半潜船的稳性校核浅析

许旸

（交通运输部广州打捞局，广州510260）

摘 要：随着全球经济一体化的进程加快，半潜船在进行海洋工程作业和重大件货物运输项目的优势日益明显。半潜船属高风险和高附加值特种工程船，必须对下潜作业及航行安全给予高度重视。本文通过对某50000DWT级半潜船的稳性校核，阐述了半潜船稳性计算的特点和要点，为半潜船设计、作业及稳性校核提供参考。

关键词：半潜船；稳性

中图分类号：U674.3 文献标识码：A

1 前言

半潜船是海洋油气开发和海上工程作业的利器，通常用来运载价值非常昂贵的货物，如大型钻井平台等，其货物价值远超过半潜船自身的价值。另一方面，由于其下潜作业和航行运输都有着自身显著的特点，在主尺度比、功能要求、结构型式以及设备布置等方面都与常规船舶有明显的差异，因而对稳性有特殊要求。研究分析有关国际公约及中国船级社对半潜船下潜作业的储备浮力、下潜稳性及正常航行的完整稳性和破舱稳性等方面的要求尤为重要，它关系到半潜船设计的装载能力能否顺利实现及下潜作业能否安全开展。

2 半潜船稳性

半潜船属于特种船舶，其稳性具有如下特点：

（1）半潜船下潜作业时，对储备浮力比率有特殊要求；

（2）半潜船的静水力曲线在甲板入水处明显间断，表明半潜船在甲板入水时初稳性最差；

（3）半潜船设有数量多、容量大的压载水舱，在调载过程中必然有一部分压载水舱的水未满，存在大量的自由液面；

（4）由于半潜船装载货物的不规则及不确定性，每次装载半潜作业都要针对具体货物进行半潜作业稳性计算。

2.1 半潜船储备浮力比率

常规船舶的储备浮力，是指满载水线以上主船体水密部分的体积所能提供的浮力。它对船舶的稳性和抗沉性等有很大的影响，是确保船舶安全航行的一个重要指标，通常以最小干舷值为衡量指标。

半潜船除了像常规船舶一样在正常航行时要满足最小干舷的要求外，还要满足下潜作业时储备浮力比率的要求。半潜船的储备浮力比率，系指半潜船下潜至最大沉深时，其储备浮力与该吃水下的排水量之比，它是确保半潜船下潜作业安全的一个关键指标。

目前，国际有关公约还没有专门针对半潜船稳性的要求，中国海事局“国内航行海船法定检验技术规则”对半潜船储备浮力比率有明确要求：

（1）最大沉深水线以上第1层甲板以下部分的储备浮力比率，不少于5%；

（2）或最大沉深水线以上第2层甲板以下部分的储备浮力比率，不少于5%，但最大沉深水线以上第1层甲板以下部分的储备浮力比率，不少于3.5%。

2.2 半潜船的完整稳性

半潜船装载甲板货航行时就是一艘普通甲板载货船，其完整稳性和抗风能力按常规货船的有关规范和规则进行计算。通常，计算校核半潜船航行完整稳性需遵循的规范规则有： MSC.267（85） “IMO intact stability code 2008”；Noble Denton “海上运输指南0030/NDI”；中国海事局“国际航行海船法定检验技术规则”。

2.2.1 MSC.267（85） “IMO intact stability code 2008”

（1）横倾角30o时的复原力臂曲线下的面积A，不小于0.055 m.rad；

（2）横倾角40o或进水角φF（若φF<40o）时的复原力臂曲线下的面积A，不小于0.09 m.rad；

（3）横倾角30o与40o或30o与进水角φF（若φF<40o）之间的复原力臂曲线下的面积A，不小0.03 m.rad；

（4）横倾角大于或等于30o处的复原力臂GZ，不小于0.2 m；

（5）经自由液面修正的初稳性高度GM，不小于0.15 m。

2.2.2 MSC.1/Circ.1281 “Explanatory notes to internal code of intact stability 2008”

如果船舶B/D>2.5， 最大复原力臂GZ对应角度25°的要求可被下述衡准取代：

（1）船舶最大复原力臂GZ对应角度θ，不小于15°；

（2）船舶最大复原力臂GZ对应角度θ在15°时，横倾角对应的复原力臂曲线下的面积A，应不小于0.070 m.rad；

（3）船舶最大复原力臂GZ对应角度θ在30°或大于30°時，横倾角对应的复原力臂曲线下的面积A，应不小于0.055 m.rad；

（4）船舶最大复原力臂GZ对应角度θ在15°与30°之间时，横倾角对应的复原力臂曲线下的面积A，应不小于按下式计算结果：

0.055 + 0.001 （30°- θmax） m.rad。

2.2.3 Noble Denton “海上运输指南0030/NDI”

（1）完整稳性范围，即0°至复原力臂消失（变负值）时的对应角θ应不小于36°；

（2）复原力臂曲线下面积A，应不小于风作用下限定的倾覆力臂曲线下面积的40%，该面积为0°至复原力臂曲线与风倾覆力臂曲线的第二个交角或进水角下的面积，取其较小者；

（3）对应浸水角的任何开口小于20 ?或小于（θ + 5）时，该开口在可操作状态下能自动关闭并水密。

2.3 半潜船的破舱稳性

根据中国海事局“国际航行海船法定检验技术规则”要求，对半潜船的破舱稳性仅需核算航行运输工况。

（1）根据SOLAS 2009第Ⅱ-1章采用概率法进行破舱稳性计算。首先求出规范要求的分舱指数R=1-128/（Ls+152），然后根据 NAPA 软件计算出目标船的分舱指数A。若A大于R，满足规范要求；

（2）由于半潜船的B/D一般都大于2.5，不在规范的适用范围内（B/D<2.5），需按照《关于<1966 年国际载重线公约>的1988 年议定书附件B 修正案》的要求，采用确定性法进行破舱稳性的计算；

（3）由于半潜船是带甲板货航行，根据IACS 统一解释（UI）LL65要求，需要提供GM 限界线。将破舱稳性核算的最小初稳心高度限制曲线与完整稳性要求的全船最小初稳心高度限制曲线合并，取两者中相同假定吃水下所得GM值中较大的值绘制成GM曲线。

2.4 半潜船所载货物的绑扎加固要求

在半潜船的航行运输过程中，需要对所载货物进行妥善的绑扎加固。若绑扎加固不当，半潜船在航行运输过程中货物会发生移动而影响船舶稳性，甚至可能导致船舶倾覆造成严重后果。

半潜船对所载货物的绑扎加固计算，通常参照中国船级社“海上拖航指南2011”及其附件“支撑件及绑扎部件强度标准”，相关计算及绑扎加固方案制作步骤如下：

（1）计算在临界状态下（极限横摇、纵摇角）货物处于甲板时的横向、纵向、垂向作用力；

（2）根据上述计算结果，选择合适的绑扎加固材料作为加固件，并确定加固件的数量和位置；

（3）根据中国船级社“海上拖航指南2011”进行强度校核。

2.5 半潜船下潜作业稳性

半潜船的下潜/起浮作业，是通过船上配置的大排量压载水泵或压载水泵加压缩空气相结合的调载系统，在短时间内迅速调整舱内压载水，从而改变船舶自身的吃水状态，使举升甲板沉没至水下或浮升至水面，达到下潜或起浮的目的，让体积庞大的结构物通过浮运的方式装上或缷下半潜船。

在压、排水下潜或起浮的过程中，压载水舱内会存在大量的自由液面，自由液面对半潜船下潜作业的初稳性高和稳性曲线影响非常大，必须高度重视，以免发生货物倾覆、船舶倾侧沉没的事故。目前国际海事组织（IMO）、国际船级社协会（IACS）还没有专门针对半潜船的规范或规则。自2006年起，中国船级社、中国海事局率先对半潜船的建造入级及下潜作业稳性进行研究，制定了相应的规范和要求。为确保半潜船下潜作业的安全，必须遵守如下规定：

（1）由于半潜船下潜过程对波浪敏感，半潜船下潜作业必须在规范规定的海况条件下进行，并在其稳性计算书、操作手册及有关证书中注明半潜作业的风、浪、流环境条件；

（2）半潜船在半潜作业下，均应按10%的燃料、消耗品及备品核算其各作业装载情况下的稳性；

（3）半潜船满载甲板货物准备下潜时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于1.0 m；

（4）半潜船满载甲板货物在举升甲板入水或出水过程中，其稳性应满足下列衡准之一：

① 在基本无浪的平靜水域、蒲氏风级不超过3级时，经自由液面修正后的初稳性高度不少于0.05 m；或蒲氏风级不超过5级时，经自由液面修正后的初稳性高度不少于0.1 m；

② 在蒲氏风级不超过6级、有义波高不超过0.5 m的水域，或蒲氏风级不超过4级、有义波高不超过1m的水域，经自由液面修正后的初稳性高度不少于0.15 m；

（5）半潜船下潜至最大沉深时，经自由液面修正后的初稳性高度不少于0.5 m。

（6）半潜船在甲板上无承载物下潜或起浮的任何阶段，经自由液面修正后的初稳性高度均应不少于0.15 m；

（7）对存在自由液面的液体舱，都要考虑其最大自由液面影响；

（8）承载大型物件、船舶或海洋设施进行下潜作业时，可按承载物的实际位置及浮态，计算其对稳性的影响。

2.6 下潜作业安全

半潜船下潜作业易受风浪作用的影响，稍有不慎很容易引起货物移动、倾倒，从而导致安全事故，因此对于下潜作业的安全性是半潜船下潜程序设计的重要环节。

在下潜起浮作业实际操作前，必须预先制定潜浮作业程序，并校核稳性、强度、压载系统等是否满足要求。下潜起浮作业程序，必须包含确认的每一步要压载的水舱和压载量，以及预期达到的吃水、纵倾、GM值、挠度及强度状态等信息。

根据半潜船的稳性特点和广州打捞局对半潜驳船的实际操作经验，下潜程序设计时要注意以下几项原则性要求：

（1）下潜作业前，所有水密门要确保关闭，以确保半潜船作业状态的密性；

（2）下潜作业开始后，主甲板干舷在剩余最后1 m左右之前，可选择平浮吃水压载方式，并选择多对压载舱同时开展，快速实现下潜或起浮的目的；

（3）主甲板入水之前，必须对多数压载舱的自由液面进行扫除工作，最大限度的减少压载水的自由液面影响；

（4）主甲板入水之前的1 m至入水后到安全平浮吃水的过程中，必须保持适当纵倾，一般选择首倾，目的是增大水线面，提高纵稳心高值，维持完整稳性的安全裕度；

（5）主甲板出入水过程中以及主甲板入水之后的大多数时间内，尽量避免多对压载舱同时操作而带来过大的自由液面。一般情况下，仅需操作首部和尾部各一对压载舱为宜；

（6）半潜船下潜/起浮作业过程中，应密切关注船舶的浮态。对于由压载泵控制的舱室，通过调节阀门开闭或阀门开度来控制压载水的流量，尽量使左右对应的舱室压水/排水量保持相仿，以免船舶横倾。对于由空压机控制的舱室，需要提前计算往外排除水量所需的压力，还可以通过往空舱加压，由空舱空气排水的方法来控制潜浮速度。

3 结束语

规范及法规对半潜船稳性的衡准都是基于半潜船装载无浮力货物时的要求的，而实际上半潜船装载的货物是具有一定浮力的。在半潜船运输中，对半潜船某一具体浮力货物的装载及稳性计算时，可考虑计入货物的复原力臂、水线面积、排水体积（下转第页）（上接第页）

等，从而增大半潜船的装载能力，提高船舶运营的经济性。在编制半潜船装载手册时，根据具体货物的形态，增加浮力货装载状况的稳性计算。

本文介绍国内外有关公约、法规、行业指南等对半潜船的主要要求及稳性衡准，并通过某50 000 DWT级实船的稳性计算分析，总结了半潜船完整稳性、破舱稳性、突风横摇和下潜稳性的计算方法；结合实际操作经验，提出下潜作业程序编制原则和应注意的安全事项。希望本文能给同行们进行半潜船的设计、稳性校核和作业安全提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 中国海事局.国内航行海船法定检验技术规则[S].人民交通出版社，2011.

[2] MSC.267（85）.IMO intact stability code 2008.

[3] Noble Denton.海上运输指南0030/NDI .

[4] 中国海事局.国际航行海船法定检验技术规则[S].人民交通出版社，2014.