罐式集裝箱作為船用可移式LNG燃料罐安全性分析

金家坤，程　康，田宇忠，曹蛟龍

(中國(guó)船級(jí)社 武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

罐式集裝箱作為船用可移式LNG燃料罐安全性分析

金家坤，程康，田宇忠，曹蛟龍

(中國(guó)船級(jí)社 武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

摘要：為了滿足船用可移式LNG燃料罐的市場(chǎng)需求，基于綜合安全評(píng)估方法識(shí)別罐式集裝箱作為船用可移式LNG燃料罐循環(huán)使用的主要危險(xiǎn)源，通過(guò)事件影響和原因分析,提出罐式集裝箱在碼頭吊裝、船上布置、供氣連接各環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和建議。

關(guān)鍵詞：罐式集裝箱；可移式LNG燃料罐；風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；風(fēng)險(xiǎn)控制

隨著國(guó)際海事組織對(duì)船舶廢氣排放要求的日益嚴(yán)格，越來(lái)越多的船東已經(jīng)使用或考慮將LNG作為船舶的清潔燃料。船用LNG燃料罐分為固定式和可移式兩類[1]，目前絕大多數(shù)LNG動(dòng)力船使用固定式燃料罐，由于現(xiàn)投入使用的LNG水上加注站點(diǎn)數(shù)量有限且分布不均，導(dǎo)致LNG動(dòng)力船的大規(guī)模應(yīng)用受到嚴(yán)重制約[2]。可移式LNG燃料罐在陸上液化站完成充裝后，再通過(guò)吊裝或滾裝固定到船上，其“加注”作業(yè)可在現(xiàn)有大部分港口碼頭完成，不受水上加注站點(diǎn)的制約，因而可移式LNG燃料罐在船舶上應(yīng)用逐漸得到重視。罐式集裝箱(以下簡(jiǎn)稱“罐箱”)兼具壓力容器的高可靠性和集裝箱的陸海聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢(shì)，并已有水路運(yùn)輸LNG的先例[3-4]，是船用可移式LNG燃料罐的理想選擇。目前國(guó)外已有企業(yè)開(kāi)展罐箱作為船用可移式LNG燃料罐的設(shè)計(jì)和可行性研究[5-6]，但僅限于罐箱及相關(guān)附件的功能安全研究，未考慮碼頭及船上作業(yè)等潛在的風(fēng)險(xiǎn)。本文圍繞罐箱作為船用可移式LNG燃料罐的特點(diǎn)及循環(huán)使用過(guò)程開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)分析，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和建議，以期為實(shí)船應(yīng)用提供參考。

1特點(diǎn)分析

與大部分LNG動(dòng)力船使用的固定式燃料罐相比，罐箱作為船用可移式LNG燃料罐有著下列顯著不同的特點(diǎn)。

1) “加注”操作頻繁。罐箱在陸上完成LNG充裝后，通過(guò)公路或鐵路運(yùn)輸至碼頭再吊裝上船完成“加注”作業(yè)，其尺寸和重量分別受到道路橋隧通行能力和車輛岸吊的承載能力限制，因此單個(gè)罐箱充裝的LNG有效容積非常有限，一般不超過(guò)50 m3。為了保證船舶正常供氣，其“加注”操作相比固定式LNG燃料罐更加頻繁。

2) 與船舶供氣系統(tǒng)軟管連接。與固定式燃料罐不同，罐箱作為可移式燃料罐在船上的位置經(jīng)常有所變化，因此采用軟管與船舶供氣系統(tǒng)連接，并且每次“加注”前后軟管接頭都要斷開(kāi)和重新連接。

3) 船上可堆碼布置。2個(gè)及以上的固定式燃料罐在甲板上布置時(shí)，一般采用單層并排方式，其上部往往留很大空間[7]。而罐箱作為可移式燃料罐可以相互之間堆碼或者與其他貨物集裝箱堆碼，能夠充分利用甲板高度方向上的空間。

尤其是符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織系列1標(biāo)準(zhǔn)的 20或40 ft罐箱，其尺寸剛好對(duì)應(yīng)集裝箱船上的1或2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱位，可以使得集裝箱船的箱位利用率最大。

2危險(xiǎn)識(shí)別

罐箱作為船用可移式LNG燃料罐要經(jīng)歷“裝船—供氣—卸船”的循環(huán)使用過(guò)程，專家小組采用“頭腦風(fēng)暴”和“假設(shè)分析技術(shù)”相結(jié)合的危險(xiǎn)識(shí)別方法，共識(shí)別出4種主要危險(xiǎn)源，包括吊裝失效、隔離失效、供氣連接失效和堆碼失效。

各危險(xiǎn)源事件后果和主要原因見(jiàn)表1～4。

表1　吊裝失效危險(xiǎn)源

表2　隔離失效危險(xiǎn)源

表3　供氣連接失效危險(xiǎn)源

表4　堆碼失效危險(xiǎn)源

罐箱作為船用可移式LNG燃料罐的應(yīng)用尚處于起步階段，無(wú)法獲得詳細(xì)的事故資料。根據(jù)文獻(xiàn)[8]并參考集裝箱船和LNG動(dòng)力船等歷史事故統(tǒng)計(jì)，對(duì)上述事件的發(fā)生頻率和后果嚴(yán)重性進(jìn)行分級(jí)，最終建立相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，見(jiàn)表5。

表5　風(fēng)險(xiǎn)矩陣

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)度量得出，上述各危險(xiǎn)源的事件風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于不可接受的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和可接受的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)之間的臨界區(qū)域，但必須進(jìn)一步采取合理有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以避免潛在事故的發(fā)生或事故發(fā)生后使事故危害降到最低。

3風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1) 罐箱的檢驗(yàn)、維護(hù)與吊裝作業(yè)滿足管理規(guī)定和操作指南的要求。對(duì)罐箱結(jié)構(gòu)特別是結(jié)構(gòu)敏感部件進(jìn)行定期檢驗(yàn)和維護(hù)保養(yǎng)[9]，避免罐箱“帶病”運(yùn)輸和上船。對(duì)于罐箱吊裝作業(yè)，必須滿足主管機(jī)關(guān)和港口碼頭管理方的相關(guān)規(guī)定[10-11]，嚴(yán)格按照吊裝程序進(jìn)行操作。

2) 罐箱在船上布置時(shí)應(yīng)保證足夠的安全間距，必要時(shí)應(yīng)對(duì)罐箱及其附件、連接管路等進(jìn)行有效防護(hù)，以防止貨箱跌落等事故對(duì)罐箱及供氣系統(tǒng)造成機(jī)械損傷。任何情況下，應(yīng)確保罐箱及附件有足夠的通風(fēng)，以防止可燃?xì)怏w積聚。

3) 罐箱與船舶供氣系統(tǒng)連接的軟管及接頭應(yīng)定期檢驗(yàn)和維修保養(yǎng)，并采取有效的泄漏防護(hù)措施。軟管每次連接前應(yīng)進(jìn)行氣密試驗(yàn)，確保不會(huì)有可燃?xì)怏w泄漏。另外在接頭下方應(yīng)設(shè)置耐低溫集液盤(pán)，防止LNG泄漏對(duì)甲板或罐箱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低溫?fù)p傷。

4) 罐箱在船上堆碼應(yīng)保證所有透氣管出口通往露天的安全位置以防止接觸潛在的火源。采用共管透氣，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[12]進(jìn)行有效系固。共管透氣應(yīng)滿足首先考慮共管透氣能力，滿足所有共管的安全閥同時(shí)排放的安全指標(biāo)(容量、速率)；另外考慮接頭良好密封性能，避免BOG在接頭泄漏；其次考慮共管接頭柔性要求，以防止堆碼時(shí)角件偏置導(dǎo)致共管不對(duì)中；最后考慮共管連接易拆卸，最大程度降低對(duì)罐箱裝卸影響。罐箱系固應(yīng)能承受船舶可能產(chǎn)生的最大運(yùn)動(dòng)載荷，以防止罐箱在惡劣海況發(fā)生跌落事故，造成LNG泄漏等重大事故。

5) 建立多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防控應(yīng)急預(yù)案。罐箱作為船用可移式LNG燃料罐，與船舶供氣系統(tǒng)的連接管路要經(jīng)常拆裝，使得LNG泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此需要對(duì)罐箱與上述連接管路中存在較大泄漏風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，建立多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防控應(yīng)急預(yù)案(見(jiàn)圖1)，以保證船舶人員安全。

圖1　多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防控應(yīng)急預(yù)案

4建議

1) 罐箱作為船用可移式LNG燃料罐的主要危險(xiǎn)源包括吊裝失效、隔離失效、供氣連接失效和堆碼失效，應(yīng)建立多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防控應(yīng)急預(yù)案將風(fēng)險(xiǎn)控制在最低水平。

2) 港口監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)罐箱的稱重和保養(yǎng)檢查，吊裝作業(yè)嚴(yán)格遵守港口危險(xiǎn)品相關(guān)管理規(guī)定要求。

3) 罐箱在船上布置時(shí)應(yīng)保證足夠的安全間距和良好的通風(fēng)條件。

4) 罐箱應(yīng)通過(guò)軟管與船舶供氣系統(tǒng)連接，連接前進(jìn)行氣密試驗(yàn)，采取有效的泄漏防護(hù)措施。

5) 罐箱在船上堆碼應(yīng)進(jìn)行有效系固，所有透氣管出口應(yīng)通往露天的安全位置。

對(duì)于大量罐箱在船上作為可移式LNG燃料罐使用，建議考慮使用共管透氣方案，并保證每個(gè)罐箱與供氣管路之間有效隔離，且不會(huì)對(duì)其他罐箱的有效性造成影響。

參考文獻(xiàn)

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[12] 中國(guó)船級(jí)社.貨物系固手冊(cè)編制指南[S].北京：人民交通出版社，2014.

Safety Research of Portable Marine LNG Fuel Tank by Using the Tank Containers

JIN Jia-kun, CHENG Kang, TIAN Yu-zhong, CAO Jiao-long

(Wuhan Rule and Regulation Research Institute, China Classification Society, Wuhan 430022, China)

Abstract:In order to satisfy the market application requirements of portable LNG fuel tank on ships, the main dangerous sources are presented in the cycle using process of portable LNG fuel tank by using tank containers based on the formal safety assessment. By means of accidents' effect and reason analysis, some risk control measures and suggestions are proposed about the tank containers, including lifting on port, arrangement on ship and connection of gas supply pipes.

Key words:tank containers; portable LNG fuel tank; risk identification; risk control

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.004

收稿日期：2015-08-24

基金項(xiàng)目：工業(yè)與信息化部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目

第一作者簡(jiǎn)介：金家坤(1983—)，男，碩士，工程師 E-mail:jkjin@ccs.org.cn

中圖分類號(hào)：U674.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-7953(2016)03-0018-03

修回日期：2016-01-12

研究方向:LNG水上安全應(yīng)用