（轮机工程专业论文）化学品船装卸货综合评价研究.pdf

中文摘要摘要本文对散装化学品船装卸货综合评价研究。文章首先介绍了散装化学品船运输需求现状和安全事故对散化船的影响，阐述了化学品船液货系统组成，母型船的参数。其次，运用前人综合评价数学模型理论，在评价指标体系知识基础上，根据散化船分舱多、单舱单管的结构特点，提出了散化船装卸货评价模型。文章详细分析了装卸货作业时，船舶状态的变化情况和注意事项，从安全性、环保性、经济性三个方面建立了综合评价的指标体系。本模型系统记述了评价指标的确定方法、各指标隶属函数的建立、模糊数学模型的建模过程以及权系数的分配原则。利用典型函数法确定隶属度函数，用户可根据不同的船舶和使用状态修改相关参数得到相应的隶属度函数。最后，本文通过对散化船液货系统的故障诊断，为故障设置的进一步研究起到了指导作用。同时，本评估方法适用于开发其它类型液货船液货系统仿真作业的评估系统，并且对实船液货作业都有一定的借鉴作用和指导意义。关键词：散装化学品船；评价指标；数学模型；故障诊断英文摘要a b s t r a c tt h ei i l te _ 黟a t e dr 锶e 疵ho nl i q l l i dc 嘲oh a n d l i i l go fc h e l i l i c a lt a n k 凹i s 向c u s e d a tf i r s t ，n l e 静e c e n td e v c l 叩m to f 妇l l s 】附t i 嘲u i 豫n 锄to fc h 锄i c a lt a i l l 泔a n dm ei i n p a c to fs 积ya c c i d e n t so nc h 锄i c a lt a i 呔髓a r ei i l t l r o d u c e d s e c o n m y c o m p ( m e n t so fl i q u i dc a r 9 0s y s t 锄a i l dr e l a t e dp 猢e t e f sa r ee l a b o m t e d b 弱c do nt l l em a mm o d e ia n di n d e xs y s t 锄o fi n t e 黟a t c d 嬲s 豁s m e n t ，a c c o r d i l l gt 0t l l es t n l c t l l r ef e a ：t u r e l a to n ec a b i i lo n ep i p e l i i l eo ft l l ec h 锄i c a lt a i l k e r m ei n o d c lo fc a 瑁o0 p 既a t i o ni n “雩g r a t e d 嬲s 器s m 舶t c h e m i c a lt a i l l 澍i sp r o p o s 。d a c o o r d i n gt 0c l l a n g i i l gs 龇o fc 枷e r 趾dk e yp r o c e e d i i l g sm 向唱m ep e r i o do fc a r 印h 锄d l i n gp r o g 阳m ，t a ：r g e ts y s t 锄i sd e v e l o p e df r o m 廿l em r 鹊p e c t so fs 删t y 髓v i r 0 姗e n t 缸de c o n o m i cc o s t t h em e t l l o do f 髂t a b l i s h i l l g l ei i l d c xo fa s s e s s i n g l e 懿切【b l i s h m to fe v e 叮i n d e x sf i l l l c t i o n ，t h ec o u 璐eo fe s t a b l i s i l i n g 廿l em o d e lo ff u z z ym a ：t l l 锄a t i c sa r l dm ep r l ：i n c i p l eo fa l l o 缸1 1 to f 吐l ew e i 曲t e dq u o t i 铋ta 心d 销c r i b 。d t 1 i em 锄b e 娼h i p莎a d 鹤a r ea 曲i e v c db yt y p i c a lm n c t i o 璐，w i l i c ha r ca b l et 0b ec 0 m e c t e db y 删a t i i 唱c 0 删a l i v cp 蹦嘲e t e r sa c c o r d i n gt 0d i 脑c n tc a r r i 盯a n ds t a t e f 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91 0 7 吨增至1 9 9 4 年8 9 1 0 7 吨，增长8 2 ，年均增长率为6 3 。而原油和成品油的同期年均增长率仅为2 4 。进入9 0 年代后，远东( 除日本外) l o 国和地区经济持续高速发展，新的化工企业不断建成投产，大大促进了化学品航运市场的发展。据砒c h a r d s o nl a 、砸e 协会统计，1 9 9 6 2 0 0 0 年间，化学品运输量以年均略低于4 的速度增长。另据英国海运咨询公司( o s c ) 预测，2 0 0 0 2 0 0 5 年间的运输量年均增长4 ，2 0 0 5 年的运输量上升到1 4 9 亿吨。此后年均增长3 7 4 o ，2 0 1 0 年的运输量将达到1 8 亿吨。上海海运局于1 9 8 3 年1 1 月，从日本购进第1 艘载重量3 ，8 6 0 t 的化学品船，开创了中国近海沿海化学品运输。迄今为止，我国也设计、建成了一批化学品船，但基本上都是小型船，只有大连造船厂为马来西亚船东建造过6 艘载重吨4 6 ，o o o 吨的大型化学品船。中国现有的船队中几乎没有大型的多功能化学品船，北美到远东、欧洲到远东，经营化学品船的航线被几个主要的化学品船东垄断，这与我国这样一个航运大国并不相称，也对我们国家的化学品外贸不利。随着中国进入世界贸易组织，中国与世界的联系越来越密切，中国的化学品贸易将会有较大的增加，相应的化学品船队也有所扩大。另据统计资料，1 9 9 1 年化学品船数量和吨位在世界总船队中分别占4 1 9 、1 0 4 ，1 9 9 5 年为5 2 5 、2 7 5 ，2 0 0 0 年达到5 6 3 、3 0 4 。可见化学品船队在世界总船队中的比例一直在增加，化学品船队将成为世界海上运输中的一支重要力量。近2 0 年来，化学品船始终保持着增长的势头，尤其近几年化学品船运力发展要快于化学品运输量的发展，如果加上即将要竣工的船舶，从短期来看，船舶将表现出过剩的态势。因而，营运在北美远东、欧洲远东、中东远东等航线的大型化学品船，将面临更加严峻的竞争环境。第1 章概述1 2 安全事故在散化船运输中的影响国际海事组织( i m o ) 制定的“散装化学品船舶构造与设备规则 及“国际防止船舶污染公约列出了所有具有安全危害性和污染危害性的化学品，列入其范畴的化学品多达7 0 0 余种。具有安全危害性的化学品有2 4 0 多种，对环境污染危害性极小或无危害的化学品有1 0 0 余种，其中绝大多数对环境具有污染危害性。另据有关资料报道，到1 9 8 7 年的2 毗5 年间，在9 5 个国家所登记的化学事故中，发生过突发性泄露的常见化学品按其物质形态分析：液体4 7 8 、液化气2 7 6 、气体1 8 8 、固体8 7 。从事故的来源看：运输3 4 2 、碰撞事故2 6 8 、人为因素2 2 8 、外部因素( 地震，雷击等等) 1 6 2 。从以上数据不难看出，液体危险货物所导致事故比例是最大的。水上化学事故具有突发性强，涉及面广，救援难度大的特点，其危害主要表现为：一是发生爆炸或火灾，造成人员伤亡和重大经济损失，危害港口的安全；二是造成大范围的污染损失或众多人员中毒，严重危害环境和人体健康。散装化学危险货物运输的事故危害，不仅在于其所载货物的危害性质和数量，许多危险货物具有安全和污染双重危害性质，水上化学事故的发生完全可能导致灾难性的严重后果，且火灾、污染往往伴随海损事故同时发生，无疑增加了应急救援工作的复杂性和难度。国际海事组织于1 9 9 0 年1 1 月1 9 日至3 0 日在伦敦召开了国际油污防备和反应国际合作会议，通过了1 9 9 0 年国际油污防备，反应和合作公约及有关决议，会议1 0 号决议将1 9 9 0 年国际油污防备，反应和合作公约适用范围扩大到有害和有毒物质，并制定了运输过程中一旦发生化学事故的应急措施及指南，这对于港口、海洋、船舶建立相应的应急对策、增强应变能力、最大限度地减少事故危害和损失，提供了有益的帮助和指导。1 3 本评估系统的设计思想评估是模拟器培训的重要环节。训练过程以评价反馈为途径来检验计划实施的效果，考核学员的掌握程度，了解学员的学习情况及存在的问题和缺陷。它可化学品船装卸货综合评价研究以使学员在液货仿真操作时得到指导和帮助，促进学员操作水平和处理问题能力的提高，达到培训、学习，提高的目的；标准、合理、可靠地，对学员的成绩进行评估，还可以减轻评估者和被评估者的身心压力和劳动强度，提高考核效率。所以，对模拟器评估系统的研究具有现实意义。建构主义思想认为模拟训练过程是建立学员一定心理结构的过程，评估则是对心理结构形成状况的考核，也就是对学员在模拟训练中操作行为的一种评价。液货作业包括液货泵、液货管系、各种阀门等的操作。装卸货作业间接引起船舶状态的变化，如：吃水差、船体应力、船舶稳性等的变化。但由于操作时机和进程把握不好，导致船舶处于危险状态，如船体受力过大、船舶稳性变差等。如上分析，对货物作业的评估要考虑的因素很多，也很复杂。从培养学员学习货物作业操作相关的阀、泵、及其附属设备和学员对船舶整体状态的把握程度入手，将评估系统分为两部分：( 1 ) 通过分析散化船管系、液货舱结构及其装卸货时的操作要求的基础上，提出了母型船液货货系统及其装卸货流程。( 2 ) 综合评价：一个完整的装卸货结束后，根据操作人员对装卸货进程控制；对装卸货结束状态的控制；对液货舱状态的控制；对船舶状态的控制以及对液货系统附属设备的控制好坏等进行定量评估。在船舶货物作业综合评价指标体系中，各单项指标( 如船体应力、船舶稳性、吃水差等) 均具有直接可测性。对每个单项指标，建立相应的数学模型来评价，利用这些单项指标的得分和单项指标的权重进行运算，便可得到上一级指标的得分，再由这些指标得分和权重分布，经处理后便可得到学员货物作业的总得分。所以，采用模糊综合评价方法是有效可行的。操作评价得到的非数值结果( 卸货操作顺序以及操作对象数量) 在综合评价中以评价指标的形式出现。1 4 本项研究工作主要内容的必要性散装化学品船是载运液体化学品的工具，它是随着现代化学品工业的发展而发展壮大起来的。和其他液货船的显著区别就是散化船的液货舱比较多，液货管路也比较复杂，对设备要求比较高。无论是小型散装化学品船或是中大型的散化船，其货舱结构基本是一中空的钢壳，而被纵向和横向舱壁分隔成数个舱。第1 章概述散装化学品船是高技术、高附加值的船型，其造价为油船的5 倍左右，而其运输的货物种类众多，物理、化学性能各异，特别是很多货品有腐蚀性或毒性，一旦发生事故将给船员及船舶的安全带来危害，对港口及海洋造成污染。因此，要保证危险货物安全运输，必须加强安全预防措施，尤其是应加强对操作人员的教育和培训，在此对化学品船装卸货操作评估研究就有其现实性和必要性。本文的研究工作对化学品船液货装卸操作评估的进一步理论研究具有实际意义，对于化学品船实操也有一定的指导意义，研究成果也可以用于多媒体教学。化学品船装卸货综合评价研究第2 章母型船及其液货系统的介绍2 1 母型船的介绍本文研究的母型船为单甲板、双壳、单机、单桨、单舵的艉机型多功能化学品船。该船适于全球范围内营运，其经过特涂的液货舱和污油水舱可载运化学品和石油产品，其总布置如图2 1 所示：图2 一l 总布置图f i g2 - lh y _ o u td r a w i n g主要参素：总长1 8 2 8 5m ( lo a )垂线间长1 7 5 o om ( l o p )型宽3 2 2 6m ( b )型深1 8 9 0m ( d )设计吃水1 2 1 0m ( d )载重量约4 6 ，0 0 0t液货舱容积( 包括污油水舱) 5 6 ，6 5 0m 3第2 章母型船及其液货系统的介绍压载舱容积( 包括首尾尖舱) 2 3 ，1 9 0m 3航速1 4 5h续航力1 8 ，o o o n i i l i l e2 2 液货系统介绍散化船上可能装载多种不同的货品，而它们之间的化学性质各不相同，同时，散化船结构上的重要特点是液货舱分舱较多、单舱单管。而且，液货管系比较复杂，基本上是每一个液货舱都由自己专用的液货泵和液货管路，这就使得化学品船各个货舱之间、货品与货品之间必须保证有效的隔离，以免不同种液货间相互混合、相互污染，甚至混合后发生反应，造成货品损失，酿成事故。散装化学品船液货系统的组成可分为液货系统、惰气系统、洗舱系统和加热系统等。液货系统是进行液货作业的主要系统，其主要由液货泵、液货管系以及相关的液货阀等组成。2 2 1 液货泵散化船主要利用泵浦来装卸货，而泵浦一般安装于各舱舱底后部。卸货是由泵浦把液货舱中的液货经由液货管系卸到岸上，而装货则是从岸上经由下舱管装到各个舱室。本船液货泵主要有：货油泵：4 0 0m 3 h 1 2 0 m w c 液压深潜泵1 4 台2 0 0o m 1 2 0 m w c 液压深潜泵l o 台1 5 0 m 3 l l 7 0 m w c 移动式深潜泵1 台压载泵：液压型l0 0 0m 3 h 3 0 0 m l cl 台电动型lo o om 3 h 3 0 0 m l c l 台2 2 2 液货管系液货管是由与岸上输送软管或输送臂连接的结合管接头、输送干管及伸向各液货舱的输送支管组成。在输送干管及支管上，根据装卸作业的需要设有液货阀，化学品船装卸货综合评价研究液货阀一般为蝶阀，同时在管路中还设有闸阀。蝶阀或闸阀可在甲板上手动操作，也可在货控室内利用液压系统进行遥控操作。本船每一货舱具有独立的不锈钢货油管，可同时装卸1 6 种不同货品。压载管是由敷设在舱底的压载主管和通向各压载舱的支管及阀件组成。通向各专用压载舱的管路一般采用单线式布置。各压载舱的压载管系相互连接，每个舱均设有吸入口及控制阀。扫舱管主要用来扫净液货主管不能排净的舱内残留货物。扫舱管系的布置与液货管系类似，扫舱管系管径较小并具有更低的吸口，以方便将货物彻底排出舱外。现代大中型散装化学品船一般不单独设置扫舱管系，而是在液货管系的支管上旁接一管径较小的支管作为扫舱管系。2 3 装卸流程a 装货开始( 1 ) 通知岸方开始泵货，并要求较低速率( 初装时直观速率不超过1 州s ) 此时应检查如下项目：液货舱选择，非预定装货的液货舱也检查，防止阀门开错：液货软管或吊臂的工况；船员生活区、机舱和泵舱内的液货气体浓度；海面有无化学品痕迹；检查透气系统是否处于正常状态。( 2 ) 以上检查完毕后，大副可通知案方提高装货速率，直至正常为止。当达到预定的装货压力时，还应按上述步骤进行逐项检查，以防止压力的提高可能出现的任何问题。( 3 ) 在进行装货作业时，大副是船上的总指挥。具体操作由其他驾驶员和值班水手来承担。b 装货期间( 1 ) 在正常的装载期间，作业由当班驾驶员和水手按照大副制定的装货计划进行。( 2 ) 进行必要的排压载水工作。做这项工作时应避免出现不必要的纵倾和横倾，并力争将水排尽，尤其是在满载的情况下，这一点更为重要。第2 章母型船及其液货系统的介绍( 3 ) 注意各舱空挡上升情况，作为值班驾驶员必须对当时装货速率、各舱装货种类、预定装卸的数量和相应的空挡、当时已装数量和空挡高度以及当时的船体正浮情况、吃水情况等做到心中有数。对装货有任何怀疑时，应随时向大副汇报。( 4 ) 值班驾驶员应与岸方负责人员保持有效的通信联系。当发生任何应急情况时应立即通知岸上停止装货，并应采取其他有效的安全措施。( 5 ) 有时岸方可能发生装错货物品种事故。因此，有时会要求在装货开始不久，要进行测定货物的比重和温度，并与岸上提供的数据相对照，如有怀疑，应停止装货，直到弄清楚为止。c 平舱作业( 1 ) 作为装载的最后阶段，平舱是最为繁忙而又必须谨慎进行的作业，如果粗心，就可能会酿成大的污染事故。( 2 ) 值班驾驶员应清楚各舱留出的空挡。通常在大副制定的装货计划中会明确地写出来。在即将进行平舱作业之前，值班驾驶员首先要做的是通知岸方降低装货速率，并关闭其他货舱阀门留待平舱，然后逐一货舱进行平舱作业。在一般装载即将到达规定的空挡高度时，应谨慎进行阀门操作，即先打开下个预定要进行平舱作业的液货舱阀门，然后再关闭到了空挡高度的满舱液货舱的阀门。如果是手动阀门，还应提前一段时间。( 3 ) 在装载两种以上货物的情况下，应避免出现几种货物同时满舱而来不及处理的局面。所采取的措施可以是保留一种货物装载平舱，而其他货物暂时停止装载，待第一种货物装载达到空挡后，再进行第二种、第三种货物的装载平舱尾工作。d 卸货开始( 1 ) 安全检查、货物计量工作以后，大副制定卸载作业计划，值班驾驶员按此计划进行卸货作业。( 2 ) 首先按照要求做好准备工作，然后开关妥当有关的阀门，最后通知机舱化学品船装卸货综合评价研究气动货泵开始卸货。( 3 ) 泵启动正常后，大副或值班驾驶员应确认有关阀门处在开启关闭的正常状态。首先开启一个液货舱的吸入阀进行卸货，待船上建立正压后再缓慢打开排出阀，这时船岸双发检查管系阀门是否有渗漏现象的发生，并待一切正常后，方可增加泵浦转速，并同时打开旁通回流阀，防止因泵浦转速增加而导致压力过高。待泵浦达到所需的转速时，根据港方管线的受货能力，注视压力表，调节回流阀至所需压力。( 4 ) 需多台泵浦同时工作时，必须分别启动，待一个泵正常运转后再启动下一台泵浦。( 5 ) 如果出现管路破损或错误操作阀门等原因以致发生向舷外溢液的事故时，应迅速使用应急手柄，马上停止泵的运转。还要注意，若此时正在压水，则在停泵的同时，还需将海底阀迅速关闭。( 6 ) 卸货时应注意船舶的纵横倾，并注意输液软管或吊臂及系缆的受力情况，一般当液货舱内液位高度只剩5 0c m 3 0c m 应通知机舱开启扫舱泵进行扫舱，并应通知港口值班人员。扫舱结束后如需顶水，则应开启有关阀门，以便剩余化学品流通。最后拆管并关闭所有阀门。e 液舱测量和货物取样( 1 ) 用安装在各舱的封闭式液位测量液位。( 2 ) 通过货舱口或测深管测量液位或取样时应注意：戴上防毒面具、防护眼镜、手套、穿上防护服和高筒靴；不要使用合成纤维的测量杆、卷尺或取样工具；人的站立方向和风向保持9 0 。角；测液位或取样前，应释放货舱内的压力；为避免在可燃气体中引起火花，在货物可能带有静电时，应使用金属量尺、测深杆或取样工具进行测量或取样；应在规定舱口进行测量或取样，当操作完成后，要立刻关好舱盖；假如货舱中装有如：丙烯晴、苯胺、发烟硫酸、氯醇物和苯酚等，不能使用测深管测量或取样，而应进行封闭式测量或取样：当装卸其他货种( 不包括上述货种) 需要精确测量，而封闭式取样仪或液位器又失灵时，可从测深管来测液位或取样。第2 章母型船及其液货系统的介绍f 其他注意事项( 1 ) 在装卸初期启动泵时应由慢到快逐步加速，装卸期间如遇雷雨或附近有火灾情况，应立即停止作业，关阀封舱，或转移到安全地点停泊。( 2 ) 装卸货时，值班人员应根据情况随时调整系统；当班人员不准饮酒、不准离开作业岗位，不准做与当班无关的事。( 3 ) 装货时应定时计量所装数量，掌握装载数度并与岸上进行比较，如果数字相差较大，应与岸方商量，必要时停止装载，查明原因并消除后方可恢复装载。( 4 ) 装货时，一旦发生化学品泄露事故，不可匆忙关阀，应立即通知对方停泵，马上打开空舱液货舱舱阀，降低满溢舱液位，并按船上海洋污染应急计划采取相应措施。g 有关装卸作业情况应按规定记入航海日志和货物记录簿。化学品船装卸货综合评价研究第3 章评价指标体系3 1 评价指标体系构建原理及基本原则3 1 1 评价指标体系构建原理从系统科学的角度看，一个完备系统所能发挥的效能取决于系统内已有的结构和组织关系，系统的结构又影响着系统未来的发展和系统功能的有效发挥。科学合理的安全评价指标体系和评价方法，必须建立在对系统安全影响因素进行综合性系统分析的基础上，这是进行安全评估的出发点。按照系统工程的观念，任何一个系统都可以表示为：s = ( e ，r ) 。式中：s为系统；e 为组成该系统的元素集；r 为元素间的关系。系统的特征由组成系统的元素和元素之间的关系决定。组成系统的元素可以分层次划分，先按系统功能不同划分为子系统，然后进一步划分，直至到最小的元素。元素之间的关系包括子系统内部元素之间的关系以及各子系统之间元素的关系。3 1 2 评价指标体系构件基本原则一个复杂的系统，从不同的角度评价，有不同的评价指标，要确定之，需要进行整理、分类和综合。确定评价指标体系时，一般应遵循的原则有：1 目的性原则：选定指标是为了反映评价对象，因此所有指标都应具有较强的目的性，是为了反映系统的安全性。2 可行性和实用性原则：指标体系的设定要具有可操作性和实用性，要考虑到评价指标数据收集时，综合评价模型使用时的方便、快捷。3 时效性原则：所选指标不仅要能够反映一定时期内系统安全性的变化，而且要具有适时性，在指标容易发生变化时也能适用。4 系统性原则：系统论的观点是指应把事故当作一个整体或系统来加以考虑。因此，综合评价的指标应广泛、系统，能充分反映评价对象的优劣水平。5 定性和定量相结合原则。第3 章评价指标体系此外还要考虑指标体系层次分明和简明科学等要求。从这一原则出发，本章主要从以下三个方面来确定评价的评价指标。3 2 安全性安全性是指液货作业过程中没有人员的伤亡、货损、船体和设备等的损坏行为。下面我们就散化船特点建立安全性指标o3 2 1 船舶吃水差船舶吃水差( t r i i l l ) t 是指船舶艏吃水( f o r ed r a r ) 站与艉吃水( a f id 傩) 以的差值，即f = 砟一吒。当艏艉吃水相等，即吃水差f = o 时，称为平吃水( e v e nk 1 ) ；当艏吃水大于艉吃水，即吃水差z o 时，称为艏倾( t r i n lb yh e a d ) ；当艉吃水大于艏吃水，即吃水差f 2 5 l o p ( l o p 为船舶垂线问长) 。当然，船舶的艏吃水、艉吃水以及平吃水的大小对船舶营运的安全性也产生着巨大的影响。比如说首广尾吃水过大，尽管吃水差还在允许范围内，也可能出现船体倾覆等危险情况，但是，在保证了吃水差后，船舶艏、艉吃水及平吃水的大小主要是由船舶货运量的多少决定的，与货物的装卸好坏无关。所以，在本论文中仅用吃水差作为评价指标，而忽略船舶纵倾的影响。3 2 2 船体应力船体结构是一个由板材和骨架组成的工程建筑物。船舶在使用过程中，受到化学品船装卸货综合评价研究船舶本身及总载重量的各个组成部分的重力、舷外水的浮力、船舶摇荡运动的惯性力等不同外力的作用。为了保证安全，船体结构必须在规定的外力作用下具有抵抗发生极度变形和额外损坏的能力，这种能力称为船体的强度。散化船在它的装卸货过程中，随着液货的不断装入和排出，船体的变形时刻都在变化，尤其是对于大型和超大型的散化船，船体较长较宽，泵间也大都设在尾部使得船体应力进一步加大。根据船舶的结构特点，大副在进行配载和装卸操作人员在进行装卸操作时，主要应该考虑的是船舶的纵向强度( 纵向剪力和纵向弯矩) 。( 1 ) 纵向剪力当船长大于或等于9 0 m ，且装载不均匀或者具有两道纵舱壁时，均应进行剪力校核。根据钢质海船入级与建造规范的规定，舷侧外板能承受的静水切力可按下式计算：幺= 尝一锄( 3 _ 1 )式中：q s 一船壳板上能承受的静水剪力( 1 烈) ；卜一计算剖面对水平中和轴的剖面惯性矩( c m 4 ) ；t r 中和轴处舷侧外板厚度( m m ) ；s 一计算剖面中和轴以上纵向构件对水平中和轴的剖面积静矩( c i i l 3 ) ；【气】船壳板上和纵舱壁上的合成许用切应力，取【f 。】= 1 1 0 m p a ；旷船壳板上各个剖面的波浪切力。q w = 9 8 1 k f l 肚b ( c 6 + o 7 ) 1 0 - 2 ( k n )( 3 2 )非融4 一o 州等绣l 卜系数，其余参数同前。( 2 ) 纵向弯矩为了保证船舶的纵向强度不受损伤，应特别注意货物沿首尾方向的正确配载以及均衡装载，因为当货物的纵向配载发生变化时，即使船舶的排水量保持不变，弯矩仍可能有较大的变化。目前，世界各国对船体纵向受力进行校核所采用的方第3 章评价指标体系法，都是以静水弯矩作为决定船舶纵向强度是否满足要求的主要标准，并且这种方法已经被世界各国发表的船舶建造规范所采用。船舶静水弯矩的计算方法：m ：= 9 8 l 丢阶m + 乃，席x + 鼻_ ) 一c 卯】( 超v 坍) ( 3 3 )式中：w 咆括舾装设备在内的船体重量( k g ) ；m 一船体重量的相当力臂；对中机型船：m _ o 2 2 7 7 l b p ( m ) ；对中后机型船：m _ = o 2 3 5 3l 阶( m ) ；对尾机型船：m = 0 2 4 7 8l b p ( m ) ；w 一括各种管系、轴系和螺旋桨在内的机舱设备重量( k g ) ；x 一机舱设备重量重心距船中距离的绝对值( m ) ；p 广第i 舱载荷( 包括货物、压载、燃油、淡水、粮食等的重量( k g ) ；x 广- p i 的重心距船中距离的绝对值( m ) ；一船舶在计算装载状态时的排水量( m 3 ) ；l b 瑚舶垂线间长( m ) ；c 一系数，可以根据船舶在计算状态的方形系数c b 查得；c 广由静水力曲线图查得3 2 3 船舶稳性船舶稳性( s t a b i l i 哆) 是指受外力作用，船舶发生倾斜而不致倾覆，当外力作用消失后，仍能回复到原平衡位置的能力。稳性不足，会导致船舶倾覆；稳性过大，又会引起船舶在风浪中航行时的剧烈横摇使液货舱中的货物易于产生很强的自由液面效应，严重时也会导致倾覆沉船等事故的发生，所以，我们在装船完毕时必须保证船舶具有适当的稳性。衡量船舶稳性的好坏，需要使用多项稳性指标来综合衡准。船舶稳性在所核算装载状况下必须同时满足下列五项基本衡准要求：( 1 ) 初稳性高度g m 应不小于o 1 5 m 。化学品船装卸货综合评价研究( 2 ) 横倾角等于3 0 。处的复原力臂g z i 口；对应不小于o 2 0 m 。( 3 ) 最大复原力臂对应的横倾角统一应不小于3 0 。如复原力臂曲线因计及上层建筑及甲板室而有两个峰值时，则第一个峰值对应的横倾角应不小于2 5 。( 4 ) 稳性消失角1 5 7 。应不小于5 5 。( 5 ) 稳性衡准数k 应不小于1 0 0 。考虑到本论文基于的液货装卸操作模拟器的功能所受的限制以及简化运算时的稳性校核过程，将上述五项指标归并成计算简便的一项指标要求是极为必要的。根据船舶原理可知，船舶的初稳性方程式为：m r = 9 8 1 g m s i i l p( k n m )( 3 _ 4 )式中：排水量( t ) ；伊一船舶横倾角度( o ) ；例一船舶初稳性高度( m ) 。由此式可知，船舶初稳性的大小与g m 成正比。所以把初稳性高度g m 作为衡量船舶初稳性大小的基本标志。而且，经过论证也是可行的。所以，这样我们就只需计算初稳性高度或重心高度，达到简化评价过程。3 2 4 静电强度静电容易引起火灾，对船舶造成巨大危害。曾经有一艘散化船在美国港口装卸作业时，由于货泵间固定灭火系统释放c 0 2 产生静电放电，引起泄漏的货物蒸气燃烧而发生爆炸。静电对船舶的危害已日益受到人们的关注。散化船产生静电的途径较多，归纳起来主要有以下几个途径产生：( 1 ) 在装卸货过程中，货物在管线中流动，由于摩擦而产生静电。( 2 ) 货物在流过滤器的滤网时，由于摩擦加剧产生静电。( 3 ) 货物经过泵浦或压缩机加压时，由于增大了摩擦而产生静电。( 4 ) 货物发生泄漏或从放空气管放空时，与管口摩擦产生静电。( 5 ) 冲击带电，这种情况多发生在空舱装货初始时。( 6 ) 沉降带电。( 7 ) 水洗舱时，水从舱上部落下分裂成细滴和水雾而产生静电。( 8 ) 由于存在自由液面，产生静电。第3 章评价指标体系( 9 ) 气体扫线时使舱内货物受到剧烈扰动产生静电。( 1 0 ) 用化纤布或丝绸清洁舱壁等产生静电。( 1 1 ) 人体活动带电。在装卸过程中防止静电的危害可以具体到以下几点：初始装卸货时应缓慢进行，流速控制在1 米秒以内；装卸货时应根据管径控制流速与泵与压缩机的转数，使流速约为3 5 米秒；选用粗孔过滤器；禁止用化纤布或丝绸抹擦舱壁；若有必要，可采用接地线。由于岸罐到船舶货舱的管路长度一般有几十米，一般情况下，总能满足z 3f 矿条件。因此，货物管路按照无限长管来处理，这样液货进入货舱时的电荷密度( 电场强度) 就可按s d l o n 表达式计算，即p ：业( 3 5 )刀式中= 1 5 1 0 - 5 库秒米4 ；y 液货的平均流速，米秒。3 2 5 液舱含氧量氧气作为燃烧的唯一助燃剂，是衡量惰气系统工作质量的主要指标，也是散化船货物装卸过程中，甚至是货船船整个营运过程中都必须控制的一个主要指标。在装货前由于装货软管内的空气置换不干净或首次装货时惰化、驱气不彻底、或操作管理不善货舱内出现负压吸入空气等都可导致舱内的含氧量升高，形成爆炸性混合气体危害船舶安全。氧气浓度比在正常空气中含量多时，液化气的可燃范围会变宽，可燃下限受影响不大，可燃上限大为提高。对于不含惰性气体的混合气体，在正常空气中的爆炸极限可按下式估算三：! q q( 3 6 )a | a 七b | b 七c | c l 一混合气体爆炸上( 下) 限；a 、b 、c 一混合气体各组分的爆炸上( 下) 限；a 、b 、c 一混合气体各组分的容积成分。对于含有惰性气体的混合气体，其爆炸极限范围将缩小，可按下式估算：化学品船装卸货综合评价研究厶：三【! ! 垒! 丛! 二垒塑：! q q( 3 7 )。1 0 0 + 驰( 1 一骂)l i 一含有惰性气体的混合气体爆炸上( 下) 限；l 一含有惰性气体的混合气体爆炸上( 下) 限；b i 一惰性气体的容积成分。3 1 6 卸货操作顺序当卸货时要特别注意卸货泵的起动方式，否则由于卸货泵起动产生的压力冲击将对管网甚至船舶安全产生巨大危害：如果用空压机辅助卸货，空压机的起动也是应当注意的。( 1 ) 卸货泵操作顺序在本文基于母型船中，货物装卸系统所采用主货泵均为离心泵，由于离心泵的功率一流量特性( p q 特性) ，确定了离心泵在封闭启动时具有最小的功率和最小的启动负荷。所以，我们通常要求货物装卸操作人员在进行卸货作业时必须在关闭货泵排出阀的情况下启动货泵( 即封闭启动) 。另外，由于现在绝大多数的化学品码头为了利用货物本身的重量来进行装物作业，他们大多将岸罐设置在较高的位置，如果用于卸货的主货泵处于停机状态，也就是说主货泵的排除端还没有建立起压力，此时，如果主货泵的排除端到岸罐之间的管路已经处于连通状态的话，岸罐中的货物就会依靠自身的重力作用倒流进入货物货舱。因此，从船舶安全性来看，在进行卸货作业时，我们必须重视卸货操作顺序的培训。( 2 ) 货物压缩机操作顺序散化船装卸作业完毕后，在拆卸货物软管前，对管路进行扫线作业；当卸货泵发生故障时，可用货物压缩机卸货。在起动压缩机前要将残液放净，以防液击使压缩机造成损失。采取无负荷或轻载方法起动，将旁通阀或卸负荷装置打开。按下起动按钮后大约一分钟，货物压缩机可达到正常转速，关掉卸负荷装置。当排出口压力大于管路中压力0 2 m p 。时慢慢打开排出阀，防止液体倒灌损坏压缩机。3 3 环保性当今众多远洋运输公司把散化船运输的安全性和经济性放在了最为重要的位第3 章评价指标体系置。然而随着社会的发展，人们对生活环境的要求越来越高，各国政府也把环境保护和环境治理放在了非常重要的位置。因此，防止海洋污染和大气污染也成了散化船研究的重点问题。散化船造成大气和海洋污染的途径较多，归纳起来主要是通过以下途径产生：( 1 ) 货物作业时货物气体的排放，包括正常排放和误操作引起液货和气体非正常漏泄排放；( 2 ) 货品残液和残渣的排放；( 3 ) 货舱、压载舱、洗舱等含油或有毒物质的污水排放；( 4 ) 机舱加油、机舱驳油等油类作业中跑、冒、滴、漏等造成油污染；( 5 ) 碰撞、搁浅、触礁等海事引起的液货舱、燃油舱等破损时货物和油料的泄漏和排放；( 6 ) 船上火灾和爆炸等灾难性事故；( 7 ) 机舱动力和惰性气体发生装置的废气排放：( 8 ) 船舶排放生活污水、倾倒垃圾废物和船舷外的油漆作业等。散化船在装卸货操作时是非常容易造成环境污染的一个环节，所以要求操作人员在保证船舶财产和生命安全的前提下，要对装卸操作对环境造成的污染有足够的重视。3 2 1 满舱装货速度散化船装货速度的大小在整个过程中可能引起两个方面较大的影响。一方面是对安全性的影响：如果初始装货速度过大，由于装入空舱内的货物喷溅，将会产生极强的静电电场，使液货舱内极易产生静电击穿而引起静电爆炸等事故。另一方面，作为装货的最后阶段，平舱是最为繁忙而又必须谨慎进行的作业。当然，在装货结束时我们首先需要考虑的是各舱应留的空挡值。但是，为了不使装货结束时的液位升高失去控制，随着液位的接近满舱程度大小，应该适当地降低装货的速度。然而，到何种程度时对应的速度应为多大并没有现成的理论依据。但却有一些经验可供遵循，下面就介绍一种日本在散化船装载结束时的装化学品船装卸货综合评价研究货速度的调整。这种调整方法在咨询多位专家后得到肯定，所以，在本文的评价过程中也采用了这种控制方法。具体平舱方法如图3 1 所示。图中：y 一满舱液位；v 二额定装货速度。t1 0 0 y ，卜_9 7 y1 0 v = ；搿篇上图3 1 液位和速度对应图f 追3 - 1l e v e la n d v e l o c 时安全性方面，我们已经建立了“静电强度”指标，通过控制该指标即可控制初始装货速度。所以，仅选取“满舱装货速度”为环保性指标。3 2 2 空挡高度当货物的装舱位置确定后，随之就是根据货温的变化及货物体积温度系数( 膨胀系数) 来确定各个货舱的膨胀余量( e x p 觚s i o ns p a c e ) 。货舱的膨胀余量应力求合理，既要使货物不致因体积膨胀而溢出舱外，又要避免空档过大，造成运力的浪费。当货船由气温低的港口装货驶往气温高的港口或通过气温高的航区时，由于温度变化大，应留出较大的空档高度；而由高温港口驶往低温港口时，考虑到气候反常的偶然性，也要留出适当的空档，但可以小一些。要提高散装化学品的运输效益，在考虑安全的前提下，充分利用船舶舱容是极为重要的环节。货物的热膨胀系数大，液货舱满液后的压力增长速度为：a p ：警丁坦s( 3 _ 8 )口+ e“式中：bo 材料的线性膨胀系数l l ( ；b 液体在温升t 区间膨胀系数1 k ；口液体体积压缩系数l m p a ；f v 单位压力作用下容积的增大系数。第3 章评价指标体系它较之未满液时温升产生的饱和蒸气压增长速度大数十倍至百倍多，液货舱将因压力的剧烈升高而爆炸。为避免满液现象的发生，在装载货物时，一定要严格遵守散化船规则对液货舱充装极限的规定，根据所需装载货的膨胀系数、装船时的货物温度和液货舱的设计压力、安全阀的调定释放压力以及到达卸货港时液货的参数等，进行安全地装载。一个液货舱所装货物的最大体积l ) 应为：v 间9 8 v 鱼( 3 9 )p l式中：v = 液货舱的容积；风= 货物在参照温度( r ) 下的相对密度；见= 货物在装载温度下的相对密度。3 2 3 压力为了在装货作业时依靠货物本身的重力进行，化学品码头的岸罐大多设置在离海平面较高的地方，因此也就必须有很长的输货管路。而且，在该输货管路的不同部位将会产生不同的管路压力。货物速度的改变、输货管路的泄漏、货物货舱的泄漏等均会引起输货管路压力的变化，因此时刻检测液货管路、软管或输货臂中的压力将会是预测管路是否漏液的一个有效办法，理所当然也就成为评价操作过程是否对环境产生污染的一个指标。另外，当在管路中进行逆流关阀时、当到最后阶段关阀过快时、当管路中还有应该开启而没有开启的阀门时都会在管路中产生压力冲击波，使管路压力明显上升。所以，通过不断检测管路的压力，计算并监测其波动情况即可判断货物装卸过程操作的合理性和正确性。现代散化船的装卸货一般都在货物控制室中进行所有的货物操作，为了方便操作人员装卸货操作，在货物管路上的主要阀门采取液压元件动作的动力来源；另一方面，在货物管线中的气相、液相管线与液货舱的连接处，以及船岸连接装卸货气、液相总管处等位置装有应急截止阀。如果装货时液货舱内的液位超过极限或发生火灾及其它意外情况时，应急截止阀会立即关闭。应急截止阀按作用原理可分为油压式、气压式、机械式和电动式。3 4 经济性化学品船装卸货综合评价研究航运公司经营船舶的目的是为了经济效益。通常要求装卸过程所需时间足够短，消耗能量足够少，以换取更大的经济收益。3 4 1 耗时量吨安全性、经济性、海洋污染和大气污染是当今散化船研究的几个主要问题。而在船东的眼里经济性无疑是他们经营船舶的一个主要目的。缩短船舶在港口的停泊时间是加速船舶运转周期，提高船舶营运经济效益的重要途径之一。船舶在港口的停泊时间由以下组成：( 1 ) 生产性停泊时间是指装卸作业时间、辅助作业( 如移泊、燃料和淡水的补充等) 时间；( 2 ) 非生产停泊是指由于船方或岸方装卸组织工作不善以及一些其它原因造成的停泊等；( 3 ) 自然因素引起的停泊时间是指当风速 1 5 l i l s 或浪高 1 5 m 以及有雷电或附近有火灾时应停止装卸。但是，其中最为主要的而且与本文关系最为密切的是生产性停泊和非生产性停泊时间。货物装卸作业时间的长短，取决于航次货运量和装卸定额。对于航次货运量来说，各航次不尽相同，其中很难有统一的比较依据；对于装卸定额则直接与货物种类、配积载、堆积情况和单船作业工艺等因素有关。在本文的讨论过程中假设货物种类为丙烷、配积载和堆积情况一定，而仅仅取单船作业工艺( 耗时量吨) 作为液货装卸时间长短的评价因素，在这里取每立方米的耗时量主要是为了避免各航次货运量的不同造成的影响。3 4 2 耗能量吨如果我们单纯为了追求装卸的时间短，而造成别的能量消耗过大，并最终造、成经济性的下降，就有点得不偿失了。所以，在对散花穿的装卸操作评价时我们还应该有一个与能耗有关的因素，而最为直接的因素就是耗能量吨了。当然，与装货操作综合评价经济性有关的因素还有很多，比如货物温度、航次状况、码头状况等也应列为经济性的评价指标。的确，它们对经济性有很大的影响。但是，航次状况和码头状况与装卸操作好坏本身并无太大关系，而且，各航次的航运状况不竟相同；各码头的码头状况也不完全一样。所以评价它们就没有一个统一的标准，更何况这两项指标与货物装卸操作本身的好坏关系不明显，第3 章评价指标体系甚至没有关系。货物温度虽然会影响装卸的快慢，但耗时量吨已经有所反映。所以，在对液货船的装卸操作评价时我们还应该有一个与能耗有关的因素耗能量立方米。3 4 3 操作对象数量对于散化船货物装卸操作模拟器来说，对岸接口的使用、货物主管的选择均为自由的，唯一的限制就是使用哪一个对岸接口和货物主管能使输货管线最短、管路损失最小、货物装卸时间最短。而且，是否在散化船船员进行液货装卸操作培训时建立了这种思想是他们以后能否进行正确、经济、高效操作不可缺少的一方面。所以，基于液货船装卸操作模拟器的综合评价系统必须加入学员货物作业操阀数量的评价。3 5 综合评价指标体系综上所述，化学品船装卸货综合评价指标体系如图3 2 和3 3 所示。图3 - 2装货指标体系f i 9 3 2s h i p p i i l gl n d e xs ) ，s t e m化学品船装卸货综合评价研究图3 3 卸货指标体系f i 9 3 - 3d i s c h a r 西n gh l d e 】【勖毽t 锄2 3 第4 章综合评价模型第4 章综合评价模型上一章已建立了综合评价指标体系，本章则论述了综合评价系统中各指标和隶属度函数的确定过程。4 1 综合评价在生产建设、科学研究以及日常生活中，人们经常要对事物进行比较，作出评价，有时还要区分优劣，排出次序或等级。当然，如果只是考虑单一的因素，