基于穩性衡準系統（V4.2）的內河自卸砂船安全裝載分析

張煒君

摘 要：本文在穩性衡準系統（V4.2）中對一艘珠江水系典型內河自卸砂船建模，分析貨物裝載不當對穩性的影響，提出自卸砂船裝載注意事項。

關鍵詞：穩性衡準系統 自卸砂船 裝載 穩性

1.前言

近年來，中國房地產行業的爆發式增長造就了河砂的巨大市場，自卸砂船應運而生。顧名思義，自卸砂船系指在貨艙內裝載砂石等散裝顆粒狀貨物并在船上設有貨物輸送裝置的船舶。相比傳統的散貨船，自卸砂船具備卸貨靈活、卸貨效率高的優勢。但自卸砂船的貨艙為V型，載貨后貨物重心較高，初穩性和大傾角穩性均較傳統散貨船差，再加上河砂含水率通常較高，如果排水不及時，不僅會產生較大自由液面，且容易出現先超載再排水的情況，因此自卸砂船的安全裝載顯得尤為重要。

穩性衡準系統（V4.2）是CCS武漢規范研究所開發的船舶靜水力及穩性計算軟件，船舶穩性面積（即動穩性力臂）是船舶完整穩性的重要參考值，穩性面積越大表示船舶大傾角穩性越好。筆者選取珠江水系某常規內河自卸砂船（以下簡稱模型船）在穩性衡準系統中建模，通過改變貨物位置、自由液面等計算要素，得出錯誤裝載狀態下船舶滿載出港的穩性面積等參數，并與正常裝載狀態進行對比，揭示裝載不當對船舶穩性的影響。

2.裝載不均對穩性的影響

2. 1縱向裝載不均

縱向裝載不均對船舶穩性面積的影響主要體現在降低了進水角導致穩性面積損失，如下圖所示（β為縱向裝載不均時的進水角，α為正確裝載時的進水角，藍色陰影部分為損失的穩性面積）。

自卸砂船貨艙圍板較高，進水位置通常位于機艙門檻或自卸砂帶出口位置，尤以機艙門檻居多，兩者均靠近船體兩端，縱向浮態對該位置的進水角影響較大。模型船滿載出港的進水位置位于機艙門檻。筆者在系統中將貨物縱向位置向后移動一個肋位（500mm）后，進水角由13.34°變為12.56°，導致穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0661（rad.m），穩性面積損失了10%，已接近法規要求最小值。計算結果說明貨物縱向裝載不當對船舶完整穩性存在較大影響。

2.2橫向裝載不均

橫向裝載不均對完整穩性的影響主要體現在船舶有一個初始橫傾角θ，船舶復原力臂變小，導致穩性面積變小，如下圖所示（紅色為正確裝載時復原力臂曲線，藍色為橫傾時的復原力臂曲線，藍色陰影部分為損失的穩性面積）：

假設模型船裝載時，貨物向右舷裝偏5厘米，復原力臂變小導致穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0648（rad.m），穩性面積損失了12%，已接近法規要求最小值。計算結果說明貨物橫向裝載不當對船舶完整穩性存在極大影響。

3.貨物堆高、散貨滑移對穩性的影響

不按嚴格按要求裝載導致貨物重心超過穩性計算書中貨物重心的工況時有發生，此時整船重心變高，過高的重心既降低了初穩性高，也減小了復原力臂，導致穩性面積損失。

散貨滑移則增加了船舶橫傾時的傾覆力臂，相當于減小了船舶自身的復原力矩。

二者對穩性的影響如下圖所示（藍色陰影部分為損失的穩性面積）：

假設模型船裝載密度較輕的顆粒狀貨物，密度由原設計的1.4t/m3變為1.3t/m3，則貨物重心上升0.405m，復原力臂變小導致穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0642（rad.m），穩性面積損失了13%。且此時最大復原力臂對應角已小于15°，不滿足法規對航行A級航區船舶的要求。計算結果說明貨物重心過高對船舶完整穩性存在極大影響。

假設模型船不考慮散貨滑移對穩性的影響，則穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0808（rad.m），穩性面積增加了9%，改善了穩性。計算結果說明散貨滑移對船舶完整穩性存在較大影響。

4.砂槽積水對穩性的影響

由于濕砂含水率較高，砂槽通常有積水。根據海船檢〔2012〕720號文對內河自卸砂船的補充要求，模型船考慮砂槽的自由液面后，穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0728（rad.m），穩性面積減少了1.4%。計算結果說明砂槽積水對船舶完整穩性存在一定影響。

部分自卸砂船裝載時由于排水泵排量太小無法在裝載過程中及時將水排出，船東會超載后再抽水。以模型船為例，假定超載60t，此時穩性面積由0.0738（rad.m）變為0.0625（rad. m），減小了15%，穩性已不滿足法規要求。超載狀態是十分危險的。

5.安全裝載要點

（1）為避免縱向裝載不均，船舶開航前船員應檢查船舶首尾吃水，盡量與穩性計算書一致。為避免橫向裝載不均，船舶開航前應檢查船舶左右兩舷載重線標志處的實際干舷，盡量保證左右舷干舷相同。

（2）為避免貨物重心過高，船員在船舶開航前應檢查貨物的堆高不超過設計最大堆高。活動式貨物輸送裝置應有效固定于重心最低的位置，在航行時禁止抬升，以降低整船重心。

（3）盡可能平艙，以減少楔形部分散貨，進而減少散貨滑移對穩性的負面影響。

（4）船長開航前應檢查砂艙艙底水高位報警系統是否處于正常狀態。

（5）根據貨艙排水系統的設置情況，并考慮現場裝砂時的裝載速率和砂石含水率，采取措施（如增設移動式潛水泵）增大貨艙排水能力以及時排出艙底水。如實在抽水不及時，應當暫停裝卸，待排出艙底水后再繼續裝載。

參考文獻：

[1]2011內河船舶法定檢驗技術規則[S].北京：人民交通出版社，2011年8月，第一版.

[2]內河新建自卸砂船補充要求[S].海船檢〔2012〕720號.