LNG罐箱內河運輸風險辨識

張鵬 魏大強 臧子璇 熊廉森

(1.重慶興燃能源有限責任公司 重慶 400020;2.重慶大學土木工程學院 重慶 400045;3.中國建筑工程(澳門)有限公司 澳門 000853)

在節能減排的大環境下，LNG 作為清潔能源被引入內河運輸服務體系具有可持續綠色發展的重要意義。罐箱內河運輸可以將沿海LNG運往內陸，其不僅可以作為內河沿線LNG站的能源來源，還可以解決天然氣管網鋪設難以到達的偏遠地區。

在調查國內外的研究現狀后，發現在風險分析上目前國內外有部分學者對LNG 罐箱在沿海地區港口水域發生事故進行了相關研究，但對內河的分析較少，將內河水域某一區域作為整體進行綜合安全評價的研究更少。

故為了將來LNG罐箱在內河的運輸安全，該文先分析內河運輸的環境，進行風險因素識別，再結合船只設備、人員、吊裝機械等，對LNG罐箱運輸船的轉運過程進行綜合分析，以LNG泄漏作為頂事件建立LNG罐箱內河運輸事故樹，得到引發事故的基本事件，同時以LNG 泄漏作為初始事件建立事件樹，得到發生泄漏后的具體后果事件，并對每個后果事件的概率進行計算。

1 LNG罐箱內河運輸風險因素分析

1.1 內河沿線環境分析

該文所述內河環境主要包括自然環境和航段物理條件。對內河運輸的環境進行詳細分析，目的在于針對風險高的地方采取相應措施，來保證LNG罐箱內河運輸過程的安全。

自然環境條件包括風速、能見度、降雨量，水文條件包括水流速度、水深，航段物理條件指航段沿線的地質災害、航道尺度、通航段交通量、助航設施設備以及有無橋梁。當風速大于15 m/s、霧的能見度小于1 km、暴雨天氣、水流橫流和順流流速過大、水深不足，山體滑坡等，均會使船舶通行受到影響，發生船的安全事故，導致LNG罐箱的安全受到影響。

1.2 罐箱運輸過程分析

由于該文所述運輸過程包括LNG罐箱的裝載、船只轉運和卸載，其包含的對象主要有人、運輸船只及其附屬設備、罐箱和吊裝機械。將這些對象作為可能受損的目標，進行過程的風險因素識別。

因為LNG 罐箱在內河上的運輸過程與普通貨物相似，僅僅是運輸貨物與運輸船有區別，導致發生事故的后果不一致，故該文參考普通貨船在運輸過程發生的事故進行分析。在LNG罐箱內河船只轉運過程中，風險識別的對象包括了船只及其附屬設備、人員自身情況以及罐箱。

在罐箱運輸過程中，當人因凍傷、窒息、砸傷、燒傷或超壓受傷而成為受損對象時，其包括的風險因素分別有LNG 泄漏、罐箱脫落、火災和爆炸。船只因擱淺或碰撞成為受損對象時，其包括的風險因素有人員誤操作、船舵失靈、風力過大、航道寬度太窄、觀察不及時。當船只的附屬設備失效時，其風險因素主要是維護不當。當罐箱因跌落或閥件損壞成為受損對象時，其包含的風險因素有船只碰撞、綁扎不嚴、風力過大、人員誤操作、維護不當以及機械自身故障。

LNG 罐箱的裝載和卸載過程本質相同，均是碼頭作業，風險類似，遂將這兩個過程作為同一類進行分析，識別對象是罐箱吊裝及堆碼過程中包含的罐箱、人和機械設備，其中人與罐箱成為受損對象時的風險因素在LNG 罐箱運輸和裝卸時是一致的。而當罐箱裝卸時，當起吊設備因部件故障或部件損壞成為受損對象時，其風險因素包含有人員誤操作和維護不佳。

2 LNG罐箱內河運輸事故樹的構建

事故樹是一種邏輯歸納分析方法，它將給定的頂事件按總體至部分的規律從上至下逐步細化分析頂事件的最基本的原因。事故樹分析法中各個事件的連接使用邏輯語言符號進行連接，用邏輯門描述事件發生的因果關系。

根據已查閱的事故樹構建文獻[1-2]，結合前文的LNG 罐箱內河運輸系統的范圍界定，構建得到事故樹見圖1，主要分析了罐箱及其附屬閥門等在吊裝及轉運的過程中可能發生的事故。事故樹詳細描述了LNG罐箱泄漏的故障原因，包含了1個頂事件，35個中間事件，51個基本事件。

圖1 LNG罐箱內河運輸系統事故樹

LNG 泄漏易引起存儲設備及設施損壞，并造成經濟損失和環保危害。LNG罐箱是運輸過程中風險等級最高的設備，該文重點對引起罐箱泄漏的基本風險事件進行風險識別。由上述LNG 罐箱內河運輸系統事故樹圖可知：在造成LNG 罐箱泄漏的48 個基本事件中，人員誤操作或人員工作不到位的有12 個，設備故障的有9個。由此可見，在LNG罐箱內河運輸過程中，規范工作人員的操作、提高工作人員的責任意識、定期檢查設備器械是十分必要的，可以有效防止和減少LNG罐箱泄漏事故的發生。

3 LNG泄漏的定量分析

3.1 LNG泄漏的事件樹分析

事件樹分析法是一種基于初始事件，對后續事件進行演繹的推理方法，常用于安全工程系統分析，可以評價系統的可靠性和安全性。事件樹分析的步驟主要有：（1）確定事件樹初始事件；（2）確定各層級的安全措施；（3）繪制事件樹；（4）定性分析；（5）定量分析。

事件樹分析原理見文獻[3-4]，該文第二節分析過LNG 罐箱內河運輸過程中LNG 泄漏的原因，圖2 以LNG泄漏作為初始事件，對泄漏的后續過程進行演繹。

圖2 LNG罐箱內河運輸泄漏事件樹

該事件樹考慮了LNG 泄漏的6 個后續事件，并分析事件發展最終得到了17 種后果事件，分別為：罐箱噴射火或沸騰液體擴展蒸汽爆炸（C1）、船艙內池火、閃火或蒸汽云爆炸（C2）、船艙內爆炸隱患，窒息、凍傷（C3）、船艙內池火（C4）、船艙內火災及爆炸隱患，窒息、凍傷（C5）、船艙發生閃火或蒸汽云爆炸（C6）、船艙內爆炸隱患，窒息、凍傷（C7）、船艙內LNG 損失，窒息隱患（C8）、水面上凍傷、蒸汽云爆炸（C9）、水面上凍傷，窒息及燃爆隱患（C10）、水面上池火（C11）、水面上凍傷，LNG 損失（C12）、水面上發生閃火或蒸汽云爆炸（C13）、水面上閃火或蒸汽云爆炸隱患（C14）、水面LNG 損失（C15）、僅罐箱周圍凍傷隱患（C16）、少量LNG損失（C17）。

3.2 LNG泄漏后果事件概率計算

根據初始事件及各個后續事件的發生或者不發生的概率，算出每個后果事件的概率。例如，后果C1發生概率的計算式為

式（1）中：P1為后果事件C1 發生的概率；P(E01)為初始事件發生的概率；P(E1|E01)為初始事件發生的情況下E1的發生的條件概率。

根據初始事件及各個后續事件的發生或者不發生的概率，算出每個后果事件的概率。將事件樹的初始事件假定為發生，即概率為1。根據已有的概率估計文獻[5-6]，后續事件的發生概率與不同的泄漏孔徑、泄漏時間等多個因素有關，該文參考其中的概率估計方法，以200 mm 孔徑為例，將每種后果事件發生的概率分別進行計算。

以下標表示后果事件的代碼，最終的計算結果分別為：P1=0.1，P2=0.022 68，P3=0.204 12，P4=0.015 12，P5=0.136 08，P6=0.011 34，P7=0.102 06，P8=0.048 6，P9=0.006 8，P10=0.129 28，P11=0.002 92，P12=0.055 4，P13=0.005 18，P14=0.098 5，P15=0.025 92，P16=0.025 2，P17=0.0108。

由于LNG 罐箱在運輸過程中有著嚴格的安全要求，故E1 和E6 發生的概率較低，E2 和E3 發生的概率主要與泄漏發生時泄漏孔的位置有關，E4 通常是當LNG泄漏量較大時，大規模的LNG分布在水面或船板上時才會發生，E5 則是當LNG 大量泄漏時，蒸發的LNG與空氣混聚在一起時才會發生。

結合圖1 和圖2 進行分析，可以看出，C1、C3、C5、C7、C10、C14這6個后果事件發生的概率較高，發生概率基本都在0.1及以上。其中C1、C3、C5、C7發生時都極易造成人員傷亡、財產損失和環境危害等重大安全事故。

4 結語

該文對LNG罐箱內河運輸進行風險辨識，包含了內河航道環境因素相關的風險識別與LNG 罐箱船只在轉運過程中的風險識別，搭建了事故樹與事件樹，總結如下。

（1）內河航道環境因素分為自然環境因素與航段物理條件因素，并進一步展開得到了自然環境包含的6 項風險因素：風速、能見度、降雨量、水流速度、水深和地質災害等；航段物理條件包含的4項風險因素：航道尺度、通行船只密度、航段助航浮標和有無橋梁等。

（2）罐箱運輸環節的風險識別按過程分為了裝載、運輸和卸載，對包含其中的人員、機械、罐箱及其附屬設備進行風險識別。得到了裝卸載以及運輸過程的風險因素。

（3）搭建以LNG 泄漏為頂事件的事故樹,得到了51 個基本事件，并提出了減少LNG 泄漏事故發生的建議。

（4）以LNG 罐箱泄漏為初始事件的事件樹，演繹得出了17 項后果事件。同時分析了LNG 罐箱泄漏后果事件的概率計算方法，以200 mm孔徑為例進行了事件樹中后果事件的頻率計算，得到不同后果事件的發生頻率，并總結得出了幾種發生概率較大的后果事件。