40萬噸級(jí)VLOC最小初穩(wěn)性高度的探討

洪英鵬 楊英超 中遠(yuǎn)海運(yùn)散貨運(yùn)輸有限公司

1.最小初穩(wěn)性高度

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各國之間的貿(mào)易，特別是大宗散裝貨物貿(mào)易往來更加頻繁，港口作業(yè)效率也大幅度提高，對(duì)貨物的需求量呈直線上升，帶動(dòng)了航運(yùn)業(yè)飛速蓬勃的發(fā)展，使得船舶制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的大變化。為了滿足這種大宗散裝貨物運(yùn)輸，特別是大宗礦砂石，超大型礦砂船（VERY LARGE ORE CARRIER,簡稱VLOC）應(yīng)運(yùn)而生。先是18萬噸級(jí)、20萬噸級(jí)的CAPESIZE散貨船，為了滿足日益發(fā)展的需求，后來又誕生了專門運(yùn)輸?shù)V砂石的超大型礦砂船（VLOC），層出不窮地制造了23萬噸級(jí)、30萬噸級(jí)、32.5萬噸級(jí)、第一代40萬噸級(jí)和第二代能裝載濕貨40萬噸級(jí)VLOC。最新型的30-40萬噸級(jí)的VLOC船都增加了LNG ready（為今后使用天然氣作為船舶燃料做準(zhǔn)備）,在提高該船型經(jīng)濟(jì)型的基礎(chǔ)上又滿足了硫化物排放方面的公約要求。而且第二代40萬噸級(jí)的VLOC船在設(shè)計(jì)中考慮了裝載液態(tài)化貨物的需求，即滿足裝載含水量超過適運(yùn)水分線的鐵礦石。

這種新型超大型礦砂船的出現(xiàn)，對(duì)于當(dāng)代航運(yùn)從業(yè)者提出了新的挑戰(zhàn)，既熟悉又陌生。與傳統(tǒng)散貨船相比有所類同，但更多的是不同。40萬噸級(jí)的VLOC的船舶結(jié)構(gòu)和普通CAPE型散貨船不同，他們的貨艙普遍相對(duì)較小，形狀也略有不同。貨艙上部最寬處的寬度約為船寬的0.6倍，貨艙底部的寬度約為船寬的0.4倍，不似普通CAPE型散貨船的貨艙寬度基本等于船寬。如圖1所示，典型的40萬噸VLOC的貨艙橫剖面圖。

圖1 40萬噸VLOC的貨艙橫剖面圖

鐵礦石的密度非常大，普通CAPE型散貨船裝載鐵礦石后貨物僅占艙容的30-40%，而VLOC船舶這樣的貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完貨后貨物一般能達(dá)到艙容的60-80%，這樣船舶的重心提高了，G.M值一般會(huì)達(dá)到10米左右。

IMO對(duì)普通貨船的穩(wěn)性要求是：船舶在各種裝載情況下的初穩(wěn)性高度GM ≧0.15m；而散糧船、油船、集裝箱船的要求是GM ≧0.30m。40萬噸級(jí)VLOC對(duì)最小初穩(wěn)性高度GM值的要求與上述類型船舶相比要高多了，不僅要滿足普通貨船的穩(wěn)性要求，而且要滿足超大型礦砂船特有的GM限制線的要求。GM限制線主要是通過Min GM值來體現(xiàn)，該值是隨著船舶吃水的變化而呈現(xiàn)出一條類似U型的曲線，如圖2所示，范圍約為4.6m到15.0m之間。從U型曲線圖得知：當(dāng)重載吃水為22-23m時(shí)，Min GM值的范圍在9-11.5m之間。由此得知，VLOC船舶的GM值的要求與其他類型的船舶有著很大的不同。

圖2 GM限制線

2.背景

中遠(yuǎn)海運(yùn)散運(yùn)好望角型船舶管理部大部分的管理船舶是30萬、40萬噸級(jí)的VLOC船舶，這類船舶主要服務(wù)于中國到巴西的航線上，即將巴西的鐵礦石運(yùn)回中國，偶爾也會(huì)去馬來西亞TRMT港或阿曼SOHAR港卸貨，然后空放到巴西。目前這類VLOC船舶，一般都采用COA合同（Contract of Affreightment 簡稱COA，即包運(yùn)租船合同）租給巴西淡水河谷VALE，租期一般都在25年左右。自2020年疫情開始以來，巴西的Ponta de Madeira（PDM）港壓港就比較嚴(yán)重，一般到港船舶都可能在錨地拋錨等待1個(gè)月，有的甚至要等待2個(gè)月才能靠泊裝貨。為了減少船舶的候泊時(shí)間，提高船舶的周轉(zhuǎn)率，盡可能達(dá)到效益最大化，有不少40萬噸級(jí)VLOC船舶因此轉(zhuǎn)港到巴西的TUBARAO港裝貨。

但TUBARAO港的鐵礦石和PDM港有著很大的不同，主要是積載因數(shù)（S/F）比較大。PDM港鐵礦石的積載因數(shù)一般在0.33m/t左右，而TUBARAO港的鐵礦石積載因數(shù)大多在0.45m/t以上，有時(shí)甚至達(dá)到了0.57m/t。在抵港前的預(yù)配載過程中，發(fā)現(xiàn)在配載儀上顯示船舶的初穩(wěn)性高度（GM值）會(huì)小于最小穩(wěn)性高度要求，即在配載儀導(dǎo)出的穩(wěn)性報(bào)告上有紅色的醒目字體警示船舶要進(jìn)行破艙穩(wěn)性核驗(yàn)（The GM is outside the allowable GM limited curve,you should check the direct damage calculation.）。因?yàn)樨浳锏姆e載因數(shù)大，會(huì)占用比較大的艙容，這樣就會(huì)提高船舶的重心高度從而降低了船舶的初穩(wěn)性高度?；谶@種情況，船舶只能通過用減少裝貨量來減少船舶的吃水，從而滿足Min GM值的要求。曾有兩艘次的40萬噸級(jí)VLOC在TUBARAO港因此而少裝了一萬多噸的貨物，給船東造成了不少的損失。

3.配載軟件的更新

通過對(duì)前述兩艘40萬噸VLOC船舶配載儀的使用情況進(jìn)行深入探討、研究、分析，同時(shí)也向上海船舶設(shè)計(jì)院SDARI進(jìn)行了咨詢并尋求幫助，經(jīng)了解得知：由于當(dāng)時(shí)首批40萬噸級(jí)VLOC在建造的時(shí)候，GM限制線才剛剛實(shí)施，而當(dāng)時(shí)的規(guī)則要求不是很完善，當(dāng)初在制作船舶裝載手冊(cè)（Loading Manual）時(shí)，為了更充分地滿足公約要求，在GM限制線方面采取了比較嚴(yán)格的計(jì)算方法。因此，船東立即委托上海船舶設(shè)計(jì)院SDARI，根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)則對(duì)配載儀進(jìn)行重新評(píng)估、計(jì)算，更新了相關(guān)手冊(cè)，完善了配載儀軟件內(nèi)關(guān)于破損穩(wěn)性計(jì)算的功能并對(duì)船舶配載儀軟件進(jìn)行升級(jí)更新，在檢驗(yàn)通過后，船級(jí)社簽發(fā)相應(yīng)的配載儀升級(jí)證書及檢驗(yàn)報(bào)告。

4.配載軟件使用簡介

下面以40萬噸VLOC“YSH”輪為例，結(jié)合升級(jí)后的配載儀軟件，介紹在配載較大積載因數(shù)的鐵礦石時(shí)所遇到的情況及處置的方法。

4.1 “YSH”輪船舶概況簡介

“YSH”輪是由江蘇南通熔盛重工有限公司建造，于2013年07月22日建造完成并交付運(yùn)營。那時(shí)建造的40萬噸級(jí)的超大型礦砂船，為第一代40萬噸級(jí)VLOC。船長360m、船寬65m、夏季吃水23.02m、夏季載重噸399983.4t。該輪設(shè)有7個(gè)獨(dú)立的貨艙。

4.2 配載儀計(jì)算

經(jīng)過升級(jí)后的配載儀，模擬船舶的各種滿載離泊狀況，在輸入不同的積載因數(shù)情況下，經(jīng)過演練計(jì)算，獲知在積載因數(shù)S/F小于0.42m/t 時(shí)，配載儀內(nèi)顯示所有結(jié)果都符合要求。但在積載因數(shù)S/F 達(dá)到或大于0.42 m/t時(shí)，GM值就會(huì)小于Min GM值，就需要進(jìn)行核驗(yàn)破艙穩(wěn)性。圖3是當(dāng)S/F 為0.42m/t(燃油5000t）時(shí)配載儀的截圖，GM值會(huì)顯示紅色，即需要核驗(yàn)破艙穩(wěn)性。

圖3 S/F 為0.42 m3/t時(shí)配載儀顯示圖

5.實(shí)際操作中遇到的情況及處置方法

“YSH”輪第26航次，執(zhí)行巴西TUBARAO到阿曼SOHAR的貨載。本航次裝載的鐵礦石積載因數(shù)S/F為0.45m/t，由于TUBARAO港有水尺限制，航道允許的最大開航水尺為23.0m，故本航次的預(yù)配載貨量為391790t。在抵TUBARAO港前,船舶就將預(yù)配載圖及裝貨順序表發(fā)給港方，港方在校驗(yàn)裝載順序后，提出進(jìn)一步要求，要求船舶遞交配載儀輸出的穩(wěn)性報(bào)告。在收到港方要求后，船舶立即導(dǎo)出配載儀的穩(wěn)性報(bào)告并郵件發(fā)送港方，但報(bào)告上有紅色的醒目字警示初穩(wěn)性高度超出GM限制線，需核驗(yàn)船舶的破艙穩(wěn)性，如圖4所示。

圖4 穩(wěn)性報(bào)告圖

當(dāng)看到紅色的警示信息后，港方對(duì)此提出質(zhì)疑，要求船方做進(jìn)一步解釋澄清或修改裝載計(jì)劃。船舶在收到港方的質(zhì)疑郵件后，立即在配載儀上進(jìn)行了破艙穩(wěn)性的核驗(yàn)，經(jīng)過核實(shí)，配載儀顯示破艙穩(wěn)性的所有計(jì)算結(jié)果都是符合相關(guān)要求。之后船舶又將破艙穩(wěn)性核驗(yàn)結(jié)果從配載儀內(nèi)導(dǎo)出并發(fā)給港方，港方在收到后沒有再次提出異議，批準(zhǔn)了此次船舶的裝載計(jì)劃。

由于40萬噸級(jí)VLOC船舶都是采用COA合同租給了巴西租家淡水河谷VALE，租家非常關(guān)心此事，也發(fā)郵件來詢問情況。為了更好地了解TUBARAO港大積載因數(shù)鐵礦石的裝載情況，“YSH”輪提供了配載較大積載因素（0.48m/t）鐵礦石的穩(wěn)性報(bào)告供VALE的技術(shù)部門研究。另外公司也要求其他第一代40萬噸級(jí)VLOC船舶都進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)配載分析，結(jié)果跟“YSH”輪裝載積載因素（0.45m/t）鐵礦石所遇到的情況是一樣的，初穩(wěn)性高度低于最小穩(wěn)性高度要求，需進(jìn)行破艙穩(wěn)性核驗(yàn)，核驗(yàn)結(jié)果也都是符合要求。

綜上所述，第一代40萬噸級(jí)VLOC的配載儀在經(jīng)過升級(jí)后，裝載積載因數(shù)小于0.42m/t的輕鐵礦時(shí)，初穩(wěn)性高度都高于最小穩(wěn)性高度要求，船舶能夠裝載貨物達(dá)到最大量。當(dāng)積載因數(shù)超過0.42m/t時(shí)，初穩(wěn)性高度就不能滿足了，需進(jìn)行破艙穩(wěn)性核驗(yàn)，符合后才能裝載。

6.VLOC船舶安全操作展想

通過上述“YSH”輪的裝載情況，解決了因裝載大積載因數(shù)鐵礦石時(shí)出現(xiàn)的不滿足最小初穩(wěn)性高度要求而不得不少裝貨的問題，不論船東、船舶還是租家、港方，各方對(duì)于超大型礦砂船的裝載量都在嚴(yán)格監(jiān)控，非常重視船舶的安全。

古人荀子云：一曰防，二曰救，三曰戒。防為上，救次之，戒為下。安全要講，事故要防，安全是船舶各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)工作最基本的保障。而安全生產(chǎn)對(duì)于VLOC船舶來講，除了安全管理關(guān)口要前移外，還要從根部上落實(shí)并抓好安全工作，在保證船舶穩(wěn)性滿足要求的前提下，需特別關(guān)注的焦點(diǎn)是確保超大型船舶的結(jié)構(gòu)安全、航行安全。

現(xiàn)如今的航運(yùn)業(yè)正在飛速蓬勃發(fā)展，船舶也是越造越大，同時(shí)也產(chǎn)生了一系列安全隱患，特別是近幾年發(fā)生的超大型船舶裝貨后斷裂、海上航行期間結(jié)構(gòu)受損并進(jìn)水沉沒等案例，尤為顯得在保護(hù)海上生命、船舶、貨物、海洋環(huán)境上的重要性?；诖耍瑢?duì)于超大型船舶，保障船舶結(jié)構(gòu)安全顯得異常重要，要求在船舶裝卸貨物時(shí)要加強(qiáng)對(duì)船體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)性監(jiān)控。超大型船舶結(jié)構(gòu)失效可能是多重因素共同作用的結(jié)果，由于材料疲勞、腐蝕、未識(shí)別的結(jié)構(gòu)缺陷、多港口載荷以及航行時(shí)強(qiáng)加于船體的反作用力等，船舶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間推移而受到損害，最終導(dǎo)致突發(fā)的船舶斷裂。在保障船舶結(jié)構(gòu)安全方面，除了日常的結(jié)構(gòu)檢查之外，在船舶日常的裝卸貨、壓載水更換的過程中都要保證彎矩、剪力一直處于正常范圍內(nèi)，包括對(duì)裝卸貨計(jì)劃、壓載水更換計(jì)劃等，船岸雙方都要進(jìn)行更加嚴(yán)格審核。VLOC船舶要求管理人員對(duì)上述特征引起足夠的重視，進(jìn)行精細(xì)化管理，所有安全工作提前做到前面。

船舶在海上航行，經(jīng)常會(huì)遇到大風(fēng)浪導(dǎo)致船舶搖晃顛簸。穩(wěn)性不足會(huì)導(dǎo)致船舶傾覆，對(duì)于船舶的危害當(dāng)然是滅頂之災(zāi)；穩(wěn)性過大又會(huì)導(dǎo)致船舶在風(fēng)浪中劇烈搖蕩，影響船舶儀器設(shè)備的正常工作、引起貨物移位和坍塌，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)導(dǎo)致船舶傾覆。所以任何時(shí)候都應(yīng)保持適度的穩(wěn)性，即船舶的穩(wěn)性高度必須處在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。初穩(wěn)性高度是船舶最重要的指標(biāo)之一，必須保證在裝載、航行、卸載過程中都滿足相關(guān)要求，才能確保船舶安全運(yùn)營。

如何做好VLOC船舶的海上航行安全，這是一道新型課題。鑒于VLOC船舶尺度大、吃水深、操縱呆笨的特點(diǎn)，再加上因其排水量大而帶來的巨大慣性，以及表現(xiàn)出停船性能差、追隨性能差、航向穩(wěn)定性差、應(yīng)舵性差等諸多不利操縱特點(diǎn)，確保海上航行安全對(duì)VLOC船舶起到了至關(guān)重要的作用，這方面主要體現(xiàn)在航行計(jì)劃的設(shè)計(jì)上。VLOC船舶在航行計(jì)劃制定和執(zhí)行方面要求更加嚴(yán)格，除了要規(guī)避已知的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，例如盡量避開大風(fēng)浪區(qū)，特別是好望角附近海域，需要時(shí)可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整航向和航速，避免諧搖等。航線設(shè)計(jì)方面更加受到狹窄水道與淺灘水深的限制，需要更大的航道水深和更大的可航水域?qū)挾?，保持與礙航物更大的安全距離，需要避開通航密度大的水域等，即使在海上航行也需要綜合考慮可航水深、可乘潮時(shí)段、船舶航速與船體下沉量等因素。

對(duì)于VLOC這種超大型船舶的安全操作，針對(duì)不斷涌現(xiàn)出來的新問題、新情況、新局面，船、岸雙方人員都要本著大船無小事的態(tài)度，多方溝通聯(lián)系、背靠科學(xué)、研究學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)行剖析、總結(jié)、歸納，共同為超大型礦砂船保駕護(hù)航。