砂石自卸船稳性影响因素及管理措施

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(1．四川省泸州市航务管理局，四川 泸州 646000；2.中国船级社武汉规范研究所，武汉 430022)

川江砂石自卸船从20世纪90年代末期开始逐渐取代原砂船，这种砂石自卸船采用V型货舱，货舱底部设有输送带，船艏设有输送带架和大量机械设备，是一种卸载效率极高的现代化砂石运输船舶。然而,V型货舱在带来高效卸载效率的同时,也使得货物重心偏高, 船舶稳性变差，加之不合理的砂石堆装方式等，很容易引发船舶翻沉事故。为此，结合事故船舶的共同点，从技术上和管理上提出解决措施。

1 自卸船特殊结构形式对稳性的影响

普通货船和自卸船的主要差别在于货舱结构形式的不同,普通货船采用U形货舱，自卸船采用V形货舱[1]。自卸船输送带的安装要求货舱底部与船底要有必要的间隙高度，致使货物装载的高度相对基线的高度增加。

从事故统计看，事故船船长一般在30～50 m之间,大多数不超过50 m。为分析自卸船特殊结构形式对稳性的影响，以主尺度L×B×D×d=45.80 m×8.00 m×2.68 m×2.1 m，载货量为400 t的船型为例，给出同尺度、同线型自卸船和普通货船满载状态下的稳性指标对比,见表1。

由表1可见，自卸船比普通货船的装载重心高度要高，初稳性高度、稳性面积等要低。即自卸船的各项稳性指标均较普通货船差，这是由于结构形式的不同而造成的，说明与普通货船相比，自卸船稳性先天不足[2]。

表1 自卸船和普通货船满载状态下的稳性指标对比

2 堆装方式对稳性的影响

砂石自卸船在抽砂作业时通常无法做到均匀装载，而是将货物分为2堆、3堆、4堆进行装载，在装载量相同的情况下，其货物堆高及重心高度等都不一致，装载形式不同造成自卸砂船的稳性指标也不相同。分析时依然采用上例船，见表2。

由表2可见，货物的堆装方式不同，各稳性指标也不同。2堆装载与均匀装载相比，前者稳性明显变差；而4堆装载与均匀装载相比，稳性影响在1%以内，几乎可以忽略不计,所以均匀装载可以有效提高自卸船的稳性指标。

如果稳性衡准数提高为1.05，对于总长小于50 m的自卸船，可有效防止装载不均造成的稳性不足。

表2 不同堆装方式下的稳性指标对比

3 船舶主尺度对稳性的影响

船舶的主尺度不同，稳性也不相同。但是由于载货量的不同，直接比较其满载时的稳性衡准数等指标是不科学的。通过比较不同堆装方式对不同尺度的船舶稳性影响大小来客观地反映船舶主尺度对稳性的影响。选择3艘不同尺度的砂石自卸船作为研究对象,见表3～5，比较其3堆装载与均匀装载的稳性指标。

3堆装载相对于均匀装载,稳性指标变化随船舶主尺度的增大而减少，也就是说船舶的主尺度越大，堆装方式对船舶稳性的影响就越小,即主尺度越大的船舶稳性越好，当不利因素作用到船上时，船舶保持正常浮态的能力越强,据此得出结论,长江急流航段自卸船总长应超过50 m。

表3 洪源号稳性指标

注：该船船长39.8 m、型宽7.6 m、型深2.3 m。

表4 平豪号稳性指标

注：该船船长45.8 m、型宽8 m、型深2.68 m。

表5 学才2号稳性指标

注：该船船长52.8 m、型宽9.38 m、型深3.28 m。

4 超载对稳性的影响

常见的超载量分别为5%、10%、15%(见表6)。从技术角度计算稳性下降的具体指标，得出稳性下降的程度,从而分析超载对自卸船稳性的影响。

表6 超载稳性指标对比

通过定量分析得出超载5%时影响近20%，超载10%时影响近50%，超载15%影响近80%，可见超载对砂石自卸船稳性的影响十分巨大，而在砂石自卸船的实际装载中，业主出自自身利益的考虑，超载还是屡禁不止，在超载较多的情况下,对稳性的影响甚至可能超过其它几种不利因素的总和。所以建议在安全监管时,如果发现自卸砂船超载,应严管重罚。

5 输送带架和抽砂装置对船舶稳性的影响

输送带架和抽砂装置是自卸船的特殊结构，可以不借助港口机械将货物从货舱输送到岸上。输送带架通常位于船艏，抽砂装置位于舷侧。由于其重量较大，重心较高，对船舶稳性也有较大影响，特别是意外转动往往成为船舶翻沉的直接诱因。

5.1 抽砂装置对装载堆数的影响

由于抽砂装置安装在沿纵中船中部舷边甲板位置，其定轴旋转导致装砂堆最易装载成与纵中相交的两堆，人工调整装多堆相当困难。抽砂装置造成常态是堆2堆砂，最多堆3堆砂，各稳性衡准数尤其是回航静倾角衡准数降低最明显。

5.2 输送带架未收回时产生倾侧力矩对稳性的影响

自卸船输送带卸货大大提高了卸货效率，给业主带来了可观的经济效益，但是由于输送带的存在，船舶航行中遇到风、浪、水流、船舶回航等外力影响，输送带的抖动、摇摆等会额外增加船舶倾侧力矩，此力矩难以定量计算，现行船舶检验规范没有相关的规定[3]。

经测算、调查和经验总结，船宽8.0 m以下船舶以设不旋转输送带架为宜，船宽8.6 m以上船舶以输送带架旋转后固定在支架上为宜。

5.3 输送带架的安装方式对船舶稳性的影响

由于输送带架整体重量较大，约占空船重量的2%左右；重心较高，悬挂点高约为空船重心高度的3倍左右。为降低输送带架重心高度，通过不设艏升高甲板和将输送带架转盘降到主甲板以下500～600 mm的办法降低重心高度，并在“玉马河8号”等船采用，取得了明显效果。

5.4 抽砂器及输送带架意外旋转对稳性的影响

抽砂器及输送带的意外旋转往往是导致船舶翻沉的诱因。由于意外旋转的影响是旋转重量与速度的平方关系，其速度不定，其影响大小也难以准确计算。当船舶处于超载、有大量自由液面、堆装不均等情况下导致船舶稳性不足时，遇上抽砂器或输送带的意外旋转就会导致船舶翻沉。

6 其它影响因素

对货舱结构的适当调整可以有效降低货物重心，提高船舶稳性。具体措施是降低斜甲板上缘与主甲板平均相对高度、增加船中输送带槽口宽度、降低船中输送带槽口距基线的高度。

砂石自卸船主要装载货品为刚采集的河砂或卵石，与普通干散货物不同的是砂石中通常含有大量水分，在货舱内形成自由液面，在水的作用下砂石会产生滑移，对船舶稳性产生不利影响。

计算表明货物滑移对最大复原力臂、最小倾覆力臂、稳性面积及衡准数等主要稳性指标的影响在7.7%～9.4%之间，对稳性影响较大。

货物密度对自卸船稳性的影响也是不容忽视的。煤的密度小、砂石的密度大，当装载重量相同时，载煤的体积要大于载砂石的体积。货物重心更高，稳性更差。船舶设计和船舶检验时应充分考虑自卸船载运煤炭等小于砂石密度货品时的稳性,必要时应减载。

7 针对稳性影响因素采取的措施

1)砂石自卸船装载方式不同会导致船舶实际重心高度不同。堆装的堆数越多，船舶的重心高度越接近均匀堆装状态，稳性面积衡准数也越大，船舶抵抗外力作用的能力越强，安全性能也就越好。对于砂石自卸船，船舶检验证书上应限定为“均匀装载”；针对实际装载中无法达到均匀装载，且原建造总长小于50 m现有自卸船，不得少于3堆装载，各稳性衡准数不得低于1.05。

2)在长江四川段，应大力推广50 m以上砂石自卸船，逐步淘汰50 m以下砂石自卸船。其它水域应鼓励建造较大型砂石自卸船[2]。

3)鼓励设置纵向隔板防止货物滑移。货物滑移会对船舶稳性造成一定影响，但设置一道纵向隔板对稳性各指标的要求改善很小；而且考虑到货物装载时会造成船舶横倾，设置多道隔板又会影响到货舱装卸和清理，故对设置纵向隔板不作强制要求。

4)由于自卸船的特殊结构形式，超载对自卸砂船稳性的影响很大，与普通干散货船相比，危害更大。在超载较多的情况下,对稳性的影响甚至可能超过其余几种不利因素的总和,鉴于此，监管部门应加大监管力度，严厉杜绝超载。

5)按以下方法布置输送带架，降低船舶重心、提高稳性。

①船宽8.0 m以下船舶设不旋转输送带架；②船宽8.6 m以上船舶输送带架旋转后固定在支架上；③不设艏升高甲板；④将输送带架转盘降到主甲板以下500～600 mm。

6)按以下方法调整货舱结构，降低船舶重心、提高稳性。

①适当降低斜甲板上缘与主甲板平均相对高度；②船中输送带槽口宽度不小于货舱宽度的15%；③槽口距基线的高度不超过1.5 m。

7)船舶各稳性衡准数不得小于1.05。

8)采用抽运分离方式能有效降低翻沉事故发生率。

9)砂石自卸船运煤时应较运砂石时减载。

10)为防止输送带意外旋转，应加装自锁装置。

11)限制输送带长度。

12)根据事故勘察，船员溺亡的主要原因是未能及时冲出舱室，建议根据GB725-77将舱室门改为弹簧门,可降低翻沉事故死亡率。

[1] 白 婷，张少雄.自卸船改装散货船结构强度和屈曲有限元分析[J].船海工程，2011，40(6):69-72.

[2] 欧 珊，毛筱菲.渔船非线性横摇理论研究分析[J].船海工程，2011，40(3):5-9.

[3] 中华人民共和国海事局.内河船舶法定检验技术规则[S].北京：人民交通出版社，2011.