自卸砂船舱口围板高度与其稳性关系的研究

黄燕玲，许君林，张彦儒

（1.武汉市交通运输局港航事业发展中心船检科，湖北 武汉 430063；2.安徽省皖江船舶检验局，安徽 芜湖 241000；3.大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023）

1 前言

随着经济建设的发展，砂、碎石等的需求量不断增大，大量自卸砂船应运而生。然而随着自卸砂船的大型化及快速化发展，大量事故发生。据统计，珠江口水域2015～2019 年发生事故56 宗，其中自卸砂船事故21 宗，占珠江口水域船舶事故的37.5%。2017 年3 月13 日，襄阳一艘自卸砂船侧翻，2 人死亡；2018 年2 月26 日凌晨，沅水常德一艘自卸驳运砂船侧翻，船上1 人生还，5 人死亡；2020 年9 月29 日约13∶30 时，扬州市亿瑞建材贸易有限公司所有的“亿瑞3286”轮（自卸砂船）翻沉，船上16 名船员全部落水，其中5 人获救，3 人死亡，8 人失踪，构成重大等级水上交通事故。据不完全统计，水上交通事故，自卸砂船占比达43%，自卸砂船成为水上交通安全的重大风险源。自卸砂船的高风险性导致各地方海事局不再愿意登记，大量自卸砂船只能停航，给船东造成巨大经济损失。综合各事故报告，发现多数自卸砂船的事故为船舶翻沉事故，主要是因为船舶稳性原因造成。影响船舶稳性的因素包括船舶进水角，船舶受风面积，自由液面，舱口围板高度及其货物滑移的影响。为了减少翻沉事故的发生，本文主要研究平舱装载状态下舱口围板高度与船舶稳性指标的之间的关系，希望为船舶的设计及监管提供参考。

2 船舶结构特点及装载情况分析

自卸砂船货舱口一般为漏斗形（V 型）（如图1），该类船型主要有以下特点：

图1 自卸砂船横剖面示意图

（1）由于砂舱呈倒三角型，货舱容积减少，型心偏高。

（2）由于输送带在砂舱底部且操作需求要求底板距船底一定高度，导致整个货舱上抬，船舶结构重心偏高，货物重心偏高。

船东为增加装载量，一般采用增加舱口围板高度，且船舶载运过程中不设舱口盖，采取堆装的方式进行运输。

根据《内河船舶法定检验技术规则》第五篇第八章第三节8.3.3.4 的规定，散货堆装应假定货物自然底锥角为37°，货舱首尾及左右均应形成37°的自然堆积角度，形成所示自然堆积部分，如图2 所示。货物堆装容易产生货物滑移，从而产生附加力矩，对船舶稳性产生不利影响。货物平舱装载可以降低其重心高度，减少货物滑移，减少附加力矩，且减少货物受风面积，增加船舶安全系数。因此本文研究均为平舱状态下船舶的稳性。

图2 散货堆装示意图

3 舱口围板高度对其稳性的影响

本文以一艘海上自卸砂船为例，其船长148.8m，型宽26.2m，型深11.2m，设计吃水8.0m，总吨位14336t，初始设计货舱舱口围板高度为1.6m，设计参考载货量为21936t,采用中国船级社compass 软件计算沿海及近海不同装载状态下“均按满载出港，砂子密度1.5t/m3进行计算”，舱口围板高度对其稳性衡准指标的影响。具体结果如表1 和表2 所示。

表1 沿海不同载货状态下校核的稳性衡准情况

表2 近海不同载货状态下校核的稳性衡准情况

从表中可以看出，该船在设计装载21936t 时，在保证平舱状态下，货物堆达到设计舱口围板高度计算，初稳性高度、稳性衡准数K（74.88）、进水角处复原力臂、最大复原力臂及对应角均满足规范要求值且有较大的安全余量。

该船装载23524t，超载7%时。在保证平舱状态下，货物堆高超出舱口围板以上0.4m 计算，初稳性高度、稳性衡准数K（54.833）、进水角处复原力臂、最大复原力臂及对应角都能满足规范要求，但已接近临界值。这证明该船设计和建造时是有稳性安全储备的。

该船超载至25759t 时，超载17.4%时，在保证平舱状态下，货物堆高超出舱口围板以上0.9m 计算，初稳性高度、稳性衡准数K（30.331）和最大复原力臂仍能满足法规要求，但是K 系数已经迅速下降1.47 倍，但进水角处复原力臂为0.154m（小于法规要求的0.2m），最大复原力臂对应角为16.682°（小于法规要求的21.607°）。

该船超载至29000t 时，超载32%，在保证平舱状态下，货物堆高超出舱口围板以上1.5m 计算（即与挡浪板顶部平舱），初稳性高度和稳性衡准数K（2.958）虽然仍能满足法规要求，但是K 系数已经迅速下降24.3 倍，但最大复原力臂为0.165m（小于法规要求的0.2m），最大复原力臂对应角为10.065°（小于法规要求的21.607°）。

从表2 可以看出，近海工况中装载量一致时除稳性衡准数以外，其他数值完全一致。稳性衡准数主要是由于风压系数不同导致，稳性衡准数的变化趋势几乎一致，近似直线下降，稳性衡准数k 与舱口围板高度的曲线如图3 和图4 所示。

图3 沿海工况稳性衡准数k与舱口围板高度曲线

图4 近海工况稳性衡准数k与舱口围板高度曲线

4 结论

自卸砂船为了快速增加舱容，一般采用最简单经济增加货舱口围板高度的方式，通过中国船级社conpass 计算船舶在平舱装载状态时的稳性，发现货舱口围板高度与船舶稳性指标均成反比，货舱口围板少量增加导致船舶稳性衡准数等指标成线性急剧减小。在船舶设计及监管中，要严格控制船舶的超载运营情况和货舱口围板的高度。