(shí)在不同吃水下的部分指數(shù)As、Ap和Al不小于0.5R，則認(rèn)為船舶分艙是足夠的。實(shí)際上，影響達(dá)到的分艙指數(shù)A值的因素很多，例如分艙布置、開(kāi)口位置、滲透率取值、初始條件等。由于隔熱層占據(jù)著冷藏艙的四周空間，如何考慮隔熱層的滲透率，對(duì)破損穩(wěn)性的計(jì)算結(jié)果影響很大。是把隔熱層作為貨艙的一部分整體考慮，還是作為獨(dú)立處所特殊對(duì)待，這對(duì)遠(yuǎn)洋漁船的破損穩(wěn)性結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。關(guān)于隔熱層滲透率取值，盡管在SOLAS中沒(méi)有給出明確的說(shuō)明，但仍然可以從相關(guān)法規(guī)中予以借鑒。

一、SOLAS2009

SOLAS2009第II-1章B-1部分第7-3.2條，干貨處所在最深分艙吃水ds、部分分艙吃水dp和輕載航行吃水dl時(shí)的滲透率 分 別 取 ：0.70、0.80、0.95。并在第7-3.3條中指出：“如經(jīng)計(jì)算證實(shí)，滲透率可用其他數(shù)字”。與此同時(shí)，國(guó)際海事組織IMO發(fā)布的SOLAS2009解釋文件MSC.281(85)，就第7-3.3條滲透率的解釋如下：

“關(guān)于‘若通過(guò)計(jì)算證實(shí)’可以使用其它滲透率，這樣的滲透率應(yīng)反映船舶整個(gè)營(yíng)運(yùn)生命期中的普遍情況而非特殊裝載工況”

由此可以看出，SLOAS2009允許滲透率采用直接計(jì)算的方法。如果占據(jù)貨艙空間的物體不透水，那么直接計(jì)算滲透率是相對(duì)容易的；如果占據(jù)貨艙空間的物體具有一定的吸水性，那么滲透率的取值則需慎重對(duì)待。作為遠(yuǎn)洋漁船隔熱層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，盡管滲透率不高，但也并非完全不透水。假如把隔熱層簡(jiǎn)單地看作是貨艙的一部分，由于該部分體積占比較大，無(wú)疑將會(huì)大大降低分艙指數(shù)A。真實(shí)地考慮硬質(zhì)聚氨酯泡沫本身的滲透率，不僅有利于破損穩(wěn)性計(jì)算，也更加貼近于實(shí)際情況。

二、MSC.1/Circ.1461

海安會(huì)第92屆會(huì)議通函MSC.1/Circ.1461發(fā)布了《液貨船破損穩(wěn)性要求驗(yàn)證指南》，在該指南的第6.4.4.2條提到，當(dāng)貨艙空間周?chē)O(shè)有絕緣層，并且絕緣材料同時(shí)滿(mǎn)足如下條件時(shí)，那么貨艙破損進(jìn)水體積可以扣除絕緣層所占據(jù)的空間：

1、在相應(yīng)的假定進(jìn)水壓力下具有不透水性；

2、在相應(yīng)的假定進(jìn)水壓力下不會(huì)導(dǎo)致材料破碎；

3、對(duì)于所處位置的預(yù)期環(huán)境能夠長(zhǎng)期保持性能穩(wěn)定性；

4、對(duì)相關(guān)碳?xì)浠衔锏淖饔镁哂泻軓?qiáng)的抵抗力；

5、如果遭受碰撞而隨之發(fā)生移，支撐結(jié)構(gòu)變形，海水反復(fù)快速進(jìn)出和因浸水引起的浮力，仍然連接牢固，保持原位。

通過(guò)上述條款可以看出，指南中就貨艙滲透率采用非推薦值時(shí)提出了很高要求，并且將材料不透水性放在了第一點(diǎn)，實(shí)際上法規(guī)在接下來(lái)的條款中也沒(méi)有給出從不透水到空艙的中間狀態(tài)。從而在考慮貨艙的滲透率時(shí)，要么采用法規(guī)的推薦值，要么嚴(yán)格滿(mǎn)足上述條款要求才可以扣除貨艙中絕緣層體積。

三、HSC-Code2000

在海安會(huì)第73屆會(huì)議上以MSC.97(73)決議通過(guò)的《2000年國(guó)際高速船安全規(guī)則》（簡(jiǎn)稱(chēng)2000 HSC Code）第2章第2.6.4條提到：

“主管機(jī)關(guān)可以允許在空艙利用低密度泡沫材料或其他介質(zhì)提供浮力，條件是應(yīng)提供足夠的證據(jù)表明任何此類(lèi)推薦的介質(zhì)是最合適的替代物，且滿(mǎn)足下列要求：

1、如果是泡沫材料，應(yīng)呈封閉網(wǎng)眼形，否則，應(yīng)為不透水；

2、在營(yíng)運(yùn)條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)固；

3、相對(duì)于與之接觸的結(jié)構(gòu)材料，或相對(duì)于與之接觸的結(jié)構(gòu)材料，或相對(duì)于可能與該介質(zhì)接觸的其他物質(zhì)應(yīng)是化學(xué)惰性的；

4、應(yīng)就地適當(dāng)固定，并應(yīng)易于搬移，以便檢查該空艙?！?/p>

事實(shí)上，這一條款在1994年HSC-Code中就已經(jīng)存在。硬質(zhì)聚氨酯泡沫應(yīng)用于高速船，并為其提供浮力也早已是司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象。在破損穩(wěn)性計(jì)算時(shí)，通過(guò)降低空艙滲透率的方式來(lái)考慮硬質(zhì)聚氨酯泡沫所提供的浮力。

將上述法規(guī)借用在遠(yuǎn)洋漁船破損穩(wěn)性計(jì)算中，特別是那些布置有連續(xù)雙層甲板的遠(yuǎn)洋漁船，合理考慮冷藏艙隔熱層滲透率的重要性是不言而喻的。

計(jì)算實(shí)例

如圖2所示，以“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船為例，分析探討隔熱層滲透率對(duì)遠(yuǎn)洋漁船概率破損穩(wěn)性的影響。該船的破損穩(wěn)性計(jì)算使用NAPA軟件，計(jì)算中用到的主要參數(shù)、初始條件及規(guī)范要求如下：垂線(xiàn)間長(zhǎng)111.20m；分艙船長(zhǎng)120.31m；型寬21.60m；設(shè)計(jì)吃水7.00m；下甲板至基線(xiàn)12.50m；上甲板距基線(xiàn)9.00m；人 數(shù)99 人；最深分艙吃水工況ds=7.00m，GM=1.20m，Trim=0.00m (level)；部分分艙吃水工況 dP=6.36m，GM=1.20m，Trim=0.00m (level)；輕載分艙吃水 工 況dl=5.40m，GM=1.20m，Trim=1.50m (aft)；規(guī)范要求的分艙指數(shù)R：0.529 95。

一、隔熱層布置

本船中部區(qū)域設(shè)有三個(gè)磷蝦產(chǎn)品冷藏艙，其中兩個(gè)冷藏艙（Frozen Hold 1和Frozen Hold 2）布置在下甲板與雙層底之間，另一個(gè)冷藏艙（Frozen Hold 3）位于上甲板和下甲板之間。三個(gè)冷藏艙的周?chē)捎糜操|(zhì)聚氨酯泡沫作為隔熱層，并且隔熱層的厚度在舷側(cè)、橫艙壁、頂部和底部不盡相同，見(jiàn)圖3黃色區(qū)域。隔熱層和磷蝦艙的體積（扣除隔熱層之后）分別是2026m3和5730m3，其中隔熱層大約占據(jù)冷藏艙總體積（隔熱層和磷蝦艙的體積之和）的26%。

圖2 “深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船

圖3 隔熱層布置

二、隔熱層滲透率的影響

根據(jù)上面給出的初始條件，選取不同的隔熱層滲透率分別計(jì)算該船的概率破損穩(wěn)性，計(jì)算結(jié)果如表1所示。其中，μ=0表示隔熱層完全不透水，一旦船舶發(fā)生破損時(shí)可以提供相應(yīng)的浮力，而μ=0.95是將隔熱層所占據(jù)的空間作為空艙對(duì)待，二者A值相差約18%。μ=0.7/0.8/0.95則 是把隔熱層看作冷藏艙的一部分整體考慮，這時(shí)得到的A值與μ=0時(shí)相差約14%。表1中只有μ=0時(shí)A＞R，并且各部分指數(shù)As、Ap和Al不小于0.5R，滿(mǎn)足法規(guī)要求。從圖4中可以更加明顯地看到分艙指數(shù)A隨著滲透率μ的增大趨于線(xiàn)性降低。

表1 不同滲透率時(shí)的A值

隔熱層滲透率提高將直接導(dǎo)致漁船破損后的進(jìn)水量增大，無(wú)論是單艙破損、亦或是多艙破損后的分艙指數(shù)A都會(huì)隨之大幅度減小。先后分別計(jì)算了隔熱層兩種狀態(tài)下從1艙到4艙的分艙指數(shù)，一種狀態(tài)是將隔熱層作為完全不透水材料，另一種狀態(tài)是將隔熱層作為冷藏艙一部分。通過(guò)兩種狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果對(duì)比，該南極磷蝦船2艙破損后的分艙指數(shù)A下降最快，這也使得最終概率破損計(jì)算結(jié)果從最初的滿(mǎn)足法規(guī)要求A＞R，變?yōu)檫h(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到。

圖5是部分分艙吃水dp時(shí)，該船左舷破損后不同滲透率下生存概率S對(duì)比圖。從圖中可以看出，相鄰冷藏艙所在的破損區(qū)域，其2艙以及多艙組合在破損后的生存概率急劇減小，甚至變?yōu)?。這一點(diǎn)在最深分艙吃水ds時(shí)尤其明顯，幾乎只有單艙破損對(duì)最終的分艙指數(shù)A起到了貢獻(xiàn)作用。因此，確保隔熱層的低滲透率將是提高遠(yuǎn)洋漁船分艙指數(shù)A行之有效的辦法。

圖4 分艙指數(shù)A隨硬質(zhì)聚氨酯滲透率μ的變化

圖5 不同滲透率下生存概率S對(duì)比圖

相關(guān)建議

通過(guò)對(duì)硬質(zhì)聚氨酯多個(gè)滲透率的計(jì)算和對(duì)比分析，為遠(yuǎn)洋漁船的概率破損穩(wěn)性計(jì)算提供了參考，也為如何改善遠(yuǎn)洋漁船概率破損穩(wěn)性提供了思路。相對(duì)于常規(guī)貨船，遠(yuǎn)洋漁船的下甲板多從船艉連通到船艏，一旦破損進(jìn)水，需要有足夠的儲(chǔ)備浮力保證，而低滲透率的隔熱層所提供的浮力是非常可觀(guān)的。因此，隔熱材料及厚度不僅關(guān)系到冷藏和營(yíng)運(yùn)成本，也影響著遠(yuǎn)洋漁船破損后的生存能力。

我們建議，一方面嚴(yán)格實(shí)施《漁船隔熱層發(fā)泡操作規(guī)程》要求，加強(qiáng)船檢部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢驗(yàn)，以確保隔熱層的施工質(zhì)量；另一方面通過(guò)模擬破損環(huán)境，對(duì)一定數(shù)量的硬質(zhì)聚氨酯泡沫進(jìn)行滲透率的測(cè)定并找到其變化范圍。只有在滲透率取值合理的前提下，才能使遠(yuǎn)洋漁船的破損穩(wěn)性計(jì)算更有意義。

綜上所述，隔熱層不僅關(guān)系到遠(yuǎn)洋漁船的保鮮功能，也關(guān)系著遠(yuǎn)洋漁船的航行安全，一定程度上起到了保障遠(yuǎn)洋漁船和漁民生命財(cái)產(chǎn)安全，節(jié)約有效能源，防止環(huán)境污染的作用。要完成好遠(yuǎn)洋漁船隔熱層的檢測(cè)任務(wù)，除了漁檢部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)漁船建造施工的技術(shù)監(jiān)督和質(zhì)量抽查、檢測(cè)工作者的技術(shù)服務(wù)，更需要漁船建造者、使用者的高度重視和自覺(jué)配合。進(jìn)一步探索隔熱層的滲透率特性，不僅為遠(yuǎn)洋漁船的破損穩(wěn)性計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)，也是保證漁船質(zhì)量復(fù)合技術(shù)的要求。

備注：本課題為中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目漁船魚(yú)貨處所破損穩(wěn)性滲透率研究（編號(hào)2018YJS001）。