建筑泥漿對運輸船舶穩(wěn)性的影響

周劍鋒 薛孝行 葛勁松 吳建軍

【摘 要】 為確保運輸建筑泥漿船舶的安全，通過分析建筑泥漿的特性和運輸船舶貨艙特點，以代表性船舶為例，計算裝載不同密度建筑泥漿的代表船舶在滿載時自由液面對船舶穩(wěn)性的影響和貨物傾側力矩對穩(wěn)性的影響。結果表明：貨物密度、貨艙開口和艙口圍、貨艙水密縱艙壁等因素是影響船舶穩(wěn)性的關鍵因素。建議：船舶穩(wěn)性計算應反映出裝載不同密度貨物時船舶的穩(wěn)性；提高船員責任意識和業(yè)務能力，強化船舶管理，必要時安裝貨物液面非均衡監(jiān)控裝置和報警裝置；排水量過小的船舶不宜設置水密縱艙壁。

【關鍵詞】 船舶穩(wěn)性；建筑泥漿；自由液面；復原力矩

0 引 言

近年來由于環(huán)保原因，建筑泥漿逐漸由陸上處理轉為海上處理，海船運輸建筑泥漿的情況越來越多。由于建筑泥漿的裝卸特點和運輸特性，目前運輸建筑泥漿的海船主要來自于改建的干貨船或液貨船，《國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則》（以下簡稱《法定檢驗規(guī)則》）對此并沒有特別詳細規(guī)定。在實踐中，因為貨物原因導致船舶穩(wěn)性喪失的情況時有發(fā)生，因此有必要研究建筑泥漿對其運輸船舶穩(wěn)性的影響。

1 建筑泥漿的特性

建筑泥漿是盾構工程或打樁時產生的泥漿，具有以下5個特點：

（1）裝卸和運輸期間處于液態(tài)。建筑泥漿是由水和固體顆粒組成的懸浮性液體。

（2）一般由岸基泥漿泵裝卸，裝卸速度快。主要裝船點的泥漿裝船速度約為700 m3/h。

（3）密度大。建筑泥漿中的細小顆粒物懸浮在液體中，使得液體密度明顯提高。

（4）含有少量重金屬。

（5）建筑泥漿中有防止凝固的物質，因此在短時間內不會出現明顯的沉淀現象。

2 海船運輸建筑泥漿的安全性

2.1 運輸要求

使用海船運輸建筑泥漿是我國近些年新出現的運輸方式。部分海事主管部門出于環(huán)保需要，要求建筑泥漿運輸船不能采用開底駁船運輸，因此，在實踐中采用閉底的普通貨船運輸建筑泥漿。與挖泥船和開底駁船相比，閉底的普通貨船具有艙口大、艙口圍高的特點。

2.2 船舶穩(wěn)性計算原理

由于《法定檢驗規(guī)則》未將閉底建筑泥漿運輸船列為特殊船舶，因此，參照普通貨船標準根據船舶原理知識和《法定檢驗規(guī)則》推薦方法計算船舶穩(wěn)性。

由于建筑泥漿處于液態(tài)，需要考慮泥漿自由液面對船舶穩(wěn)性的影響。另外，為了降低泥漿自由液面對船舶穩(wěn)性的影響，部分船舶在貨艙中設置水密縱艙壁，但在實際營運中發(fā)現由于人員失誤或者設備故障，裝卸貨物時存在貨物左右不均衡現象，由此產生貨物傾側力矩。因此，建筑泥漿對船舶穩(wěn)性的影響需要考慮其自由液面和貨物裝載左右不均衡等因素。

貨物自由液面對船舶穩(wěn)性的影響與液體密度和貨艙艙型密切相關，在船舶穩(wěn)性衡準中表現為自由液面對船舶初穩(wěn)心高度和復原力臂的影響，三者之間的關系可用公式（1）和（2）表示為

3 艙內建筑泥漿對船舶穩(wěn)性的 影響

以M公司代表性船舶A船和B船為例，分析建筑泥漿對船舶穩(wěn)性的影響，其中：A船由干貨船改建而成，貨艙沒有設置水密縱艙壁，1 736總噸； B船由油船而成，貨艙設置有水密縱艙壁，482總噸。

3.1 貨物的自由液面對船舶穩(wěn)性的影響

3.1.1 船舶初穩(wěn)心高度和復原力臂的計算

裝載不同密度貨物的船舶在滿載時自由液面對船舶初穩(wěn)心高度的修正、船舶復原力臂的影響分別見圖1和圖2。

3.1.2 計算結果

由圖1可得：當貨物密度超過1.2？03 kg/m3或者小于1.1？03 kg/m3時，密度變化對船舶初穩(wěn)心高度影響呈線性變化，但影響不大；當貨物密度處于兩者之間時，密度變化對船舶初穩(wěn)心高度影響大，出現影響突變現象。

由圖2可得：當貨物密度超過1.2？03 kg/m3時，密度變化對船舶復原力臂影響不大；當貨物密度小于1.1？03 kg/m3時，密度變化對船舶復原力臂影響也不大；當貨物密度處于兩者之間時，密度變化對船舶復原力臂影響大，出現影響突變現象。

對比分析貨物的不同密度對船舶穩(wěn)性的影響可知：不同密度貨物自由液面對船舶初穩(wěn)心高度和船舶復原力臂的影響明顯分為低密度區(qū)、高密度區(qū)、中間過渡區(qū)等3個區(qū)域。這是由于當船舶滿載時不同密度貨物的液面高度不同，艙口圍對自由液面作用的影響明顯（當液面高于艙口圍時貨物自由液面影響相對較小，當液面低于艙口圍時貨物自由液面影響相對較大），因此貨艙艙口圍影響自由液面的作用會發(fā)生突變。

需要注意的是，上述計算方法并不能真實反映中間過渡區(qū)自由液面對船舶穩(wěn)性的影響。雖然圖1顯示的中間過渡區(qū)類似于線性變化，但這只是線性內插作圖的結果，實踐中中間過渡區(qū)自由液面對船舶穩(wěn)性的影響并不一定如圖所示。

3.2 貨物傾側力矩對船舶穩(wěn)性的影響

3.2.1 力臂和船舶橫傾角的計算

為了比較不同船舶噸位時貨物傾側力矩對船舶穩(wěn)性的影響，假定A船設置一道水密縱艙壁。在不同裝載量下貨物傾側力矩對A船穩(wěn)性的影響分別見圖3、圖4、圖5；在不同裝載量下貨物傾側力矩對B船穩(wěn)性的影響分別見圖6～圖10。

3.2.2 計算結果

由圖3、圖4、圖5可得：當A船貨物非均衡裝載量為116 t時，貨物傾側力矩對船舶穩(wěn)性影響很小，造成的船舶橫傾角一般為3??？埃渲饕蛟謨贏船排水量大，船舶穩(wěn)性抵抗傾側力矩能力強。

由圖6～圖11可得：B船計算結果顯示貨物傾側力矩對船舶穩(wěn)性影響明顯，船舶穩(wěn)性喪失較多，導致船舶嚴重橫傾。當B船貨物非均衡裝載量為56 t時，船舶抵抗貨物傾側力矩后船舶剩余復原力臂明顯減少，船舶橫傾角達10白笥遙壞盉船貨物非均衡裝載量為116 t時，船舶抵抗貨物傾側力矩后船舶剩余復原力臂明顯減少，且船舶少量裝載和滿載時剩余復原力臂幾乎為零，船舶橫傾角達20白笥搖T斐繕鮮黿峁腦蛑饕譴拔刃孕 ⑴潘啃 ？

3.3 建 議

通過上述計算和分析可以發(fā)現：（1）當貨物密度發(fā)生變化時，滿載狀態(tài)下貨物液面高度會發(fā)生相應的變化，自由液面傾側力矩存在突變現象，因此船舶穩(wěn)性計算應反映出裝載不同密度貨物時船舶的穩(wěn)性；（2）設置貨艙水密縱艙壁雖然可以顯著降低貨物自由液面對船舶穩(wěn)性的影響，但是同樣可能會導致嚴重的船舶穩(wěn)性事故，因此設置有水密縱艙壁的船舶需要提高船員的責任意識和業(yè)務能力，強化船舶管理，同時有必要安裝貨物液面非均衡監(jiān)控裝置和報警裝置，防范人為失誤；（3）當貨物非均衡裝載時，船舶排水量越大，船舶受貨物傾側力矩影響越小。由于小型船舶抵抗貨物傾側力矩能力弱，加之貨物裝卸速度快，留給船員響應和糾正時間非常短暫，因此排水量過小的船舶不宜設置水密縱艙壁。

4 結 語

在計算貨物自由液面影響時，采用《法定檢驗規(guī)則》規(guī)定的方法并不能準確計算貨物液面在艙口圍附近時貨物的自由液面傾側力矩，因此，對于擁有大開口艙口和高艙口圍的船舶，需要進一步研究裝載液貨對船舶自由液面影響的計算方法。