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 （ .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 SFx=F_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 Tb=9.8kD2 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 8,（ 3 ) :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 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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， 1988:127-129,164. 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， 2014:13-17. 4 李伟 .船舶结构与设备 M.大连：大连海事大学出版社， 2007:106. 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, 4:46 50.