砂石自卸船穩性影響因素及管理措施

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(1．四川省瀘州市航務管理局，四川 瀘州 646000；2.中國船級社武漢規范研究所，武漢 430022)

川江砂石自卸船從20世紀90年代末期開始逐漸取代原砂船，這種砂石自卸船采用V型貨艙，貨艙底部設有輸送帶，船艏設有輸送帶架和大量機械設備，是一種卸載效率極高的現代化砂石運輸船舶。然而,V型貨艙在帶來高效卸載效率的同時,也使得貨物重心偏高, 船舶穩性變差，加之不合理的砂石堆裝方式等，很容易引發船舶翻沉事故。為此，結合事故船舶的共同點，從技術上和管理上提出解決措施。

1 自卸船特殊結構形式對穩性的影響

普通貨船和自卸船的主要差別在于貨艙結構形式的不同,普通貨船采用U形貨艙，自卸船采用V形貨艙[1]。自卸船輸送帶的安裝要求貨艙底部與船底要有必要的間隙高度，致使貨物裝載的高度相對基線的高度增加。

從事故統計看，事故船船長一般在30～50 m之間,大多數不超過50 m。為分析自卸船特殊結構形式對穩性的影響，以主尺度L×B×D×d=45.80 m×8.00 m×2.68 m×2.1 m，載貨量為400 t的船型為例，給出同尺度、同線型自卸船和普通貨船滿載狀態下的穩性指標對比,見表1。

由表1可見，自卸船比普通貨船的裝載重心高度要高，初穩性高度、穩性面積等要低。即自卸船的各項穩性指標均較普通貨船差，這是由于結構形式的不同而造成的，說明與普通貨船相比，自卸船穩性先天不足[2]。

表1 自卸船和普通貨船滿載狀態下的穩性指標對比

2 堆裝方式對穩性的影響

砂石自卸船在抽砂作業時通常無法做到均勻裝載，而是將貨物分為2堆、3堆、4堆進行裝載，在裝載量相同的情況下，其貨物堆高及重心高度等都不一致，裝載形式不同造成自卸砂船的穩性指標也不相同。分析時依然采用上例船，見表2。

由表2可見，貨物的堆裝方式不同，各穩性指標也不同。2堆裝載與均勻裝載相比，前者穩性明顯變差；而4堆裝載與均勻裝載相比，穩性影響在1%以內，幾乎可以忽略不計,所以均勻裝載可以有效提高自卸船的穩性指標。

如果穩性衡準數提高為1.05，對于總長小于50 m的自卸船，可有效防止裝載不均造成的穩性不足。

表2 不同堆裝方式下的穩性指標對比

3 船舶主尺度對穩性的影響

船舶的主尺度不同，穩性也不相同。但是由于載貨量的不同，直接比較其滿載時的穩性衡準數等指標是不科學的。通過比較不同堆裝方式對不同尺度的船舶穩性影響大小來客觀地反映船舶主尺度對穩性的影響。選擇3艘不同尺度的砂石自卸船作為研究對象,見表3～5，比較其3堆裝載與均勻裝載的穩性指標。

3堆裝載相對于均勻裝載,穩性指標變化隨船舶主尺度的增大而減少，也就是說船舶的主尺度越大，堆裝方式對船舶穩性的影響就越小,即主尺度越大的船舶穩性越好，當不利因素作用到船上時，船舶保持正常浮態的能力越強,據此得出結論,長江急流航段自卸船總長應超過50 m。

表3 洪源號穩性指標

注：該船船長39.8 m、型寬7.6 m、型深2.3 m。

表4 平豪號穩性指標

注：該船船長45.8 m、型寬8 m、型深2.68 m。

表5 學才2號穩性指標

注：該船船長52.8 m、型寬9.38 m、型深3.28 m。

4 超載對穩性的影響

常見的超載量分別為5%、10%、15%(見表6)。從技術角度計算穩性下降的具體指標，得出穩性下降的程度,從而分析超載對自卸船穩性的影響。

表6 超載穩性指標對比

通過定量分析得出超載5%時影響近20%，超載10%時影響近50%，超載15%影響近80%，可見超載對砂石自卸船穩性的影響十分巨大，而在砂石自卸船的實際裝載中，業主出自自身利益的考慮，超載還是屢禁不止，在超載較多的情況下,對穩性的影響甚至可能超過其它幾種不利因素的總和。所以建議在安全監管時,如果發現自卸砂船超載,應嚴管重罰。

5 輸送帶架和抽砂裝置對船舶穩性的影響

輸送帶架和抽砂裝置是自卸船的特殊結構，可以不借助港口機械將貨物從貨艙輸送到岸上。輸送帶架通常位于船艏，抽砂裝置位于舷側。由于其重量較大，重心較高，對船舶穩性也有較大影響，特別是意外轉動往往成為船舶翻沉的直接誘因。

5.1 抽砂裝置對裝載堆數的影響

由于抽砂裝置安裝在沿縱中船中部舷邊甲板位置，其定軸旋轉導致裝砂堆最易裝載成與縱中相交的兩堆，人工調整裝多堆相當困難。抽砂裝置造成常態是堆2堆砂，最多堆3堆砂，各穩性衡準數尤其是回航靜傾角衡準數降低最明顯。

5.2 輸送帶架未收回時產生傾側力矩對穩性的影響

自卸船輸送帶卸貨大大提高了卸貨效率，給業主帶來了可觀的經濟效益，但是由于輸送帶的存在，船舶航行中遇到風、浪、水流、船舶回航等外力影響，輸送帶的抖動、搖擺等會額外增加船舶傾側力矩，此力矩難以定量計算，現行船舶檢驗規范沒有相關的規定[3]。

經測算、調查和經驗總結，船寬8.0 m以下船舶以設不旋轉輸送帶架為宜，船寬8.6 m以上船舶以輸送帶架旋轉后固定在支架上為宜。

5.3 輸送帶架的安裝方式對船舶穩性的影響

由于輸送帶架整體重量較大，約占空船重量的2%左右；重心較高，懸掛點高約為空船重心高度的3倍左右。為降低輸送帶架重心高度，通過不設艏升高甲板和將輸送帶架轉盤降到主甲板以下500～600 mm的辦法降低重心高度，并在“玉馬河8號”等船采用，取得了明顯效果。

5.4 抽砂器及輸送帶架意外旋轉對穩性的影響

抽砂器及輸送帶的意外旋轉往往是導致船舶翻沉的誘因。由于意外旋轉的影響是旋轉重量與速度的平方關系，其速度不定，其影響大小也難以準確計算。當船舶處于超載、有大量自由液面、堆裝不均等情況下導致船舶穩性不足時，遇上抽砂器或輸送帶的意外旋轉就會導致船舶翻沉。

6 其它影響因素

對貨艙結構的適當調整可以有效降低貨物重心，提高船舶穩性。具體措施是降低斜甲板上緣與主甲板平均相對高度、增加船中輸送帶槽口寬度、降低船中輸送帶槽口距基線的高度。

砂石自卸船主要裝載貨品為剛采集的河砂或卵石，與普通干散貨物不同的是砂石中通常含有大量水分，在貨艙內形成自由液面，在水的作用下砂石會產生滑移，對船舶穩性產生不利影響。

計算表明貨物滑移對最大復原力臂、最小傾覆力臂、穩性面積及衡準數等主要穩性指標的影響在7.7%～9.4%之間，對穩性影響較大。

貨物密度對自卸船穩性的影響也是不容忽視的。煤的密度小、砂石的密度大，當裝載重量相同時，載煤的體積要大于載砂石的體積。貨物重心更高，穩性更差。船舶設計和船舶檢驗時應充分考慮自卸船載運煤炭等小于砂石密度貨品時的穩性,必要時應減載。

7 針對穩性影響因素采取的措施

1)砂石自卸船裝載方式不同會導致船舶實際重心高度不同。堆裝的堆數越多，船舶的重心高度越接近均勻堆裝狀態，穩性面積衡準數也越大，船舶抵抗外力作用的能力越強，安全性能也就越好。對于砂石自卸船，船舶檢驗證書上應限定為“均勻裝載”；針對實際裝載中無法達到均勻裝載，且原建造總長小于50 m現有自卸船，不得少于3堆裝載，各穩性衡準數不得低于1.05。

2)在長江四川段，應大力推廣50 m以上砂石自卸船，逐步淘汰50 m以下砂石自卸船。其它水域應鼓勵建造較大型砂石自卸船[2]。

3)鼓勵設置縱向隔板防止貨物滑移。貨物滑移會對船舶穩性造成一定影響，但設置一道縱向隔板對穩性各指標的要求改善很小；而且考慮到貨物裝載時會造成船舶橫傾，設置多道隔板又會影響到貨艙裝卸和清理，故對設置縱向隔板不作強制要求。

4)由于自卸船的特殊結構形式，超載對自卸砂船穩性的影響很大，與普通干散貨船相比，危害更大。在超載較多的情況下,對穩性的影響甚至可能超過其余幾種不利因素的總和,鑒于此，監管部門應加大監管力度，嚴厲杜絕超載。

5)按以下方法布置輸送帶架，降低船舶重心、提高穩性。

①船寬8.0 m以下船舶設不旋轉輸送帶架；②船寬8.6 m以上船舶輸送帶架旋轉后固定在支架上；③不設艏升高甲板；④將輸送帶架轉盤降到主甲板以下500～600 mm。

6)按以下方法調整貨艙結構，降低船舶重心、提高穩性。

①適當降低斜甲板上緣與主甲板平均相對高度；②船中輸送帶槽口寬度不小于貨艙寬度的15%；③槽口距基線的高度不超過1.5 m。

7)船舶各穩性衡準數不得小于1.05。

8)采用抽運分離方式能有效降低翻沉事故發生率。

9)砂石自卸船運煤時應較運砂石時減載。

10)為防止輸送帶意外旋轉，應加裝自鎖裝置。

11)限制輸送帶長度。

12)根據事故勘察，船員溺亡的主要原因是未能及時沖出艙室，建議根據GB725-77將艙室門改為彈簧門,可降低翻沉事故死亡率。

[1] 白 婷，張少雄.自卸船改裝散貨船結構強度和屈曲有限元分析[J].船海工程，2011，40(6):69-72.

[2] 歐 珊，毛筱菲.漁船非線性橫搖理論研究分析[J].船海工程，2011，40(3):5-9.

[3] 中華人民共和國海事局.內河船舶法定檢驗技術規則[S].北京：人民交通出版社，2011.