汪有良

(中國船級社 鎮(zhèn)江辦事處，江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

0 引言

船舶制造過程具有工序復(fù)雜、工種繁多、人員密集、交叉施工、環(huán)境惡劣等特點，所以船廠非常重視安全生產(chǎn)管理。由于當(dāng)前全球航運市場不景氣，船舶制造訂單嚴(yán)重下滑，企業(yè)為了緩解經(jīng)營壓力，通常會采取嚴(yán)控管理成本投入、縮短生產(chǎn)周期、裁撤專業(yè)技術(shù)人員和頻繁更換施工隊等手段，導(dǎo)致安全管理體系形同虛設(shè)，各類安全事故頻繁出現(xiàn)，其中小型船舶制造企業(yè)的事故居多。如：2012年3月某船廠在修理某萬噸級散貨船時，發(fā)生輔助鍋爐爆炸事故，造成4死12傷；2015年6月某造船廠施工人員采用民用煤氣罐進行焊接作業(yè)時發(fā)生爆炸，致死1人。

事故發(fā)生的原因多種多樣，但大體上可歸結(jié)為4類：(1)安全責(zé)任意識不夠；(2)安全教育不扎實；(3)現(xiàn)場管理不規(guī)范；(4)安全隱患源排查不夠。

本文以一起因施工人員不當(dāng)操作所引起的船舶安全事故為例，從原因分析入手，提出符合規(guī)范要求且安全有效的管理措施供同行參考，以期減少事故發(fā)生的概率。

1 背景介紹

本文所述船舶的主甲板兩舷配有2艘7.8 m玻璃鋼工作艇和2艘11 m鋁合金工作艇，用于接送引航員上下船。4艘工作艇分別設(shè)置了1套液壓艇架升降裝置用于降放和回收工作艇。

工作艇架升降液壓系統(tǒng)由液壓泵站通過鋼管分別與絞車馬達(dá)、變幅油缸、伸縮油缸、托架油缸相連接，提供所需動力。液壓泵站采用型號為L-HV46液壓油，泵站加油量約為1 000 L，系統(tǒng)溢流閥設(shè)定壓力為20 MPa。

1.1 事故源頭

液壓系統(tǒng)中承壓油管要求全部采用316L不銹鋼管，設(shè)計最大工作壓力為20 MPa，按照中國船級社(CCS) I級管的要求進行生產(chǎn)制作。圖紙要求裝船前應(yīng)進行壓力為30 MPa的強度試驗，裝船后進行25 MPa密性試驗。系統(tǒng)壓力油管技術(shù)要求見表1。在進行本套液壓系統(tǒng)裝船后的密性試驗時發(fā)生爆炸事故，造成1人重傷。

1.2 事故現(xiàn)場

觀察局部細(xì)節(jié)照片發(fā)現(xiàn)，此次事故存在幾個不同尋常的現(xiàn)象：

(1)不銹鋼管四散炸開，碎片飛濺暴擊傷人。

(2)不銹鋼管有被“燒紅”跡象。

(3)管子內(nèi)外壁均出現(xiàn)大量黑色粉末狀物。

(4)氣源鋼瓶外部油漆老化且介質(zhì)氧氣為臨時張貼。

2 事故原因分析

2.1 爆炸原因

發(fā)生燃燒，必須滿足燃燒三要素：可燃物、著火點、氧氣?？扇?xì)怏w燃燒可以分為兩類：一類是擴散燃燒，即揮發(fā)的或從設(shè)備中噴出、泄漏的可燃?xì)怏w，遇到點火源混合燃燒；另一類是可燃?xì)怏w與空氣混合著火燃燒，這種燃燒反應(yīng)激烈且速度快，一般會產(chǎn)生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。本質(zhì)上燃燒與爆炸沒有嚴(yán)格的區(qū)分。

常溫下，可燃性氣體的濃度過低或過高它是沒有危險的，只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣體才會發(fā)生燃燒或爆炸?？扇?xì)怏w的爆炸極限分為爆炸上限(UEL)和爆炸下限(LEL)。低于爆炸下限，混合氣中的可燃?xì)怏w的含量不足，不能引起燃燒或爆炸。高于爆炸上限，混合氣體中的氧氣含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。

試驗調(diào)試時工人使用的U型工裝彎頭的內(nèi)壁上附有殘油提供了可燃物，試驗介質(zhì)使用氧氣正好提供了助燃劑，但無法達(dá)到其著火點使其發(fā)生燃燒。

液壓油的閃點是要保持在230～250 ℃之間。對于HV46號液壓油的閃點指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)要求也必須要大于等于180℃，一般情況下是很難達(dá)到這一溫度值的。

從事故現(xiàn)場來看，氧氣裝在存有大量可燃物蒸汽(液壓油)的密閉空間內(nèi)，加壓至25 MPa后，就要探究氣體在加壓后溫度是否達(dá)到殘油的閃點。

2.2 氣體加壓過程分析

為了探究其中緣由，引入氣體的熱力工程及氣體壓縮理論，分析氣體熱力過程狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，其中的熱能與機械能之間的轉(zhuǎn)化情況。

氣體的多變熱力過程狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律可以用以下數(shù)學(xué)公式表述：P為氣體壓力；V為理想氣體體積；n為多變指數(shù)；R為理想氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度；k為絕熱指數(shù)，其數(shù)值會隨氣體的種類和溫度而變，即理想氣體狀態(tài)方程[2]：

PV=nRT

(1)

如果壓縮為絕熱壓縮，壓縮前后體積無變化，按照式(1)可導(dǎo)出壓縮前后狀態(tài)方程：

P1/T1=P2/T2

(2)

式中：P1、P2為壓縮前后的壓力；T1、T2為壓縮前后的溫度。

事故中氣體體積不變，從常溫加壓至25 MPa時，壓縮初始溫度T1為常溫298 K(25 ℃)，常壓P1為1.013×105Pa(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)；壓縮終了狀態(tài)壓力P2為2.5×107Pa，溫度為T2。按照式(2)可以計算出理想狀態(tài)下，壓縮終了時氣體的溫度T2。

T2=P2T1/P1=73 543.9 K

由此可知，壓縮終了狀態(tài)的溫度對壓力變化非常敏感。然而實際的過程是復(fù)雜多變的，各種耗散效應(yīng)、放熱、散熱特性都會影響到多變指數(shù)；實際生產(chǎn)過程中的氣體多變過程線多是分布于定溫線和絕熱線之間，即多變指數(shù)n常在(1，k)區(qū)間內(nèi)[3]。

由此可見，壓縮氣體至25 MPa很容易就能達(dá)到可燃物閃點溫度。

2.3 氣體壓縮過程實例

本次事故中將氣體加壓過程類似于柴油機(壓燃式內(nèi)燃機)壓縮沖程。柴油機燃燒曲線見圖1。

柴油機燃燒過程分：滯燃期(A-B)，緩燃期(B-C)，急燃期(C-D)，后燃期(D-E)。從圖1中可以看出，壓縮至B點時，缸內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到柴油閃點；從B點到C點氣體繼續(xù)被壓縮，壓力升高率急劇上升，溫度就會急劇攀升，柴油混合物急速燃燒。

圖1 柴油機燃燒曲線

由某柴油機臺架試驗數(shù)據(jù)表明，No.1氣缸燃燒始點缸內(nèi)壓力為19.62 MPa，溫度為350～450 ℃；壓縮終了時缸內(nèi)壓力顯示為20.34 MPa，溫度將近650 ℃，此時進入急燃期。因此B點到C點發(fā)展迅速，溫度急劇攀升，且溫度均高于液壓油閃點。

綜上，事故中將混有大量油分的氧氣加壓至25 MPa，溫度會輕易達(dá)到油分的閃點。發(fā)生燃燒三要素均已滿足，發(fā)生燃燒不可避免。

3 相關(guān)規(guī)定

3.1 現(xiàn)場管理要求

現(xiàn)場氣源瓶身油漆老化嚴(yán)重，使得施工人員誤認(rèn)為瓶身顏色是黑色，且氣瓶標(biāo)簽污損嚴(yán)重難以辨認(rèn)，導(dǎo)致誤將氧氣當(dāng)作氮氣作為試驗介質(zhì)，進而加速事故的發(fā)生。國家對氣瓶警示與正確使用已有明確要求：氣瓶標(biāo)簽和膠合劑所用的材料應(yīng)在運輸、儲存和使用條件下經(jīng)久耐用[4]；作為識別瓶裝氣體的標(biāo)志，充裝氮氣瓶體體色為黑色，氧氣為淡(酞)藍(lán)色[5]；使用單位應(yīng)做到專瓶專用，不得擅自更改氣瓶鋼印和顏色標(biāo)志，氣瓶使用時應(yīng)立放，尤其是氧氣瓶操作時機具等不應(yīng)沾有油脂[6]。

3.2 現(xiàn)場安全防護要求

加壓過程中人員正對管路進行查漏，造成重傷悲劇。在船舶生產(chǎn)過程中，對需在存在壓力意外釋放風(fēng)險場所內(nèi)的檢驗和試驗活動，驗船師或是檢驗人員可以參考IACS REC.140有關(guān)建議[7]進行， 中國船級社《檢驗安全客戶指南》(2017)中也有相關(guān)要求。

IACS REC.140中F5.5條以及《檢驗安全客戶指南》(2017)第3.7.1.9條都明確了加壓過程禁止進行以查漏為目的工作。

IACS REC.140中F5.8條以及《檢驗安全客戶指南》(2017)第3.7.1.11條都說明對特殊高壓試驗可以接受遠(yuǎn)距離見證方式。

IACS REC.140及《檢驗安全客戶指南》對船舶領(lǐng)域生產(chǎn)活動中存在壓力意外釋放場合的檢驗活動分別從管理體系、技術(shù)層面、試驗程序、人員防護，資質(zhì)培訓(xùn)等方面給出了全面細(xì)致的建議。

4 改進措施

為避免此類事故的重復(fù)發(fā)生，有以下幾點建議供參考：

(1)針對壓力容器制定進場檢查、定期排查、隨時檢查的制度。不符合標(biāo)準(zhǔn)的“帶病”設(shè)備應(yīng)堅決淘汰。

(2)當(dāng)涉及高壓試驗時，圖紙設(shè)計者應(yīng)在圖紙上明確試驗介質(zhì)，應(yīng)遵循審慎原則處理以氣體為介質(zhì)的任何加壓測試。

(3)針對存在壓力意外釋放風(fēng)險的試驗應(yīng)納入企業(yè)安全管理體系，制定施工許可程序以及安全檢驗核查表。涉及到的各方人員均應(yīng)強制參加安全培訓(xùn)，做到參與各方應(yīng)知應(yīng)會的管理要求，試驗前按照核查表逐項確認(rèn)后方可進行。

(4)加強安全知識培訓(xùn)，抓好試驗前安全須知通報。試驗前，操作者要求熟悉操作流程，安全員了解風(fēng)險源，防護措施功能完善。加壓前全面檢查試驗管線，尤其是薄弱處(如接頭、法蘭、盲板、壓力表等)，無關(guān)人員清場，隔離裝置布置合理；加壓過程盡量緩慢，切不可一邊加壓一邊作業(yè)；達(dá)到要求后盡量采用遠(yuǎn)距離見證，壓力釋放后方可進入現(xiàn)場檢查試驗結(jié)果。

高風(fēng)險試驗應(yīng)實行如下準(zhǔn)則：事前審批、事中謹(jǐn)慎、事后總結(jié)。

5 結(jié)語

安全生產(chǎn)事關(guān)人命安全，當(dāng)面對國內(nèi)船舶制造業(yè)基礎(chǔ)薄弱，從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，安全管理機制不健全的現(xiàn)狀，加大安全管理的投入實際意義重大。本文從事故原因分析著手，針對在壓力意外釋放場合作業(yè)時，提出了識別與控制危險源、制定安全工作流程卡、人員培訓(xùn)與告知，安全防護配備與監(jiān)督4條有針對性的安全管理改進措施，以期能為海事界不斷提高人員安全管理水平施加積極的影響。