umwelt-online: Entschließung MSC.245(83) - Empfehlung über ein Standardverfahren zur Bewertung von Querflutungseinrichtungen (1)

Regelwerk, Gefahrgut/Transport / See / MSC

Entschließung MSC.245(83)
Empfehlung über ein Standardverfahren zur Bewertung von Querflutungseinrichtungen

Vom 22. September 2010
(VkBl. Nr. 19 vom 15.10.2010 S. 457)

(angenommen am 12. Oktober 2007)

Der Schiffssicherheitsausschuss -

GESTÜTZT AUF Artikel 28 Buchstabe b des Übereinkommens über die Internationale Seeschifffahrts-Organisation betreffend die Aufgaben des Ausschusses,

AUCH GESTÜTZT AUF Entschließung A.266(V111) mit dem Titel "Recommendation an a standard method for establishing compliance with the requirements for crossflooding arrangements in passenger ships", die von der Versammlung auf ihrer achten Tagung angenommen worden ist,

UNTER HINWEIS DARAUF, dass die obige Empfehlung Vorkehrungen für Querflutungseinrichtungen außer Rohrleitungen (d. h. Querflutungszeiten durch Kanäle) oder eine Einrichtung zur Sicherstellung einer ausreichenden Lüftung für eine wirksame Querflutung (d. h. Berücksichtigung der einschränkenden Wirkung des Luft-Gegendrucks während des Querflutens) nicht enthält,

AUCH UNTER HIWEIS AUF das überarbeitete Kapitel II-1 SOLAS mit Vorschriften über die Unterteilung und Leckstabilität für Fahrgastschiffe und Frachtschiffe, das mit Entschließung MSC.216(82) angenommen worden ist,

IN DER ERKENNTNIS der Notwendigkeit, eine Methodik für die Bewertung der Querflutungseinrichtungen auf Schiffen entsprechend den anwendbaren Vorschriften über die Unterteilung und Leckstabilität im Kapitel III SOLAS festzulegen, um eine einheitliche Behandlung der Querflutungs- und Ausgleichseinrichtungen sicherzustellen,

NACH PRÜFUNG der vom Unterausschuss "Unterteilung, Stabilität und Sicherheit der Fischereifahrzeuge" auf seiner fünfzigsten Tagung erarbeiteten Empfehlungen,

BESCHLIESST die Empfehlung über ein Standardverfahren zur Bewertung von Querflutungseinrichtungen, deren Wortlaut in der Anlage zu dieser Entschließung wiedergegeben ist,
ERSUCHT die Regierungen, die beigefügte Empfehlung über Querflutungsberechnungen anzuwenden und die Empfehlung allen Beteiligten zur Kenntnis zu bringen.

Empfehlung über ein Standardverfahren zur Bewertung von Querflutungseinrichtungen

1 Begriffsbestimmungen

Σk:	Summe der Reibungskoeffizienten in der zu prüfenden Querflutungseinrichtung
s (m²):	Querschnittsfläche der Querflutungsrohrleitung oder des Querflutungskanals. Ist die Querschnittsfläche nicht kreisförmig, dann gilt:
	S_equiv = π ⋅ D²_eguiv / 4 hierbei sind D_equiv = 4 ⋅ A / p A = tatsächliche Querschnittsfläche P = tatsächlicher Querschnittsumfang
θ₀(°):	Winkel vor Beginn der Querflutung. Dabei wird angenommen, dass die Querflutungseinrichtung voll geflutet ist, aber kein Wasser in die ausgleichende Abteilung auf der gegenüberliegenden Seite der Beschädigung eingedrungen ist (siehe Anhang 1).
θ_f(°):	Krängungswinkel bei Gleichgewichtsschwimmlage (θ_f ≤ θ).
θ(°):	Jeder beliebige Krängungswinkel zwischen dem Beginn der Querflutung und der Gleichgewichtsschwimmlage zu einem bestimmten Zeitpunkt.
W_f(m³):	Benötigte Wassermenge, um das Schiff vom Beginn der Querflutung θ₀ in die Gleichgewichtsschwimmlage θ_f zu bringen.
W_θ (m³):	Benötigte Wassermenge, um das Schiff von jedem beliebigen Krängungswinkel θ in die Gleichgewichtsschwimmlage θ_f zu bringen.
H_θ (m):	Wasserdruckhöhe vor Beginn der Querflutung mit den gleichen Annahmen wie für θ₀
H_θ (m):	Wasserdruckhöhe, wenn ein beliebiger Krängungswinkel θ erreicht wird.
h_f (m):	Endgültige Wasserdruckhöhe nach der Querflutung (h_f = 0, wenn sich der Wasserstand innerhalb der ausgleichenden Abteilung an den des freien Meeresspiegels angeglichen hat).

2 Formeln

2.1 Benötigte Zeit vom Beginn der Querflutung θ₀ bis zur Gleichgewichtsschwimmlage θ_f:

2.2 Benötigte Zeit, uni das Schiff von jedem beliebigen Krängungswinkel θ in die Gleichgewichtsschwimmlage zu θ_f zu bringen.

2.3 Benötigte Zeit vom Beginn der Querflutung θ₀ bis ein beliebiger Krängungswinkel θ erreicht wird:

T = T_f - Tθ

2.4 Dimensionsloser Faktor der Geschwindigkeitsabnahme durch ein Ausgleichsbauelement als Funktion von Krümmern, Ventilen usw. im Querflutungssystem:

wobei F mit nicht mehr als 1 angesetzt wird.

Die Werte für k können dem Anhang 2 oder sonstigen einschlägigen Quellen entnommen werden.

2.5 Querflutung durch aufeinander folgende Bauelemente unterschiedlicher Querschnitte:

Wenn die gleiche Wassermenge aufeinander folgende Bauelemente der Querschnitte S₁; S₂, S₃ ... mit den zugehörigen Reibungskoeffizienten k₁; k₂, k₃ durchflutet, dann beträgt der Gesamtkoeffizienten k bezüglich S₁:

Σ k = k₁ + k_{2 ⋅} S₁ ² / S₂ ² + k₃ ⋅ S₁ ² / S₃

2.6 Wenn unterschiedliche Querflutungsbauelemente nicht von der gleichen Wassermenge durchflutet werden, ist jeder Koeffizient k mit dem Quadrat des Verhältnisses des Wasservolumens, welches das Bauelement durchflutet, zum Wasservolumen, welches das Bezugsbauelement durchflutet (das für die Zeitberechnung benutzt wird), zu multiplizieren:

Σ k = k₁ + k_{2 ⋅} S₁ ² / S₂ ² ⋅ W₂ ² / W₁ ² + k₃ ⋅ S₁ ² / S₃ ² ⋅ W₃ ² / W₁ ² ...

2.7 Beim Querfluten durch parallel angeordnete Bauelemente, die zum gleichen Raum führen, ist die Ausgleichszeit mit der Annahme zu berechnen, dass:

S ⋅ F = S₁ ⋅ F₁ + S_{2 ⋅} F₂ + ...

mit

für jedes Bauelement des Querschnitts S₁.

3 Kriterien für die Lüftung mit Luftrohren

3.1 Bei Einrichtungen, bei denen die gesamte Querschnittsfläche der Luftrohre 10% oder mehr der Querschnittsfläche der Querflutung beträgt, kann die einschränkende Wirkung eines beliebigen Luft-Gegendrucks in den Querflutungsberechnungen vernachlässigt werden. Als Minimum ist die Querschnittsfläche der Luftrohre anzunehmen oder die Netto-Querschnittsfläche von beliebigen selbstschließenden Verschlusseinrichtungen, wenn diese geringer ist.

3.2 Bei Einrichtungen, bei denen die gesamte Querschnittsfläche der Luftrohre weniger als 10 % der Querschnittsfläche der Querflutung beträgt, ist die einschränkende Wirkung des Luft-Gegendrucks in den Querflutungsberechnungen zu berücksichtigen. Für diesen Zweck kann das folgende Verfahren angewendet werden:

Der k-Koeffizient, der in der Berechnung der Querflutungszeit verwendet wird, muss den Druckabfall in den Luftrohren berücksichtigen. Dieses kann unter Verwendung eines äquivalenten Koeffizienten k_e durchgeführt werden, der entsprechend der folgenden Formel berechnet wird.

k_e = k_w + k_a ⋅ (ρ_a/ ρ_w) ⋅ (S_w /S_a)²

hierbei sind

k_w = k-Koeffizient für die Querflutungseinrichtung

k_a = k-Koeffizient für das Luftrohr

ρ_a = Luftdichte

ρ_w = Wasserdichte

S_w = Querschnittsfläche der Querflutungseinrichtung (Wasser)

S_a = Querschnittsfläche des Luftrohres

4 Alternativen

Als Alternative zu den Vorschriften in den Abschnitten 2 und 3 und für andere als den in Anhang 2 dargestellten Einrichtungen, können auch direkte Berechnungen unter Verwendung von numerischen Strömungssimulationen, zeitabhängigen Simulationen oder Modellversuchen Anwendung finden.

Beispiel für die Behandlung der Krängungswinkel und der Wasserdruckhöhen bei verschiedenen Stadien der Querflutung

Anhang 1

(Dieses ist ein fiktives Beispiel)

Reibungskoeffizienten in Querflutungseinrichtungen

Anhang 2

Abbildung 2: 90° Krümmer

Abbildung 3: Krümmer R/D = 2

R/D	2	3	4	5	6	7
k	0,30	0,26	0,23	0,20	0,18	0,17

α°	15	30	45	60	75	90
k	0,06	0,12	0,18	0,24	0,27	0,30

Abbildung 4: Segmentkrümmer

Abbildung 5: 90° Doppelesgmentkrümmer

α°	5	15	30	45	60	90
k	0,02	0,06	0,17	0,32	0,68	1,26

L/D	1	2	3	4	5	6
k	0,41	0,40	0,43	0,46	0,46	0,44

Abbildung 6: Rohreinlauf

Abbildung 7: Rohrauslauf

k = 1,0

t/D	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	> 0,05
k	0,83	0,68	0,53	0,46	0,44	0,43

Abbildung 8: Rückschlag-Ventil

Abbildung 9: Rohrleitungs-Reibungsverlust

K = 0,02 / D pro Längeneinheit

Der Wert k steigt sogar an bei einer Abnahme der Froudeschen Zahl, besonders bei Geschwindighkeiten unterhalb von 2 m/s.

Der oben genannte Koeffizient ist ein Mittelwert und variiert mit der Reynoldschen Zahl (d.H. variiert mit V bei konstantem D und ν) sowie mit er jeweiligen Oberflächenrauhigkeit.

Abbildung 10: Schieber-Ventil

Abbildung 11: Butterfly-Ventil

Abbildung 12: Teller-Ventil

Abbildung 13
Querflutung durch aufeinanderfolgende bauliche Kanäle mit einem Mannloch

k = 0,2748 ⋅ L_i + 0,0313	wenn 0 < L_i < 1
k = - 0,0986 ⋅ L_i³+ 0,6873 ⋅ L_i ² - 1,0212 ⋅ L_i + 0,7386	wenn 1 ≤ L_i ≤ 4
k = 1,34	wenn L_i > 4

Anmerkung: k ist der Reibungskoeffizient in Bezug auf jeden Raum zwischen zwei benachbarten Trägern. k wird mit der wirksamen Querschnittsfläche berechnet, deshalb ist in den Berechnungen die tatsächliche Querschnittsfläche A und nicht S_equiv, zu verwenden. Der Druckverlust für den Wassereintritt in das erste Mannloch ist in die Berechnung bereits eingerechnet, und k = 1 ist zu addieren, um die Austrittsverluste zu berücksichtigen.

Abbildung 14
Querflutung durch aufeinanderfolgende bauliche Kanäe mit zwei Mannlöchern

k = 0,4045 ⋅ L_i + 0,0627	wenn 0 < L_i < 1
k = - 0,0424 ⋅ L_i³+ 0,3593 ⋅ L_i ² - 1,1401 ⋅ L_i + 0,356	wenn 1 ≤ L_i ≤ 4
k = 1,17	wenn L_i > 4

Anmerkung: k ist der Reibungskoeffizient in Bezug auf jeden Raum zwischen zwei benachbarten Trägern. k wird mit der wirksamen Querschnittsfläche berechnet, deshalb ist in den Berechnungen die tatsächliche Querschnittsfläche A und nicht S_equiv zu verwenden. Der Druckverlust für den Wassereintritt in das erste Mannloch ist in die Berechnung bereits eingerechnet, und k = 1 ist zu addieren, um die Austrittsverluste zu berücksichtigen.

Beispiel unter Verwendung von Angaben eines Fahrgastschiffes

Anhang 3

Abmessungen der zu berechnenden Querflutungsrohrleilung:

Durchmesser	D = 0,39 m
Länge	I = 21,0 m
Querschnittsfläche	S = 0,12 m²
Wanddicke	t = 17,5 mm

k-Werte für das zu berechnende Querflutungssystem:

Wassereintritt	0,45
Rohrleitungsreibung 0,02 l / D	1,08
2 Krümmer (≥ α = 45°)	0,36
Rückschlag-Ventil	0,50
Wasseraustritt	1,00
Σ K =	3,39

Es wird angenommen, dass eine ausreichende Lüftung vor Ort vorhanden ist.

Daraus folgt:

Benötigte Zeit vom Beginn der Querflutung θ₀ bis zur Gleichgewichtsschwimmlage θ_f:

Wasserdruckhöhe vor Beginn der Querflutung:

H_o = 5,3 m

Benötigte Wassermenge, um das Schiff vom Beginn der Querflutung in die Gleichgewichtsschwimmlage zu bringen:

W_f = 365 m³

Endgültige Wasserdruckhöhe nach der Querflutung:

h_f = 1,5 m

T_f = 721 s = 12,0 min

Benötigte Zeit, um das Schiff vom maximal zulässigen Krängungswinkel für den Endzustand der Flutung θ in die Gleichgewichtsschwimmlage θ_f zu bringen:

Maximal zulässiger Krängungswinkel für den Endzustand der Flutung:	θ = 7 °
Wasserdruckhöhe, wenn der maximal zulässige Krängungswinkel für den Endzustand der Flutung erreicht wird:	Hθ = 3,7 m
Benötigte Wassermenge, um das Schiff vom maximal zulässigen Krängungswinkel für den Endzustand der Flutung in die Gleichgewichtsschwimmlage zu bringen:	Wθ = 160 m³

T_θ= 354 s = 5,9 min

Benötigte Zeit vom Beginn der Querflutung θ₀ bis der maximal zulässige Krängungswinkel für den Endzustand der Flutung θ erreicht wird:

T = T_f - T_θ= 12,0 min - 5,9 min = 6,1 min

ENDE