張 華，李岳洋，張 祎

(1.江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇 南通 226000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 3.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

CNG運(yùn)輸船在船廠碼頭建造過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張 華1，李岳洋2，張 祎3

(1.江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇 南通 226000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 3.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

為降低在建CNG(壓縮天然氣)運(yùn)輸船在船廠碼頭充裝和動(dòng)車過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)調(diào)查研究，分析了CNG運(yùn)輸船在船廠碼頭充裝和動(dòng)車過(guò)程，開(kāi)展了CNG運(yùn)輸船在碼頭充裝和動(dòng)車過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，給出了影響CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程的六個(gè)安全因素。運(yùn)用模糊綜合評(píng)判法，對(duì)CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，并給出CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程的安全防護(hù)措施建議。

CNG運(yùn)輸船；船廠碼頭；風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；模糊綜合評(píng)判；安全防護(hù)措施

0 引言

目前，世界首艘CNG運(yùn)輸船已在實(shí)施建造，但在建造過(guò)程中缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中，CNG運(yùn)輸船在船廠碼頭建造的加氣和動(dòng)車過(guò)程中所遇到的安全問(wèn)題，與傳統(tǒng)的柴油動(dòng)力船舶有很大不同，與LNG動(dòng)力船舶也有不少差異[1]。因此，開(kāi)展CNG運(yùn)輸船在船廠碼頭建造過(guò)程的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)CNG運(yùn)輸船安全建造有著重大意義。

1 CNG運(yùn)輸船船廠碼頭充裝概述

1.1CNG運(yùn)輸船

由江蘇韓通船舶重工有限公司建造的壓縮天然氣運(yùn)輸船是世界上第一艘商業(yè)化的CNG運(yùn)輸船，既是用來(lái)運(yùn)輸CNG，又是以CNG為動(dòng)力燃料的船舶。該船入ABS和BKI雙船級(jí)。

CNG運(yùn)輸船共裝載運(yùn)輸832支高壓氣瓶，安裝在5個(gè)貨艙中，其中第5貨艙共有氣瓶132支，分成6個(gè)儲(chǔ)氣單元，各有氣瓶22支。6個(gè)儲(chǔ)氣單元中的2個(gè)為燃料氣單元，共有44支氣瓶，總?cè)莘e為132 m3，主要用于船的動(dòng)力燃料供應(yīng)。CNG運(yùn)輸船的燃?xì)馄繉儆讵?dú)立于船體的特殊構(gòu)造，與機(jī)艙隔離，中間設(shè)有隔離空艙，安裝于獨(dú)立的第5貨艙，機(jī)艙與燃料艙處于船體艉部。

CNG運(yùn)輸船總布置如圖1所示。

1.2船廠舾裝碼頭

船廠舾裝碼頭由靠船裝卸平臺(tái)、系纜墩、引橋、CNG船舶專用泊位、其他船舶泊位區(qū)、CNG槽車區(qū)、安保系統(tǒng)及公共設(shè)施等組成。船廠碼頭布局如圖2所示。

1.3CNG槽罐車

采用專用的CNG槽罐車給CNG運(yùn)輸船充裝燃料。采用20 MPa高壓的槽罐車可裝氣5 000 m3，可以一次性加滿CNG運(yùn)輸船的動(dòng)力氣瓶。

1.4CNG船在船廠碼頭充裝過(guò)程

CNG船下水后，停泊在舾裝碼頭的CNG船專用泊位。CNG槽罐車停在槽車區(qū)對(duì)CNG船動(dòng)力氣瓶充裝作業(yè)，完成充裝后，槽罐車駛離舾裝碼頭。

2 CNG運(yùn)輸船充裝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

2.1充裝流程分析

CNG運(yùn)輸船裝氣過(guò)程見(jiàn)圖3。圖中，裝氣總管一端連接岸上CNG槽罐車，另一端連接CNG運(yùn)輸船燃料瓶。圖2中，在距離槽罐車50 m處設(shè)置警戒線，非工作人員一律不得進(jìn)入警戒線內(nèi)。此外，槽罐車50 m安全范圍內(nèi)停止無(wú)關(guān)作業(yè)。按照作業(yè)規(guī)章制度，啟動(dòng)裝氣作業(yè)程序，對(duì)CNG船燃料瓶充氣。

2.2風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

從圖3可以看出，CNG運(yùn)輸船充裝過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)主要集中在氣瓶、管系、閥件。其風(fēng)險(xiǎn)主要是充裝過(guò)程中發(fā)生氣體泄漏引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)查閱和研究發(fā)現(xiàn)[2]，引發(fā)可燃?xì)怏w發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的必要條件是可燃?xì)怏w的泄漏和附近火源的存在。同時(shí)，由于船廠碼頭安全措施的不完善，風(fēng)險(xiǎn)不能得到有效控制，導(dǎo)致天然氣體濃度達(dá)到危險(xiǎn)范圍是引發(fā)火災(zāi)爆炸的又一條件。通過(guò)對(duì)CNG運(yùn)輸船充裝過(guò)程的充分了解，得出CNG運(yùn)輸船充裝過(guò)程的三類風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

CNG運(yùn)輸船充裝過(guò)程中可能存在的可燃?xì)怏w泄漏主要指充裝管系(氣體閥門(mén)、充裝管道、氣體接頭)泄漏、控制器件泄漏、氣瓶的泄漏和槽罐車泄漏。氣體泄漏原因見(jiàn)表1。

2.2.2火源產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

火源產(chǎn)生原因見(jiàn)表2。

表1 可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

表2 火源產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

2.2.3避險(xiǎn)措施失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

當(dāng)CNG運(yùn)輸船發(fā)生氣體泄漏或產(chǎn)生火源時(shí)，船上的可燃?xì)怏w探測(cè)器、報(bào)警裝置能夠快速發(fā)出警報(bào)，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的行為，如截止閥、安全閥打開(kāi)，通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)透氣等，并且工作人員能迅速采取相應(yīng)避險(xiǎn)措施。當(dāng)避險(xiǎn)措施中的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生。避險(xiǎn)措施失效原因見(jiàn)表3。

表3 避險(xiǎn)措施失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3 在船廠碼頭動(dòng)車過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3.1CNG運(yùn)輸船動(dòng)車過(guò)程

CNG船在船廠碼頭充裝完成后，開(kāi)始動(dòng)車，一方面CNG燃料瓶給主機(jī)供氣，另一方面主機(jī)燃燒氣體向外排出尾氣。由于上述兩方面都與CNG氣體有關(guān)，存在氣體泄漏危險(xiǎn)，需分別對(duì)CNG燃料瓶-主機(jī)供氣過(guò)程和排氣過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

3.1.1CNG燃料瓶-主機(jī)供氣過(guò)程

燃料瓶-主機(jī)供氣過(guò)程如圖4所示。圖中，供氣總管一端連接CNG運(yùn)輸船燃料瓶，另一端連接CNG主機(jī)。調(diào)壓器第一次將CNG降壓至7.2 MPa，第二次降壓至0.6 MPa，經(jīng)過(guò)氣體閥組，最后主機(jī)啟動(dòng)。文獻(xiàn)[3]建議柴油-LNG動(dòng)力船舶應(yīng)在90 m以外設(shè)置警戒線?？紤]CNG船的特殊性，動(dòng)車時(shí)，在距離主機(jī)100 m處設(shè)置警戒線，碼頭應(yīng)該停止與動(dòng)車過(guò)程無(wú)關(guān)的作業(yè)。

3.1.2供氣過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

由于CNG船仍在建造過(guò)程中，一些掃尾工作還沒(méi)有結(jié)束，供氣系統(tǒng)中的管系、閥門(mén)、控制器件、氣罐等質(zhì)量還需要驗(yàn)證，因此，CNG燃料瓶-主機(jī)供氣過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)主要集中在閥件、接頭。通過(guò)對(duì)CNG運(yùn)輸船主機(jī)供氣過(guò)程的充分了解，得出CNG運(yùn)輸船主機(jī)供氣過(guò)程的三類風(fēng)險(xiǎn)。

(1)可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別：對(duì)于主機(jī)供氣過(guò)程來(lái)說(shuō)，可燃?xì)怏w的泄漏主要指閥門(mén)、接頭，產(chǎn)生這種情況是由于工作人員操作不規(guī)范，安裝不到位，不能嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，錯(cuò)誤操作，日常檢修不到位。

(2)火源產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別：導(dǎo)致天然氣發(fā)生燃爆的火源很多，其原因見(jiàn)表4。

表4 火源產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

(3)避險(xiǎn)措施失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別：CNG運(yùn)輸船機(jī)艙和燃料艙設(shè)有可燃?xì)怏w探測(cè)器、報(bào)警裝置。當(dāng)發(fā)生氣體泄漏時(shí)，報(bào)警裝置能夠快速發(fā)出警報(bào)，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的行為，如切斷閥緊急打開(kāi)，通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)透氣等，并且工作人員能迅速采取相應(yīng)避險(xiǎn)措施。避險(xiǎn)措施失效原因見(jiàn)表5。

表5 避險(xiǎn)措施失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3.2主機(jī)排氣過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

CNG主機(jī)排氣過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)主要是氣體燃燒不充分，向外排氣過(guò)程中遇到火源而產(chǎn)生火災(zāi)爆炸事故，而產(chǎn)生的火源主要集中在上層建筑安裝的各種防爆等級(jí)低的設(shè)備產(chǎn)生的電火花以及艙室里工作人員抽煙、打手機(jī)等；此外，外部環(huán)境失火也是火源之一。排氣口內(nèi)可燃?xì)怏w探測(cè)裝置以及抽風(fēng)機(jī)等設(shè)備原因，由于數(shù)量和布置的不合理導(dǎo)致避險(xiǎn)措施失效，未能及時(shí)采取應(yīng)急措施，造成不充分燃燒的氣體增多，導(dǎo)致可燃?xì)怏w濃度過(guò)高而遇明火爆炸。此外，距離排氣口危險(xiǎn)區(qū)域30 m內(nèi)仍有艙室在作業(yè)，可能導(dǎo)致火源產(chǎn)生，發(fā)生事故。

4 充裝和動(dòng)車過(guò)程的模糊綜合評(píng)判

4.1建立因素集

以U代表船廠碼頭充裝和動(dòng)車過(guò)程的安全因素所組成的集合：

U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}

式中：u1為船舶因素；u2為船舶槽罐車因素；u3為管系設(shè)備因素；u4為人員因素；u5為管理因素；u6為環(huán)境因素。

4.2建立評(píng)語(yǔ)集

以V代表評(píng)判等級(jí)所組成的集合：

V={v1,v2,v3,v4,v5}

式中：v1為高度危險(xiǎn)；v2為中度危險(xiǎn)；v3為一般危險(xiǎn)；v4為較低危險(xiǎn)；v5為低危險(xiǎn)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的值為V={0.5,0.4,0.3,0.2,0.1}。

4.3確定權(quán)重A

采用DELPHI法由10位專家利用1～9標(biāo)度法進(jìn)行各因素重要度打分，并利用AHP法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重A，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計(jì)算得到各因素的權(quán)重見(jiàn)表6。

表6 各因素權(quán)重

4.4模糊綜合評(píng)判

由專家對(duì)船廠碼頭安全措施進(jìn)行打分得到專家綜合評(píng)判表，其結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 專家綜合評(píng)判表

由表7的評(píng)判結(jié)果構(gòu)成模糊評(píng)判矩陣：

B=(0.012 3,0.054 4,0.168 9,0.397 6,0.366 8)

根據(jù)模糊綜合評(píng)判集B所得的結(jié)果，按照最大隸屬度原則，可以得出CNG運(yùn)輸船在船廠碼頭充裝和動(dòng)車過(guò)程的危險(xiǎn)級(jí)別處于低危險(xiǎn)和較低危險(xiǎn)之間。由此可見(jiàn)，CNG運(yùn)輸船在充裝和動(dòng)車過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)是可以控制的。

5 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

(1)船舶因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：在燃料艙和機(jī)艙合理布置氣體探測(cè)器位置，工作人員應(yīng)按時(shí)檢查氣體探測(cè)裝置，并做好記錄，排除安全隱患；排氣管內(nèi)應(yīng)設(shè)置抽風(fēng)機(jī)，加速尾氣的排放和擴(kuò)散。

(2)槽罐車因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：在槽罐車自身充裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查罐體、管路無(wú)損壞，接頭連接是否正常和各種閥件能否正常工作；確認(rèn)CNG槽罐車的氣罐壓力是否滿足充裝條件。

(3)管系設(shè)備因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：嚴(yán)格把控管道、閥門(mén)、控制器件、接頭等質(zhì)量關(guān)。在充裝前，應(yīng)嚴(yán)格檢查壓力管道有無(wú)損壞問(wèn)題，確認(rèn)設(shè)備接地良好；檢查流量計(jì)能否正常工作，安全閥有無(wú)問(wèn)題；控制CNG氣瓶充量，防止過(guò)充導(dǎo)致超壓斷裂。

(4)人員因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：對(duì)參與CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程的作業(yè)人員開(kāi)展安全與專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)并實(shí)施考核制度，培養(yǎng)他們的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能[5]。

(5)管理因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：加強(qiáng)對(duì)CNG運(yùn)輸船和其他船舶的監(jiān)管力度，重視CNG運(yùn)輸船安全監(jiān)管人才的培養(yǎng)，加大對(duì)CNG運(yùn)輸船安全管理的研究，不斷完善CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程應(yīng)急處理預(yù)案。

(6)環(huán)境因素風(fēng)險(xiǎn)控制建議：如果閑雜人員越過(guò)警戒區(qū)或碼頭仍有船舶作業(yè)，則可能增加CNG船在充裝和動(dòng)車過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，故在充裝和動(dòng)車時(shí)需要加強(qiáng)碼頭安保措施，避免事故的發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以CNG運(yùn)輸船為研究對(duì)象，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)CNG運(yùn)輸船充裝和動(dòng)車過(guò)程進(jìn)行了評(píng)判，根據(jù)評(píng)判結(jié)果，按照最大隸屬度原則，得出危險(xiǎn)級(jí)別處于低危險(xiǎn)和較低危險(xiǎn)之間，這一結(jié)果說(shuō)明CNG運(yùn)輸船在充裝和動(dòng)車過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)是可以控制的。

[1] 管義鋒,朱玥,史騰飛.基于FSA方法的柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船舶加注過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].中國(guó)水運(yùn), 2012(5):2-3.

[2] 朱培培.內(nèi)河柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船舶風(fēng)險(xiǎn)分析[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學(xué),2014:22-24.

U673.4

A

江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金(BA2015042)

2017-05-21

張華(1966—)，男，高級(jí)工程師，主要從事風(fēng)電安裝平臺(tái)、節(jié)能型散貨船以及壓縮天然氣運(yùn)輸船等設(shè)計(jì)與制造研究。