Những khuyến nghị về đánh giá ổn định tai nạn cho sỹ quan hàng hải

KS. Bùi Văn Hưng PGS. TS. Nguyễn Kim Phương Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Người phản biện: PGS. TS. Phạm Văn Thuần  PGS. TS. Nguyễn Viết Thành

Tóm tắt: Đánh giá ổn định của tàu là một công việc rất quan trọng của sỹ quan hàng hải. Theo quy định của Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển (SOLAS) bổ sung, sửa đổi gần đây, tàu biển không những phải được đánh giá ổn định trong trường hợp nguyên vẹn mà còn cả trong trường hợp tàu bị tai nạn. Để thực hiện được điều này, sĩ quan hàng hải phải lành nghề trong tính toán, đưa ra quyết định đúng đắn nhằm đảm bảo an toàn cho tàu và thuyền viên làm việc trên tàu.

Từ khóa: SOLAS, ổn định tàu biển, ổn định nguyên vẹn, ổn định tai nạn.

Abtract: Assessment of the ship stability is an extremely important task of the deck officers. Under the provisions of the International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS) amended recently, a ship should be evaluated not only intact stability but also damage stability. To do this, a deck officer should be proficient in calculating and make the right decisions to ensure the safety of ship and crew working on board.

Keywords: SOLAS, ship stability, intact stability, damage stability.

1. Đặt vấn đề

Tại Kỳ họp lần thứ 80 (từ ngày 10/5 đến 19/5/2005), Tổ chức Hàng hải thế giới (IMO) đã thông qua Nghị quyết MSC 194(80). Trong Nghị quyết này, IMO đã sửa đổi, bổ sung Chương II-1 của SOLAS 74 về vấn đề phân khoang và ổn định có hiệu lực từ ngày 01/01/2009. Theo sửa đổi, bổ sung mới này, không chỉ các tàu hàng khô có chiều dài từ 80m trở lên đóng sau ngày 01/7/1998 mà tất cả các tàu không kể chiều dài đóng sau ngày 01/01/2009 đều phải áp dụng quy định phân khoang và ổn định tai nạn [1].

Theo thống kê của Tổ chức Allianz, từ năm 2005 đến 2014, có tất cả 1.271 vụ tai nạn có mức thiệt hại nghiêm trọng, trong đó tai nạn chìm tàu chiếm số lượng lớn nhất (603 vụ) và giữ ở mức cao hàng năm (từ 49÷73 vụ). Cũng theo báo cáo tai nạn của tổ chức này, hầu hết (80%) các nguyên nhân dẫn đến chìm tàu là do tàu không đảm bảo ổn định nguyên vẹn và ổn định tại nạn [2].

Theo Bộ luật quốc tế về ổn định nguyên vẹn, 2008 (International Code on Intact Stability, 2008), tính toán ổn định cho tàu theo tiểu chuẩn ổn định nguyên vẹn là yêu cầu bắt buộc đối với người sỹ quan hàng hải mỗi khi đến hoặc rời một cảng nào đó hay lập một sơ đồ xếp dỡ hàng hóa. Công việc này đối với người sỹ quan hàng hải lành nghề khá đơn giản và quen thuộc. Tuy nhiên, trong trường hợp tàu gặp tai nạn, nước tràn vào khoang của tàu, việc tính toán của sỹ quan hàng hải để đánh giá ổn định của tàu còn gặp nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, những tài liệu hướng dẫn tính toán ổn định tai nạn còn rất hạn chế và thiếu chi tiết gây thêm khó khăn cho thuyền trưởng và sỹ quan hàng hải trong việc đánh giá con tàu xem có thỏa mãn các yêu cầu về ổn định tại nạn hay không để có biện pháp khắc phục kịp thời nhằm đảm bảo tàu tiếp tục hành trình một cách an toàn. Trên cơ sở tính toán ổn định tai nạn và đánh giá theo tiêu chuẩn qui định, bài báo đưa ra những khuyến nghị cho sĩ quan hàng hải về vấn đề ổn định tai nạn trong công tác dẫn tàu an toàn.

2. Tính toán ổn định tai nạn của tàu biển 

Ở trạng thái nguyên vẹn, tính ổn định của tàu biển được đặc trưng bởi chiều cao thế vững và đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh. Trong quá trình khai thác, giả sử một con tàu bị tai nạn thủng vỏ dẫn đến hiện tượng bị đắm một khoang hoặc nhiều khoang và làm thay đổi những thông số như: Chiều chìm của tàu; độ nghiêng dọc; độ nghiêng ngang của tàu; tính ổn định của tàu, đặc biệt là ổn định theo phương ngang. Do vậy, ta phải khảo sát lại trạng thái ổn định của tàu bằng cách tính toán giá trị chiều cao thế vững và đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh.

2.1. Tính toán chiều cao thế vững

Chiều cao thế vững của tàu, tính cho trường hợp ổn định ngang và ổn định dọc, thể hiện bằng công thức [3],[4]:

GM = KB + BM - KG (1)

Khi khoang bị đắm, hai đại lượng KB và BM thay đổi, do vậy GM bị thay đổi theo. Sự thay đổi này phụ thuộc vào kết cấu và số lượng khoang bị đắm. Để tính giá trị GM của tàu trong trường hợp này áp dụng phương pháp tổn thất sức nổi còn được gọi là phương pháp lượng chiếm nước không đổi dùng trong điều kiện khi các khoang bị đắm được xét như các khoang tách rời, không được coi là một thành phần trong thể thống nhất của tàu [4].

Hình 2.1: Vị trí của các thành phần theo phương pháp tổn thất sức nổi

Theo phương pháp này, vì trọng lượng của tàu không đổi nên sức nổi của toàn bộ tàu trong trạng thái này không thay đổi, lượng tổn thất sức nổi của các khoang bị đắm phải được khoang còn lại chưa bị nước tràn vào bù đắp. Theo cách lý giải trên, chiều chìm của tàu phải tăng lên. Hệ số sức nổi, khối lượng, trọng tâm không thay đổi, song vị trí tâm nổi phần chìm của thân tàu thay đổi.

Các bước tính toán mớn nước, độ nghiêng và ổn định của tàu như sau:

Thể tích nước vào khoang bị đắm:

_{V =}  µ  x V₀   (2)

Trong đó: µ - Hệ số ngập của khoang, V₀ - Dung tích của khoang.

Chiều chìm của tàu sẽ tăng lên một lượng [4]:

∆d = (V /(A_w-a)) (3)

Trong đó: A_w - Diện tích đường nước ban đầu của tàu; a - Diện tích đường nước của khoang bị đắm.

Chiều cao thế vững của tàu sau khi bị đắm:

GM₁ = KB₁ + B ₁M ₁ - KG    (4)        

Trong đó:

Độ dịch chuyển tâm nổi tính theo công thức [4]:

     (5)

 

 

Bán kính tâm nghiêng ngang mới BM được tính theo công thức J_T/V₀, trong đó, mô-men quán tính J_T được hiệu chỉnh cho trường hợp tàu sau khi đắm một khoang. Mô-men này nhỏ hơn giá trị mô-men ban đầu, tính cho trường hợp chưa bị đắm [4].     

      (6)

 

Trong đó: i - Mô-men quán tính sinh ra do sự dịch chuyển của tâm F.

    (7)

     

 

Chiều cao thế vững thay đổi một lượng như sau:

  (8)

 

 

Khi đó, chiều cao thế vững của tàu được tính theo công thức rút gọn như sau:                                                                             

    (9)

 

Mô-men hồi phục được tính theo công thức:

  (10)

 

 

Khoảng cách từ trọng tâm tàu đến tâm nghiêng dọc thay đổi một lượng:

     (11)

 

 

Khi đó, khoảng cách từ trọng tâm tàu đến tâm nghiêng dọc là:

 (12)

 

 

Góc nghiêng ngang và nghiêng dọc sau khi một khoang bi đắm:

 (13)

                                                     

 (14)

     

Chiều chúi của tàu sẽ thay đổi một lượng:        

 (15)

 

Sau đây, xét một ví dụ để kiểm chứng kết quả tính toán chiều cao thế vững theo phương pháp tổn thất sức nổi khi tàu bị tai nạn thủng vỏ: Tàu Sunrise Star có trọng tải 75,000 tấn bị thủng ở WBT No.2 (P). Diện tích đường nước của két là 600m², tâm của mặt phẳng đường nước của két các mặt phẳng trục dọc tàu 9,14m, nằm trước mặt phẳng sườn giữa 48,56m. Két này có chiều cao tối đa là 6,10m, có thể tích là 1.859,5m³, tâm của két nẳm trước mặt phẳng sườn giữa 48,62m, cách mặt phẳng trục dọc 11,72m và cách ki tàu 1,51m. Hệ số ngập của két là 0,95, tỉ trọng của nước biển nơi tàu bị thủng là 1.025MT/m³. Các thông số của tàu trước khi bị thủng là lượng giãn nước: 49536MT; LKM: 396,91m; KG: 7,38m; TKM: 14,26m; KB: 4,47m; d: 8,40m; A_w: 5.997m²; LCF: 5,57m (trước mặt phẳng sườn giữa); LBP: 217m.

Kết quả tính toán cho trường hợp tàu nguyên vẹn và trường hợp tàu bị tai nạn như ví dụ trên thể hiện ở Bảng 2.1.

Bảng 2.1. So sánh các giá trị chiều cao thế vững và mô-men hồi phục

 

Như vậy, ta thấy chiều cao thế vững GM và mô-men hồi phục M_hp đều giảm đi. Điều đó chứng tỏ rằng khi tàu bị thủng, ổn định ban đầu (ổn định tại góc nghiêng nhỏ) của tàu bị suy giảm.

2.2. Đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh trong trường hợp tàu bị tai nạn

Khi tàu bị thủng, việc đánh giá ổn định dựa vào đường cong G₀Z đã hiểu chỉnh ảnh hưởng của mô-men mặt thoáng chất lỏng như khi ở trạng thái nguyên vẹn không còn chính xác vì lúc đó ta không biết khối chất lỏng trong két thông với biển ảnh hưởng đến ổn định tàu như thế nào. Trong trường hợp này, ta phải tính toán theo cách sau đây.

Hình 2.2: Các lực tác dụng lên tàu khi tày bị thủng

 

Như Hình 2.2, ta có mô-men hồi phục của tàu sẽ là tổng hợp của các thành phần lực: F_b, P, P₁ và được xác định bằng công thức [4]:

  (16)

 

 

Trong đó: F_b - Lực nổi, có độ lớn (D + w).KN; P - Trọng lực của tàu, có độ lớn D.KG₀.Sinq; P₁ - Trọng lực do lượng nước tràn vào trong khoang gây ra và có độ lớn: P₁ = w.( CLG_két – CLF).Cosq, với D - Lượng giãn nước ban đầu của tàu, w - Khối lượng nước tràn vào trong két và KN - Giá trị ứng với góc nghiêng được tra trong hồ sơ tàu tại bảng đường cong hoành giao (Stability Cross Curves) với đối số là lượng giãn nước. Thay vào công thức (16), ta có:

   (17)

 

 

Từ công thức (17), ta thấy cánh tay đòn ổn định trong trường hợp tàu bị thủng sẽ là:

   (18)

 

Trong đó: KN - Giá trị tra từ bảng đường cong hoành giao với đối số là (D+w); KG₀ - Chiều cao trọng tâm tàu ban đầu đã hiệu chỉnh ảnh hưởng của mô-men mặt thoáng chất lỏng; CLG két - Tung độ trọng tâm khối nước tràn vào trong két; CLF - Tung độ của tâm mặt phẳng đường nước sau khi nước tràn vào tàu.

Hình 2.3: Đường cong cánh tay đòn ổn định của tàu

 

Đồ thị của đường cong GZ_damage sẽ có dạng cơ bản như Hình 2.3. Ta thấy rõ ràng khi tàu bị thủng, cánh tay đòn ổn định của tàu đã giảm đi một lượng đáng kể, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định của tàu. Việc đánh giá đường cong GZ_damage phải tuân theo tiêu chuẩn đánh giá ổn định tai nạn qui định trong Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển SOLAS 74 sửa đổi 2010 [1],[5].

3. Một số khuyến nghị đối với sỹ quan hàng hải về vấn đề ổn định tại nạn

Từ những tính toán ở trên cho thấy, khi tàu bị tai nạn (tàu bị thủng một hoặc vài khoang), tính ổn định của tàu bị suy giảm, nghiêm trọng hơn là mất ổn định khi không thỏa mãn các tiêu chuẩn mà Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển sửa đổi 2010 đưa ra, dẫn đến con tàu không thể tiếp tục hành trình một cách an toàn. Nếu sỹ quan hàng hải không nhận thức rõ được vấn đề này để đưa ra một quyết định đúng đắn sẽ gây nguy hiểm cho cả tàu và thuyền viên làm việc trên tàu.

Do vậy, để đảm bảo dẫn tàu an toàn trong tình huống tàu bị hư hỏng, sỹ quan hàng hải nên:

- Lành nghề trong việc tính toán và đánh giá ổn định tàu, đặc biệt là ổn định hư hỏng;

- Tính toán và lập sẵn bảng đánh giá ổn định tai nạn niêm yết ở buồng lái và những nơi công cộng (như Bảng 3.1) với giả thuyết tàu bị thủng 1 két hoặc 2 két liền kề trong trường hợp tàu chạy đầy tải và chạy ballast. Trong bảng này phải có những biện pháp khắc phục để lấy lại tính ổn định của con tàu nếu có thể và cần thiết;

- Sỹ quan hàng hải (Đại phó) khi lập sơ đồ xếp hàng ngoài việc tính toán ổn định theo tiêu chuẩn ổn định nguyên vẹn còn phải chú ý đến cả vấn đề ổn định tai nạn để lập một sơ đồ xếp hàng hợp lý sao cho khi tàu bị thủng 1 két hoặc thậm chí 2 két, tàu vẫn có thể duy trì tính ổn định để hành trình một cách an toàn;

- Tham khảo Thông tư của Ủy ban An toàn Hàng hải MSC.1/Circ.1245[6] và MSC/Circ. 919 [7] của IMO để hiểu thêm những hành động mà thuyền trưởng và sỹ quan hàng hải phải làm khi tàu bị tai nạn.

Bảng 3.1. Thông tin đánh giá ổn định tai nạn cho tàu SUNRISE STAR

 

4. Kết luận

Khi tàu bị tai nạn thủng vỏ, tính ổn định của tàu bị suy giảm đáng kể, đe dọa an toàn của tàu. Nhiệm vụ của thuyền trưởng và sỹ quan hàng hải là phải dự tính được trạng thái ổn định của tàu trong trường hợp tàu không may gặp tai nạn này. Cách thức tính toán và một số khuyến nghị về vấn đề ổn định tai nạn nêu trên sẽ hỗ trợ thuyền trưởng, sỹ quan hàng hải trong việc tuân thủ yêu cầu của SOLAS 74 sửa đổi 2010 và đưa ra quyết định đúng đắn nhằm đảm bảo an toàn cho tàu và thuyền viên làm việc trên tàu.

 Tài liệu tham khảo

[1]. IMO (2010), International convention for the safety of life at sea 1974.

[2]. Allianz (2015), Safety and shipping Review 2015.

[3].  Bryan Barrass and D.r. Derrett (2006), Ship stability for Master and Mate, Butterword-Heinemann.

[4].  K.J.Rawson and E.C. Tupper, Basic Ship Theory, Butterword-Heinemann.

[5].  Cục Đăng kiểm Việt Nam (2010), Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép.

[6].  IMO (2007), MSC.1/Circ.1245 - Guidelines for Damage Control Plans and Information to the Master for vessels constructed after 2009-01-01.

[7].  IMO (2007), MSC/Circ. 919 - Guidelines for Damage Control Plans for vessels constructed before 2009-01-01.