核電超重核心設(shè)備遠(yuǎn)洋海運技術(shù)控制

王靚靚

摘要：核電站超重核心設(shè)備運輸安全至關(guān)重要，遠(yuǎn)洋海運不可控因素多，需要更為嚴(yán)格的技術(shù)控制。文章以核電超重蒸汽發(fā)生器海運為例，對遠(yuǎn)洋海運應(yīng)進(jìn)行的技術(shù)性計算和控制進(jìn)行了設(shè)計，包括航道的安全性、船舶穩(wěn)性、綁扎加固的可靠性以及海運加速度的計算及檢測方法等。文章可供同類核電設(shè)備遠(yuǎn)洋運輸借鑒。

關(guān)鍵詞：核電站;海運;大型貨物;加速度;穩(wěn)定性;綁扎加固

中圖分類號：U695? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0131-03

我國核工業(yè)飛速發(fā)展，核電蒸汽發(fā)生器達(dá)700t 以上，需采用吃水較淺的船舶運輸。國際運輸航線可能會遇惡劣海況，為防止設(shè)備內(nèi)部合金 U 型管變形，要求三維運輸加速度不超過0.9g（g—9.8m/s2），需在運輸前進(jìn)行周密的技術(shù)設(shè)計并按照設(shè)計嚴(yán)格控制操作，確保運輸安全。

1海運船舶的選擇

1.1內(nèi)河航道條件

國外內(nèi)河航道常難以獲得詳細(xì)的水文資料。對于潮汐河道，可參考附近港口潮汐周期表進(jìn)行吃水估算。潮汐常難以用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)曲線擬合，考慮擱淺風(fēng)險，估算以更為可靠的方式進(jìn)行。船舶以漂浮狀態(tài)進(jìn)出航道的吃水 d 應(yīng)滿足：

式中：Hp ──航道水深; c ──船底安全間隙。

考慮可靠性，估算中將潮汐曲線假設(shè)為線性，則半潮高以上時航道水深 Hp 所持續(xù)的時間為（參看圖1）

式中：Hmax─航道最大水深; Hmin─航道最小水深; T ─潮汐周期時間。

可以海船通過航道所需時間作為tp 代入式（2）求解出水深 Hp，再代入式（1）即可求出船舶的安全吃水d為

如為避免駁船轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)及風(fēng)險，則需要選擇遠(yuǎn)洋貨輪裝載后的吃水應(yīng)小于 d。當(dāng) d 值較小時，需要選擇淺吃水船舶，或采用修正壓載水使船底水平，或排空壓載水、減少淡水?dāng)?shù)量等方法來滿足。

1.2船舶穩(wěn)性

國際海事組織（IMO）頒發(fā)相關(guān)穩(wěn)性規(guī)則主要用于船舶建造及使用的穩(wěn)性控制。在穩(wěn)性校核的主要參數(shù)有橫傾角Ф、復(fù)原力臂 GZ、初穩(wěn)性高度 GM。計算船舶在不同橫傾角Ф情況下的復(fù)原力臂 GZ，繪制成圖即為靜穩(wěn)性曲線圖（圖2）。

可依據(jù)國際海事組織 IMO《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)格》進(jìn)行穩(wěn)性校核計算。按照穩(wěn)性手冊要求正常裝載時無需再計算，但當(dāng)貨物超重且積載位置過高時就應(yīng)注意校核穩(wěn)性。以下為某核電蒸汽發(fā)生器裝載后船舶的穩(wěn)性核準(zhǔn)，將穩(wěn)性計算報告書的主要結(jié)果列入表1，穩(wěn)性曲線圖見圖3，顯然穩(wěn)性是能夠滿足規(guī)范要求的。

1.3運輸加速度

船舶在海上在三維方向產(chǎn)生搖蕩，造成貨物產(chǎn)生3個方向的加速度。國際海事組織 IMO《貨物積載和系固安全操作規(guī)則》提供了無限航區(qū)貨物加速度的確定方法：

式中： a0y ， a0x ， a0z 為貨物在不同位置時的橫、縱、垂向基本加速度（見表2）; k1為船長及航速修正系數(shù);k2—船寬與初穩(wěn)性高度比修正系數(shù)。

表2中所列基本加速度值的條件為：無限航區(qū);全年航行;25天連續(xù)航行;船長等于100米;服務(wù)航速15節(jié); B/GM 不小于13（B 為船寬， GM 為船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度）。當(dāng)本船的船長、航速及 B/GM 不符合上述條件時，應(yīng)查 IMO 手冊得相應(yīng)的修正系數(shù) K1和 K2進(jìn)行修正計算。

對于某蒸汽發(fā)生器運輸：船長97m，航速14節(jié)，經(jīng)查 k1修正系數(shù)表得k1 =0.99;B/GM=14.9，大于13， k2 =1;貨物裝載在船的底艙0.6L 的位置，可依據(jù)表2查得各向基本加速度值。則可求得貨物的三維加速度值

分別為：

橫向加速度 ay 5.049m / s20.515g

縱向加速度 ax 1.485m / s20.152g

垂向加速度az4.95m / s20.505g

根據(jù)蒸汽發(fā)生器對運輸加速度的限制要求，三維沖擊加速度均應(yīng)不超過0.9g，顯然可以滿足要求。

2承載甲板的襯墊

蒸汽發(fā)生器多數(shù)只有兩個運輸托架，需采用枕木或鋼梁襯墊方式對集中荷載進(jìn)行分散，滿足船舶甲板承載強(qiáng)度要求。需要校核船甲板單位面積承載力和襯墊底梁的強(qiáng)度。襯墊間隔一般距離不大于船的承載甲板龍骨間距（300～600mm）時，可按均布荷載計算。設(shè)貨物托架按貨物重心對稱布置，則根據(jù)甲板單位面積承載力要求可計算得襯墊底梁的長度 r 為

（4）

式中：m─貨物質(zhì)量;n─貨物托架數(shù)量; p0─船甲板單位面積允許力。

根據(jù)單根底梁的強(qiáng)度可推導(dǎo)出計算襯墊底梁數(shù)量的公式為：

式中： c ─個托架下的襯墊底梁數(shù)量;σp ─底梁材料允許拉應(yīng)力;Wx─底梁抗彎截面模量。

還應(yīng)核算托架寬度范圍內(nèi)能否容納下數(shù)量 c，和為了均布荷載對襯墊梁之間間隙的要求，必要時調(diào)整底梁的規(guī)格尺寸或材料。

3綁扎加固

貨物在海運過程中產(chǎn)生三維加速度會造成貨物在橫向、縱向發(fā)生滑移或翻轉(zhuǎn)，需要通過綁扎加固來解決。大型貨物每次運輸都需要進(jìn)行專門的綁扎設(shè)計和工藝安排，因此是海運安全控制的重點。

3.1綁扎方法

考慮蒸汽發(fā)生器外殼上可利用的綁扎點（突出管等）對綁扎索具的耐受程度，有兩種綁扎方案。

（1）型鋼焊接方案。在貨物前后端設(shè)計型鋼支撐架，防止貨物縱向滑移和翻轉(zhuǎn)。在兩側(cè)托架端面處，設(shè)計橫向擋板，并將甲板、托架焊接在一起，防止貨物的橫向滑移和翻轉(zhuǎn)。

（2）索具綁扎方案。采用鋼絲繩、螺旋松緊器、甲板固定耳環(huán)作為綁扎索具。縱向綁扎利用設(shè)備上的突出管作為固定點，在甲板上焊接多個耳環(huán)作為地錨。突出管強(qiáng)度由設(shè)備供應(yīng)商根據(jù)綁扎最大力進(jìn)行校核計算。橫向利用設(shè)備的筒體進(jìn)行綁扎，和貨物接觸的鋼絲繩套有橡膠管，保護(hù)設(shè)備表面。

3.2綁扎計算

國際海事組織 IMO 發(fā)布有《貨物積載與系固安全操作規(guī)則》，可依據(jù)進(jìn)行綁扎計算。貨物在縱、橫、垂

三個方向上所受外力可利用下式求得：

式中：Fw（x，y）─風(fēng)壓力， Fs（x，y）─浪拍擊力，對于艙內(nèi)貨物可不計。

系固裝置的允許工作負(fù)荷 MSL 由綁扎材料的破斷強(qiáng)度確定（見表3），計算強(qiáng)度：

對于貨物的縱向、橫向滑移校核，綁扎后不發(fā)生滑

移的平衡條件為：

式中：CSi ─第 i個加固件的計算強(qiáng)度;μ─襯

墊摩擦系數(shù)（鋼-木、鋼-橡膠取0.3）;fi? ─系數(shù)（ f ?sin（α）cos（α）sin（β），α、β為綁扎索具的垂向、橫向夾角）。

對于蒸汽發(fā)生器運輸，重力作用下的縱、橫向抵抗力矩均大于翻倒力矩，翻倒綁扎校核安全。

4運輸三維加速度記錄

貨物海運會受到船舶正常的三維加速度影響（參看表2），但運輸、裝卸船過程可能遭遇意外造成貨物滑移與碰撞并產(chǎn)生較大的三維沖擊加速度。如果超出貨物限值，則可能造成貨物內(nèi)部構(gòu)件的變形與位移損壞。對于精密貨物可選擇在本體兩端各安裝一個加速度記錄儀以便于排除干擾，時長涵蓋從發(fā)運到安裝工地全程運輸，喚醒設(shè)置選擇適當(dāng)值以確保意外事件被記錄又可避免正常運輸產(chǎn)生的加速度頻繁記錄，一般可設(shè)置為縱向0.2g、橫向0.40g、垂向0.3g。

運輸完成后讀取記錄儀數(shù)據(jù)，如加速度在喚醒值之內(nèi)，則無數(shù)據(jù)記錄，說明運輸過程正常。如果記錄儀曾被喚醒并有數(shù)據(jù)，則會有喚醒時段整個加速度曲線，可依據(jù)加速度曲線和值大小分辨所發(fā)生的事件及危害。

5結(jié)束語

（1）海運技術(shù)控制的關(guān)鍵是預(yù)先設(shè)計。應(yīng)使運輸船舶吃水小于航道水深，船舶穩(wěn)定滿足要求，綁扎加固和襯墊安全，同時通過改變積載位置和調(diào)整船舶的初穩(wěn)性高度使三維加速度小于限定值。所有計算應(yīng)留有余量，并滿足國際海運規(guī)范的要求。

（2）在調(diào)研和計算基礎(chǔ)上編制運輸實施方案。其中，對綁扎加固和襯墊等應(yīng)有詳細(xì)的施工工藝圖紙、材料和工具計劃，并與發(fā)貨地國家的材料和工具標(biāo)準(zhǔn)相一致，以便于海外安排實施。

（3）派往海外的裝船監(jiān)裝人員依據(jù)圖紙和方案進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督，特別是對綁扎加固的材料規(guī)格和焊縫的檢驗、襯墊防滑材料的布置等的檢查，有助于使方案得到準(zhǔn)確實施。

（4）對加速度的記錄可顯示運輸過程是否發(fā)生過對貨物的較大沖擊，直觀有效的監(jiān)督運輸過程，對無法派人全程監(jiān)運的遠(yuǎn)洋運輸可起到有效的間接監(jiān)督作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣維清.船舶原理[M].人民交通出版社 ， 1992.

[2]沈玉如.船舶貨運[M].大連海事大學(xué)出版社 ，2006.

[3]. IMO IA292E. Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing[S]. International Maritime Organization Publication，2003.

[4]中華人民共和國海事局.船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)格[S]人民交通出版社，1999.