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        某型LNG雙燃料集裝箱船海損修理風(fēng)險評估

        2024-01-27 04:01:04李付博汪瞻緯劉洪慶
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2023年24期
        關(guān)鍵詞:雙燃料集裝箱船危險源

        戰(zhàn) 研 李付博 汪瞻緯 彭 康 劉洪慶

        (1.舟山中遠海運重工有限公司,浙江 舟山 316131;2.武漢理工大學(xué),湖北 武漢 430063)

        作為現(xiàn)代化海洋運輸?shù)闹辛黜浦?,集裝箱船在全球貿(mào)易中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。為了響應(yīng)2020年我國首次提出的“3060”雙碳政策,適應(yīng)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的需求,越來越多的船舶開始采用LNG(液化天然氣)雙燃料技術(shù)[1-3]。由于LNG的高能量密度和易燃性,一旦發(fā)生泄漏,將會導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等嚴重的安全事故,造成大量人員傷亡與經(jīng)濟損失。目前,國內(nèi)外學(xué)者對LNG船舶風(fēng)險評估的研究愈發(fā)深入,形成大量LNG船舶風(fēng)險評估的方法,包括危害辨識分析(Hazard Identification,HAZID)、事故樹分析、蒙特卡羅及貝葉斯等方法。研究表明,LNG船舶風(fēng)險評估是一個動態(tài)的過程,需要不斷更新和完善風(fēng)險評估的內(nèi)容和標準[4-6]。為進一步進行集裝箱船風(fēng)險評估,該文以某型LNG雙燃料集裝箱船海損修理項目為例進行一系列系統(tǒng)性風(fēng)險評估,該評估包括船舶機艙、甲板、船體外殼、壓載艙和系泊區(qū)域等多個敏感區(qū)域的研究,以期能夠識別LNG集裝箱船海損修理的各種潛在風(fēng)險。在該基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的風(fēng)險管理和防范措施,最大程度地降低事故和損失概率。

        1 LEC方法

        LEC評價法是對具有潛在危險性作業(yè)環(huán)境中的危險源進行半定量的安全評價方法。作業(yè)條件危險性評價法是通過與項目系統(tǒng)風(fēng)險有關(guān)的3種因素指標值的乘積來評價系統(tǒng)人員傷亡危險的大小。LEC評價法的簡化公式如公式(1)所示。

        式中:D為危險帶來的風(fēng)險值(對應(yīng)風(fēng)險等級見表1);L為發(fā)生事件的可能性;E為人員暴露于危險環(huán)境中的頻繁程度;C為發(fā)生事件會造成的后果。L、E、C取值見表1。

        表1 L-E-C表

        在使用LEC評價法劃分風(fēng)險等級的過程中,需要優(yōu)先計算項目系統(tǒng)的前風(fēng)險值(初始風(fēng)險等級)、后風(fēng)險值(實施后風(fēng)險等級)以及殘余風(fēng)險值(剩余風(fēng)險等級)。完成計算后,將得到的后風(fēng)險值與表2進行對照,確定最終的風(fēng)險等級。風(fēng)險等級被用于判定危險程度,其中,等級D的值用于識別風(fēng)險的可接受性。

        表2 風(fēng)險等級表

        與HAZID方法相比(HAZID方法早期在對危險源和風(fēng)險進行辨識和分析的過程中需要準備大量的資料[4]),LEC法耗費的時間與投入的物力都更少,能快速針對風(fēng)險進行評估和干預(yù)。因此,該文主要采用LEC評價法來對“盧浮”輪維修過程中可能存在的危險源和風(fēng)險進行評估,提出相應(yīng)的控制措施,不僅降低風(fēng)險水平,而且保障人員安全。

        2 項目案例研究

        2.1 項目背景

        2022年3月,法國達飛公司的“盧浮”號LNG雙燃料集裝箱船因艏尖艙、No.2、3右舷壓載艙外底板海損亟需進廠維修。船舶主要資料見表3。船上安裝Win GD型 W12X92DF主機和6臺雙燃料輔機,可容納23000個集裝箱,是目前全球最大LNG雙燃料集裝箱船。同時,該船配置GTT Mark III設(shè)計的18600m3LNG燃料艙(艙內(nèi)裝有2×50%的PSV(壓力安全閥),位于TCS(接管處所)內(nèi),安全閥起跳壓力為0.6kg)。船體左右兩舷均有1個LNG加液站,左舷側(cè)視圖如圖1所示。

        圖1 總布置圖–左舷側(cè)視圖

        表3 船舶主要資料

        2.2 海損修理方案

        按照舟山中遠海運重工有限公司的要求,“盧浮”輪須在LNG艙暖艙狀態(tài)下進行海損修理。暖艙狀態(tài)是指在艙內(nèi)液貨卸空后進行的暖艙處理,分為2步:首先,使用高載壓縮機從LNG艙氣相管抽氣,待艙內(nèi)加熱后,通過液相總管送入燃料艙底部去氣化后殘留在底部的液貨。其次,利用高載壓縮機從燃料艙底部抽氣,通過頂部的氣相管送回燃料艙。當(dāng)暖艙最終狀態(tài)即燃料艙以及第二絕緣層各點溫度均高于5℃時,艙內(nèi)壓力為0.02MPa~0.03MPa。根據(jù)提供的信息,“盧浮”輪LNG艙內(nèi)溫度在廠期間會少量升高,在極限狀態(tài)下,艙內(nèi)壓力最高達到0.51MPa(20℃),不存在負壓狀況。該文參照理想氣體方程式,在暖艙狀態(tài)下計算LNG艙內(nèi)剩余的天然氣,為海損修理方案制定及風(fēng)險評估提供依據(jù),如公式(2)所示。

        式中:P1為標況下的壓力0.101325MPa(大氣壓強);T1為標況下的溫度253.15K(20℃),273.15K(0℃);P2為實際壓力;T2為實際溫度;V1為標況下體積;V2為實際體積。

        經(jīng)過計算,LNG艙在溫度為-30℃,壓力0.02MPa~0.03MPa以及艙容18620m3的情況下,艙內(nèi)LNG質(zhì)量為12.81t~15.15t;當(dāng)LNG艙達到環(huán)境溫度(20℃)時,在最大壓力0.051MPa的情況下,艙內(nèi)LNG質(zhì)量為19.22t~21.01t。

        舟山中遠海運重工有限公司共有3個船塢、2個船臺和8個泊位。根據(jù)“盧浮”輪LNG艙剩余天然氣計算結(jié)果及其主尺度和吃水限制,在廠修理將在4號碼頭和2號船塢進行。按照要求,需要評估的海損修理方案包括以下2個:1)4號碼頭(暖艙狀態(tài))無須BOG(Boil-Off Gas,蒸發(fā)氣)管理。2)2號船塢(暖艙狀態(tài))無須BOG管理。修理范圍包括艏尖艙、No.2、No.3右舷壓載艙海損及造船遺留項目所包括的所有主要區(qū)域和修理項目類型。

        2.3 風(fēng)險評估

        風(fēng)險評估是船舶驗收和維修作業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),主要包括維修作業(yè)的任務(wù)識別、風(fēng)險源識別與分類、風(fēng)險值評估與判定以及風(fēng)險評估表制定4個方面的內(nèi)容。

        2.3.1 維修作業(yè)的任務(wù)識別

        維修作業(yè)的任務(wù)識別作為風(fēng)險評估的首要步驟,其主要是梳理船舶維修作業(yè)中的各項任務(wù)和工作活動,這些任務(wù)主要分布在船舶的不同區(qū)域(例如主甲板、船尾、船艙等)或者碼頭、船塢的特定區(qū)域。任務(wù)的分類應(yīng)考慮安全區(qū)域、危險區(qū)域、安全敏感區(qū)域以及敏感設(shè)備/系統(tǒng)等相關(guān)因素。應(yīng)該詳細記錄每個任務(wù)的具體內(nèi)容和當(dāng)前狀態(tài),包括進入過程、冷工作(例如管路/設(shè)備拆卸、安裝、清潔等)、熱工作(例如切割、電焊、打磨以及手工除銹等)、打砂/手工打磨/高壓水沖洗/油漆、電氣項目(不涉及LNG系統(tǒng))以及吊運操作等。這些維修任務(wù)是船舶維修作業(yè)中常見且關(guān)鍵的工作活動,同時也是潛在風(fēng)險的主要來源。

        2.3.2 風(fēng)險源的識別與分類

        在任務(wù)識別的基礎(chǔ)上,需要進一步識別船舶維修過程中存在的潛在風(fēng)險源,這些風(fēng)險源可能對工作人員和環(huán)境造成不同程度的威脅。對各種工作活動進行分析,識別可能導(dǎo)致物體墜落、著火源、LNG/氣體泄漏、排氣、失去控制/監(jiān)測、停電、進入危險區(qū)以及破壞正常通道和逃生路線等事故發(fā)生的風(fēng)險源。通過對這些風(fēng)險源進行分類,可以深入了解其性質(zhì)和特征以及可能造成的潛在后果和影響范圍,為風(fēng)險評估提供更全面和細致的信息。

        2.3.3 風(fēng)險值評估與判定

        為進一步量化維修作業(yè)中的風(fēng)險程度,采用LEC評價法對船舶維修項目的風(fēng)險值進行評估,計算前置、后置和殘余風(fēng)險值:當(dāng)未采取任何安全措施時的風(fēng)險值被稱為前置風(fēng)險值;當(dāng)采取安全措施的風(fēng)險值被稱為后置風(fēng)險值;在采取監(jiān)視措施后得到的風(fēng)險值被稱為殘余風(fēng)險值。當(dāng)殘余風(fēng)險值仍≥20時,可以判定相關(guān)職業(yè)在健康和安全方面存在重要的風(fēng)險。這些評估和判定提供了重要的依據(jù),以保障維修作業(yè)安全以及工作人員健康和環(huán)境安全。

        2.3.4 制定風(fēng)險評估表

        在風(fēng)險評估的過程中,每一步結(jié)果都將填入風(fēng)險評估規(guī)范性表中(見表4),具體流程如圖2所示。風(fēng)險評估結(jié)果可作為后續(xù)決策的依據(jù)。

        圖2 風(fēng)險評估流程

        表4 風(fēng)險評估表(規(guī)范性)

        3 評估結(jié)果

        根據(jù)“盧浮”輪海損修理方案,采用LEC評價法對“盧浮”輪機艙、甲板、機控室以及壓載艙等相關(guān)待檢查修理區(qū)域所進行的冷工、熱工、電氣以及吊運等一系列作業(yè)進行海損修理風(fēng)險評估,計算相應(yīng)的前置風(fēng)險值、后置風(fēng)險值和殘余風(fēng)險值并提出相應(yīng)的管理措施。下面以四號碼頭危險敏感區(qū)域為例,分析風(fēng)險評估結(jié)果。區(qū)域危險源主要分為海損撤離、安裝/吊運登船梯以及違反ISPS要求。其中,海損撤離前置風(fēng)險值D為120,后置風(fēng)險值D為21,殘余風(fēng)險值D為9。對照風(fēng)險等級表(表1),前置風(fēng)險等級為重要危險,后置危險為一般危險,兩者均不可接受,需要整改。另外,由殘余風(fēng)險值未超過臨界值可知,該職業(yè)的健康與安全風(fēng)險屬于非重要級別。因此,為降低風(fēng)險值,一方面,前置風(fēng)險發(fā)生前須采取相應(yīng)的措施,例如在船舶的前后各設(shè)一個登船梯,上船前進行應(yīng)急演練,上船前進行安全培訓(xùn)以及保證船方及廠方的廣播報警系統(tǒng)可靠等;另一方面,后置風(fēng)險發(fā)生前也可以采取拖輪待命,救生吊籠及門機優(yōu)先以及船方舷梯/引水梯備用等措施。除海損撤離外,安裝/吊運登船梯和違反ISPS要求這2種危險源的前置風(fēng)險、后置風(fēng)險和殘余風(fēng)險值分別為45、3和3。綜合3種危險源的風(fēng)險值進行判斷,如果活動狀態(tài)為PWC,那么在落實安全措施的前提下可以重點執(zhí)行。另外,在進行相關(guān)項目的熱工作業(yè)的過程中,危險源主要為氣體釋放區(qū)域的著火源。根據(jù)LEC評價法得出其前置風(fēng)險值D為1200,遠遠大于臨界值320,危險級別處于極其危險,應(yīng)立即停止作業(yè)。為了避免該項危險發(fā)生,需要在前置風(fēng)險發(fā)生前采取相應(yīng)的措施,例如在開工前進行HSE培訓(xùn),保證在施工前交底;距離透氣源10m的安全距離,拉好禁區(qū),在10m范圍外動火,做好專項策劃并采取措施,防止火花落入禁區(qū);當(dāng)艙室壓力大于0.05MPa時,系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為通過船方設(shè)備(GCU)進行燃燒。與前置風(fēng)險相比,后置風(fēng)險值和殘余風(fēng)險值遠低于臨界值20,因此其危險級別為輕微危險,可以接受,無須再采取預(yù)防措施。在進行“盧浮”輪海損的修理過程中,冷卻水壓力不足、冷卻水管損壞、透氣桅潛在氣體釋放、LNG艙室加熱以及應(yīng)急撤離等為重要風(fēng)險源,且這類危險源的前置風(fēng)險值遠遠高于后置風(fēng)險值及殘余風(fēng)險值。結(jié)合風(fēng)險評估結(jié)果與廠內(nèi)專家小組意見,“盧浮”輪海損修理過程采用以下建議項,見表5。

        表5 “盧浮”輪海損修理過程建議項

        4 結(jié)論

        針對LNG雙燃料集裝箱船海上運營過程中所面臨各種潛在的風(fēng)險和海損修理需求,該文以全球首例最大的LNG雙燃料集裝箱船—“盧浮”輪為例,基于LEC評價法開展船舶海損修理風(fēng)險評估研究,并針對風(fēng)險評估結(jié)果提出相應(yīng)的措施,得到以下4個結(jié)論:1)通過LEC評價法計算前風(fēng)險值、后風(fēng)險值和殘余風(fēng)險值3種狀態(tài)值確定風(fēng)險等級,能夠?qū)NG船維修過程中存在的危險源和風(fēng)險進行評估。2)在LNG雙燃料集裝箱船帶氣修理過程中,首先,針對LNG艙室、LNG艙閥后相連管路、LNG透氣桅等特殊風(fēng)險源進行有效的風(fēng)險管理,一定程度上可以有效地避免意外事故。3)船舶危險敏感區(qū)域風(fēng)險評估結(jié)果表明,大多數(shù)風(fēng)險的發(fā)生主要來源于安全措施不足。因此,在前置風(fēng)險產(chǎn)生前采取相應(yīng)的安全措施,可以有效避免維修過程中的風(fēng)險。4)LNG雙燃料技術(shù)的廣泛應(yīng)用說明船廠帶氣修理逐漸成為常態(tài)化趨勢。在這樣的背景下,各大船廠應(yīng)積極采取措施,制定帶氣修理標準,規(guī)范操作行為準則,以預(yù)防潛在風(fēng)險發(fā)生。

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