제 4 장 Grain Stability Calculation
1. Loading Safety Inspection
Grain carriage관련 rule에 의해 아래 기관에서 파견한 Surveyor가 draft 및 stowage / stability 적합성 여부를 check하여 선박안전을 도모하고자 실시하며 다음과 같이 적재 전 및 적재 완료 후 검사가 있다.
가) 검사 기관
- 미국 : U.S.C.G 대행으로 The National Cargo Bureau INC. (NCB) Under The Department of Transport
- Canada : The Port Warden Under The Department of Transport
- Australia : Surveyors Under The Department of Shipping And Transport
- 기타 지역 : 상기와 유사한 기관
나) 적재전 Stability 검사
1) 곡물 적재전 본선에서 계산한 출항시, 항해중, 도착시의 상태에 따른 Grain stability calculation이 관계 rule에 따라 맞게 계산되었는지 확인하며 Surveyor에게 계산 근거인 Grain loading booklet을 제시해야 한다.
2) 본선에서 계산한 data가 정확하면 Certificate of readiness를 발급하며 동 증서 발급 및 Hold inspection합격한 시점이 실질적인 Notice of readiness tender시간이 된다.
3) 따라서 미리 계산해 두지 않으면 Certificate of Readiness발급 받을 때 까지 N/R Tender시간이 지연되므로 필히 사전에 계산해 두어야 한다.
2. NCB(National Cargo Bureau)의 Grain stability calculation 작성방법
가) Cover Page :
Ship’s particular 및 Destination 관련사항 기록
나) Part I :
1) Cargo
Cargo 란에 화물명(Cargo brand)을 기입.
2) S.F
FT3/LT 을 M3/MT으로 환산하여 기입. (옆에 표 참조)
3) Grain cubic
- “ 100 %” 란에 Loading manual booklet에서 Trimmed compartment의 capacity를 기입한다.
- Actual란에는 slack된 hold만 실제 선적할 cargo weight의capacity를 구하여 기입한다. (Cargo weight x S.F)
4) Weight
Pre-stowage plan한 cargo weight를 기입.
5) V.C.G
Loading manual booklet의 Volumetric heeling moment curve & table에서 찾는다. 이때 weight를 volume으로 환산하여 그래프에서 V.C.G 값을 읽는다. Full hold에 대해서는 trimmed compartment의 table에서 바로 찾아 기입하면 된다.
6) Moment
V.C.G moment로 weight x V.C.G 한 값이다.
7) Grain loading booklet를 참조하여 Cargo, light Ship & Constant에 대한 vertical moment를 구하고 하단에는 stowage plan을 그린다.
* Grain loading시는 Trimmed condition과 Untrimmed condition이 있으며 통상 Cargo hold capacity를 Trimmed condition일 경우에는 Grain capacity와 같은 값을 사용하나 Untrimmed condition일 경우는 Grain capacity보다 약간 작은값을 사용하므로 Grain loading booklet의 Untrimmed condition table을 참조한다.
Pre-stowage planning 할 때는 Trimmed condition capacity를 사용하여 계산하고, Heeling moment계산에는 Untrimmed condition 값을 적용한다.
만일 Untrimmed condition capacity로 각 Hold에 적재한다면, 27K Bulk선의 경우 적재 완료 후 선적량과 계산량이 Hold당 약 300톤 차이가 발생하여 계산상에 차질을 줄 수 있다.
다) Part II:
각 Tank(F.O, D.O, B.W, & F.W)의 적재상태에 대한 Vertical moment와 Free surface moment를 구한다.
1) Tank & Type Liquid
사용중인 각 tank의 명칭과 종류를 기입.
2) Weight
Loading port 출항시 tank condition을 기입.
3) V.C.G
Loading manual의 해당 tank table에서 volume으로 찾는다.
(최대값을 사용하는 경우도 있음)
4) Moment
Tank에 대한 V.C.G moment로 weight x V.C.G 한 값이다.
5) F.S moment
Loading manual의 해당 tank table에서 volume으로 찾는다.
(호주는Capacity table에 있는 최대값을 사용한다.)
6) Intermediate
적재항을 출항하여 양하항에 직기항하지 않고 bunker 수급 등의 이유로 중간 기항지가 있을 경우에 중간 기항항 입항 condition을 적재항 출항과 동일 방법으로 작성한다.
7) Arrival
양하항 입항 condition을 적재항 출항과 동일 방법으로 작성한다.
8) Displacement와 total V.C.G moment 및 total F.S moment를 구하여
total V.C.G moment / Displacement = KG,
total F.S moment / Displacement = GGo
(유동수 영향으로 인한 중심점의 상승)
KM - KG - GGo = GM을 구한다.
(KM은 Hydrostatic table에서 displacement를 가지고 구한다.)
* NCB Form에서는 현상태의 free surface moment를 요구하나 호주Form에서는 F.O, D.O, & F.W tank에 대하여서는 max. 값을 사용하는 경우가 있으니 이점에 유의하여야 한다.
상기의 계산결과를 참조하여 loading port출항시 및 disch. port 입항시의 Displacement, KGo, GoM을 구하고 만약 loading port 출항후 중간에 bunkering 계획이 있으면 intermediate란도 기재한다.
라) Page 4:
각Hold의 heeling moment를 grain loading booklet에서 구하여 total heeling moment와 maximum heeling moment를 비교하고 heeling angle 및 GoM을 구해 기록한다.
1) Stowage
Filled compartment : “ F ”,
Filled compartment untrimmed : “ F.UT “
Partly filled compartment : “ PT “ 로 표시한다.
2) Grain depth or ullage (M)
Volumetric heeling miment curve & table에서 slack된 hold의 적재된 화물의 capacity로 ullage값을 찾는다.
3) Volumetric heeling moment(M4)
Full 적재 hold는 loading manual 상 untrimmed compartment condition의 heeling moment값을 table에서 직접 찾아 기입하고, slack hold의 경우는 해당 hold의 그래프상에서 cargo volume을 가지고 moment를 구한다.
4) Grain heeling moment(M.T - M)
Volumetric heeling moment / S.F(M3/MT) = Grain heeling moment
5) Max allowable heeling moment
Grain loading manual booklet에서 Displacement와 KG 값을 가지고 table에서 찾는다.
table에서 값을 찾을 때는 선형 내사법(linear interpolation)을 사용하여 정확한 값을 구한다.
- Actual heeling moment를 구할 시 본선의 booklet에서 제공된 Filled compartment에 대한 V.C.G가 cargo center일 경우에는 계수 1.06, volumetric center일 경우는 계수 1.00을 곱해 주어야 하나 당사 27K 선박은 통상 volumetric center로 제공되므로 계수 1.00을 곱하고, Partly filled compartment의 경우 1.12를 곱해 주어야 한다.
- 어떠한 경우라도 actual 값이 allowable 값을 초과해서는 안된다.
3. 적재 완료후 검사
적재 완료 후 Draft를 check하고, 원래 계획대로 선적되었는지 및 slack hold의 leveling은 잘되었는지 또한strap down이나 shifting board를 설치 한 때는 적절한지를 검사하여 모든 조건이 만족되면 Certificate of loading을 발급한다. 동 certificate를 발급 받지 않고는 어떤 경우에도 loading port의 항계 밖을 출항할 수 없고 만약 증서 발행 전 출항 했다면 U.S.C.G. Regulation위반으로 간주한다.
4. Grain Loading상 유의점
가. Draft는 seasonal mark를 초과해서는 안된다. 또한 항해중에 과하게 되면 loading certificate는 무효가 된다.
나. 적재 완료 후 trim이 2ft 이상 by the head가 되는 경우에는 선장의 안전하다는 보증이 있을 때에 한해서 loading certificate가 발급 된다.
다. 적재 완료 후 선체 경사가 1도를 초과 해서는 안된다.
라. 곡물을 적재 할 hold에 인접한 기관 boiler실의 격벽이나 가열된 액체가 이송되는 tank가 있는 격벽은 포장해야 한다.
마. Cargo compartment의 electrical circuit는 disconnect 하거나 fuse를 빼 놓아야 하며, portable cargo lamp나 기타 전기 기기는 창내에 장치 해서는 안된다.
바. Heeling moment가 과대하여 allowable을 초과하는 경우에는 slack hold를 조정하던가 tank의 사용을 최소화하는 방법으로 heeling moment를 줄이는 방법을 강구하여야 한다.
1) Slack hold의 화물이 hold capacity의 27K 선박의 경우 25 ~ 55 % (No.1 Hold는 40 ~ 70%) 정도에 이르면 heeling moment가 과대하므로 이것을 줄이기 위해 capacity를 적절히 조정하도록 한다.
2) Bunker & F.W tank 의 사용 수를 최소화 하도록 한다.
사. 통상적으로 shore측에서 제시하는 곡물의 Stowage factor는 Untrimmed end void space를 포함한 Gross grain capacity에 대한 체적에서 구한 것이며 동일 화물이라도 선박의 선형, hold수 등에 따라 차이가 있다. Stowage plan을 작성할 때는 cargo space는 Gross capacity를 기준으로 Hold wise별 Tonnage를 정하고 NCB에 제시하는 Stability calculation에는 void space를 제외한 space로 S.F를 다시 산출하여야 한다.
Cargo space를 void space를 제외한 Net space에 적용하여 선적한 결과 각 hold별로 400여톤씩 달라져 trim조절 / slack hold수 조절 실패로 계획한 화물의 Short load및 trimming까지 실시한 경우가 있다.
아. Slack hold에 사전 계획량을 이미 선적해 버린 관계로 balanced cargo 또는 trim조절을 할 수 없는 경우가 생기게 되므로 본선 strength에 무리가 없는 한, 계획한 slack hold는 balance cargo로 trim조절할 수 있도록 계획량에 상당한 여유를 남겨 놓을 것.
자. Loading이 완료되는 hold는 hatch rail및 drain hole주위를 air로 깨끗이 불어 낸 후 hatch cover를 닫도록 하고 slack hold가 되는 trimming hold는 NCB검사관이 check를 할 수 있도록 open상태로 두고 화물을 추가로 선적할 경우도 있으므로 화물계산 결과 이상이 없을 시 close한 후 hatch cover cleat를 철저히 채우고 Ram neck tape를 붙여 악천후에 대한 대비를 철저히 하여야 한다. (전 Hold close시 작업종료로 인정되어 Balance cargo 수급이 불가한 경우가 발생할 수도 있으므로 주의한다.)
출항 후 항해 중 Drain hole이 막혀 물이 hold내로 들어간다든지, hold상의 rust scale이 악천후로 인한 본선의 진동으로 화물 위로 떨어지는 경우 등 항해 중 많은 문제점이 발생할 가능성이 있으므로 양하항 입항 하루 전쯤 Hatch hover를 open하여 화물의 상태를 검사하고 이상이 발견시 이에 대한 적절한 조치를 취한다
4. Heeling moment계산시 유의점
가. 27K 선박의 경우 Partly (Slack) filled compartment에 대한 transverse heeling moment는 hold even 상태의 surface에 대한 moment of inertia가 아니고 grain shift를 고려한 repose angle을 가정하여 25도 경사 상태의 surface에 대한 free surface moment를 구하여 사용토록 되어 있으므로 Grain loading manual상 curves of volumetric heeling moment for partly filled compartment 의 그래프에서 값을 구하여야 한다.
나. 27K 선박은 B-60 type으로 초기 건조시 S.F 45, 55, 65 CF/LT 상태에서 모든 loading condition을 만족하도록 만들어 졌으며 Untrimmed 상태에서 1 hold slack시에만 가능한 것이 보통이다.
건현이 작아 Allowable heeling moment가 약간 적음.
다. 27K 선박은 Grain loading manual상에 Untrimmed full loading시에 grain heeling moment를 산출하기 위해 transverse heeling moment에 항해중 용적 침하를 고려한 상수값 1.06을 곱한 volumetric heeling moment를 적용하도록 되어 있지만 조선소 측에서 본선의 안전을 고려하여 2중으로 적용토록 manual을 만들어 heeling moment가 과다하게 산출되는 결과를 가져왔음. 그러나 개정된 Loading manual에 따라 실제 본선에서 계산 할 때는 상수값을 full loading시에는 1.00을 partial loading 시에는 1.12를 적용 한다.
라. Panamax형 선박과 같이 대형선이 loading 또는 Discharging port의 draft limitation때문에 Full DWT에 비해 allowance는 많이 있으나 Actual heeling moment나 heeling angle이 요구조건을 상회할 시는 다음과 같은 요령으로 하면 NCB에서 별도의 trimming이나 strap down을 실시토록 하지 않는다.
1) loading완료시의 final stability calculation은 hopper tank stability를 만족시킬 충분한 량(DWT Allowance이하)을 hopper tank에 ballasting 하는 것으로 계산 제출하고
2) Draft limitation지역을 벗어나면 즉시 상기량을 ballasting하겠고 본 stability calculation은 틀림 없다는 것을 약속한다. (N.O.L.A등 GUlf지역에서는 선장의 letter를 요구)
3) Ballasting후 ballasting량 및 시간(시작 / 종료)을 NCB사무소에 타전한다. (N.O.L.A등 Gulf지역 요구)
5. Slack Hold의 Heeling moment
가. SOLAS 규칙에 의한 요구 값
Hold에 밀, 콩 등의 곡물을 포장하지 않고 산적으로 적재하면 화물의 표면은 선체 동요에 따라 기울어진다.
그 때문에 화물의 중심위치가 선체의 중심선에서 벗어나고, 또 처음 위치보다 위로 올라가기 때문에 선박이 기울어지는 moment가 발생하며, 그것이 커지면 배를 전복시키는 위험이 따르게 된다. 따라서 포장하지 않는 곡물을 적재하는 경우에는 SOLAS에서 규정된(Grain code) 계산 방법으로 화물의 표면 경사에 따른 화물의 경사 moment를 계산하여야 한다.
그러므로 화물을 적재했을 때는 항해 중 화물의 이동으로 인하여 배가 기울어졌을 경우에 다음의 조건들이 만족되어야 한다.
1) 포장하지 않은 화물의 이동으로 인해 발생하는 선체의 경사각이 12도 이내일 것
2) 선체 경사각 40도까지의 정적복원력 곡선과 포장하지 않은 화물의 이동으로 인한 경사 moment 곡선 사이의 둘러싸인 잔존동적 복원력이 0.075m-rad 이상이 될 것.
다만, 유입각 (
3) Tank의 자유표면의 영향을 수정한 다음 메터센터 높이(GoM)는 0.3m 이상일 것.
* Slack hold에서는 cargo의 SF에 따라서 화물의 표면이 Topside tank와 아래에 있는 Hopper tank의 중간에 오는 경우가 많다. 이때에는 화물 표면의 폭이 가장 넓어지므로 heeling moment가 커지게 된다. 또한, SF에 따라서는 slack hold가 거의 빈 상태로 되는 경우도 있다. 이때에는 grain 화물로 인한 heeling moment가 작으나 hogging moment가 커져서 bending moment의 값이 과대하게 되므로 주의한다.
Slack hold을 어디에 두는가, 또 그 화물창의 길이를 어느 정도로 하는지는 Grain 복원력의 계산 뿐만 아니라 trim과bending moment의 계산을 하여 세 가지 모두 만 나. Slack Hold의 heeling moment와 경사각
1) Slack Hold의 heeling moment
(사각형 AOCE) x x3 (m3 )
이때 Hold의 길이를 l3(m) 라 하면 용적경사moment =
(사각형 AOCE) x x3 x l3 (m3 ) 따라서, 이때 Slack hold의 화물용적은 화물중량에 SF (m3/ton)를 곱하면 구해진다. 그 용적을 알고 있으면 Loading manual의 그래 프 (그림 참조)에 나타난 점선에 따라 그 때의 용적 경사 moment 와 그 Hold의 KG를 알 수 있다.
그림에서 알 수 있는 것과 같이 heeling moment는 곡물의 표면이Wing tank와 Hopper tank 중간에 왔을 때 가장 커진다.
Slack hold의 heeling moment를 계산할 때에는 가로 방향의 이동 moment 이외에, 화물의 중심위치의 상하 방향 이동에 따른 영향도 고려하여 가로방향의 이동으로 인한 heeling moment를 1.12배로 한다.
2) 경사각의 계산
약산법으로 계산해 보면,
Volumetric heeling moment(m4)를 SF로 나누어서 heeling moment(ton-m)를 구한다. 그 heeling moment에서 선체를 1도 경사시키는데 필요한 moment[= Disp(ton) x GoM(m)x sin 1도]로 나누면 선체경사각이 구해진다.
6. Trimming
가. Trimming 요건
1) 정지각이 35도 이하인 산적화물
- 합리적인 수평으로 trimming 하여야 한다.
- 화물이 창저 또는 갑판에 대하여 과잉되지 아니하는 범위에서 가능한 한 만재로 적재되어야 한다.
- 곡물류와 같이 자유로이 이동하는 건조 선적화물을 운송하는 경우에는 곡물의 적부 및 운송에 적용되는 각 요건에 따라야 한다.
2) 정지각이 35도 이상인 산적화물
- 화물을 하부적재 장소에만 적재하는 경우에는 화물을 창저全面선측 까지 이르도록 그리고 화물정부의 높이를 낮추어 창저하중을 평균화 하도록 trimming을 하여야 한다.
- 이러한 trimming이 필요한 때에는 창구부에 있는 화물을 평평히 하여 하부 양 선측단 및 전후격벽에 이르는 사면을 대폭 비슷하게 하면 된다.
나. Trimming 방법
1) Free Pour
Hatch square 안쪽의 화물은 각 부분에 높이가 같은 일련의 작은 봉우리(Peak)를 만들면서 계속하여 free pouring을 함으로써 상당히 평평하게 trimming할 수 있다.
2) Integral spout machine trimmers
Spout trimming은 spout 끝의 trimming shoe 또는 rotating head를 가지고 trimming하는 것으로서 석탄 및 곡물에 이용되며 광석 및 정선광에도 이용될 수 있다.
3) Separate deflector
화물을 선창 구석까지 직접 보낼 때 이용된다.
4) Machine trimmer
화물을 선측으로 이동하기 위하여 선창내 화물위로 불도저를 내리는 경우 등이다. 이 작업은 화물을 다져지게 하여 양하시 grab 작업을 어렵게 만들 수 있다.
5) Hand trimming
보통 삽으로 하는 것으로 적은 양일 경우를 제외하고 고밀도 화물에는 적합하지 않다.
다. Self Trimming
1) IMO Res A264(VIII) 제 3규칙에 의하여 filled compartment에서는 가능한 한 최대한도 까지 만재되도록 trimming하게 되어 있다. 이에 따라 특히 미국에서는 선박자체가 self trimming 장치를 갖추도록 요구하고 있으며 이를 설치하지 아니한 선박은 hatch 전후방의 trimming을 요청 받게 되고 이때 소요되는 trimming charge를 선주가 추가로 부담하게 되어 있다. Self trimming 장치란 hatch 좌우방향에 설치되어 있는 기존 topside tank 뿐만 아니라 hatch의 전후방향에도 이와 유사한 slipping bulkhead를 가지고 있어서 grain을 free pouring 했을 때 trimming하지 않아도 되는 선박을 말한다.
2) 따라서 1) 항에 적합하지 않은 선박은 Untrimmed end의 void area을 감안한 grain loading manual을 추가로 가지고 있어야 한다.
3) 2) 항의 manual로 적재시는 자체 heeling moment가 크기 때문에 allowable heeling moment를 초과하는 경우가 있으므로 여러 각도에서 stowage를 변경하여 만족한 상태가 되도록 노력하여야 한다.
라. Trimming in CANADA and USA
1) 통상 Canada Vancouver에서 사용하는 elbow spout에 의한 적재시에는 hatch corner 부분을 적재한 후 Inspector가 관찰한 후 양호한 상태이면 ends trimmed로 간주한다. 선체 구조상 elbow spout 만으로는 만족한 trimming을 기대할 수 없는 선박은 machine trimming을 요구한다.
( Machine trimming은 끝이 가늘고 압력이 세게 분출되는 spout을 사용 corner 부분을 적재함.)
2) Elbow spout trimming시에는 추가 비용이 없으나 machine trimming시에는 extra gang을 고용하고 special trimming spout을 차용해야 하기 때문에 추가 비용이 발생한다. (CDN$ 5,000 - 10,000)
3) Elbow spout trimming과 machine trimming 사용 여부는 본선 선체 구조에 달려 있지만 때로는 Inspector의 개인적인 판단에 따라 좌우될 수도 있다. (입항 검사시 machine trimming order를 받았으나 loading중 본선측 요구에 의해 면밀히 관찰한 결과 다른 Inspector로부터 elbow spout trimming이 수용된 경우도 있다.)
4) 미국에서는 heeling moment 계산이 카나다 지역보다 까다로우며 일단 예상 heeling moment가 allowable heeling moment를 넘으면 artificial trimming (카나다의 machine trimming과 유사함) 을 지시하며 artificial trimming시에는 추가 비용이 발생한다.
