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关于货船在货物突然液化时沉没的谜团

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想到危险货物和有毒废物或炸药可能会想到。但是粒状货物,如破碎的矿石和矿砂,每年都要对大量船只的损失负责。平均来说,有10艘“固体散货”运输船被没收在海上失踪过去十年的每一年。

固体散货定义为颗粒状材料直接装入船舱,可以突然从固体状态变成液体状态,这个过程被称为液化。这对任何搭载它们的船只和船员来说都是灾难性的。

2015年,56000吨散货船大部分木星迅速沉没在越南西南约300公里处,19名船员中只有一人幸存。这提示警告关于铝土矿(一种铝矿石)液化的可能性,国际海事组织。

关于宇宙的物理我们知道很多液化来自岩土工程和地震工程的粒状材料。大地的剧烈震动使地下水的压力增加到土壤“液化”的程度。然而,尽管我们理解这种现象,并制定了防止这种现象发生的指导方针,但它仍然导致船只沉没,并带走了船员。

固体散装货物

固体散装货物是典型的“两相”材料,因为它们的固体颗粒之间含有水。当粒子可以接触时,它们之间的摩擦使材料像固体一样运动(即使有液体存在)。但当水压力上升时,这些颗粒间的力就会减小,材料的强度就会降低。当摩擦减小到零时,材料就像液体一样(即使固体颗粒仍然存在)。

一种固体散货,在码头上很稳定能溶解因为当这些微粒被装载到船上时,水中的压力就会增加。如果按照通常的做法,货物由传送带从码头装载到货舱,这可能会导致相当高的坠落,那么这种情况就更有可能发生。船舶在航行中受到发动机和海洋的振动和运动,也会增加水压,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,使船变得不稳定。液化货物可以完全转移到船舱的一侧。如果它恢复力量并恢复到固体状态,货物将保持在移动的位置,导致船在水中永久倾斜或“倾斜”。然后货物可以再次液化和进一步移动,增加倾斜角度。

在某一时刻,倾斜的角度变得如此之大,以至于水通过舱口盖进入船体,或者船不再足够稳定,无法从波浪引起的翻滚运动中恢复过来。由于液化,水也可以从货物内部移动到其表面,随后的自由水的晃动会进一步影响船舶的稳定性。如果不能停止晃动,船就有下沉的危险。

一艘装载矾土的货船。 在上面

国际海事组织有代码控制多少水分是允许在固体散装货物,以防止液化。那为什么还会发生呢?

技术上的答案是,现有的关于固体散货装载和运输的指导过于简单。液化势不仅取决于有多少水分在散装货物还有其他材料特性,如粒径分布、固体颗粒的体积比水和货物的相对密度,以及加载的方法和在航行中船舶的运动。

新材料的生产和运输,如铝土矿这意味着更多的货物正在被运送,而这些货物的材料特性尚未得到充分了解。这增加了货物液化的风险。

商业议程也发挥了作用。例如,快速装载船只的压力会导致更硬的装载,尽管这可能会提高货物中的水压。而要交付与装载相同吨位的货物的压力,可能会阻碍船员在航行中排水。

解决方案是什么?

为了解决这些问题,航运业需要更好地了解正在运输的固体散装货物的材料行为,并规定适当的测试。新技术可能会有所帮助。船舱里的传感器可以监测散装货物的水压。或者,货物的表面也可以被监控使用激光,以确定其位置的任何变化。

目前的挑战是开发一种足够便宜、安装速度快、足够坚固的技术,以便在货物装卸过程中生存下来。如果这些挑战能够克服,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,就可以产生货物是否即将液化的实时预警。

然后,船员可以采取行动防止货物中的水压上升太多,例如,通过排水从货舱(以降低水压)或改变船舶的航向以避免特别恶劣的天气(以减少船舶运动)。如果不可能,他们也可以疏散船只。这样可以克服固体散货液化的现象,减少船舶和船员在海上的损失。

Susan Gourvenec,南安普顿大学,2018Susan Gourvenec,南安普顿大学海洋岩土工程教授,将在我们的散装货物液化研讨会今年10月。书现在

本文最初发表于谈话.读了原文

特色图像来自在上面

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