洪匯勇 耿慶波 舒炳林

【摘 要】 為避免因蒸汽推進(jìn)裝置主蒸汽閘閥發(fā)生故障，以某大型液化天然氣（LNG）船為例，從產(chǎn)品是否是經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的合格產(chǎn)品、船員是否操作不當(dāng)、產(chǎn)品是否存在設(shè)計(jì)缺陷等方面分析事故直接原因和間接原因，提出改進(jìn)措施：加強(qiáng)船員培訓(xùn)和公司管理；改進(jìn)設(shè)備，在閥桿上裝設(shè)限位器和指示燈。建議：加裝防止人員誤操作主蒸汽閥的保護(hù)裝置；增加對(duì)關(guān)鍵設(shè)備操作人員的崗前培訓(xùn)和定期培訓(xùn)次數(shù)；增加對(duì)主蒸汽閘閥等關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)要求。

【關(guān)鍵詞】 LNG船舶；蒸汽閥；閥桿斷裂；應(yīng)力

0 引 言

某大型液化天然氣（LNG）船舶在某日航經(jīng)Lombok海峽時(shí)，透平主機(jī)突然停止工作，船舶失去動(dòng)力。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，主蒸汽閘閥閥桿斷裂，閘閥處于關(guān)閉位置。對(duì)大型LNG船舶來說，一旦因失去動(dòng)力而發(fā)生碰撞、擱淺等事故，就會(huì)導(dǎo)致貨物泄漏甚至爆炸，由此造成的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失都難以估量。因此，該船舶運(yùn)輸公司除了對(duì)事故船舶主蒸汽閘閥進(jìn)行詳細(xì)檢查外，對(duì)公司其他LNG船主蒸汽閘閥也進(jìn)行了全面檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其他LNG船主蒸汽閘閥閥桿的相同位置均出現(xiàn)不同程度受損，存在斷裂隱患。

目前，全球LNG船超過470艘，其中有近一半的LNG船的動(dòng)力系統(tǒng)是采用蒸汽推進(jìn)裝置的。根據(jù)以往LNG船事故統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，多起事件皆是由于蒸汽推進(jìn)裝置主蒸汽閘閥故障誘發(fā)的。主蒸汽閘閥故障已經(jīng)成為裝有蒸汽推進(jìn)裝置的LNG船安全的一大威脅。

1 原因分析

蒸汽閥是蒸汽輪機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，通過開關(guān)閥門控制鍋爐蒸汽走向，從而為透平主機(jī)、透平副機(jī)、鍋爐給水泵運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，其重要性不言而喻。事故船上蒸汽閘閥總共有12個(gè)：左右鍋爐各1個(gè)總閥，2臺(tái)透平副機(jī)各2個(gè)閥，2臺(tái)鍋爐給水泵各1個(gè)閥，透平主機(jī)2個(gè)主蒸汽閥，左右鍋爐過熱蒸汽去往透平主機(jī)的管路上各有1個(gè)隔離閥。由于主蒸汽閥經(jīng)常開關(guān)（船舶靠港完車時(shí)關(guān)閉，開航備車時(shí)開啟），所以更容易受損。此次出故障的就是透平主機(jī)主蒸汽閘閥（5 V），其一旦發(fā)生故障關(guān)閉，將導(dǎo)致透平主機(jī)因沒有蒸汽推動(dòng)而停車。該蒸汽閘閥故障一般由以下3種原因引起。

1.1 產(chǎn)品是否是經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的合格產(chǎn)品

經(jīng)調(diào)查，該公司所有LNG船的蒸汽閘閥均采用法國SNRI公司制造的閥門。SNRI公司生產(chǎn)的閥門主要應(yīng)用于低溫及LNG、能源、工程建設(shè)、氣體、化工及食品行業(yè)，產(chǎn)品素以高質(zhì)量著稱，在LNG船用蒸汽閥門領(lǐng)域具有相當(dāng)高的地位和市場占有率。此次發(fā)生故障的主蒸汽閘閥是經(jīng)ABS檢驗(yàn)認(rèn)證過的合格產(chǎn)品，符合現(xiàn)有規(guī)范和有關(guān)要求。

1.2 船員是否操作不當(dāng)

LNG船上的蒸汽閥屬于閘閥的一種，閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運(yùn)動(dòng)方向與流體方向垂直，閘閥只能作全開和全關(guān)動(dòng)作，不能調(diào)節(jié)和用于節(jié)流。在開啟閥門，閘板提升高度與閥門通徑1∶1時(shí)，流體的通道完全暢通，但在運(yùn)行時(shí)此位置是無法檢視的。在實(shí)際使用時(shí)，閥門全開狀態(tài)以閥桿升至頂點(diǎn)（即開不動(dòng)的位置）作為其全開位置標(biāo)志。考慮溫度變化出現(xiàn)鎖死及閥蓋對(duì)閥桿的應(yīng)力作用，船上通常做法是每次將蒸汽閥開到頂點(diǎn)位置后，再回關(guān)1/2～1圈，作為全開閥門的位置。據(jù)調(diào)查，該公司所有LNG船均存在部分船員在開啟蒸汽閘閥到頂點(diǎn)位置而沒有作回關(guān)動(dòng)作的問題，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，長時(shí)間這樣操作可能會(huì)引起故障。

1.3 產(chǎn)品是否存在設(shè)計(jì)缺陷

事故發(fā)生后，SNRI公司對(duì)損壞的閥桿進(jìn)行了形態(tài)分析、顯微照相檢查、硬度測試，得出結(jié)論為此次故障是由于應(yīng)力腐蝕造成的，即因閥桿與閥蓋上的后閥座長期接觸，形成的應(yīng)力長期作用在接觸面上，導(dǎo)致閥桿損壞并最終斷裂。蒸汽閥應(yīng)力作用見圖1。對(duì)于蒸汽輪機(jī)動(dòng)力船來說，蒸汽閥需要在520 ℃、60 MPa壓力下工作。一旦船員將閥門開到開不動(dòng)位置，閥蓋后閥座會(huì)對(duì)閥桿產(chǎn)生巨大的應(yīng)力作用，在高溫高壓高應(yīng)力的持續(xù)作用下，尤其是在高應(yīng)力的作用下，就很容易造成閥桿受損而引發(fā)故障。在開啟閥門時(shí)，操作者無法觀察到閥門何時(shí)到達(dá)全開位置，因此會(huì)將閥門開啟到頂點(diǎn)位置。這種不當(dāng)操作情況是一種普遍現(xiàn)象，其他公司其他船舶同樣也會(huì)出現(xiàn)。此種閥門雖符合現(xiàn)有規(guī)范要求，但存在設(shè)計(jì)缺陷。

1.4 結(jié) 論

綜上所述，該LNG船采用的蒸汽閥是經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的合格產(chǎn)品，符合現(xiàn)有規(guī)范要求，導(dǎo)致事故的直接原因是部分船員操作不當(dāng)，間接原因是產(chǎn)品本身存在設(shè)計(jì)缺陷。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)此次事故的直接原因，除了加強(qiáng)船員培訓(xùn)和公司管理外，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。培訓(xùn)不足、船員素質(zhì)不高及產(chǎn)生疲勞等因素都會(huì)引起船員操作不當(dāng)，因此對(duì)于主蒸汽閥這種船上關(guān)鍵性設(shè)備，重點(diǎn)是要對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行改進(jìn)、對(duì)相關(guān)操作程序進(jìn)行完善，讓設(shè)備隨時(shí)處于安全使用狀況。

SNRI公司在對(duì)閥桿斷裂原因進(jìn)行深入分析后，對(duì)閥桿進(jìn)行了改進(jìn)，填補(bǔ)起始裂紋下的圓弧型溝槽，讓應(yīng)力通過閥桿向下傳遞，從而減少溝槽水平面的應(yīng)力集中。蒸汽閥閥桿改進(jìn)見圖2。

這一改進(jìn)雖然可以減少閥桿的應(yīng)力集中、降低閥桿的斷裂風(fēng)險(xiǎn)，但并不能完全消除閥蓋后閥座對(duì)閥桿的應(yīng)力作用。因此，在進(jìn)行充分研究論證后，提出了在閥桿上裝設(shè)限位器和指示燈的改進(jìn)措施：在閥桿頂部的適當(dāng)位置裝設(shè)1個(gè)螺帽，當(dāng)閥門完全打開而閥桿尚未接觸閥蓋后座前，因?yàn)槁菝钡南拗贫归y桿無法繼續(xù)上升，從而可以避免閥蓋后閥座對(duì)閥桿的應(yīng)力作用；同時(shí)裝設(shè)一個(gè)開關(guān)指示燈，當(dāng)閥門到達(dá)完全開啟狀態(tài)時(shí)綠燈亮，當(dāng)閥門到達(dá)完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)紅燈亮，如此可使操作者直觀地知道閥門當(dāng)前所處的位置，避免誤操作。整個(gè)工程花費(fèi)不到200美元，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。從2014年改造至今，該公司6艘LNG船的蒸汽推進(jìn)裝置主蒸汽閥運(yùn)行良好，再?zèng)]有發(fā)生故障。

3 相關(guān)建議

主蒸汽閥本身的缺陷和人員的操作不當(dāng)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到蒸汽動(dòng)力LNG船舶的安全。因此，建議在《國際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》（《IGC規(guī)則》）中增加蒸汽推進(jìn)裝置主蒸汽閘閥開關(guān)限位裝置的規(guī)定。建議具體要求以下3個(gè)方面：（1）加裝防止人員誤操作主蒸汽閥的保護(hù)裝置，如限位器和指示燈或等效裝置；（2）增加主蒸汽閘閥等關(guān)鍵設(shè)備的培訓(xùn)要求，要求對(duì)船上關(guān)鍵設(shè)備操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)和定期培訓(xùn)，從而減少人員操作不當(dāng)?shù)那闆r發(fā)生；（3）提高對(duì)主蒸汽閘閥等關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)要求，定期對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。

《IGC規(guī)則》作為散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備的主要規(guī)范，對(duì)散裝運(yùn)輸液化氣體船舶的殘存能力、船舶布置、貨物系統(tǒng)、環(huán)境控制、電氣設(shè)備、消防、人員防護(hù)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)置和規(guī)范，但對(duì)液化氣體船舶的蒸汽推進(jìn)裝置沒有明確的要求。筆者建議，我國海事部門可以組織國內(nèi)LNG船造船廠、船舶運(yùn)輸公司等LNG運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位對(duì)LNG船舶蒸汽推進(jìn)裝置這一領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，編寫相關(guān)提案，推動(dòng)國際海事組織（IMO）對(duì)《IGC規(guī)則》進(jìn)行修改和完善，以便提升LNG船的安全水平。