散貨船在建造與營運中船體關鍵區(qū)域安全的研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)強勁的發(fā)展與世界貿易量的不斷放大，干散裝貨物的運輸量也隨之急劇增加。散貨船作為世界上貨物運輸?shù)囊环N主流船舶，其貨物包裝費用非常少，貨物裝卸速度快、運量大與運輸成本低等散貨船舶的技術經(jīng)濟特征越來越顯現(xiàn)。以噸位計目前散裝船約占世界船舶的33％，在一定的程度上帶領著世界貿易和經(jīng)濟，所以散貨船是世界貿易的調節(jié)桿。 但是近十多年以來，散貨船事故發(fā)生率大幅度提高，造成了生命和財產(chǎn)巨大損失，引起整個航運界的震驚與極大關注。許

2、多事故報告表明，結構損傷是導致散貨船斷損事故發(fā)生的主要因素之一。在有些狀況下，船舶斷裂就像折斷鉛筆一樣。因此，為了預防船舶結構損失，應該采取科學有效的安全措施。 大部分散貨船的船體結構能力下降與損壞是因為疲勞和腐蝕的影響，而且，往往是因為船體的關鍵區(qū)域的疲勞和腐蝕所致。通過對大多數(shù)散貨船的結構損壞情況的調查，發(fā)現(xiàn)結構損壞大部分是從關鍵區(qū)域開始，這些區(qū)域也是船體的應力集中區(qū)域。結構不連續(xù)和結構破裂都會引起應力集中現(xiàn)象，而關鍵區(qū)域的

3、應力集中和結構破裂也會進一步加劇結構疲勞和腐蝕。一旦船體關鍵區(qū)域發(fā)生損傷，可能會進一步導致整個船體結構惡化。因此，為散貨船的船舶結構安全，船體關鍵區(qū)域的安全顯得極為重要。 船舶建造過程中的工藝不良，貨物裝卸不妥，大風浪操縱不當和船齡較長等各種原因，往往是影響關鍵區(qū)域的損害和引起散貨船體結構變劣的主要原因。 首先，為關鍵區(qū)域的結構安全，船舶在建造過程中各個環(huán)節(jié)工作質量的細仔監(jiān)控特別重要。船舶結構的大部分關鍵區(qū)域都位于結構不

4、連續(xù)的部位、焊接接頭和焊接末端。關鍵區(qū)域的不連續(xù)性與未對準的焊接有很大的關系。如果結構的焊接部位有潛在缺陷，比如：未對準的焊接接頭，未熔合焊接和未焊滲透等，很容易發(fā)生應力集中狀態(tài)，并且也會使其它結構特性下降。此外，現(xiàn)代造船技術是中間產(chǎn)品(零件、部件、組件及次模塊)裝配的一個過程，而船體裝配是一個以焊接為主的過程，所以對船體的關鍵區(qū)域安全而言，造船過程中焊接工作極為重要。 其次，在船舶營運中，船舶貨物裝卸不當會引起結構破壞。如可能

5、因為貨物過載、不正確的配載或裝卸設備使用不當?shù)惹闆r。如果裝卸設備觸撞船體，尤其是碰撞關鍵區(qū)域而引起損壞又不及時修補，將會引起整個船舶結構變劣。船舶在大風浪中運行時，結構可能會受到各種外力沖擊，這些外力會使船體關鍵區(qū)域產(chǎn)生疲勞損傷導致整個船體結構產(chǎn)生裂縫或斷裂事故。因此，貨物裝卸時或海上運行時船體關鍵區(qū)域的安全是很重要的。此外，日常維護與保養(yǎng)工作也是非常重要，如果維護保養(yǎng)不當，則會加速折舊，縮短使用壽命，甚至造成結構損傷，誘發(fā)海傷事故。這

6、項工作的成功與否在一定程度上決定了船體關鍵區(qū)域的腐蝕率。所以，如果在日常維護工作中發(fā)現(xiàn)有輕微的裂紋等損壞，應該立即采取修補措施，以阻止其進一步擴大。同時，在船舶大修時需要詳細檢查所有關鍵區(qū)域，然后進行修理。因此，在船舶營運中為了船體安全，需要特別注意關鍵區(qū)域。 第三，關鍵區(qū)域的腐蝕率是船體結構安全必需要考慮的重要因素。營運中的船體結構在任何時候應確保其可靠性。在船體梁的大部分關鍵區(qū)域的強度因為腐蝕而變差，船體梁結構能力下降，船體

7、的剖面模數(shù)將被減小，導致結構損壞。由于腐蝕船體梁抵抗力隨著時間而下降，靜水彎矩和波浪彎矩等也會使要求載荷發(fā)生變化。由于抵抗能力和要求載荷的變異，船舶結構的可靠性也會隨著時間而變化。應根據(jù)在某個時間內的結構非失效的可能性經(jīng)常測算其可靠性。因此，通過估計船體的隨時間變化的可靠性，可以預測任何時候的結構安全狀況，以防患與未然。 本文在理論與實踐上，對散貨船在建造與營運中的船體關鍵區(qū)域的損傷情況進行了深入研究，并提出了防止船體結構受損的

8、安全措施。 1．在船體建造期間，為了減少應力集中的不良影響，需要特別注意甲板和船底部位縱向結構的連續(xù)性。為了使填角焊補位與托架末端以及開口等關鍵區(qū)域的安全，在加工和裝配時因該特別注意這些區(qū)域。焊接質量不良將會導致關鍵區(qū)域的損傷。腐蝕是關鍵區(qū)域經(jīng)常受到的損傷，因此，在船舶建造時應該注意加強防腐措施。 2．在裝卸貨時，因該避免造成突然超載或不均勻裝載，以防止結構重大損傷。仔細查看貨物裝卸狀況是否正常非常重要。此外，當裝載高密

9、度貨物時，從裝載開始到大艙頂部壓蓋防移層，應該采取適當緩慢的卸載速率。另外，為避免船體發(fā)生扭曲，應充分注意貨物的應力集中情況，采取有效措施，防止不同艙室的貨物聚集于舯線相反舷側。為了避免貨物在航行中移動，在航行之前應合理平艙。 3．為了避免惡劣海況造成的結構損傷，應使船舶操縱至波浪對船體影響最少航向上。避免貨艙進水非常重要，一旦海水進入貨艙，船體結構承載不堪重負，而且由于船體外部其他各種載荷，結構也將更易損害。 4．在檢

10、查、維護和修理工作中，每當裝載腐蝕性貨物諸如高含流量煤炭等貨物之后，應作特別檢查。不應忽略由疲勞或物理損傷導致的任何不起眼的細微的裂紋。船舶結構中的疲勞裂紋如果不被及時修理，可能會誘發(fā)災難性事故。因此，在檢查過程中需要對鋼板的局部厚度測量，并且如果發(fā)現(xiàn)任何板材或肋骨厚度過份損失，應該立刻更新。而且，應在嚴格控制之下，由專業(yè)的焊接工來完成所發(fā)現(xiàn)的所有裂紋的修理工作。 5．船體內外部的各種載荷與應力，以及在船舶營運期間的過大應力都引

11、起關鍵區(qū)域的損傷。貨物裝卸不當、惡劣天氣及船體結構的應力過大都會造成結構損壞。有時，危險狀況發(fā)生得太快，以致于來不及發(fā)布應急信息。為避免這類危險情況，船舶在裝卸貨物和海上運行時可通過沿船體縱向安裝的應力傳感器和加速器測出船體應力變化，并及時報警，以將進行損失減到最小。為此，本文以將要安裝在上海海事大學“育鋒”輪上的“船體應力監(jiān)測系統(tǒng)”(HSMS)為例作了進一步闡述。 本論文的主要目的是通過對散貨船體的關鍵區(qū)域安全的研究，提出有效

12、防止散貨船的結構失效的安全措施。主要完成的工作有： ◆分析了散貨船損壞的原因與關鍵區(qū)域對散貨船體結構安全的影響； ◆探討了散貨船體結構的情況以及在關鍵區(qū)域的結構受傷狀況； ◆闡述了建造過程中尤其在分裝配和總裝配時船體關鍵區(qū)域可能會發(fā)生的損傷現(xiàn)象。為此，本人在造船廠對焊接作業(yè)中可能發(fā)生的焊接不完善性做了深入的調查，并提出了自己的觀點； ◆研究了船舶營運中貨物裝卸、大風浪操縱和維修過程中對關鍵區(qū)域可能會發(fā)生的

13、結構損傷。著重提出了關鍵區(qū)域的腐蝕和疲勞裂紋的檢查與維修要點，并提出了日常維護和修理相應的方法； ◆分析了船體在腐蝕影響下隨時間變化的船體結構可靠性計算方法。文中的安全裕度公式是用以表述抵抗力要求和載荷要求的計算過程。用隨時間變化的腐蝕數(shù)學模型來考慮隨機的抵抗力，以及隨時間變化的靜水彎矩和波浪彎矩的總彎曲力矩這一隨機載荷。通過可靠性函數(shù)對船舶在規(guī)定使用船齡內不同時段的狀況進行計算，并以一艘散貨船為列，對傳統(tǒng)的方法與本文提出的方法