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    大型船舶安全系泊断缆原因分析与预防_夏贤斌.docx

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    大型船舶安全系泊断缆原因分析与预防_夏贤斌.docx

    第 16卷第 10期 2016年 10月 中国水运 China Water Transport Vol. 16 October No. 10 2016 大型船舶安全系泊断缆原因分析与预防 夏贤斌 舟山引航站,浙江舟山 316000 摘要文中从大型船舶在系泊时受到风,流的作用后,发生的几起船舶断缆险情案例分析出发,对影响船舶安全 系泊的因素进行分析与评估,探讨所需缆绳的数量和必要采取的措施,以増加船舶系泊时的安全性。 关键词 船舶;安全系泊;缆绳受力;横向力 中图分类号 U66 文献标识码 A 文章编号 1006-7973 2016 10-0009-03 一、 引言 随着船舶的大型化和一些港口优质岸线资源的短缺,许 多码头被迫建于非理想水域,即在一定的时段内码头走向和 潮流方向存在较大的角度。舟山港位于强潮流区域,岛屿众 多,回转流和往复流互相影响,部分码头前沿的潮流方向和 码头走向就存在较大的角度,并且某些时段流速甚至达到 4 节,这就给船舶靠上码头后的安全系泊带来安全隐患。系泊 中的大型船舶一旦发生断缆,极易造成船舶失控漂移,不仅 仅对本船还会对邻近泊位的其他系泊船舶、码头设施造成极 大威胁 。 1987年 8月,系泊于上海港宝山钢铁厂主原料码 头的 “ 大鹰海 ” 轮,发生了震动全球航运界的断缆撞毁引桥 严重事故 111。全面认识与探讨船舶安全系泊受力影响因素, 采取针对性措施保证船舶系泊安全具有较强的现实意义。 二、 船舶断缆险情案例及原因分析 1. 船舶断缆险情案例 在舟山港曾发生过多起船舶断缆(含外漂)的险情,对 船舶安全、港口生产造成了严重的影响。如 2010年 8月 14 日,农历七月初五,定海港高潮时 1221。 1240时,吃水 17.59m的 “ 海象 ”轮,涨末潮水靠老塘山五期码头,当时 所带缆绳前后各为 5-3-2,至 1330时带缆结束,引航员离 船。约 1500时,在冲开落潮流的作用下,船尾开始甩开, 尽管值班船员随即开始绞收调整缆绳将船尾拉回,但终因缆 绳受力不均,在较短的时间里船上所有的缆绳全部断开,其 中 9根断裂, 11根从缆车上连根拔起, “ 海象 ” 轮继而在落 潮流的作用下离开码头,漂向码头的下游。后来,引航员紧 急登轮抢险在锚和拖轮的帮助下终于控制住船舶,避免了次 生灾害的发生。 2011年 8月 18日,农历七月十九,定海港高潮时 1226。 1500 吃水 20.1m “ 阿提斯 ” 轮初落潮水靠 舟山某码头, 所带缆绳前后各为 4-4-2。船舶卸货期间,在急落水所产生 回流的作用下,发生了同样的断缆事故,后紧急安排拖轮助 泊才止住了情况的进一步恶化并成功回靠码头。 2. 船舶断缆原因分析 通过分析可以知道船舶断缆的原因主要有 ( 1受潮流 影响。潮流流向和码头走向成一定的角度,特别是舟山的大 型码头一般都是找桥式码头,与码头成角度的潮流可以直接 作用在船体上造成向外的分力,当潮流作用力超过缆绳的破 断力时容易造成断缆。 ( 2港内富余水深的影响。当富余水 深较小的时候,容易造成船舶里档水位上升,大幅増加了缆 绳受力。 ( 3风和涌浪的影响。位于开敞水域的码头受涌浪 影响很大,有时涌高可达 1〜 2m, 涌浪作用下船舶的运动对 缆绳形成顿力,对安全系泊造成重大影响;当吹开风较强时, 风力对缆绳的受力也有一定的影响。 ( 4船舶自身原因 。一 些船舶设备比较老旧,缆绳新旧不一、绞缆机达不到设计要 求,船员没有按要求保持缆绳均匀受力,容易造成断缆等。 三、影响船舶安全系泊受力因素分析 1. 水流的横向分力估算 水流对船舶系缆力的影响因素包括流向、流速及水下有 效面积。 水动力的横向分力可根据公式估算 Fx 1/2 gpCwV 2Ld 其中 Fx 水动力横向分力 ( KN p 海水密度 l, 025kg/m3 水动力横向分力系数 L一两柱间长 ( m d一 吃水 ( m V 相对流速 ( m/s g 重力加速度 a 漂角( 图 1小角度流的横向分力示意图 收稿日期 2016-07-26 作者简介夏贤斌,舟山引航站。 10 中 国水运 第 16卷 由船模试验可知,水动力横向系数 Cw与水深与吃水之比 有关,且水深越浅 Cw越大。又与漂角有关,随漂角的増大而 增大 [2]。 以本人引航过的大型船舶 “ 华南虎 ” 为例,船长 295m、 吃水 18.0m, 当相对流速为 4, 2m/s, 漂角 a 、水 动力横向分力 Fx KN、 吃水 d m之间的关系如表 1。 表 1各种漂角、吃水情况下所受到的水动力横向分力 16 372 742 1106 1461 1805 2130 2450 2750 18 419 834 1244 1644 2031 2400 2750 3090 2. 风力的横向分力估算 系泊中的船舶也会受到风载荷的作用,风对船舶系缆力 的影响主要与风向、风速和有效受风面积三个方面有关。通 常对于某一特定风向下的系泊船舶,风速越大、有效受风面 积越大,作用在船体的风载荷也越大。在偏横风条件下,风 舷角越接近90 ,船体受到横向风载荷越大,而在偏顺风和 顶风情况下,船体主要受到纵向风载荷作用。值得注意的是, 由于船舶横向受风和纵向受风时的有效受风面积差别较大, 故受到的风载荷大小也会有很大差别。而且,对于非绝对正 横和绝对首尾向的来风,船舶的风载荷受力方向也并不与风 向绝对相同。另外,风况还影响海流和波浪的特征,从而间 接影响系缆船舶的运动状态和系缆力大小。从系泊安全的角 度,吹开风对系泊船舶的安全影响最大,特别在船舶半载或 空载时,应引起足够重视。 系泊船舶在受到风的作用时,风作用于船舶水线面以上。 作用在船舶上的风压力的横向分力可按下式估算 Fa 1/ 2 gpa Ca Va 2Lh sin6 其中 Fa 船体风动力 ( KN Ca 风动力系数 pa 空气密度 (〇 .125kg/m3 h一水线以上高度 ( m Va 相对风速 ( m/s g 重力加速度 e 风舷角( 同样以大型船舶 “ 华南虎 ” 为例,船长 295m、 水线以 上高度 10m, 则不同风力、风舷角 0 、横向风动力 Fa KN的关系如表 2。 表 2各种风舷角风力情况下所受到的横向风动力 6 级 ( 13.8m/s 66 189 290 356 380 8 级 ( 20.7m/s 148 426 650 801 850 10 级 ( 28.4m/s 278 802 1220 1507 1605 3. 波浪载荷对船舶受力分析 海洋波浪是由多种不同波高、波周期和相位波组合构成 的不规则合成波,对船舶的作用是一个十分复杂的三维水动 力问题。波浪载荷对船舶系缆力的影响主要包括波高、波周 期、波浪入射角,同时随船舶自身载量的改变(船舶自振周 期改变),波浪对船舶的影响也有所差别。其中系泊船对波浪 周期的响应最为敏感,随着波浪周期的増大,船舶动量往往 急剧増大,相应的船舶系缆力也迅速増加。通常,当波浪周 期超过 6s时,就应引起船舶和码头操作人员重视。当波浪周 期超过 9s, 尤其出现长周期涌浪时,船舶就应该紧急驶离码 头,避免造成安全事故。同时,波高越大、波浪入射角越接 近正横、船舶载量越少,船舶受波浪载荷的作用也就越大。 正是由于波浪载荷的动态复杂性,很多专家和海事机构都建 议超大型船舶的任何一根缆绳实际载荷都不能超过其破断负 荷 ( MBL的 55或更低,从而保证缆绳能有足够的保留张 力来抵抗突然増加的外界载荷,以确保船舶的系泊安全 131。 四、 量化分析需要的缆绳数量 为简化计算并安全计,采用头缆与码头 30度、橫缆 90 度计,由于船体的流线型设计主要考虑船舶受到的横向力的 影响,头缆可以提供的横向分力 SFxF_Sin30 ,倒缆基 本不提供横向拉力。 以化纤缆绳为例,根据化纤缆绳的破断力估算公式 Tb9.8kD2 式中 Tb 化纤缆的破断力(牛) D 缆绳的直径(毫米 ) K一系数 ,一 般现代大船使用复合缆绳为 2.0。 以船舶 “ 华南虎 ” 轮为例,船上备有缆绳前后 4-2-2, 根据缆绳证书该船使用 65mm复合缆绳,破断强度 830KN 和公式估算值829KN非常接近。 考虑到缆绳 使用的各种不利因素,按船用缆绳教材 建议,系船缆的安全系数一般取 6-8,所以一根缆绳可以提 供约 120千牛的安全横向拉力 w。 在比较不利的风流的影响下,如船头 20 来流 4节,吹 开风 6级 ( 由于码头的遮蔽作用,风力的影响较计算为小), 以船舶 “ 华南虎 ” 轮为例,吃水 18m的情况下受到的横向力 达到 2024KN。 需要的横向缆绳达到 17根,而船上可以提 供横向分力的缆绳只有相当于 8根。严重影响了船舶的系泊 安全。 五、 增加系泊安全的措施 1. 增加缆绳 可以从船上和岸上 2方面増加缆绳,船上一般有 4根备 用缆,前后各加一根头尾缆和橫缆。为了増加缆绳的横向拉 力,橫缆可以采用带来回缆的方式如果仍达不到安全要求, 就需要从码头向船上加额外的缆绳,码头管理方应根据码头 的特点,计算出在不利气象条件下的船舶最大缆绳受力,从 而计算出需要的岸缆的数量和应该采取的措施。 2. 拖轮保驾 如果在一定的时段,缆绳的数量达不到要求的安全系泊 缆绳数量,或为了増加安全储备,必要时可用拖轮顶推的方 法以减小横向分力。特别在满载刚靠泊时,富余水深较小, 受到的横流影响大,一艘 4000KW的拖轮 ( 下转第 55页) 第 10期 栗金钊等浅谈水管体制改革中的问题及措施 55 目前维修养护项目琐碎、维护资金相对建设期非常少,通过 招标选入的施工单位通常会减少投入,降低成本,且其部分 工作人员能力有限,很多工作 ( 前期维护项目工程量统计、 项目施工管理、工程计量、结算、材料归档等 ) 都是由水管 单位固有员工协助施工单位在做,使水管单位的工作重心偏 移,容易出现工作上的疏漏,距真正的管养分离还有很长的 m安疋。 通过水管体制改革,探索适合自己的水管体制,建立职 能清晰、权责明确的水利工程管理体制;建立管理科学、经 营规范的水管单位运行机制;建立市场化、专业化和社会化 的水利工程维修养护体系;建立合理的水价形成机制和有效 的水费计收方式;建立规范的资金投入、使用、管理与监督 机制;建立较为完善的政策、法律支撑体,是我们不断努力 的方向。 参考文献 [1] 孙桂环,齐永志,彭飞 .编制黄河水利工程维修养护经费 预算需注意的几个问题 [J].水利工程建设与管理, 2006 1 48-49, P]张振岑,李宝红,李林 .对水利工程维修养护定额标准 的应用实践 [J].科技信息, 20〇 8,( 3〇 333. [3] 许景海,高继成,许超 .对水利工程维修养护定额标准 试点 修订的探讨与思路 [J].科技视界, 96-297. [4] 边苏雷 .沂沭泗直管水利工程维修养护存在的问题及对策 U].水利建设与管理, 2012, 5 66-69. [5] 陈琦莹 .海河下游管理局直属水利工程维修养护存在的问 题及对策分析 [J].工程建设与管理, 2016, 1 21-24. [6] 王瑞平,石洪卫 .对黄河水利工程维修养护存在问题的讨 论及建议科技信息, 2014,( 13 385. [7] 王修军,李兆良,杨庆辉 .黄河水利工程维修养护体制探 讨U].水利建设与管理, 2007, 7 46-47. [8] 唐小虎 .浅谈石头河灌区维修养护施工管理 [J].甘肃科技, 2013, 13 115-121, [9] 刘志军,朱长军 .漳卫南局水利工程维修养护新模式探讨 U].海河水利, 2015, 4 43-46. [10] 王海英 .水利工程维修养护企业亏损原因及对策 [J].山 东水利, 2013, 11 53-55. [11] 苗立峰,张继真,王蟲 .水利工程维修养护问题浅谈 [J].运 行管理, 2015,( 12 63-65. [12] 陈兆生,陈营 .刍议水利工程维修养护资料的整理 [J].黑 龙江水利科技, 2009, m 211-212. [13] 武芸芸,董敏,袁小哲 .浅议水利工程维修养护内业资 料规范化管理 [J].陕西水利, 2012,( 333-35. [14] 赵小辉,马振平,王伟 .水利工程维修养护内业资料整 理的几点做法 U].科技信息, 2012, 11274. [15] 王贺坤 .水利工程维修养护资料的整理 [J].农技服务, 2009, 8136-138, 上接第 10页)可以提供约 500KN的推力,有效的减小缆 绳受力。而且拖轮的保驾能有效降低应急响应的时间,在船 舶发生险情时可以采取有效措施以降低损失。 3. 船舶驾引人员 船舶驾引人员应有充分的交流 151,引航员应该将码头附 近水域的水文资料、以前发生的险情、可以利用的资源、特 别危险的时刻、引航和拖船等部门的联系方式等告诉船方, 同时向船方提出加强值班、备车等建议。船方必须了解自身 的缆绳情况,,安排船员对所有缆绳做到勤检查,使缆绳均匀 受力。值班船员保持警惕,如有必要,在第一个急流时段应 保持备车、备锚、启动侧推器。如果发生断缆事故,作业人 员应立即撤离缆绳断裂伤 害区域,系缆人员就位,做好重新 系泊的准备;同时迅速备车、备锚、启动侧推器以及一切有 效手段报告主管机关和码头公司(包括船名、作业状态、断 缆严重程度、泊位等信息),以期得到引航和拖船等部门的服 务。 在舟山的马迹山码头 2号泊位,在大潮汛涨水时,存在 与码头走向约 20度、最大可达 4节的冲开流,以船舶 “ 华 南虎 ” 轮为例,在船上缆车上的缆绳为 4-2-2,我们要求船 头船尾各加一根头尾缆和橫缆,但加的备用缆只能挽桩,很 难做到均匀受力。于是要求在涨流端从岸上再加 6根高强度 缆绳,落流端加 3根高强度缆绳,用岸上缆车 收紧,使与船 上缆绳保持均匀受力。通过计算,基本可以达到缆绳的安全 负荷。马迹山码头处于东南无遮蔽的岛上,受东南涌浪影响 较大,为了増加安全储备在急流时段前后各有拖轮顶推保驾 以确保安全,到目前为止,尚未发生重大断缆事故。 六、结束语 宁波舟山港作为世界第一大港,进出的船舶吨位越来越 大,除了船舶能安全的进出港口外,在码头的安全系泊问题 也亟待各方的重视。以上是本人在工作中的一些体会和经验 总结,希望可以对其他港口的大型船舶系泊时需要缆绳数量 的估计提供参考,増加船舶在系泊时的安全性。 参考文献 [1] 刘有钟 .预防多种不利条件集中出现而致的事故 [C].海 事预防学术交流暨台湾海峡航行安全研讨会文集 .福建 福州中国航海学会, 1988127-129,164. [2] 赵永根 .小角度流横向作用力的分析及在靠泊操纵中的应 用[J].航海, 2013, ( 3 46-49. [3] 郝庆龙 .超大型船舶系缆力实测研究 [D].大连大连海 事大学, 201413-17. [4] 李伟 .船舶结构与设备 [M].大连大连海事大学出版社, 2007106. [5] 陆悦铭,胡建国 .船长与引航员间信息交流方式研究 [J].中 国航海, 2006, 446 50.

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