散装谷物稳性计算的几个概念

散装谷物稳性计算的几个概念
散装谷物稳性计算的几个概念
散装谷物稳性计算的几个概念
散装谷物作为占有世界散货运输10％以上货运量的货种，在海运市场中占有重要的地位。

承运散装谷物船舶的安全问题也一直倍受人们关注。

早在SOLAS48公约中，对散装谷物的装载与稳性要求yi有明确规定。

在1992年的SOLAS74公约修正案中，将原SOLAS74公约中有关散装谷物运输的强制性规定改编为《散装谷物安全运输的国际规则》，简称《国际谷物规则》(International Grain Code)，并在SOLAS74公约第Ⅵ章C部分要求散装谷物装载必须符合该规则要求。

《国际谷物规则》(以下简称《规则》)于1994年1月1日生效。

对其具体条款，各国有一些不尽相同的解释与执行方式。

笔者在1999－2001年间，先
后在中国、美国、加拿大、澳大利亚及法国等主要散粮出口国装载过散粮。

其中除中国外，其他四国均有散装谷物运输稳性计算专用表格，惟法国不需用其表格预算谷物稳性，只需在装货后递交。

在美国，散装谷物稳性核算由国家货物局(NCB)负责，NCB是协助美国海岸警卫队行使部分职权的一个非盈利性组织。

在澳大利亚，核算由澳大利亚海事安全局(AMSA)负责，而在加拿大则由海岸警卫队所属的港监(Port Warden)负责。

对于《规则》的执行，各国都有一些指导性的规定。

1、舱容与积载因数
适于散装谷物装载的船都会提供一个谷物舱容，该舱容是舱内所有可装货空间的容积，即平舱舱容。

另外，大多数多用途散货船会按照《规则》A2.7的要求，将货舱顶部两侧用水平角不小于30°的纵向隔板隔出高边柜，成为所谓的谷物“自平舱”(self－trimmed)船，通称散粮船。

这种船的船舶技术资料中，根据《规则》B1.1的规定计算出每个舱的未平舱舱容，也就是假定谷物在舱口
的任何开口处均以30°的静止角下滑所能达到的空间容积，一般为
平舱舱容的97％－99％。

正常情况下，散粮船的满载舱一般装载至《规则》A2.3规定的满载未平舱(filled compartment,untrimmed)状态。

在这种状态下，理论上该舱能装的货重应是未平舱舱容除以积载因数，《规则》B1.4亦是如此规定，但澳大利亚及加拿大均明确规定在计算船舶稳性时应以100％平舱舱容预算满舱未平舱状态下的货重(计算船舶可载货量时当然应以未平舱舱容计算)。

美国在实践中也采取这种做法，原因有二：一是未平舱舱容是根据30°的谷物静止角计算所得，而大部分谷物静止角小于30°，有些甚至只有23°；二是许多谷物装船喷头具有将货流上扬的能力。

这两种情况都将使实际使用舱容大于理论上的未平舱舱容。

如用未平舱舱容预算稳性，实际装载后满载舱装货量将大于预算数字，部分装载舱货量
减少，往往会使稳性趋于不利。

用100％平舱舱容预算
后，实际装载中满载舱中无法装下的货量移到部分装载舱，部分装载舱的谷物最大倾侧力矩产生于半舱左右，如货量多于某一数值会导致稳性不符合要求，我们可以不装。

这种预算方法增大了稳性预算的安全系数，因而被各国一致采用。

稳性计算中所用的积载因数，按《规则》A2.6规定应使用不包括亏舱的积
载因数，但美国及澳大利亚货主提供的积载因数往往是实际装船经验数据，即包括亏舱的积载因数，这可能会使装货后船舶稳性比预算稳性差，应予留意。

2、最不利状态(The Worst Condition)
《规则》A7.1规定，装载散装谷物的船舶在航程中的任何时候均应符合稳性要求。

实践中取航程中稳性最不利的状态进行计算，有以下两种情况：
2.1航程中需进行压载水操作
如由于某种原因，航程中需压入或排出压载水，船舶稳性应取同时操作的所
有压载水柜的自由液面和水量对稳性最不利的状态进行计算。

即，
对底柜，取接近无水状态，此时自由液面最大而压载水量很小，美国建议计算时用自由液面最
大值而水量为0。

对高边柜，取接近满柜状态，此时自由液面最大，柜内水量也
最大。

美国稳性计算表格中液体状况的“中间状态”一栏即是让在航程中需进行压载水操作的船舶填写。

2.2航程中无需进行压载水操作
船舶开航时，为减少自由液面影响，一般均将燃油集中于尽可能少的油柜。

计算稳性时，燃油和淡水柜均取其自由液面最大值。

开航后，为避免单侧油水消耗使船舶产生初始横倾角，原则上油水消耗应左右平衡进行，至少在计算上应是如此。

淡水柜一般位置较高，淡水消耗对稳性有利，可不考虑。

这样，稳性最不利的情况应是预计燃油消耗量最多的两个燃油柜消耗量接近最大时。

然而，由于两个柜的燃油消耗对船舶稳性一般影响很小，且满柜油重与该柜自由液面对船舶初稳性高度的影响在数值上往往比较接近，这意味着，当一满柜(90％)燃油耗尽
时，其重量减少产生的船舶初稳性高度减少值和自由液面消失产生的初稳性高度增大值基本可以相互抵消。

因此，大多数情况下可以以船舶的到达状态作为船舶稳性的最不利状态。

美国表格中只需计算开航和到达状态，即明示采用这种方法。

澳大利亚和加拿大一般也接受这种计算方法。

当然，如船舶中途挂靠港口装卸货或加油，应取各段航程中的稳性最不利状况进行比较以确定整个航程的最不利状态。

3、由于谷物移动引起的船舶静横倾角θh
由于谷物移动引起的船舶静横倾角是衡量装载散装
谷物的船舶稳性的三个指标之一。

按《规则》A7.1.1规定，θh就不大于12°，对1994年1月1日后建造的船舶，应不大于12°或甲板浸水角的小值。

对θh的求取，《规则》只提供一种方法，即作图法，详见《规则》图A7，图中静稳性曲线与谷物移动倾侧力臂曲线的第一个交点所对应
横倾角即是θh。

国内教科书及加拿大、澳大利亚的谷物稳性计算表格都是提供计算法1。

可以证明，计算法求得的θh近似于静稳性曲线过原点的切线(该切线的斜率等于初稳
性高度GM值)与船舶横倾角为0°时谷物倾侧力臂值水平线的交点所对应的横
倾角，即附图中的θ。

也就是说，计算法所得结果只是一个近似值，不能成为该项稳性指标是否符合的最终依据。

一般情况下，用计算法求得的θh小于实际θh，即与用作图法求得的θh，两者相差可达1°以上。

因此，对适用以SOLAS74公约进行谷物稳性衡准的船舶，如用计算法求得的θh不大于12°2，则说明该项稳性指标符合要求。

如求得的θh大于12°，不一定表示稳性不符合要求，而是需用作图法进行更准确的求解。

澳大利亚表格就做了这样的规定，美国表格则要求用作图法求θh。

4、横倾、纵倾及吃水
《规则》A7.3规定，开航前，船长应保证船舶正浮(upright)。

尽量保持船
舶正浮的要求适用于装载散装谷物的船舶的整个航程，即绝对不可用偏一侧装货的方法来调整船舶横倾，且尽量避免因燃油、淡水的存储或消耗等原因使船舶产生初始倾角。

实践中，使船舶绝对正浮是不现实的。

美国对横倾角小于1°的船舶即视为符合《规则》要求，其他国家未作具体规定，应以小于0.5°为宜。

对尾机型船，当谷物积载因数在某个范围内时，船舶满舱又接近满载，首倾往往不可避免。

因首倾使船舶操纵困难且抗风浪能力变差，美国规定开航前首倾
值不得大于船舶两柱间长的0.5％，否则船长应作出这种状态是安全的书面声明。

如在预算时有这种状况存在，应事先询问港监人员是否可作声明或需进行调整。

另外，装载散装谷物时一般都尽量将大部分货舱装至满舱，往往
会导致船体变形较大，特别是中垂。

美、加、澳均以船中水尺确定是否超载，预算中应充分考虑中垂导致载重量减少。

散粮运输通常以岸数确定货量，装货最后阶段应密切监测船中吃水，以免因岸数误差导致超载。

5、底柜压水增大稳性
因货主提供的积载因数的准确程度及港口装货水平等诸多原因的影响，虽然我们在稳性预算中已尽量考虑不利情况，实际装货后的稳性状态仍经常不如预算。

因而对预算结果要留一定的安全余量。

有一种做法是：用
部分装载舱的谷物体积矩最大值进行预算，如结果符合稳性要求，实际装载后部分装载舱无论装至何种高度均可符合要求。

或者，如将谷物移动倾侧力矩的预算值加上5％后仍符合稳性要求，实际装载后稳性一般也
不成问题。

但如稳性预算值很接近最低要求，则应慎重考虑实际装载后稳性不符合要求而需采取补救措施的可能性。

在有富余载重的情况下，底柜压水是增大船舶稳性的最佳措施。

底柜压水在增大船舶排水量的同时增加船舶初稳性高度值，二者均可有效增加船舶许用的谷物移动倾侧力矩。

但压水时一定要将水柜压至自由液面尽量小的状态。

美国允许因港内水脏及其他类似原因(包括水深限制)而不能在港内压水的船舶由船长作出声明，开航后在封闭水域(sheltered water)压水，而以已经压
水的情况计算最不利状态稳性。

即将在封闭水域的压水视为港内完成，不考虑压水过程中的谷物稳性。

该项规定原意是要求开航后在河道或港口附近封闭水域内
应尽早完成压水操作，但NCB执行时在确认安全的情况下会给予较广泛的解释。

如新奥尔良NCB有时会允许巴拿马极限型船在装至巴拿马运河水尺限制的情况
下过运河后再压水以满足稳性要求。

这种做法当然可以解释为船舶可以离开码头后在密西西比河道中压水，航行至巴拿马运河大西洋
锚地抛锚后排水，过运河后再压水，使压水及排水过程均在封闭水域完成。

实际上几乎没有船舶会这样做。

NCB允许船舶过巴拿马运河后再压水等于是默认由新奥尔良至巴拿马运河的墨西哥湾及加勒比海航路为封闭水域。

6、其他假设(Other Assumptions)
散装谷物在运输中的移动程度与很多动力因素有关，目前尚无法予以准确衡量。

因此，《规则》“假设”了一个谷物移动角，即在平舱状态下，满载舱时为
15°，未满载舱时为25°，而后根据这个假设提出装载散装谷物船舶的最低稳性要求。

《规则》B部分详细说明了这些假设及计算方式。

也就是说，《规则》的
所有技术数据及要求是建立在一系列假设之上的。

当然，《规则》列明的这些假设并不是为了描述谷物在运输过程中的实际移动情况，而是为了使按假设所计算出来的倾侧力矩足以反映谷物移动的实际影响，目的是确保船舶安全。

因而，《规
则》B6规定，允许缔约国在符合A7的稳性要求的条件下做出其他假设。

虽有规则的明文规定，但“其他假设”在实践中并不多见，且其能否被其他缔约方认可也大有疑问。

如澳大利亚就明文规定不接受“部分装载未平舱”状态。

虽然这种状态已经得到某些船旗国认可。

澳大利亚目前尚有一些非常原始的散装谷
物装载码头，如Ardrossan港，装船机械是纵向固定的，澳大利亚将谷物表面高低差不超过1m视为水平(level)，要想将货物装成平舱状
态所规定的最大程度的水平，只有经常移动船舶。

而在美国及加拿大，所有散装谷物码头都有不需连续移动船舶即可将货装至当地主管机构认可的“水平”的能力，这种“水平”的标准可能远低于澳大利亚的标准，但即不会出现“部分装载未平舱”状态的问题。

注：1美国表格也提供计算法公式，但只适用于按SOLAS60公约进行谷物稳性衡准的旧船。

对该种船舶稳性衡准只有一个，即由于谷
物移动所引起的船舶静横倾角不大于5°。

2按《规则》A6.3.2规定，1994年1月1日后建造的船舶应提供许用倾侧力矩表或曲线，因此船上实践中不会出现需计算θh同时又需考虑甲板浸水角的情况。