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货物突然液化时沉没的货船

上次更新时间为2020年9月12日
货船突然液化时沉没的货船之谜

想到危险的货物,可能会想到有毒废物或爆炸物。但是,诸如碎矿石和矿物砂之类的粒状货物每年造成大量船舶损失。在过去的十年中,每年平均有10艘“散装散货”运输船在海上损失。

固体散装货物(定义为直接装载到船舱中的颗粒状物料)可能突然从固态变成液态,这一过程称为液化。对于任何运载他们及其船员的船舶来说,这可能是灾难性的。

2015年,这艘56,000吨的散装货船Bulk Jupiter在越南西南约300公里处迅速沉没,只有19名机组人员中的一名幸存。这促使国际海事组织警告说,相对较新的固体散装铝土矿(铝矿石)可能会液化。

从岩土工程和地震工程学中了解颗粒材料液化的物理原理,这是众所周知的。剧烈的地球震动会导致地下水压力升高到土壤“液化”的水平。尽管我们对这种现象有所了解,并且制定了防止这种现象发生的指导方针,但它仍然导致船舶沉没并带动其船员。

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固体散货

固体散装货物通常是“两相”材料,因为它们在固体颗粒之间包含水。当颗粒可以接触时,它们之间的摩擦力使材料像固体一样起作用(即使存在液体)。但是,当水压升高时,这些粒子间的力会减小,材料的强度会降低。当摩擦减小到零时,材料就像液体一样起作用(即使仍然存在固体颗粒)。

在码头上看似稳定的固体散装货物可能会液化,因为在将颗粒装载到船上时,颗粒之间的水中压力会增加。如果按照惯例将货物从码头区装载到传送带中,而这可能会导致高度下降,则这种情况尤其可能发生。在航行期间,船舶从发动机和海上的振动和运动也会增加水压并导致货物液化。

当固体散装货物液化时,它会在船舱内移动或晃动,从而使船的稳定性降低。液化的货物可以完全转移到货舱的一侧。如果它恢复了强度并恢复为固态,则货物将保持在移位位置,从而使船舶永久倾斜或“倾听”在水中。然后,货物可以再次液化并进一步移动,从而增加了倾斜角度。

在某个时刻,倾斜角度变得很大,以至于水通过舱口盖进入船体,或者船只不再足够稳定,无法从波浪引起的滚动运动中恢复过来。由于液化,水也可能从货物内部流到水面,随后这些自由水的晃动会进一步影响船的稳定性。除非可以停止晃动,否则船舶有沉没的危险。

国际海事组织(International Maritime Organization)制定了法规,以控制固体散装货物中的水分含量,以防止液化。那么为什么它仍然会发生呢?

技术答案是,关于存储和运输散装固体货物的现有指导过于简单。液化潜力不仅取决于散装货物中的水分含量,还取决于其他材料特性,例如粒径分布,固体颗粒与水的体积比以及货物的相对密度以及装载方法和航行期间船舶的运动。

铝土矿等新材料的生产和运输,以及传统矿石在运输前的增加处理,意味着正在运送更多的货物,其物质特性尚未得到很好的理解。这增加了货物液化的风险。

商业议程也起着作用。例如,装载船的压力会迅速导致更大的装载量,尽管这可能会提高货物中的水压。并且运送与所装载的相同吨位的货物的压力可能会阻止在航行期间排放货物的船只的船员。

有什么解决方案?

为了解决这些问题,航运业需要更好地了解目前正在运输的固体散装货物的材料性能,并规定适当的测试方法。新技术可能会有所帮助。船舱中的传感器可以监视散装货物的水压。或者可以例如使用激光监视货物的表面,以识别其位置的任何变化。

挑战在于开发一种价格便宜,安装迅速且足够坚固以承受货物装卸的技术。如果可以克服这些挑战,那么将水压和货物运动的数据与天气和船舶运动的信息结合起来,就可以实时警告货物是否会液化。

然后,船员可以采取措施防止货物中的水压过高,例如,通过从货舱排出水(以降低水压)或改变船舶航向以避免特别恶劣的天气(以减少船舶运动) 。或者,如果不可能,他们可以撤离船只。这样,可以克服这种固体散装货物液化的现象,并且在海上损失的船只和船员更少。

作者:Susan Gourvenec是南安普敦大学海洋岩土工程教授。

资源: 谈话

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