陳偉亞，張露萍

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430074

油碼頭環(huán)境風(fēng)險分析及預(yù)防措施

陳偉亞1，張露萍2

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430074

針對武漢新港某油碼頭火災(zāi)爆炸、溢油等環(huán)境風(fēng)險事故，采用事故樹分析法，對油碼頭火災(zāi)爆炸、溢油事故進(jìn)行了定性分析.事故樹采用布爾代數(shù)法確定最小徑集和最小割集，并對事故原因進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度排序.從油氣隔離、控制明火、防雷防靜電、碼頭設(shè)備質(zhì)量管理、船舶交通安全管理、人員管理、裝卸設(shè)備維護(hù)、裝卸流程規(guī)范等方面提出了防范措施.為有效預(yù)防油碼頭環(huán)境風(fēng)險事故，應(yīng)嚴(yán)格碼頭管理機(jī)制，貫徹實施相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；優(yōu)化碼頭準(zhǔn)入機(jī)制，規(guī)范港口市場秩序；碼頭建設(shè)要滿足防火距離和安全距離；制定完善的應(yīng)急預(yù)案，配備相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施等.

油碼頭；火災(zāi)爆炸；溢油；事故樹；防范措施

0 引言

作為亞太地區(qū)的發(fā)展中國家，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，從1993年我國成為原油凈進(jìn)口國開始，原油進(jìn)口數(shù)量增長迅速.2003年我國己成為僅次于美國的世界第二大石油消費國，2015年我國已超越美國成為全球最大原油進(jìn)口國［1］.隨著原油需求不斷增長，現(xiàn)有碼頭將無法滿足所需運量，因此，充分有效地利用河岸線資源，逐漸增多大型油碼頭的建設(shè)，是我國近年來發(fā)展的趨勢和必然結(jié)果.這些油碼頭在建設(shè)運營過程中，存在一定的環(huán)境風(fēng)險，油品泄漏事故一旦發(fā)生，必將對內(nèi)河水環(huán)境造成嚴(yán)重危害，且泄漏事故與火災(zāi)爆炸、中毒等事故是緊密聯(lián)系在一起的［2］.發(fā)生泄漏事故后若遇到火源，極易釀成火災(zāi)爆炸事故，不僅對大氣環(huán)境產(chǎn)生不良影響，而且可能會造成人員傷亡等損失.

因此，本文針對武漢新港某油碼頭，通過事故樹分析法分析油碼頭發(fā)生火災(zāi)爆炸事故、溢油事故的主要原因，提出降低事故環(huán)境風(fēng)險的一些防范措施和建議，并根據(jù)事故風(fēng)險原因以期指導(dǎo)編制環(huán)境風(fēng)險預(yù)案，可在事故發(fā)生時縮短應(yīng)急反應(yīng)時間，具有較強(qiáng)的實際指導(dǎo)意義，對同類碼頭環(huán)境風(fēng)險預(yù)防工作也具有一定的借鑒意義.

1 武漢新港某油碼頭概況

武漢新港某油碼頭地處長江漢口河青山峽水道南岸，南面為長江河岸，北面為長江水域.碼頭由西向東布置，現(xiàn)擁有兩艘成品油躉船、四艘原油躉船和一艘備用躉船，兩個工作躉船，兩艘拖輪.

1＃、2＃碼頭是成品油碼頭，3＃～6＃是原油碼頭，1＃碼頭為1 000噸級碼頭，2＃碼頭為3 000噸級碼頭，3?！?＃碼頭均為5 000噸級碼頭.6個碼頭型式均為浮式碼頭.油碼頭設(shè)計年吞吐能力為420萬噸，油碼頭原油進(jìn)廠能力為80萬噸／年、成品油出廠量為130萬噸／年.油碼頭主要裝卸油品：原油、汽油、煤油、柴油、石腦油、甲醇、重油、MTBE（甲基叔丁基醚）甲苯、二甲苯等.

經(jīng)實地現(xiàn)場踏勘，碼頭上游有其公司取水口、下游沿長江分布有武湖水廠取水口、陽邏水廠取水口.水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)詳見表1.1 km半徑范圍內(nèi)大氣環(huán)境保護(hù)目標(biāo)見表2.

由表1表2可知，碼頭附近的敏感目標(biāo)較多，而近年來的突發(fā)性環(huán)境事件頻發(fā)，若發(fā)生環(huán)境風(fēng)險事故，公眾的健康和環(huán)境安全都會受到嚴(yán)重影響，因此分析事故原因并采取針對性預(yù)防措施顯得尤為重要.

表1 水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)一覽表Table 1 The water environment protection target table

表2 碼頭周邊環(huán)境保護(hù)目標(biāo)一覽表Table 2 Environment protection target around the wharf table

2 油碼頭事故風(fēng)險識別及分析

根據(jù)油碼頭經(jīng)營的危險貨物物種，對照《劇毒化學(xué)品目錄》（2002年版）、《易制毒化學(xué)品管理條例》（國務(wù)院令第445號）和《監(jiān)控化學(xué)品管理條例》（國務(wù)院令第190號）該碼頭無劇毒化學(xué)品、易制毒化學(xué)品和監(jiān)控化學(xué)品.根據(jù)《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三［2011］95號）和《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三［2013］12號），該碼頭原油、汽油、石腦油、甲醇、MTBE（甲基叔丁基醚）、甲苯為首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品.

這些危險油品在裝卸運輸過程中，可能會因船艙密封不良、管線、閥門安裝質(zhì)量缺陷、管道破損等原因造成油品泄漏，泄漏及其揮發(fā)出的油氣與空氣形成爆炸性混合物，如遇火源（明火、靜電或機(jī)械火花等），則可能發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故［3］.

其次，據(jù)國內(nèi)交通部統(tǒng)計，在1973至2006年這33年之間，我國沿海共發(fā)生大小船舶溢油事故2 635起，其中溢油50噸以上的重大船舶溢油事故69起，總溢油量37 077 t，平均每年發(fā)生2起，平均每起污染事故溢油量537 t.不僅使自然環(huán)境、生態(tài)資源受到損害，經(jīng)濟(jì)蒙受損失，而且嚴(yán)重危害人體健康.

由此可知，油碼頭環(huán)境風(fēng)險主要為火災(zāi)爆炸事故和溢油事故.

2.1 碼頭油品燃爆事故原因分析

事故樹分析（FTA）起源于故障樹分析法，是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法.即從要分析的特定事故（頂上事件）開始，一級一級地分析其發(fā)生原因，直到找出事故的基本原因（基本事件）為止.

以武漢新港某油碼頭油品發(fā)生燃爆事故作為頂上事件，尋找導(dǎo)致油碼頭發(fā)生燃爆事故所有可能的原因，再用相應(yīng)的事件符號和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T把它們從上到下分層連接起來，層層向下，直到最基本的原因事件，這樣就構(gòu)成一個事故樹，其事故樹分析見圖1.

2.1.1 求最小割集或最小徑集利用布爾代數(shù)對事故樹結(jié)構(gòu)經(jīng)行簡化，根據(jù)簡化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該事故樹最小割集較多（共計120個），計算較繁瑣，因此計算事故樹的最小徑集.

以補(bǔ)事件代替原事件，將與門換成或門，或門換成與門，則故障樹則轉(zhuǎn)化為成功樹，求成功樹最小割集，對各基本事件求補(bǔ)，即為故障樹的最小徑集［4］.

根據(jù)簡化結(jié)果，可以得出該事故樹的最小徑集有11個：

P1＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X15，X17，X18，X19，X20｝

P2＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X12，X13，X14，X15，X17，X18，X19，X20｝

圖1 油碼頭燃爆事故樹分析圖Fig.1 Fault tree analysis of fire and explosion in petrol wharf

P3＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X16，X17，X18，X19，X20｝

P4＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X12，X13，X14，X16，X17，X18，X19，X20｝

P5＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X15，X21｝

P6＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X12，X13，X14，X15，X21｝

P7＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X16，X21｝

P8＝｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X12，X13，X14，X16，X21｝

P9＝｛X22，X23｝

P10＝｛X24，X25，X26｝P11＝｛X27｝

2.1.2 結(jié)構(gòu)重要度分析通過對結(jié)構(gòu)重要度計算，得到結(jié)構(gòu)重要度順序為：

I（27）＞I（22）＝I（23）＞I（24）＝I（25）＝I（26）＞I（1）＝I（2）＝I（3）＝I（4）＝I（5）＝I（6）＝I（7）＞I（21）＞I（12） I（13）＝I（14）＞I（15）＝I（16）＞I（8）＝I（9）＝I（10）＝I（11）＞I（17）＝I（18）＝I（19）＝I（20）

2.1.3 定性分析結(jié)論根據(jù)上述事故樹分析，導(dǎo)致油碼頭發(fā)生燃爆事故的基本事件有27個，事故發(fā)生的可能途徑有120種之多，最小徑集11個，事故不發(fā)生，有11種可能方案，只要卡斷“與門”下的任何一個最小徑集，就可以使頂上事件不發(fā)生，也就是說，上述11組事件中，任何一組最小徑集不發(fā)生，則油碼頭就不會發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，因此只要確保最小徑集，預(yù)防碼頭火災(zāi)爆炸事故是完全可以做到的.

2.2 碼頭溢油事故原因分析

碼頭區(qū)域的管線、裝卸臂、閥門及船舶等，在裝卸、運輸過程中均有可能發(fā)生油品泄漏事故［2］.選擇溢油事故作為頂上事件，溢油事故的兩個最直接原因分別是船舶事故、碼頭作業(yè)區(qū)事故，按這些原因自上而下追溯到各種能夠引起油品泄漏的基本原因［5］，將各事件與其原因之間用邏輯門符號連接起來，即可得到事故樹，其事故樹分析見圖2（圖例與圖1一致）.

圖2 碼頭溢油事故樹分析圖Fig.2 Fault tree analysis of oil spill in petrol wharf

通過事故樹分析可知，造成油碼頭溢油事故的基本事件有21個，可能途徑也有21種，即每個基本事件都是溢油事故發(fā)生的重要條件.只要確保21個最小割集中任何一個事件不發(fā)生，頂上事件（溢油事故）就不會發(fā)生.

3 碼頭事故風(fēng)險預(yù)防措施

根據(jù)上述碼頭火災(zāi)爆炸事故、溢油事故原因分析，針對性地提出防止碼頭事故發(fā)生的預(yù)防措施并做好應(yīng)急準(zhǔn)備.

3.1 火災(zāi)爆炸事故預(yù)防措施

根據(jù)事故樹分析，采取以下措施：

a．為防止可燃?xì)怏w達(dá)到可燃濃度，設(shè)置可燃?xì)怏w檢測報警儀；

b．嚴(yán)格控制火源，在油輪和碼頭上嚴(yán)禁吸煙和動用明火，嚴(yán)禁用鐵制工具作業(yè)，如需動火，應(yīng)按規(guī)定辦理一級動火手續(xù)，做好防范措施；

c．按規(guī)定要求，選用符合要求的防爆電器，并采取可靠的防雷、防靜電措施；

d．加強(qiáng)碼頭管線、閥門、泵、儀表等設(shè)備的安全及質(zhì)量管理，并定期進(jìn)行檢查、保養(yǎng)和維修.

3.2 溢油事故預(yù)防措施

由事故樹分析，溢油到水體的可能途徑有兩種：一種是通過油船泄漏至水體；一種是通過管道、裝卸臂或閥門等泄漏至水體，根據(jù)溢油到水體的途徑采取相應(yīng)的預(yù)防措施.

3.2.1 降低船舶事故風(fēng)險的預(yù)防措施

a．設(shè)置必要的安全保障設(shè)施.嚴(yán)格執(zhí)行海事部門有關(guān)船舶安全管理的各項規(guī)定，把好船舶使用準(zhǔn)人關(guān)，并在碼頭前沿、船舶掉頭區(qū)設(shè)置導(dǎo)助航等安全保障設(shè)施，以確保船舶航行安全.

b．推進(jìn)船舶交通管理系統(tǒng)建設(shè).推進(jìn)VTS建設(shè)，對重點水域、重點船舶、重點時段實施有效監(jiān)管，不僅可以有效地防止大型船舶發(fā)生擱淺、觸礁或碰撞事故，還可以提高海上搜救行動效率，縮短事故應(yīng)急反應(yīng)時間［6］.

c．建立健全船舶管理體系.人為因素也是造成水體污染的一個重要因素，主要包括船長及船員、船東、營運人的責(zé)任心、習(xí)慣、業(yè)務(wù)素質(zhì)、精神狀態(tài)和健康程度等［7］.

因操作人員違反安全操作規(guī)章制度，檢查不到位或沒有安全意識、自我防范的警覺性差；缺乏團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，不能互相提醒；安全監(jiān)督員形同虛設(shè)等因素造成的突發(fā)性溢油事故屢見不鮮，因此，建立健全船舶管理體系，包括各船長、船員必須持證上崗，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、專業(yè)培訓(xùn)，提高職工的環(huán)保意識和責(zé)任心，以杜絕人為因素造成的突發(fā)性溢油事故發(fā)生.

3.2.2 降低碼頭作業(yè)區(qū)預(yù)防措施

a．碼頭裝卸設(shè)備維護(hù).碼頭裝卸工藝及設(shè)備要符合《油碼頭安全技術(shù)基本要求》（GB16994-1997）有關(guān)規(guī)定，并適時加強(qiáng)管道巡檢、保養(yǎng)及維修以確保其處于完好狀態(tài).

b．設(shè)置檢測報警系統(tǒng).采用自動化控制系統(tǒng)，對管道運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析，對碼頭可能產(chǎn)生泄漏的危險場區(qū)設(shè)儀器探頭，同位素跟蹤，及外觀檢查等監(jiān)測手段.

c．規(guī)范碼頭裝卸流程.船舶靠泊后，核對貨單，檢查油船及躉船的安全狀況，同時消防器材、圍油欄等到位；裝卸作業(yè)時，做到“四對兩看三不裝”即：對油品品種、對駁號、對容器合格證、對罐號、看船舶有無問題，看駁方裝船是否正確，并由專人負(fù)責(zé)正常巡視，發(fā)現(xiàn)泄漏及時處理；裝卸船作業(yè)結(jié)束時關(guān)好有關(guān)的閥門等設(shè)備.

d．避免不利天氣作業(yè).為確保船舶安全，建議船舶在雷雨、臺風(fēng)、高溫天氣下停止裝卸作業(yè).即一旦遇到不利天氣，碼頭應(yīng)立即停止裝卸作業(yè)，港口部門也應(yīng)密切關(guān)注天氣情況，等天氣好轉(zhuǎn)后再盡快為滯留船舶開通綠色通道.

e．建立健全管理機(jī)制.設(shè)置先進(jìn)的安全管理模式，積極推進(jìn)HSE管理體系的建立和實施，全面提升安全、環(huán)保管理水平，建立安全生產(chǎn)長效機(jī)制.

4 指導(dǎo)編制環(huán)境風(fēng)險預(yù)案

參照《國家突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案》的事件分級，根據(jù)人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、生態(tài)環(huán)境破壞、輻射污染和社會影響幾個方面，將突發(fā)環(huán)境事件劃分為特別重大突發(fā)環(huán)境事件（I級）、重大突發(fā)環(huán)境事件（II級）、較大突發(fā)環(huán)境事件（III級）和一般突發(fā)環(huán)境事件（Ⅳ級）4個等級并實行相應(yīng)的預(yù)警級別.

對于已經(jīng)出現(xiàn)的事故，環(huán)境風(fēng)險分析的目的在于查找原因，并采取針對性措施避免同類事故重演［8］.因此，我們可以根據(jù)碼頭事故發(fā)生的原因，來初步判定事故是屬于I級、II級、III級還是Ⅳ級事件，當(dāng)事故一旦發(fā)生，可以快速決定采取哪一級別的預(yù)警和應(yīng)急預(yù)案，縮短反應(yīng)時間，最大限度降低事故造成的影響.

根據(jù)碼頭溢油事故樹（圖2），以碼頭溢油事故為例進(jìn)行分析：

a．若船舶發(fā)生碰撞事故，根據(jù)費伊擴(kuò)散公式預(yù)測，在豐水期不采取措施時，到港船舶發(fā)生意外碰撞泄漏污染的最大擴(kuò)散距離120 km，將對下游武湖水廠、陽邏水廠一定范圍距離內(nèi)的水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染影響，超過57 671 s后，油膜將逐步消散.

根據(jù)《國家突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案》的事件分級，因環(huán)境污染造成城市主要水源地取水中斷的污染事故屬于特別重大突發(fā)環(huán)境事件（I級）；因環(huán)境污染造成重要河流、湖泊、水庫水域大面積污染事故屬于重大突發(fā)環(huán)境事件（II級）.由此，我們可以知道由船舶發(fā)生碰撞導(dǎo)致的溢油事故一般為I級、II級事故，這樣，可以根據(jù)事故原因來指導(dǎo)編制不同級別的預(yù)案，事故一旦發(fā)生，立即啟動相應(yīng)級別預(yù)警和預(yù)案，如立即設(shè)置圍油欄，通知下游武湖水廠、陽邏取水口停止供水等.

b．若油品管道發(fā)生泄漏，根據(jù)管道泄漏原因，常見管道泄漏分為兩種：一是由管道腐蝕穿孔、管道連接處焊縫破損等引起的中、小孔泄漏（孔徑1～150 mm）；二是由人為或外力破壞等引起的較大孔洞泄漏或破裂（孔徑＞150 mm）.根據(jù)泄漏原因可知，管道發(fā)生泄漏事故一般為II級、III級事故，事故一旦發(fā)生，立即啟動相應(yīng)級別應(yīng)急預(yù)案（II級、III級），如立即劃定警戒區(qū)域，消防人員及器材應(yīng)及時到位，迅速制訂搶修方案等［9］.

5 建議

風(fēng)險分析研究最重要的著眼點應(yīng)該是預(yù)防.為更好的避免事故發(fā)生，本文有以下建議：

a．嚴(yán)格碼頭管理機(jī)制，貫徹實施相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范.

b．優(yōu)化碼頭準(zhǔn)入機(jī)制，規(guī)范港口市場秩序，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整上堅持優(yōu)與新相結(jié)合，即鼓勵大規(guī)模、新技術(shù)、防污和應(yīng)急體系健全的企業(yè)從事油碼頭的運輸和裝卸，對于小規(guī)模、技術(shù)差、管理體系不健全的企業(yè)，應(yīng)逐步實現(xiàn)淘汰.

c．碼頭發(fā)生的火災(zāi)以及爆炸等環(huán)境風(fēng)險很有可能導(dǎo)致周邊碼頭的連鎖反應(yīng)，從而產(chǎn)生連帶風(fēng)險，為最大限度地降低項目的建設(shè)給周邊其他碼頭帶來的連帶風(fēng)險，在項目周邊后來建設(shè)的企業(yè)碼頭、供水碼頭應(yīng)嚴(yán)格按照《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》JTJ212-2006防火距離和安全距離要求建設(shè).

d.制定完善的應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)JT／T451-2009《港口碼頭溢油應(yīng)急設(shè)備配備要求》配備相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施、建立完善的應(yīng)急組織指揮體系.

6 結(jié)語

本文以武漢新港某油碼頭為例，對環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行了研究和思考，提出了一些對策和建議，為同類碼頭編制應(yīng)急預(yù)案提供參考依據(jù)，具有一定的實用性.環(huán)境風(fēng)險分析是一個復(fù)雜的、開放性的系統(tǒng)，因此如何更好的預(yù)防與應(yīng)急，還有待于在后續(xù)研究中進(jìn)一步修正和完善.

致謝

感謝武漢新港某油碼頭工作人員在本文收集資料時給予支持和幫助，同時也感謝本課題組成員的幫助和支持.

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Environmental risk of petrol wharf and its preventive measures

CHEN Wei－ya1，ZHANG Lu－ping2
1．School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；2．School of Chemistry and Environmental Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China

Aimed at the petrol wharf fire explosion and oil spill in Wuhan Newport，fault tree analysis was applied in qualitative analysis of petrol wharf fire explosion．The minimum cut sets and minimum path sets were worked out by Boolean algebra simplification method，and the structure importance of each basis events was given．The measures were proposed to effectively prevent the fire explosion and oil spill accidents of petrol wharf，from oil and gas isolation，controlling fire source，anti－lighting and electrostatic－proof，quality management on equipment，safety management on shipping transportation，personnel management，equipment maintenance，and standardizing process operation．We should strictly enforce management mechanism and implement the relevant laws，regulations and standards；optimize the terminal admittance mechanism and specify the order of port market；make the terminal construction meet the fire proof distance and safety distance；perfect emergency plan and equip with corresponding emergency facilities and so on．

petrol wharf；fire and explosion；oil spill；fault tree；preventive measures

X507

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.08.005

1674－2869（2015）08－0026－06

本文編輯：龔曉寧

2015-05-11

陳偉亞（1959-），女，上海人，教授，碩士.研究方向：環(huán)境工程、環(huán)境影響評價、循環(huán)經(jīng)濟(jì).