拖輪打橫導致的傾覆風險

介紹

如果處理和操作不當,拖帶作業會存在危險。其中一個特殊的危險是“拖輪打橫”,該情形可導致拖輪或拖帶船短時間內傾覆,造成人員傷亡。

拖輪打橫

英語中除了girting外,girthing、 tripping 和girding都是拖輪打橫的意思。

如果拖纜繫於拖輪中部並被橫向的拉力牽引,會對拖輪施加橫傾力矩。與其他因為外力導致側傾的船舶一樣,拖輪側傾時,浮心向其船體水線下體積中心移動會形成復原力臂,抵消橫傾力矩,從而使拖輪迴正。但是,如果拖纜的拉力足夠大,有可能會超過拖船的復原力臂,使得拖輪傾覆或“打橫”。拖輪打橫可在瞬間發生,事故發生之快使得船員無法及時逃生。不要以為在拖輪打橫發生前,絞車或絞車制動器會破裂或者拖纜會掙斷,事實上小於需求的力就會使拖船傾覆。

拖船穩性、設計及操縱考慮

在船舶靜穩性曲線(靜穩性力臂GZ曲線)上,拐點代表甲板邊緣浸水點。從該橫傾角起,復原力臂的增長率開始減小。拖輪的幹舷一般比較小,因此,拖輪通常橫傾至一個相對較小的角度時,甲板邊緣就會浸水。這意味著與更大的船舶或其它種類船舶相比,拖輪的剩餘穩性較少。甲板邊緣浸水會降低拖輪克服拖纜造成的外部橫傾力的能力。此外,拖輪進行拖帶作業時,因打橫、被拖船船速過高或頂推過程中被纜繩拖曳而沉沒的案例中,經常打開的露天甲板上的通道門、艙蓋、通風蓋以及人孔蓋,會導致海水在甲板邊緣浸水不久後即湧入拖輪,造成穩性迅速喪失。

一些拖輪比其他的拖輪更容易出現打橫危險。這很大程度上取決於從甲板上牽引拖纜的位置(縱向、垂直以及橫向)以及拖輪推進系統的位置。將拖纜繫於接近船舶中部、偏離船舶中心線、並離甲板較高的拖鉤、H架和絞車上的拖輪,比將拖纜固定在露天甲板較低處、靠近船首或船尾縱向中線的導向輪上的船舶更容易打橫。所以,螺旋槳位於尾部而拖鉤、絞車或H架位於船舶中部的傳統拖輪、錨作拖輪(AHT)或操錨供應拖輪(AHTS)比配有直翼式推進系統和全迴轉尾推進系統而拖帶點設在另一端的拖輪更容易打橫。

拖輪打橫導致的傾覆風險

因此拖輪上牽引拖纜的位置至關重要。位置越高,施加於拖輪的力臂和橫傾力矩就越大。如果偏向一側,比如從拖輪H架的一端牽引拖纜,則作用於拖輪的橫傾力矩會在中心線偏向拖帶一側,進而增大橫傾力矩。比較理想的作法是,拖輪上牽引拖纜的縱向位置應遠離船舶中部,使拖纜拉力產生的橫傾力矩降到最低,同時增加回轉力矩,使得拖輪圍繞軸心點旋轉。然而,設置縱向牽引拖纜也有矛盾之處。為使拖纜受力拉緊時,拖輪能夠操縱自由,最好是將拖纜系在靠近軸心點的位置,而對於推進系統在船尾的傳統拖輪而言,該點通常接近船體中部。這意味著,拖輪推進裝置產生的迴轉力矩將減少並可輕易抵消拖纜產生的迴轉力矩。這也增加了拖輪打橫的可能性。

拖輪作業的潛在危險

1如傳統拖輪充當船首拖輪時被拖帶船舶的速度超過,水流對拖輪水下部分的阻力會導致拖輪操縱失控。再加上拖纜產生的橫傾力矩,可能導致打橫情況出現。

2如傳統拖輪充當船尾拖輪,向後退時,如果拖輪中心線和拖帶方向不一致,拖纜會產生橫傾力矩,水流對拖輪水下部分的阻力會加重這一情況。此時,拖纜拉力可能超過拖輪系纜柱的拉力,這也會導致拖輪打橫。

以上兩種情況下,水流對船體的阻力使得拖輪很難與拖纜和被拖船的方向協調一致。如果拖輪出現操縱失控的情況,則是重要的警示信號,作業人員應立即採取措施,防止拖輪打橫。

拖輪打橫導致的傾覆風險

(傳統拖輪和拖帶船的打橫風險更大)

降低打橫風險

現代的拖輪通常在船首或船尾附近都配有堅固的拖纜導向輪,以減少打橫可能性。而老式傳統拖輪通常在船舶中部或其附近位置設有拖鉤、H架或絞車,AHTS為了增加甲板貨物空間和方便拋錨作業,在船舶中部前方設有拖纜絞車。儘管拖帶點靠近船舶中部有利於操縱拖輪,但同時也增加了拖輪打橫的可能性。為降低風險,可以使用多種纜具裝置、固定裝置和配件對拖纜進行導向,使拖纜從拖輪尾部進行拖帶。其中的一些裝置使拖纜可以自由移動,降低了對船舶操縱的影響。

以下探討一些將拖纜導離船中,使其接近船尾的方法。在開始拖帶作業前,就應進行相應安排,否則一旦拖纜承受拉力或已經繫緊,再進行相應操作將非常危險。

  • 固定繩索(Fixed gog或 gob): 一種繩索或鏈條,有時稱作止動繩或束繩(不要與連在被拖船上的系船索混淆),固定在通向主甲板尾端的中心線的板眼或連接件之間,通過寬形卸扣或合適的滑輪與拖纜連接。這種設備可以避免拖纜偏離中心線產生橫向運動,降低打橫風險。如果可以,設備總長度不能超過舷牆間或舷邊欄杆間距離的一半。如果沒有中心繫固點,可將其固定在主甲板尾部任一側的適當板眼之間並連接到拖纜上,以減少橫向運動。
  • 可調繩索(Running gog 或gob): 拖帶作業中,可調繩索可提供最佳靈活性。將其從獨立的絞車捲筒中拉引,繞過固定在主甲板尾部中心線的板眼或連接件上的寬形卸扣或合適的滑輪,並通過寬形卸扣或合適的滑輪與拖纜連接。通過調整這種裝置,可使拖纜從接近軸心點的位置進行牽引,便於操作,必要時也可將其導向船尾以防止嚴重的橫向運動導致的橫傾力矩。使用可調繩索時必須謹慎操作,在拖纜處於拉緊狀態時,繩索將無法進一步絞入收緊。AHTS在進行拖帶時通常會使用固定繩索和可調繩索。
  • 拖纜槽(Towing pods): 主甲板上的固定裝置,將拖纜控制在通向船尾的中心線上。常見於遠洋拖輪。
  • Karmoy滾輪(Karmoy Roller): 框架內牽引拖纜的重型滑輪,固定在通向主甲板尾部的中心線的堅固板眼或連接件之間。常見於AHTS。
  • 拖帶柱軸(Towing pins): 電動遠程操控可伸縮垂直滾軸,通常配有鎖釦裝置,用於限制船尾附近拖纜的橫向移動。可配有一對或兩對。
  • Norman柱軸或止動柱軸(Norman pins或stop pins):設置於船尾或者尾舷兩側的固體垂直金屬柱或滾輪,用於防止拖纜偏離船尾。這種裝置可以是遠程操作、伸縮式電動柱軸,或手動設置的柱軸。
  • 拖帶止動裝置(Tow Stops): 固體鋼結構裝置,用於防止AHTS的拖纜在舷邊欄杆上向前滑動。
拖輪打橫導致的傾覆風險

(一個固定繩索(Fixed gog)裝置)

拖輪打橫導致的傾覆風險

(一艘遠洋拖輪上的拖纜槽(Towing pods))

拖纜應急快速釋放裝置

如拖纜拉力過大出現險情,應考慮啟動拖纜應急快速釋放裝置。根據裝置的不同,可以鬆開拖鉤、釋放絞車制動或允許拖纜絞車自由轉動,以上任意一種方式均可緩解纜繩的拉力,使拖輪重新回正,恢復可控狀態。由於針對快速釋放裝置尚無國際標準,實踐中此種裝置有很多類型和樣式。

拖輪打橫導致的傾覆風險

(一艘遠洋拖輪船尾舷牆上的拖帶柱軸(Towing pins))

拖鉤應配有滑動裝置,並可在駕駛臺對其進行操控,最好每個控制檯附近都設有相應裝置,使其在無論面臨何種橫傾角度、拖纜方向及拖鉤張力的情況下,均能啟動。絞車應配有緊急釋放裝置,能夠通過每個絞車控制檯在任何操作模式下啟動。拖纜應急釋放裝置可以是液壓、氣動或機械驅動,但必須能在斷電的情況下運行。

裝置啟動後,拖纜並不能立即得到釋放,需要幾秒鐘時間來鬆開拖鉤或減輕拖纜拉力,配有制動帶的絞車更是如此,因其在承受負荷情況下自身還存在張力。使用該設備的船員必須熟悉快速釋放裝置是如何運作的,例如為啟動裝置所需打開的液壓或氣壓系統閥門情況,還需熟知快速釋放裝置的其他特性,例如鬆開拖鉤或釋放絞車鋼纜拉力所需時間。在開始拖帶作業前,應將所有釋放手柄的鎖定銷打開。

拖鉤和絞車應急快速釋放裝置應作為拖輪計劃保養體系的一部分,定期進行檢測,最好每月進行一次檢測。在安全可行的情況下,釋放裝置應在承受拉力情況下進行檢測。最近一起事故中,一艘小型拖輪被其拖帶的駁船超越後傾覆。該駁船船尾也有拖輪頂推。隨後發現,儘管拖鉤氣動快速釋放軸的潤滑狀況良好,並在啟動後按照設計狀況運轉,但因其樞軸銷塗了大量油漆,在拖鉤和其支撐板之間堆積大量碎屑造成阻塞,拖鉤在沒有負荷的情況下無法鬆開。即便用金屬桿撬動脫鉤,其仍無法活動。

如果手動布纜,或者將拖纜索眼套在繫纜樁或H架上,緊急情況下幾乎不可能實現快速釋放拖纜。因此不推薦此種方式。

其他注意事項

如果拖輪或拖帶船被推向一側,採取轉向措施使拖輪中心線與拖纜方向一致,會導致拖輪向拖纜傾斜,會增大傾斜角度。

如果對被拖船舶的位置以及拖纜與拖輪首尾中心線之間的角度不察覺,將非常危險。同樣,被拖帶的船舶超越拖輪也十分危險,最近發生的一起此類事故導致三人死亡。在該起事故中,拖船繫於被拖帶船舶的船首,在濃霧中沿河前進。估計拖輪由於擱淺而迅速被被拖船超越。儘管已經啟動了拖纜快速釋放裝置,但拖纜的拉力和角度使拖輪打橫,在拖纜鬆脫前拖輪就已傾覆。

拖輪打橫導致的傾覆風險

(一艘港內拖輪船尾附近的拖纜導向輪,該拖輪配有3個科特導流管內全向推進螺旋槳,前面2個,後面1個。)

拖輪的安全管理體系應當包含有關拖帶作業的全面程序。港口當局的要求應包括在內,特別是在能見度不良情況下的拖輪使用要求以及最低能見度標準。

一些生產商開發出拖鉤自動釋放裝置。其他降低拖輪打橫風險的系統包括,動態橢圓拖帶系統,在該系統中,牽引點沿固定於拖輪上層建築外部的橢圓形軌跡移動。

建議

拖纜應急快速釋放裝置的設定、使用以及其他控制拖纜以減少拖輪打橫可能性的措施均應當在安全管理體系中列明。

在進行拖帶作業時,露天甲板上所有的防風雨門、艙口、人孔、出入口以及窗口都應當關閉鎖緊,以防止甲板邊緣浸水時海水湧入。拖帶作業前的檢查清單內應包含上述檢查工作。另外,這些開口應容易識別,例如給門和艙口噴塗不同顏色的油漆或者在開口邊緣噴塗上鮮明的顏色,並在兩邊都作出適當的警示標誌,例如標註“

拖帶作業時保持關閉”。如果出現拖纜拉力導致拖輪傾斜、甲板邊緣浸水的情況,露天甲板水密的完整性能夠延緩海水湧入拖輪,使能及時啟動快速釋放裝置、操縱拖輪減輕拖纜拉力以及為機艙等艙室內人員逃至甲板,爭取時間。

水密門/防風雨門、艙口、通風孔、窗口、出入口、舷窗、以及與通風相關的所有密封、緊固裝置、和自動關閉裝置都應當包含在船舶的設備維護保養體系中,定期進行檢查和測試。

如果以最大功率或者接近最大功率操作拖輪,一旦出現緊急情況,沒有預留功率進行應對操作。拖帶作業時應儘可能預留足夠的功率以應對緊急情況,滿足不時之需。拖輪系纜樁的拉力承受力應充分大於某一操作所需的拉力。

近期,很多涉及兩艘或多艘拖輪參與的拖帶作業出現的事故中,船速過快是導致危險狀況快速形成的原因之一。各作業方在作業前應商定一個適當的最高速度,將其作為全面計劃程序的一部分,以便在其中一艘拖輪遭遇險情時,各方能夠有時間採取補救措施。拖輪速度越快,拖纜上的受力就越大,在發生事故時可用於採取措施的時間就越短。

如果在拖帶過程中拖輪操縱出現問題,應予以充分重視。在此情況下,必須立即採取措施降低拖帶速度,而且很可能需要釋放拖纜以防止打橫。

如果拖帶裝置發生變化,如安裝新的牽引點或增設絞車,使用前應對拖帶作業的穩性影響予以考慮,並由船級社對此進行查驗審核。

船舶安全管理體系應包含一份全面的拖帶作業前的檢查清單,並在每次作業前填寫該清單,以確保所有事項均準備妥當並運行良好。檢查項目應包括露天甲板上所有開口的關閉和鎖緊情況、最大拖帶速度/功率設定以及拖纜控制裝置。英國拖輪船東協會製作了一份拖帶作業前的檢查清單,雖然該清單針對的是港內拖帶作業,但其分條列述多項檢查項目同樣適用於長距離和近岸海域拖帶作業。


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