船舶浮式儲存裝置危險源辨識及分析

劉辰童

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司,天津 300452)

液化天然氣(LNG)作為一種清潔度高、熱值高的能源越來越受到廣泛的重視和應用。隨著LNG的推廣和應用,其陸地接收站存在運營和建設等方面的高昂費用問題,而船舶浮式儲存裝置(FSU)的出現可以幫助解決這一問題[1],其靈活性的作業特點和低成本保證了其的有效應用。在應用船舶浮式儲存裝置的過程也隨之帶來的各種各樣的危險,因此,為能夠有效對危險源進行識別,通過選擇合適的風險評估方法,制定合理的風險評估流程對浮式儲存裝置進行風險評價,并給出風險應對措施。

1 風險評估方法

危險源辨識(HAZID)是一種高級的系統化風險評估手段[2],其應用于項目的初步方案設計階段,以期在早期識別危險,并作為詳細設計施工的輸入信息。通常,完成風險分析首先要用HAZID評估,完整的風險分析過程包括:危險源辨識、風險分析、和風險管理,每部分所包含的關鍵內容見圖1[3]。

圖1 完整風險評估包含的內容

2 風險評估流程

危險源辨識是基于項目的實際布置與操作,通過使用全面的、系統的方法進行辨識[4]。通過故障假設法來發現隱藏的危險因素。目前,故障假設法是目前運用較為普遍的方法,該方法從船舶初始設計開始考慮,來分析其與預期正常運營的偏差。假設的問題例如“如果設備出現故障怎么辦”、“如果LNG泄漏怎么辦”,每一個假設問題都有對應的潛在危險因素,統計到HAZID表格中,識別出已存在或已準備好的安全措施,并給出合理建議。整個流程的分析目標有:識別潛在危險源;分析危險源導致的后果;確定適當的保護措施來規避或降低風險;必要時,提出一些建議來消除、規避、控制或降低風險。目前,HAZID已經不僅只是識別危險源,而是包括識別初步設計中可能的危險源及其前因、后果,明確防護措施和提出合理建議的一整套流程。HAZID的工作流程見圖2[5]。

圖2 HAZID流程

3 危險源辨識分析

浮式儲存裝置在應用過程中可能遇到的主要危險源包括泄漏、火災、人員傷害、碰撞等風險。

3.1 LNG/天然氣泄漏事故

1)少量泄漏。LNG在常溫下極易蒸發,一旦達到燃燒極限(燃燒下限為5%,上限為15%),遇到點火源將發生火災,因此,如在LNG系統的管路、閥門、接頭、法蘭等設備發生的泄漏發生少量LNG泄漏,應立即啟動ESD(關斷系統),中止LNG過駁/傳輸。

在泄漏源修復且LNG蒸發氣驅散之前不應重新開始操作,并采用船上的可燃氣探測裝置檢測確認LNG蒸發氣已擴散至安全水平。

2)大量泄漏。船舶LNG一旦發生泄漏出來,一部分LNG會氣化成蒸氣(即天然氣),剩余的LNG會泄漏到甲板面或者海上,周圍空氣會與氣化后的LNG混合生成冷蒸氣霧,在空氣中形成白煙,再受熱后與空氣結合成爆炸性混合物(或稱可燃性氣云)。爆炸性混合物若遇到火源(最小點火能量為0.28 mJ),將引發閃火或蒸氣云爆炸等事故,威力巨大,后果嚴重[6]。

因此,如因傳輸軟管發生破裂、傳輸硬管(含閥件、接頭及附件等)發生破裂等原因導致的LNG大量泄漏,應立即啟動ESD,中止LNG過駁/傳輸。

泄漏的LNG應通過總管下面集液盤引入大海,以避免其落在甲板上。

如大量泄漏的LNG接觸到甲板,將對甲板鋼材造成破壞。應對甲板進行檢測,必要時馬上返廠修理,避免帶傷運行。

LNG大量泄漏事故應向港口和主管部門進行通報。

3.2 火災事故

LNG火災的特點為火焰傳播速度較快;質量燃燒速率大;火焰溫度高、輻射熱強;易形成大面積火災,難于撲滅,因此船上應盡量避免LNG因泄漏導致火災[7]。

1)船舶發生火災。火災范圍較小且遠離LNG貨物區域,應立即啟動消防系統,迅速滅火即可;如火災較大,距離LNG貨物區域較近,應立即啟動消防系統,迅速滅火,并同時啟動ESD,中止船上所有LNG過駁或輸送,直至火災隱患消除。

如因LNG泄漏造成火災,應啟動ESD,切斷泄漏源,中止船上所有LNG過駁或輸送,并啟動消防系統進行滅火。在滅火期間,船長可判斷火災大小,必要時應及時疏散船上人員。

2)船-岸/船-船界面處發生火災。立即啟動ESD切斷泄漏源,中止過駁或LNG輸送。啟動消防系統進行滅火,并向相關方發出示警信號,必要時應啟用岸上用于保護該區域的消防系統。

3)碼頭設施發生火災。應立即啟動ESD,中止過駁或LNG輸送。船上消防設施處于隨時可用狀態,必要時船上水霧/水幕系統打開,以減少火災熱輻射對于船上人員和設備的傷害。然后視碼頭設施條件及火災的大小決定是否解除船舶與碼頭的系泊,并將船舶撤離至安全水域。

4)FRU發生火災。應立即啟動ESD,中止LNG輸送。啟用船上水霧系統及船舶與FRU之間的水幕系統,以減少火災熱輻射對于船上人員和設備的傷害,然后視火災大小決定是否解除船岸之間的連接和系泊。

3.3 人員傷害

LNG沸點為-162 ℃,通常處于低溫狀態,一旦泄漏極易造成人員低溫傷害,LNG氣化后為天然氣,主要成分為甲烷,甲烷無毒,吸入甲烷并不會表現出生理上的病征。但是,吸入甲烷會導致窒息。

1)凍傷。被凍傷的人體組織應用大量不高于人體溫度的水進行沖洗,不應使用熱水取暖或者摩擦取暖。發生凍傷后應盡快就醫。

2)窒息。當發生人員窒息時,應將窒息人員被迅速抬到有新鮮空氣的地方進行吸氧或者進行人工呼吸急救,醫生需要盡快就位。

3.4 其他危險

1)靠泊/系泊過程中的意外。為保護LNG運輸船,國內外LNG接收站均有相應的隨船移動的安全區的規定,在規定中對于LNG運輸船的航行狀態和停泊狀態的均有安全距離的要求。通常的要求LNG運輸船航行過程中確保前后1 n mile、左右250 m或前后1 n mile、左右200 m范圍內為移動安全區,綜合考慮印尼碼頭及“海洋石油301”的情況,要求通船舶進入港區應在2艘拖輪協助下進行靠泊作業,航行過程中確保前后在1 n mile、左右200 m范圍內無其他船舶靠近[8]。

此外,在靠泊作業過程中發生意外,如果有需要,船長應時刻準備終止靠泊/系泊。雙方必須第一時間通知對方操作中發生的變化。系泊的過程應遵守《國際海上避碰規則》的規定。

2)通訊故障。如在兩船靠泊過程中出現通訊故障,將船舶靠泊碼頭失敗或發生碰撞,造成損傷,因此應終止靠泊,直至通信恢復。

在貨物過駁/傳輸過程中發生通訊中斷時,將導致對于過駁/傳輸的失控,引發其他風險,因此應立即停止過駁/傳輸,并發出信號警示,告知對方。

3)船舶碰撞。船舶發生碰撞時,易造成船舶損壞、傳輸系統損壞或者可能造成碼頭設施損壞,因此如船舶在過駁或和向FRU的輸送作業期間發生碰撞,應立即啟動ESD,中止船上所有貨物操作,并發出警示信號,同時查船舶、貨物軟管及系泊情況運行,必要時返廠維修。

為減少其他船舶影響,在碼頭營運期間,建議以連接總管為中心在200 m范圍內設置安全區,并設置醒目標識,嚴禁無關船舶駛入安全區。

4)船舶發生大的位移或相對運動。船舶發生大的位移或相對運動時,將導致船舶的系泊纜繩和LNG輸送軟管的斷裂等風險,從而引發貨物傳輸的中止或者LNG的泄漏,因此,在發現船舶發生大的位移或相對運動后,應立即發出預警信號,提醒各相關操作人員做好應對準備,同時檢查系泊情況,必要時重新系泊。

如緊急脫離裝置(拉斷閥)一旦脫開,中止過駁或LNG輸送,直至船舶重新連接處于穩定狀態。

5)動火作業。船舶從事危險貨物存儲和傳輸作業,發生可燃氣體泄漏的風險較大,有動火作業時,如遇到可燃氣體,將引發發生火災,因此,船舶在裝貨期間,嚴禁任何動火操作,若船舶在向碼頭卸貨期間需要進行動火作業,則應制定動火程序和提前準備相應的安全防范措施。

4 結論

船舶作為浮式儲存裝置服務碼頭,其自身LNG運輸船功能可滿足貨物接收、儲存和卸載作業要求。由于碼頭基礎設施限制、貨物頻繁過駁和持續卸貨作業等因素影響,會給船舶帶來一定的額外風險,在船舶系泊、裝載狀態、軟管連接和操作方面應重點考慮。由于船舶改變其預定用途和運營方式,結合設計方案、基礎設施和作業條件等情況,提出以下建議。

1)船舶進入港區應由2艘拖輪協助靠泊作業,航行過程中確保前后1 n mile、左右200 m范圍內無其他船舶靠近。建議以連接總管為中心200 m范圍內設置安全區,并設置醒目標識,嚴禁無關船舶駛入安全區。

2)船舶與碼頭之間存在一定安全隱患。建議船舶靠泊碼頭時采用拖輪輔助,盡量避免自航靠泊。碼頭已配備的拱型固定碰墊最大吸收能量無法滿足船舶靠泊時的需求,但可作為日常營運時應急使用。

3)為防止應急情況下對船舶帶來危害,建議船舶與碼頭之間、船舶與之間應設置緊急脫離裝置(或拉斷閥);建議三者之間建立ESD連接,確保緊急狀態下能夠實現同時響應,建議對船舶ESD控制系統進行升級,以滿足同時對兩者進行對接。

4)船舶過駁作業期間,建議關閉兩船ICCP系統,連接總管之間設置絕緣法蘭或無跨接短管,以減小或消除兩船之間的電位差帶來的危害。船舶在碼頭營運期間可開啟ICCP系統(船體外加電流陰極保護裝置)。