許旸

（交通運輸部廣州打撈局，廣州510260）

摘 要：隨著全球經(jīng)濟一體化的進程加快，半潛船在進行海洋工程作業(yè)和重大件貨物運輸項目的優(yōu)勢日益明顯。半潛船屬高風險和高附加值特種工程船，必須對下潛作業(yè)及航行安全給予高度重視。本文通過對某50000DWT級半潛船的穩(wěn)性校核，闡述了半潛船穩(wěn)性計算的特點和要點，為半潛船設計、作業(yè)及穩(wěn)性校核提供參考。

關鍵詞：半潛船；穩(wěn)性

中圖分類號：U674.3 文獻標識碼：A

1 前言

半潛船是海洋油氣開發(fā)和海上工程作業(yè)的利器，通常用來運載價值非常昂貴的貨物，如大型鉆井平臺等，其貨物價值遠超過半潛船自身的價值。另一方面，由于其下潛作業(yè)和航行運輸都有著自身顯著的特點，在主尺度比、功能要求、結(jié)構型式以及設備布置等方面都與常規(guī)船舶有明顯的差異，因而對穩(wěn)性有特殊要求。研究分析有關國際公約及中國船級社對半潛船下潛作業(yè)的儲備浮力、下潛穩(wěn)性及正常航行的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性等方面的要求尤為重要，它關系到半潛船設計的裝載能力能否順利實現(xiàn)及下潛作業(yè)能否安全開展。

2 半潛船穩(wěn)性

半潛船屬于特種船舶，其穩(wěn)性具有如下特點：

（1）半潛船下潛作業(yè)時，對儲備浮力比率有特殊要求；

（2）半潛船的靜水力曲線在甲板入水處明顯間斷，表明半潛船在甲板入水時初穩(wěn)性最差；

（3）半潛船設有數(shù)量多、容量大的壓載水艙，在調(diào)載過程中必然有一部分壓載水艙的水未滿，存在大量的自由液面；

（4）由于半潛船裝載貨物的不規(guī)則及不確定性，每次裝載半潛作業(yè)都要針對具體貨物進行半潛作業(yè)穩(wěn)性計算。

2.1 半潛船儲備浮力比率

常規(guī)船舶的儲備浮力，是指滿載水線以上主船體水密部分的體積所能提供的浮力。它對船舶的穩(wěn)性和抗沉性等有很大的影響，是確保船舶安全航行的一個重要指標，通常以最小干舷值為衡量指標。

半潛船除了像常規(guī)船舶一樣在正常航行時要滿足最小干舷的要求外，還要滿足下潛作業(yè)時儲備浮力比率的要求。半潛船的儲備浮力比率，系指半潛船下潛至最大沉深時，其儲備浮力與該吃水下的排水量之比，它是確保半潛船下潛作業(yè)安全的一個關鍵指標。

目前，國際有關公約還沒有專門針對半潛船穩(wěn)性的要求，中國海事局“國內(nèi)航行海船法定檢驗技術規(guī)則”對半潛船儲備浮力比率有明確要求：

（1）最大沉深水線以上第1層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于5%；

（2）或最大沉深水線以上第2層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于5%，但最大沉深水線以上第1層甲板以下部分的儲備浮力比率，不少于3.5%。

2.2 半潛船的完整穩(wěn)性

半潛船裝載甲板貨航行時就是一艘普通甲板載貨船，其完整穩(wěn)性和抗風能力按常規(guī)貨船的有關規(guī)范和規(guī)則進行計算。通常，計算校核半潛船航行完整穩(wěn)性需遵循的規(guī)范規(guī)則有： MSC.267（85） “IMO intact stability code 2008”；Noble Denton “海上運輸指南0030/NDI”；中國海事局“國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則”。

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

（1）橫傾角30o時的復原力臂曲線下的面積A，不小于0.055 m.rad；

（2）橫傾角40o或進水角φF（若φF<40o）時的復原力臂曲線下的面積A，不小于0.09 m.rad；

（3）橫傾角30o與40o或30o與進水角φF（若φF<40o）之間的復原力臂曲線下的面積A，不小0.03 m.rad；

（4）橫傾角大于或等于30o處的復原力臂GZ，不小于0.2 m；

（5）經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)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， 最大復原力臂GZ對應角度25°的要求可被下述衡準取代：

（1）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ，不小于15°；

（2）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在15°時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于0.070 m.rad；

（3）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在30°或大于30°時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于0.055 m.rad；

（4）船舶最大復原力臂GZ對應角度θ在15°與30°之間時，橫傾角對應的復原力臂曲線下的面積A，應不小于按下式計算結(jié)果：

0.055 + 0.001 （30°- θmax） m.rad。

2.2.3 Noble Denton “海上運輸指南0030/NDI”

（1）完整穩(wěn)性范圍，即0°至復原力臂消失（變負值）時的對應角θ應不小于36°；

（2）復原力臂曲線下面積A，應不小于風作用下限定的傾覆力臂曲線下面積的40%，該面積為0°至復原力臂曲線與風傾覆力臂曲線的第二個交角或進水角下的面積，取其較小者；

（3）對應浸水角的任何開口小于20 ?或小于（θ + 5）時，該開口在可操作狀態(tài)下能自動關閉并水密。

2.3 半潛船的破艙穩(wěn)性

根據(jù)中國海事局“國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則”要求，對半潛船的破艙穩(wěn)性僅需核算航行運輸工況。

（1）根據(jù)SOLAS 2009第Ⅱ-1章采用概率法進行破艙穩(wěn)性計算。首先求出規(guī)范要求的分艙指數(shù)R=1-128/（Ls+152），然后根據(jù) NAPA 軟件計算出目標船的分艙指數(shù)A。若A大于R，滿足規(guī)范要求；

（2）由于半潛船的B/D一般都大于2.5，不在規(guī)范的適用范圍內(nèi)（B/D<2.5），需按照《關于<1966 年國際載重線公約>的1988 年議定書附件B 修正案》的要求，采用確定性法進行破艙穩(wěn)性的計算；

（3）由于半潛船是帶甲板貨航行，根據(jù)IACS 統(tǒng)一解釋（UI）LL65要求，需要提供GM 限界線。將破艙穩(wěn)性核算的最小初穩(wěn)心高度限制曲線與完整穩(wěn)性要求的全船最小初穩(wěn)心高度限制曲線合并，取兩者中相同假定吃水下所得GM值中較大的值繪制成GM曲線。

2.4 半潛船所載貨物的綁扎加固要求

在半潛船的航行運輸過程中，需要對所載貨物進行妥善的綁扎加固。若綁扎加固不當，半潛船在航行運輸過程中貨物會發(fā)生移動而影響船舶穩(wěn)性，甚至可能導致船舶傾覆造成嚴重后果。

半潛船對所載貨物的綁扎加固計算，通常參照中國船級社“海上拖航指南2011”及其附件“支撐件及綁扎部件強度標準”，相關計算及綁扎加固方案制作步驟如下：

（1）計算在臨界狀態(tài)下（極限橫搖、縱搖角）貨物處于甲板時的橫向、縱向、垂向作用力；

（2）根據(jù)上述計算結(jié)果，選擇合適的綁扎加固材料作為加固件，并確定加固件的數(shù)量和位置；

（3）根據(jù)中國船級社“海上拖航指南2011”進行強度校核。

2.5 半潛船下潛作業(yè)穩(wěn)性

半潛船的下潛/起浮作業(yè)，是通過船上配置的大排量壓載水泵或壓載水泵加壓縮空氣相結(jié)合的調(diào)載系統(tǒng)，在短時間內(nèi)迅速調(diào)整艙內(nèi)壓載水，從而改變船舶自身的吃水狀態(tài)，使舉升甲板沉沒至水下或浮升至水面，達到下潛或起浮的目的，讓體積龐大的結(jié)構物通過浮運的方式裝上或缷下半潛船。

在壓、排水下潛或起浮的過程中，壓載水艙內(nèi)會存在大量的自由液面，自由液面對半潛船下潛作業(yè)的初穩(wěn)性高和穩(wěn)性曲線影響非常大，必須高度重視，以免發(fā)生貨物傾覆、船舶傾側(cè)沉沒的事故。目前國際海事組織（IMO）、國際船級社協(xié)會（IACS）還沒有專門針對半潛船的規(guī)范或規(guī)則。自2006年起，中國船級社、中國海事局率先對半潛船的建造入級及下潛作業(yè)穩(wěn)性進行研究，制定了相應的規(guī)范和要求。為確保半潛船下潛作業(yè)的安全，必須遵守如下規(guī)定：

（1）由于半潛船下潛過程對波浪敏感，半潛船下潛作業(yè)必須在規(guī)范規(guī)定的海況條件下進行，并在其穩(wěn)性計算書、操作手冊及有關證書中注明半潛作業(yè)的風、浪、流環(huán)境條件；

（2）半潛船在半潛作業(yè)下，均應按10%的燃料、消耗品及備品核算其各作業(yè)裝載情況下的穩(wěn)性；

（3）半潛船滿載甲板貨物準備下潛時，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不小于1.0 m；

（4）半潛船滿載甲板貨物在舉升甲板入水或出水過程中，其穩(wěn)性應滿足下列衡準之一：

① 在基本無浪的平靜水域、蒲氏風級不超過3級時，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.05 m；或蒲氏風級不超過5級時，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.1 m；

② 在蒲氏風級不超過6級、有義波高不超過0.5 m的水域，或蒲氏風級不超過4級、有義波高不超過1m的水域，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.15 m；

（5）半潛船下潛至最大沉深時，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不少于0.5 m。

（6）半潛船在甲板上無承載物下潛或起浮的任何階段，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度均應不少于0.15 m；

（7）對存在自由液面的液體艙，都要考慮其最大自由液面影響；

（8）承載大型物件、船舶或海洋設施進行下潛作業(yè)時，可按承載物的實際位置及浮態(tài)，計算其對穩(wěn)性的影響。

2.6 下潛作業(yè)安全

半潛船下潛作業(yè)易受風浪作用的影響，稍有不慎很容易引起貨物移動、傾倒，從而導致安全事故，因此對于下潛作業(yè)的安全性是半潛船下潛程序設計的重要環(huán)節(jié)。

在下潛起浮作業(yè)實際操作前，必須預先制定潛浮作業(yè)程序，并校核穩(wěn)性、強度、壓載系統(tǒng)等是否滿足要求。下潛起浮作業(yè)程序，必須包含確認的每一步要壓載的水艙和壓載量，以及預期達到的吃水、縱傾、GM值、撓度及強度狀態(tài)等信息。

根據(jù)半潛船的穩(wěn)性特點和廣州打撈局對半潛駁船的實際操作經(jīng)驗，下潛程序設計時要注意以下幾項原則性要求：

（1）下潛作業(yè)前，所有水密門要確保關閉，以確保半潛船作業(yè)狀態(tài)的密性；

（2）下潛作業(yè)開始后，主甲板干舷在剩余最后1 m左右之前，可選擇平浮吃水壓載方式，并選擇多對壓載艙同時開展，快速實現(xiàn)下潛或起浮的目的；

（3）主甲板入水之前，必須對多數(shù)壓載艙的自由液面進行掃除工作，最大限度的減少壓載水的自由液面影響；

（4）主甲板入水之前的1 m至入水后到安全平浮吃水的過程中，必須保持適當縱傾，一般選擇首傾，目的是增大水線面，提高縱穩(wěn)心高值，維持完整穩(wěn)性的安全裕度；

（5）主甲板出入水過程中以及主甲板入水之后的大多數(shù)時間內(nèi)，盡量避免多對壓載艙同時操作而帶來過大的自由液面。一般情況下，僅需操作首部和尾部各一對壓載艙為宜；

（6）半潛船下潛/起浮作業(yè)過程中，應密切關注船舶的浮態(tài)。對于由壓載泵控制的艙室，通過調(diào)節(jié)閥門開閉或閥門開度來控制壓載水的流量，盡量使左右對應的艙室壓水/排水量保持相仿，以免船舶橫傾。對于由空壓機控制的艙室，需要提前計算往外排除水量所需的壓力，還可以通過往空艙加壓，由空艙空氣排水的方法來控制潛浮速度。

3 結(jié)束語

規(guī)范及法規(guī)對半潛船穩(wěn)性的衡準都是基于半潛船裝載無浮力貨物時的要求的，而實際上半潛船裝載的貨物是具有一定浮力的。在半潛船運輸中，對半潛船某一具體浮力貨物的裝載及穩(wěn)性計算時，可考慮計入貨物的復原力臂、水線面積、排水體積（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

等，從而增大半潛船的裝載能力，提高船舶運營的經(jīng)濟性。在編制半潛船裝載手冊時，根據(jù)具體貨物的形態(tài)，增加浮力貨裝載狀況的穩(wěn)性計算。

本文介紹國內(nèi)外有關公約、法規(guī)、行業(yè)指南等對半潛船的主要要求及穩(wěn)性衡準，并通過某50 000 DWT級實船的穩(wěn)性計算分析，總結(jié)了半潛船完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性、突風橫搖和下潛穩(wěn)性的計算方法；結(jié)合實際操作經(jīng)驗，提出下潛作業(yè)程序編制原則和應注意的安全事項。希望本文能給同行們進行半潛船的設計、穩(wěn)性校核和作業(yè)安全提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 中國海事局.國內(nèi)航行海船法定檢驗技術規(guī)則[S].人民交通出版社，2011.

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

[3] Noble Denton.海上運輸指南0030/NDI .

[4] 中國海事局.國際航行海船法定檢驗技術規(guī)則[S].人民交通出版社，2014.