CNG運輸船在船廠碼頭建造過程風險評估

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.江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 212003； 3.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江 212003)

CNG運輸船在船廠碼頭建造過程風險評估

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.江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 212003； 3.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江 212003)

為降低在建CNG(壓縮天然氣)運輸船在船廠碼頭充裝和動車過程中發生火災爆炸的風險，通過調查研究，分析了CNG運輸船在船廠碼頭充裝和動車過程，開展了CNG運輸船在碼頭充裝和動車過程的風險識別，給出了影響CNG運輸船充裝和動車過程的六個安全因素。運用模糊綜合評判法，對CNG運輸船充裝和動車過程進行評價，并給出CNG運輸船充裝和動車過程的安全防護措施建議。

CNG運輸船；船廠碼頭；風險識別；模糊綜合評判；安全防護措施

0 引言

目前，世界首艘CNG運輸船已在實施建造，但在建造過程中缺乏相關經驗和技術標準。其中，CNG運輸船在船廠碼頭建造的加氣和動車過程中所遇到的安全問題，與傳統的柴油動力船舶有很大不同，與LNG動力船舶也有不少差異[1]。因此，開展CNG運輸船在船廠碼頭建造過程的作業風險評估，對CNG運輸船安全建造有著重大意義。

1 CNG運輸船船廠碼頭充裝概述

1.1CNG運輸船

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

CNG運輸船共裝載運輸832支高壓氣瓶，安裝在5個貨艙中，其中第5貨艙共有氣瓶132支，分成6個儲氣單元，各有氣瓶22支。6個儲氣單元中的2個為燃料氣單元，共有44支氣瓶，總容積為132 m3，主要用于船的動力燃料供應。CNG運輸船的燃氣瓶屬于獨立于船體的特殊構造，與機艙隔離，中間設有隔離空艙，安裝于獨立的第5貨艙，機艙與燃料艙處于船體艉部。

CNG運輸船總布置如圖1所示。

1.2船廠舾裝碼頭

船廠舾裝碼頭由靠船裝卸平臺、系纜墩、引橋、CNG船舶專用泊位、其他船舶泊位區、CNG槽車區、安保系統及公共設施等組成。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運輸船的動力氣瓶。

1.4CNG船在船廠碼頭充裝過程

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

2 CNG運輸船充裝過程風險識別

2.1充裝流程分析

CNG運輸船裝氣過程見圖3。圖中，裝氣總管一端連接岸上CNG槽罐車，另一端連接CNG運輸船燃料瓶。圖2中，在距離槽罐車50 m處設置警戒線，非工作人員一律不得進入警戒線內。此外，槽罐車50 m安全范圍內停止無關作業。按照作業規章制度，啟動裝氣作業程序，對CNG船燃料瓶充氣。

2.2風險識別

從圖3可以看出，CNG運輸船充裝過程的安全風險主要集中在氣瓶、管系、閥件。其風險主要是充裝過程中發生氣體泄漏引發火災爆炸事故。

通過對相關文獻查閱和研究發現[2]，引發可燃氣體發生火災爆炸事故的必要條件是可燃氣體的泄漏和附近火源的存在。同時，由于船廠碼頭安全措施的不完善，風險不能得到有效控制，導致天然氣體濃度達到危險范圍是引發火災爆炸的又一條件。通過對CNG運輸船充裝過程的充分了解，得出CNG運輸船充裝過程的三類風險。

2.2.1可燃氣體泄漏風險識別

CNG運輸船充裝過程中可能存在的可燃氣體泄漏主要指充裝管系(氣體閥門、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。氣體泄漏原因見表1。

2.2.2火源產生風險識別

火源產生原因見表2。

表1 可燃氣體泄漏風險識別

表2 火源產生風險識別

2.2.3避險措施失效風險識別

當CNG運輸船發生氣體泄漏或產生火源時，船上的可燃氣體探測器、報警裝置能夠快速發出警報，并產生對應的行為，如截止閥、安全閥打開，通風機運轉透氣等，并且工作人員能迅速采取相應避險措施。當避險措施中的任一環節出現問題，可能導致危險事故的發生。避險措施失效原因見表3。

表3 避險措施失效風險識別

3 在船廠碼頭動車過程的風險識別

3.1CNG運輸船動車過程

CNG船在船廠碼頭充裝完成后，開始動車，一方面CNG燃料瓶給主機供氣，另一方面主機燃燒氣體向外排出尾氣。由于上述兩方面都與CNG氣體有關，存在氣體泄漏危險，需分別對CNG燃料瓶-主機供氣過程和排氣過程進行風險識別。

3.1.1CNG燃料瓶-主機供氣過程

燃料瓶-主機供氣過程如圖4所示。圖中，供氣總管一端連接CNG運輸船燃料瓶，另一端連接CNG主機。調壓器第一次將CNG降壓至7.2 MPa，第二次降壓至0.6 MPa，經過氣體閥組，最后主機啟動。文獻[3]建議柴油-LNG動力船舶應在90 m以外設置警戒線。考慮CNG船的特殊性，動車時，在距離主機100 m處設置警戒線，碼頭應該停止與動車過程無關的作業。

3.1.2供氣過程風險識別

由于CNG船仍在建造過程中，一些掃尾工作還沒有結束，供氣系統中的管系、閥門、控制器件、氣罐等質量還需要驗證，因此，CNG燃料瓶-主機供氣過程的安全風險主要集中在閥件、接頭。通過對CNG運輸船主機供氣過程的充分了解，得出CNG運輸船主機供氣過程的三類風險。

(1)可燃氣體泄漏風險識別：對于主機供氣過程來說，可燃氣體的泄漏主要指閥門、接頭，產生這種情況是由于工作人員操作不規范，安裝不到位，不能嚴格遵守規章制度，錯誤操作，日常檢修不到位。

(2)火源產生風險識別：導致天然氣發生燃爆的火源很多，其原因見表4。

表4 火源產生風險識別

(3)避險措施失效風險識別：CNG運輸船機艙和燃料艙設有可燃氣體探測器、報警裝置。當發生氣體泄漏時，報警裝置能夠快速發出警報，并產生對應的行為，如切斷閥緊急打開，通風機運轉透氣等，并且工作人員能迅速采取相應避險措施。避險措施失效原因見表5。

表5 避險措施失效風險識別

3.2主機排氣過程風險識別

CNG主機排氣過程的安全風險主要是氣體燃燒不充分，向外排氣過程中遇到火源而產生火災爆炸事故，而產生的火源主要集中在上層建筑安裝的各種防爆等級低的設備產生的電火花以及艙室里工作人員抽煙、打手機等；此外，外部環境失火也是火源之一。排氣口內可燃氣體探測裝置以及抽風機等設備原因，由于數量和布置的不合理導致避險措施失效，未能及時采取應急措施，造成不充分燃燒的氣體增多，導致可燃氣體濃度過高而遇明火爆炸。此外，距離排氣口危險區域30 m內仍有艙室在作業，可能導致火源產生，發生事故。

4 充裝和動車過程的模糊綜合評判

4.1建立因素集

以U代表船廠碼頭充裝和動車過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為管系設備因素；u4為人員因素；u5為管理因素；u6為環境因素。

4.2建立評語集

以V代表評判等級所組成的集合：

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

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

評價指標對應的值為V={0.5,0.4,0.3,0.2,0.1}。

4.3確定權重A

采用DELPHI法由10位專家利用1～9標度法進行各因素重要度打分，并利用AHP法計算各指標的權重A，進行一致性檢驗。計算得到各因素的權重見表6。

表6 各因素權重

4.4模糊綜合評判

由專家對船廠碼頭安全措施進行打分得到專家綜合評判表，其結果見表7。

表7 專家綜合評判表

由表7的評判結果構成模糊評判矩陣：

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

根據模糊綜合評判集B所得的結果，按照最大隸屬度原則，可以得出CNG運輸船在船廠碼頭充裝和動車過程的危險級別處于低危險和較低危險之間。由此可見，CNG運輸船在充裝和動車過程中的風險是可以控制的。

5 風險控制措施

(1)船舶因素風險控制建議：在燃料艙和機艙合理布置氣體探測器位置，工作人員應按時檢查氣體探測裝置，并做好記錄，排除安全隱患；排氣管內應設置抽風機，加速尾氣的排放和擴散。

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

(3)管系設備因素風險控制建議：嚴格把控管道、閥門、控制器件、接頭等質量關。在充裝前，應嚴格檢查壓力管道有無損壞問題，確認設備接地良好；檢查流量計能否正常工作，安全閥有無問題；控制CNG氣瓶充量，防止過充導致超壓斷裂。

(4)人員因素風險控制建議：對參與CNG運輸船充裝和動車過程的作業人員開展安全與專業知識培訓并實施考核制度，培養他們的職業素養和專業技能[5]。

(5)管理因素風險控制建議：加強對CNG運輸船和其他船舶的監管力度，重視CNG運輸船安全監管人才的培養，加大對CNG運輸船安全管理的研究，不斷完善CNG運輸船充裝和動車過程應急處理預案。

(6)環境因素風險控制建議：如果閑雜人員越過警戒區或碼頭仍有船舶作業，則可能增加CNG船在充裝和動車過程中的安全風險，故在充裝和動車時需要加強碼頭安保措施，避免事故的發生。

6 結語

本文以CNG運輸船為研究對象，運用模糊綜合評判方法對CNG運輸船充裝和動車過程進行了評判，根據評判結果，按照最大隸屬度原則，得出危險級別處于低危險和較低危險之間，這一結果說明CNG運輸船在充裝和動車過程中的風險是可以控制的。

[1] 管義鋒,朱玥,史騰飛.基于FSA方法的柴油-LNG雙燃料動力船舶加注過程風險評估[J].中國水運, 2012(5):2-3.

[2] 朱培培.內河柴油-LNG雙燃料動力船舶風險分析[D].鎮江：江蘇科技大學,2014:22-24.

U673.4

A

江蘇省科技成果轉化專項資金(BA2015042)

2017-05-21

張華(1966—)，男，高級工程師，主要從事風電安裝平臺、節能型散貨船以及壓縮天然氣運輸船等設計與制造研究。