自卸砂船艙口圍板高度與其穩性關系的研究

黃燕玲，許君林，張彥儒

（1.武漢市交通運輸局港航事業發展中心船檢科，湖北 武漢 430063；2.安徽省皖江船舶檢驗局，安徽 蕪湖 241000；3.大連海洋大學航海與船舶工程學院，遼寧 大連 116023）

1 前言

隨著經濟建設的發展，砂、碎石等的需求量不斷增大，大量自卸砂船應運而生。然而隨著自卸砂船的大型化及快速化發展，大量事故發生。據統計，珠江口水域2015～2019 年發生事故56 宗，其中自卸砂船事故21 宗，占珠江口水域船舶事故的37.5%。2017 年3 月13 日，襄陽一艘自卸砂船側翻，2 人死亡；2018 年2 月26 日凌晨，沅水常德一艘自卸駁運砂船側翻，船上1 人生還，5 人死亡；2020 年9 月29 日約13∶30 時，揚州市億瑞建材貿易有限公司所有的“億瑞3286”輪（自卸砂船）翻沉，船上16 名船員全部落水，其中5 人獲救，3 人死亡，8 人失蹤，構成重大等級水上交通事故。據不完全統計，水上交通事故，自卸砂船占比達43%，自卸砂船成為水上交通安全的重大風險源。自卸砂船的高風險性導致各地方海事局不再愿意登記，大量自卸砂船只能停航，給船東造成巨大經濟損失。綜合各事故報告，發現多數自卸砂船的事故為船舶翻沉事故，主要是因為船舶穩性原因造成。影響船舶穩性的因素包括船舶進水角，船舶受風面積，自由液面，艙口圍板高度及其貨物滑移的影響。為了減少翻沉事故的發生，本文主要研究平艙裝載狀態下艙口圍板高度與船舶穩性指標的之間的關系，希望為船舶的設計及監管提供參考。

2 船舶結構特點及裝載情況分析

自卸砂船貨艙口一般為漏斗形（V 型）（如圖1），該類船型主要有以下特點：

圖1 自卸砂船橫剖面示意圖

（1）由于砂艙呈倒三角型，貨艙容積減少，型心偏高。

（2）由于輸送帶在砂艙底部且操作需求要求底板距船底一定高度，導致整個貨艙上抬，船舶結構重心偏高，貨物重心偏高。

船東為增加裝載量，一般采用增加艙口圍板高度，且船舶載運過程中不設艙口蓋，采取堆裝的方式進行運輸。

根據《內河船舶法定檢驗技術規則》第五篇第八章第三節8.3.3.4 的規定，散貨堆裝應假定貨物自然底錐角為37°，貨艙首尾及左右均應形成37°的自然堆積角度，形成所示自然堆積部分，如圖2 所示。貨物堆裝容易產生貨物滑移，從而產生附加力矩，對船舶穩性產生不利影響。貨物平艙裝載可以降低其重心高度，減少貨物滑移，減少附加力矩，且減少貨物受風面積，增加船舶安全系數。因此本文研究均為平艙狀態下船舶的穩性。

圖2 散貨堆裝示意圖

3 艙口圍板高度對其穩性的影響

本文以一艘海上自卸砂船為例，其船長148.8m，型寬26.2m，型深11.2m，設計吃水8.0m，總噸位14336t，初始設計貨艙艙口圍板高度為1.6m，設計參考載貨量為21936t,采用中國船級社compass 軟件計算沿海及近海不同裝載狀態下“均按滿載出港，砂子密度1.5t/m3進行計算”，艙口圍板高度對其穩性衡準指標的影響。具體結果如表1 和表2 所示。

表1 沿海不同載貨狀態下校核的穩性衡準情況

表2 近海不同載貨狀態下校核的穩性衡準情況

從表中可以看出，該船在設計裝載21936t 時，在保證平艙狀態下，貨物堆達到設計艙口圍板高度計算，初穩性高度、穩性衡準數K（74.88）、進水角處復原力臂、最大復原力臂及對應角均滿足規范要求值且有較大的安全余量。

該船裝載23524t，超載7%時。在保證平艙狀態下，貨物堆高超出艙口圍板以上0.4m 計算，初穩性高度、穩性衡準數K（54.833）、進水角處復原力臂、最大復原力臂及對應角都能滿足規范要求，但已接近臨界值。這證明該船設計和建造時是有穩性安全儲備的。

該船超載至25759t 時，超載17.4%時，在保證平艙狀態下，貨物堆高超出艙口圍板以上0.9m 計算，初穩性高度、穩性衡準數K（30.331）和最大復原力臂仍能滿足法規要求，但是K 系數已經迅速下降1.47 倍，但進水角處復原力臂為0.154m（小于法規要求的0.2m），最大復原力臂對應角為16.682°（小于法規要求的21.607°）。

該船超載至29000t 時，超載32%，在保證平艙狀態下，貨物堆高超出艙口圍板以上1.5m 計算（即與擋浪板頂部平艙），初穩性高度和穩性衡準數K（2.958）雖然仍能滿足法規要求，但是K 系數已經迅速下降24.3 倍，但最大復原力臂為0.165m（小于法規要求的0.2m），最大復原力臂對應角為10.065°（小于法規要求的21.607°）。

從表2 可以看出，近海工況中裝載量一致時除穩性衡準數以外，其他數值完全一致。穩性衡準數主要是由于風壓系數不同導致，穩性衡準數的變化趨勢幾乎一致，近似直線下降，穩性衡準數k 與艙口圍板高度的曲線如圖3 和圖4 所示。

圖3 沿海工況穩性衡準數k與艙口圍板高度曲線

圖4 近海工況穩性衡準數k與艙口圍板高度曲線

4 結論

自卸砂船為了快速增加艙容，一般采用最簡單經濟增加貨艙口圍板高度的方式，通過中國船級社conpass 計算船舶在平艙裝載狀態時的穩性，發現貨艙口圍板高度與船舶穩性指標均成反比，貨艙口圍板少量增加導致船舶穩性衡準數等指標成線性急劇減小。在船舶設計及監管中，要嚴格控制船舶的超載運營情況和貨艙口圍板的高度。