40万吨级VLOC最小初稳性高度的探讨

洪英鹏 杨英超 中远海运散货运输有限公司

1.最小初稳性高度

随着科学技术和经济的飞速发展，各国之间的贸易，特别是大宗散装货物贸易往来更加频繁，港口作业效率也大幅度提高，对货物的需求量呈直线上升，带动了航运业飞速蓬勃的发展，使得船舶制造业发生了翻天覆地的大变化。为了满足这种大宗散装货物运输，特别是大宗矿砂石，超大型矿砂船（VERY LARGE ORE CARRIER,简称VLOC）应运而生。先是18万吨级、20万吨级的CAPESIZE散货船，为了满足日益发展的需求，后来又诞生了专门运输矿砂石的超大型矿砂船（VLOC），层出不穷地制造了23万吨级、30万吨级、32.5万吨级、第一代40万吨级和第二代能装载湿货40万吨级VLOC。最新型的30-40万吨级的VLOC船都增加了LNG ready（为今后使用天然气作为船舶燃料做准备）,在提高该船型经济型的基础上又满足了硫化物排放方面的公约要求。而且第二代40万吨级的VLOC船在设计中考虑了装载液态化货物的需求，即满足装载含水量超过适运水分线的铁矿石。

这种新型超大型矿砂船的出现，对于当代航运从业者提出了新的挑战，既熟悉又陌生。与传统散货船相比有所类同，但更多的是不同。40万吨级的VLOC的船舶结构和普通CAPE型散货船不同，他们的货舱普遍相对较小，形状也略有不同。货舱上部最宽处的宽度约为船宽的0.6倍，货舱底部的宽度约为船宽的0.4倍，不似普通CAPE型散货船的货舱宽度基本等于船宽。如图1所示，典型的40万吨VLOC的货舱横剖面图。

图1 40万吨VLOC的货舱横剖面图

铁矿石的密度非常大，普通CAPE型散货船装载铁矿石后货物仅占舱容的30-40%，而VLOC船舶这样的货舱结构设计，完货后货物一般能达到舱容的60-80%，这样船舶的重心提高了，G.M值一般会达到10米左右。

IMO对普通货船的稳性要求是：船舶在各种装载情况下的初稳性高度GM ≧0.15m；而散粮船、油船、集装箱船的要求是GM ≧0.30m。40万吨级VLOC对最小初稳性高度GM值的要求与上述类型船舶相比要高多了，不仅要满足普通货船的稳性要求，而且要满足超大型矿砂船特有的GM限制线的要求。GM限制线主要是通过Min GM值来体现，该值是随着船舶吃水的变化而呈现出一条类似U型的曲线，如图2所示，范围约为4.6m到15.0m之间。从U型曲线图得知：当重载吃水为22-23m时，Min GM值的范围在9-11.5m之间。由此得知，VLOC船舶的GM值的要求与其他类型的船舶有着很大的不同。

图2 GM限制线

2.背景

中远海运散运好望角型船舶管理部大部分的管理船舶是30万、40万吨级的VLOC船舶，这类船舶主要服务于中国到巴西的航线上，即将巴西的铁矿石运回中国，偶尔也会去马来西亚TRMT港或阿曼SOHAR港卸货，然后空放到巴西。目前这类VLOC船舶，一般都采用COA合同（Contract of Affreightment 简称COA，即包运租船合同）租给巴西淡水河谷VALE，租期一般都在25年左右。自2020年疫情开始以来，巴西的Ponta de Madeira（PDM）港压港就比较严重，一般到港船舶都可能在锚地抛锚等待1个月，有的甚至要等待2个月才能靠泊装货。为了减少船舶的候泊时间，提高船舶的周转率，尽可能达到效益最大化，有不少40万吨级VLOC船舶因此转港到巴西的TUBARAO港装货。

但TUBARAO港的铁矿石和PDM港有着很大的不同，主要是积载因数（S/F）比较大。PDM港铁矿石的积载因数一般在0.33m/t左右，而TUBARAO港的铁矿石积载因数大多在0.45m/t以上，有时甚至达到了0.57m/t。在抵港前的预配载过程中，发现在配载仪上显示船舶的初稳性高度（GM值）会小于最小稳性高度要求，即在配载仪导出的稳性报告上有红色的醒目字体警示船舶要进行破舱稳性核验（The GM is outside the allowable GM limited curve,you should check the direct damage calculation.）。因为货物的积载因数大，会占用比较大的舱容，这样就会提高船舶的重心高度从而降低了船舶的初稳性高度。基于这种情况，船舶只能通过用减少装货量来减少船舶的吃水，从而满足Min GM值的要求。曾有两艘次的40万吨级VLOC在TUBARAO港因此而少装了一万多吨的货物，给船东造成了不少的损失。

3.配载软件的更新

通过对前述两艘40万吨VLOC船舶配载仪的使用情况进行深入探讨、研究、分析，同时也向上海船舶设计院SDARI进行了咨询并寻求帮助，经了解得知：由于当时首批40万吨级VLOC在建造的时候，GM限制线才刚刚实施，而当时的规则要求不是很完善，当初在制作船舶装载手册（Loading Manual）时，为了更充分地满足公约要求，在GM限制线方面采取了比较严格的计算方法。因此，船东立即委托上海船舶设计院SDARI，根据现行的规则对配载仪进行重新评估、计算，更新了相关手册，完善了配载仪软件内关于破损稳性计算的功能并对船舶配载仪软件进行升级更新，在检验通过后，船级社签发相应的配载仪升级证书及检验报告。

4.配载软件使用简介

下面以40万吨VLOC“YSH”轮为例，结合升级后的配载仪软件，介绍在配载较大积载因数的铁矿石时所遇到的情况及处置的方法。

4.1 “YSH”轮船舶概况简介

“YSH”轮是由江苏南通熔盛重工有限公司建造，于2013年07月22日建造完成并交付运营。那时建造的40万吨级的超大型矿砂船，为第一代40万吨级VLOC。船长360m、船宽65m、夏季吃水23.02m、夏季载重吨399983.4t。该轮设有7个独立的货舱。

4.2 配载仪计算

经过升级后的配载仪，模拟船舶的各种满载离泊状况，在输入不同的积载因数情况下，经过演练计算，获知在积载因数S/F小于0.42m/t 时，配载仪内显示所有结果都符合要求。但在积载因数S/F 达到或大于0.42 m/t时，GM值就会小于Min GM值，就需要进行核验破舱稳性。图3是当S/F 为0.42m/t(燃油5000t）时配载仪的截图，GM值会显示红色，即需要核验破舱稳性。

图3 S/F 为0.42 m3/t时配载仪显示图

5.实际操作中遇到的情况及处置方法

“YSH”轮第26航次，执行巴西TUBARAO到阿曼SOHAR的货载。本航次装载的铁矿石积载因数S/F为0.45m/t，由于TUBARAO港有水尺限制，航道允许的最大开航水尺为23.0m，故本航次的预配载货量为391790t。在抵TUBARAO港前,船舶就将预配载图及装货顺序表发给港方，港方在校验装载顺序后，提出进一步要求，要求船舶递交配载仪输出的稳性报告。在收到港方要求后，船舶立即导出配载仪的稳性报告并邮件发送港方，但报告上有红色的醒目字警示初稳性高度超出GM限制线，需核验船舶的破舱稳性，如图4所示。

图4 稳性报告图

当看到红色的警示信息后，港方对此提出质疑，要求船方做进一步解释澄清或修改装载计划。船舶在收到港方的质疑邮件后，立即在配载仪上进行了破舱稳性的核验，经过核实，配载仪显示破舱稳性的所有计算结果都是符合相关要求。之后船舶又将破舱稳性核验结果从配载仪内导出并发给港方，港方在收到后没有再次提出异议，批准了此次船舶的装载计划。

由于40万吨级VLOC船舶都是采用COA合同租给了巴西租家淡水河谷VALE，租家非常关心此事，也发邮件来询问情况。为了更好地了解TUBARAO港大积载因数铁矿石的装载情况，“YSH”轮提供了配载较大积载因素（0.48m/t）铁矿石的稳性报告供VALE的技术部门研究。另外公司也要求其他第一代40万吨级VLOC船舶都进行相应的预配载分析，结果跟“YSH”轮装载积载因素（0.45m/t）铁矿石所遇到的情况是一样的，初稳性高度低于最小稳性高度要求，需进行破舱稳性核验，核验结果也都是符合要求。

综上所述，第一代40万吨级VLOC的配载仪在经过升级后，装载积载因数小于0.42m/t的轻铁矿时，初稳性高度都高于最小稳性高度要求，船舶能够装载货物达到最大量。当积载因数超过0.42m/t时，初稳性高度就不能满足了，需进行破舱稳性核验，符合后才能装载。

6.VLOC船舶安全操作展想

通过上述“YSH”轮的装载情况，解决了因装载大积载因数铁矿石时出现的不满足最小初稳性高度要求而不得不少装货的问题，不论船东、船舶还是租家、港方，各方对于超大型矿砂船的装载量都在严格监控，非常重视船舶的安全。

古人荀子云：一曰防，二曰救，三曰戒。防为上，救次之，戒为下。安全要讲，事故要防，安全是船舶各项工作的基础，是生产工作最基本的保障。而安全生产对于VLOC船舶来讲，除了安全管理关口要前移外，还要从根部上落实并抓好安全工作，在保证船舶稳性满足要求的前提下，需特别关注的焦点是确保超大型船舶的结构安全、航行安全。

现如今的航运业正在飞速蓬勃发展，船舶也是越造越大，同时也产生了一系列安全隐患，特别是近几年发生的超大型船舶装货后断裂、海上航行期间结构受损并进水沉没等案例，尤为显得在保护海上生命、船舶、货物、海洋环境上的重要性。基于此，对于超大型船舶，保障船舶结构安全显得异常重要，要求在船舶装卸货物时要加强对船体结构和稳性监控。超大型船舶结构失效可能是多重因素共同作用的结果，由于材料疲劳、腐蚀、未识别的结构缺陷、多港口载荷以及航行时强加于船体的反作用力等，船舶结构的强度会随着时间推移而受到损害，最终导致突发的船舶断裂。在保障船舶结构安全方面，除了日常的结构检查之外，在船舶日常的装卸货、压载水更换的过程中都要保证弯矩、剪力一直处于正常范围内，包括对装卸货计划、压载水更换计划等，船岸双方都要进行更加严格审核。VLOC船舶要求管理人员对上述特征引起足够的重视，进行精细化管理，所有安全工作提前做到前面。

船舶在海上航行，经常会遇到大风浪导致船舶摇晃颠簸。稳性不足会导致船舶倾覆，对于船舶的危害当然是灭顶之灾；稳性过大又会导致船舶在风浪中剧烈摇荡，影响船舶仪器设备的正常工作、引起货物移位和坍塌，严重时也会导致船舶倾覆。所以任何时候都应保持适度的稳性，即船舶的稳性高度必须处在一个合理的范围内。初稳性高度是船舶最重要的指标之一，必须保证在装载、航行、卸载过程中都满足相关要求，才能确保船舶安全运营。

如何做好VLOC船舶的海上航行安全，这是一道新型课题。鉴于VLOC船舶尺度大、吃水深、操纵呆笨的特点，再加上因其排水量大而带来的巨大惯性，以及表现出停船性能差、追随性能差、航向稳定性差、应舵性差等诸多不利操纵特点，确保海上航行安全对VLOC船舶起到了至关重要的作用，这方面主要体现在航行计划的设计上。VLOC船舶在航行计划制定和执行方面要求更加严格，除了要规避已知的风险点，例如尽量避开大风浪区，特别是好望角附近海域，需要时可适当地调整航向和航速，避免谐摇等。航线设计方面更加受到狭窄水道与浅滩水深的限制，需要更大的航道水深和更大的可航水域宽度，保持与碍航物更大的安全距离，需要避开通航密度大的水域等，即使在海上航行也需要综合考虑可航水深、可乘潮时段、船舶航速与船体下沉量等因素。

对于VLOC这种超大型船舶的安全操作，针对不断涌现出来的新问题、新情况、新局面，船、岸双方人员都要本着大船无小事的态度，多方沟通联系、背靠科学、研究学习，不断进行剖析、总结、归纳，共同为超大型矿砂船保驾护航。