某受損船帶貨修理的浮態(tài)控制技術(shù)

李付博，殷忠偉

(舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，浙江 舟山 316131)

營(yíng)運(yùn)船舶海上擱淺的事故屢有發(fā)生，發(fā)生原因有航道不熟觸碰暗礁、船舶突然失控以及突發(fā)浪涌等。擱淺或觸礁事故，尤其是較為嚴(yán)重的擱淺事故會(huì)導(dǎo)致船舶水下部分嚴(yán)重受損，甚至大艙進(jìn)水以致失去浮力，嚴(yán)重可導(dǎo)致船舶沉沒。

擱淺及海上碰撞事故船舶的修理，是各大修船廠的主要業(yè)務(wù)范圍，也已經(jīng)有較多經(jīng)驗(yàn)和較深的理論儲(chǔ)備。但在某些情況下，擱淺受損船舶無法在海上完成卸貨，需要帶貨進(jìn)入船廠進(jìn)行修理。如果船舶尺度較大兼具帶貨原因無法直接進(jìn)塢，則需要在碼頭進(jìn)行臨時(shí)卸貨，此種工況下的船舶浮態(tài)控制事關(guān)船舶及碼頭安全，但目前國內(nèi)可借鑒的相關(guān)案例及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)較少。

本文以某擱淺導(dǎo)致嚴(yán)重受損的船(以下簡(jiǎn)稱某船)的修理為例，從船廠角度，盡量采用低成本、可靠的方式，對(duì)擱淺受損船舶帶貨在船廠進(jìn)行修理時(shí)的浮態(tài)控制技術(shù)進(jìn)行研究、探討。

1 某船受損情況概述

某船為巴拿馬型散貨船，滿載載貨量76 000 t，單舷側(cè)雙層底結(jié)構(gòu)，共7個(gè)大艙。該船擱淺于東海海域。擱淺時(shí)為滿載工況，擱淺導(dǎo)致船完全坐底，所幸坐礁并未使船舶完全沉沒。經(jīng)過水下勘驗(yàn)，某船2#～7#大艙區(qū)域有不同程度被礁石頂穿導(dǎo)致底壓載艙以及貨艙破艙；外板變形、破損面積約3 000 m2。2#～7#大艙連同雙層底壓載艙一同浮性喪失。經(jīng)過臨時(shí)封堵后，某船脫離擱淺。因船體破損極其嚴(yán)重，無法在遇險(xiǎn)海域完成全部卸貨，所以需帶貨進(jìn)入船廠進(jìn)行修理。

2 某船浮態(tài)控制

2.1 浮態(tài)控制目的及方法

某船帶貨進(jìn)廠后，原則上需要第一時(shí)間安排進(jìn)塢修理。該船因在帶有貨物的情況下，其吃水超過船廠當(dāng)?shù)刈罡叱蔽幌逻M(jìn)塢吃水要求，無法正常進(jìn)塢。故需要調(diào)整浮態(tài)以達(dá)到進(jìn)塢條件。某船帶貨在廠進(jìn)行浮態(tài)控制的目的在于：①調(diào)整浮態(tài)以達(dá)到進(jìn)塢要求；②保證在碼頭期間的船舶安全。

對(duì)船舶浮態(tài)進(jìn)行控制，首先需要進(jìn)行浮態(tài)計(jì)算。對(duì)于破損船舶的浮態(tài)計(jì)算一般有：①重量增加法。把進(jìn)水量處理為所載貨物重量，此時(shí)仍然可以使用船舶資料中的靜水力數(shù)據(jù)；②浮力損失法。把船舶破艙處所處理為與舷外水相連而失去浮力，此時(shí)原船靜水力數(shù)據(jù)需修改后使用。對(duì)于船廠而言，因軟件及計(jì)算條件限制，故采用重量增加法進(jìn)行計(jì)算較為方便。確定浮態(tài)計(jì)算方式后，需根據(jù)某船具體情況，采用合適的調(diào)載方式。浮態(tài)計(jì)算結(jié)合調(diào)載方式，即是浮態(tài)控制的主要方法。

2.2 存貨估算

對(duì)于帶貨擱淺船，存貨的估算是影響浮態(tài)計(jì)算精度的最大因素。如某船的進(jìn)廠工況：7個(gè)貨艙內(nèi)均有不同程度的殘煤，且殘煤泡水時(shí)間已較長(zhǎng)，使各艙貨物重量較難確認(rèn)。常規(guī)狀態(tài)下，煤的真密度約為1.3～1.5 g/cm3，堆積密度一般在0.4～0.8 g/cm3之間，隨堆積時(shí)間遞增。宏觀上看，破艙后貨物滲透率會(huì)隨著泡水時(shí)間增長(zhǎng)而增加，一般運(yùn)煤艙室破損后的進(jìn)水滲透率取值為0.3，通過某船修理中實(shí)際驗(yàn)證，如某船中這樣長(zhǎng)期泡水的煤，其滲透率取值應(yīng)加大至0.4左右方與實(shí)際情況吻合[1]。從微觀角度來看，不同貨物結(jié)構(gòu)形式有所不同，煤的結(jié)構(gòu)疏松，本身結(jié)構(gòu)存在大量空隙。對(duì)于此類較難確認(rèn)貨物實(shí)際重量的存貨，應(yīng)進(jìn)行取樣測(cè)算密度。同時(shí)，保險(xiǎn)起見，在制定浮態(tài)調(diào)整方案時(shí)，應(yīng)安排試浮進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 浮態(tài)計(jì)算及調(diào)載方式

通過現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)取得原船空船重量、油水分布、存貨重量以及固定裝載等參數(shù)后，可進(jìn)行浮態(tài)計(jì)算。以某船為例，破損情況為：所有雙層底完全破損進(jìn)水，視為第一類艙室進(jìn)水，此類進(jìn)水情況較為簡(jiǎn)單，直接將滿倉的海水視作固定貨物即可；2#～7#大艙從底部被頂穿破損，為第三類進(jìn)水，此類進(jìn)水特點(diǎn)是艙內(nèi)水面與舷外海水相通，進(jìn)水量會(huì)隨著吃水變化而產(chǎn)生變化[2]。如某船這樣較為復(fù)雜的進(jìn)水類型，采用逐步逼近重量增加法進(jìn)行浮態(tài)、穩(wěn)性的計(jì)算，即根據(jù)船舶當(dāng)前各艙的油、水、貨工況進(jìn)行計(jì)算并核對(duì)初始工況，再以計(jì)劃調(diào)載量進(jìn)行第一次逼近計(jì)算，得出第一次逼近計(jì)算后的吃水等參數(shù)后，調(diào)整各破損艙室載荷進(jìn)行二次逼近計(jì)算，并以此類推，根據(jù)實(shí)際需要的精度決定逼近計(jì)算的次數(shù)。使用重量增加法，各次計(jì)算可直接使用原船的裝載計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，或通過表格并查原始靜水力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。采用表格進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先輸入取得原船空船重量、目標(biāo)油水、固定裝載等的重量重心參數(shù)，得到某船排水量和重心坐標(biāo)匯總?cè)绫?所示、靜水力數(shù)據(jù)插值如表2所示、浮態(tài)參數(shù)如表3所示。在實(shí)際船舶修理中，原始靜水力數(shù)據(jù)可能有所缺失，需根據(jù)實(shí)際船舶靜水力數(shù)據(jù)表提供的參數(shù)或計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算。

表1 某船排水量及重心坐標(biāo)匯總

表2 某船靜水力數(shù)據(jù)插值

初次浮態(tài)計(jì)算可采用船舶進(jìn)廠時(shí)的工況進(jìn)行，以驗(yàn)證裝載計(jì)算機(jī)或手工計(jì)算表格的準(zhǔn)確性。擱淺受損船舶在廠期間的每個(gè)調(diào)載動(dòng)作之前，都需要進(jìn)行浮態(tài)計(jì)算作為調(diào)載指導(dǎo)。調(diào)載的方式包括且不限于：艙內(nèi)殘貨清出、艙室抽水、臨時(shí)封堵、破損艙室封艙壓氣、加水調(diào)載等。

殘貨清出為直接全部清出或部分清出艙內(nèi)的存貨來減少船舶載重，這也是帶貨船舶在廠修理時(shí)必須要完成的施工動(dòng)作，其優(yōu)點(diǎn)是效果明顯并且直截了當(dāng)；缺點(diǎn)是清貨速度一般較慢，會(huì)推遲受損船舶首次進(jìn)塢勘驗(yàn)的時(shí)間點(diǎn)，不利于分段制作等工序的提前展開。

表3 某船浮態(tài)參數(shù)

艙室抽水為抽取船舶艙室內(nèi)的壓載水或滲漏水，優(yōu)點(diǎn)是效果明顯且易于操作；缺點(diǎn)是受船舶狀況影響，部分艙室因破損或日常使用無法抽水。

破損艙室封艙壓氣為：對(duì)破損極其嚴(yán)重，并且無法封堵的大艙內(nèi)充氣以排出艙內(nèi)滲水。具體操作為：盡量卸空艙內(nèi)貨物并對(duì)零星破損處進(jìn)行封堵，關(guān)閉艙蓋并對(duì)艙蓋進(jìn)行加強(qiáng)，艙蓋與艙口圍間密封焊死，艙蓋接氣閥并通過空壓機(jī)向艙內(nèi)充氣排出海水來增加浮力?？諌簷C(jī)排氣量決定了壓氣速度，空壓機(jī)設(shè)定壓力決定了壓氣后最終水位。艙蓋的臨時(shí)封堵及加強(qiáng)需考慮艙蓋本身可承受的壓力值。封艙壓氣方式的優(yōu)點(diǎn)是不受限性，即理論上任何破損艙室都可采用此方式進(jìn)行減載，可作為最終保底調(diào)載手段；缺點(diǎn)是成本較高，工期加長(zhǎng)。

加水調(diào)載為調(diào)節(jié)船舶縱傾、橫傾的手段，與加固定壓載類似。實(shí)際項(xiàng)目修理時(shí)，采用某種或某幾種方式結(jié)合進(jìn)行調(diào)載。以某船為例，最終采用清出殘貨、艙室抽水、臨時(shí)封堵以及破損艙室封艙壓氣結(jié)合的手段完成調(diào)載。

2.4 試浮

完成浮態(tài)計(jì)算和確定調(diào)載方式后，應(yīng)進(jìn)行試浮作最終確認(rèn)。試浮可使用調(diào)載過程中的某個(gè)中間動(dòng)作來進(jìn)行。如卸除半個(gè)艙的殘貨。在完成試浮指定動(dòng)作后，讀取船舶吃水并檢查船舶狀況，以此狀態(tài)下船舶的狀況參數(shù)進(jìn)行浮態(tài)計(jì)算。如果計(jì)算得出的吃水值與實(shí)際讀取吃水值誤差不大，則視作試浮成功。試浮成功方可進(jìn)行正式調(diào)載，反之需通過試浮結(jié)果校準(zhǔn)浮態(tài)計(jì)算，直至試浮成功。

3 浮態(tài)下船體變形監(jiān)控

擱淺受損船舶在進(jìn)行浮態(tài)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮船舶總縱強(qiáng)度問題。調(diào)載過程中的任何階段，船舶最大彎矩、最大切應(yīng)力位置均應(yīng)不超標(biāo)。

擱淺受損船舶在調(diào)載前、調(diào)載時(shí)以及調(diào)載后應(yīng)進(jìn)行主船體變形監(jiān)控?？刹捎眉す獗O(jiān)測(cè)方法，在船尾生活區(qū)兩側(cè)架設(shè)全站儀或激光經(jīng)緯儀。在各大艙橫艙壁左右延伸位置的舷側(cè)甲板架設(shè)標(biāo)靶，標(biāo)靶點(diǎn)焊在甲板面固定，調(diào)載前，調(diào)平全站儀/激光經(jīng)緯儀并固定，全站儀/激光經(jīng)緯儀在每個(gè)標(biāo)靶中心做下標(biāo)記。調(diào)載動(dòng)作執(zhí)行過程中，每半小時(shí)觀測(cè)各標(biāo)靶原始激光點(diǎn)的位置，以判斷主船體整體變形情況。

4 進(jìn)塢前準(zhǔn)備

擱淺受損船舶的水下部分完整勘驗(yàn)及修理需要在塢內(nèi)進(jìn)行。某塢可接受最大吃水船舶計(jì)算具體為：0潮位可接受的吃水 = 塢底黃海標(biāo)高-當(dāng)?shù)爻备呋鶞?zhǔn)面-塢墩高度。

以此“0潮位可接受的吃水”查當(dāng)?shù)爻毕恚赏扑愠瞿硥]可接受的最大吃水和進(jìn)塢時(shí)需要趕上的潮高及對(duì)應(yīng)時(shí)間。若出現(xiàn)碼頭上調(diào)載后依然無法直接進(jìn)塢的情況，可考慮不布置塢墩進(jìn)行勘驗(yàn)并在塢內(nèi)進(jìn)行卸貨調(diào)載，或使用浮筒輔助船舶進(jìn)塢。如不布置塢墩，塢底需墊沙袋來保護(hù)塢底和便于排水；如使用浮筒輔助船舶進(jìn)塢，需注意塢寬限制。

5 結(jié)束語

目前，某船已順利完成廠內(nèi)修理，并重新投入運(yùn)營(yíng)，航行中各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)如初。擱淺致?lián)p的船舶結(jié)構(gòu)修理技術(shù)在各大修船企業(yè)已近成熟，但在面對(duì)嚴(yán)重的突發(fā)海損時(shí)，能給予船東在包括脫淺、拖帶以及帶貨進(jìn)廠等方面幫助的船廠無疑更容易獲得船東青睞。而此類修理的安全防控最難點(diǎn)即為破損船舶帶貨狀態(tài)下的浮態(tài)控制。完整掌握此類特殊技術(shù)，更易在如今拼服務(wù)、拼技術(shù)的修船行業(yè)中拔得頭籌。