油品碼頭常見風險分析及新技術應用

黃拓

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

石油等油品介質的物流方式主要包含長輸管道輸送、汽車輸送、水運輸送，其中，長輸管道輸送受管道敷設制約，雖節約成本但使用受限；汽車運輸為目前石化產品主要物流手段之一，其靈活性為公路運輸的主要優點，但物流成本高且運輸量受限(單車30 m3)；油品水路運輸同時具備靈活性及運輸量大的優點，因此油品水路運輸成為油品物流環節中重要的一環。隨著化工行業的發展，沿長江碼頭逐年增多，威脅安全生產的風險逐步增多，諸如油品本身的風險。油品具有可燃、易爆、有毒、易腐蝕、易揮發等特點，在油品物流中，某個環節失去控制往往會帶來不可預估的風險。再如設備設施故障風險，隨著技術的不斷更新和自動化的逐步普及，沿江碼頭受空氣潮濕影響，設備設施極易老化故障，給本質安全帶來負面影響。上述風險一旦由人員誤操作或監護不及時將造成無法估量的損失，造成水體污染、人員傷亡等事故。所以，本文以長江沿線油品碼頭為例，對碼頭運行過程中常見風險因素予以辨識及新技術投用情況予以探討，為維護長江水體安全作出努力。

1 油品碼頭常見風險分析

1.1 事故風險

對于長江沿線油品碼頭而言，常見的事故隱患有很多，如：火災爆炸風險；碼頭裝卸設備如起重機、輸油臂等起重機械傷害風險；裝卸作業機械傷害風險等。

1.1.1 火災爆炸風險

油品碼頭裝卸的原油和成品油一旦發生泄漏，在碼頭區域遇火源便會燃燒，如果得不到及時有效控制和處理便會釀成火災。若船艙內大量油品已經卸空，且未進行洗艙和充惰性氣體保護時，艙內殘余油品極易蒸發充滿船艙，并可能處于爆炸極限范圍內，一旦遇點火源便產生艙內油氣爆炸事故[1]。油品在管道中進行運輸，因為運輸速度以及管道摩擦等多方面原因的影響，最終會形成積聚靜電。如果防靜電工作沒有切實落實，靜電荷就會大量的集聚。在集聚的靜電荷釋放的電能超出可燃點最下限時，再加上空氣中的混合物的質量達到爆炸條件的時候，勢必會造成爆炸、火災事故。隨著行業的發展，危化品碼頭及后方煉廠將不斷地將設備管線予以升級，伴隨技改的大量深入，管線處置動火改造將愈加頻繁，而往往管理部門追求工期亦或者工程效率的同時，發生工程施工“蠻干、亂干”的情況，由于危化品碼頭裝卸作業吞吐量巨大、發生交叉施工或邊作業邊施工的情況下，將事故發生頻率增加。油品碼頭裝卸介質均具有較大的火災危險性(以甲B、乙AB、丙類為主)，相關工作人員應加強防范。

1.1.2 設備故障風險

油品碼頭裝卸設備以輸油臂、輸油軟管、軟管吊、輸送管道為主。其中輸油臂設備故障較多見，由于設備管理及保養不善，導致液壓系統漏油于碼頭。現實生產中，北方沿河碼頭輸送高沸點油品時，由于伴熱系統管理不善，加之冬季氣溫過低將導致輸油臂加套管凍憋，長期使用影響生產安全。軟管作為油品碼頭主要裝卸設備之一，軟管的日常維護保養及按周期進行壓力試驗極為重要，日常生產中頻發的事故是軟管外防護骨架磨損嚴重，導致泄漏。一般碼頭在軟管作業時會預先放置軟管拖車、橡膠輪胎及防滑墊，以避免軟管磨損增加使用壽命。油品管理原因及橡膠老化原因，導致局部彎曲應力無法得到釋放，長此以往給生產帶來風險。為避免類似風險，碼頭方應提高管理質量，建立完整的設備使用、保養、檢修體系，并開展短周期檢查活動才能盡可能地將事故控制在最低限度內，有效保證油品碼頭的安全。

1.2 計量風險

碼頭作為石化物流產業中關鍵的一環，為保障計量嚴謹及公正性，國際國內計量標準已經頗為成熟，但依然存在各種設備及管理原因導致計量風險存在。

1.2.1 設備選型

一些油品碼頭建造時間較長，隨著生產需要逐漸進行相關技術改造，無法避免設備選型對計量產生的影響。個別罐區機泵選型時考慮經濟性，均選擇揚程足夠的前提下大流量的機泵，由于技術改造的持續開展，管線流程的變動導致管線距離增長，管徑變化較多，原機泵無法滿足相應的揚程變大需求，具體現象表征為發貨過程中出現類似“喘振”現象。由于機泵揚程不足，無法在油品發貨作業中形成穩定的流體，在輸送中期局部形成水擊效應，給油品計量產生較大影響。

國內國際普遍用于油品貿易計量的流量計類型為質量流量計(科里奧利流量計)，利用科氏力效應，計算質量流量。現實使用中，由于質量流量計選型等因素，導致計量誤差過大。如采購的質量流量計設計流量為600 m3/h，而實際作業時瞬時流量僅為200～300 m3/h，將導致計量誤差增大，造成計量糾紛，帶來質量風險。

1.2.2 閥門內漏

油品碼頭上的危險化工品在裝卸過程中有著非常嚴格的操作規范，實際生產中關鍵性閥門如發生內漏，將導致計量準確性無法保證。如裝卸作業開始前采取試壓操作，即通知船方關閉下艙閥，關閉泊位內相關閥門，打開吹掃線(氮氣或其他惰性氣體)開展試壓作業。由于碼頭閥門老化，或作為限流閥門使用，使閥門內漏，氣體介質進入流量計內導致流量計工況較差，常發生無作業卻“跑量”現象。出現此類現象，碼頭方應加強現場巡查及設備管理力度，此類現象放空管線存油后安裝新閥即可解決。對于老碼頭而言，此類現象極為頻繁。

1.3 環境風險

對于沿江碼頭而言，環境事故風險是碼頭和社會無法接受的。對環保威脅最大就是漏油事故，沿江碼頭現狀是設備老化嚴重且加之技改頻繁。如因流程調節錯誤、設備老化變形、人員誤操作等原因，導致油品大量泄漏，而碼頭方如無成熟的應急處置體系將造成無法挽回的損失，且這種危害在短時間內不容易恢復。所以，加強作業全流程管理，強調作業值守制度尤為重要。

1.4 自然因素風險

沿江碼頭因其優越的地理位置，使其在油品物流過程中占據優勢，但優勢的背后，自然環境因素同樣帶來風險，其風險是無法回避且應著重考慮的因素。

1.4.1 風速

對沿江碼頭，環境風速是對整體裝卸作業的重大制約因素。隨著裝卸輸油臂的普及，各大碼頭均采用輸油臂作為油品裝卸的主要手段，輸油臂的生產廠家雖不同，但其行業標準規定，輸油臂均設置有超限報警，當輸油臂角度偏移到達一定角度后，將出發初級報警，該警報提示碼頭操作人員角度即將達到極限，請操作人員及時調整。當偏移角度繼續擴大，就會觸發一級報警和二級報警，當輸油臂觸發上述報警時意味著輸油臂面臨傾覆或損壞風險。碼頭裝卸作業受風浪影響，船舶起伏頻率及幅度大，使輸油臂偏移角度達到上限，給裝卸作業帶來風險，當二級報警觸發時，輸油臂緊急脫離裝置啟動，使裝卸臂與槽船集管法蘭迅速分離。實踐中，根據行業規范，油品碼頭一般選擇在環境風速大于6級時停止裝卸作業，并安裝輸油臂防風板。部分碼頭在設計初期未考慮建設風速儀的要求，沿江碼頭可選用便攜式手持測風儀，實時監控碼頭風速，控制作業風險。由于江面風向及風速瞬息萬變，建議沿江碼頭建設固定風速連續監測系統，并將信號連接至控制室。同時與輸油臂生產廠家進行技術對接，確定輸油臂作業安全風速，將參數設定至風速監測系統，發出報警信號及時調整現場作業規避風險。

1.4.2 潮濕腐蝕

由于沿江碼頭作業的特殊性，其作業面空氣濕度將略大于陸域。設備長期處于上述環境中，將使設備老化周期縮短，加速各零部件腐蝕。在實際工作中，各碼頭應建立健全設備保養制度，根據設備不同屬性采取定期檢查，定期更換潤滑脂、潤滑油、液壓箱油、過濾器濾芯、油位計等措施。

1.5 船舶風險

一些貨主為了降低生產成本，往往租用一些大型、船齡較長的老舊船舶進行貨油運輸，對碼頭的安全及防污染工作都帶來了隱患[2]。以以往發生事件舉例，某船舶靠泊我公司碼頭作業，其裝卸貨物為燃料油，在開始作業前，操作人員根據操作規程規定給船舶進行氣密試驗，發現船舶下倉閥門老化，其閥門填料處密封性破除。在與船方交涉后，船方建議更換管線發貨，在發貨過程中，監護人員發現其各艙室閥門大都存在填料老化情況，隨即叫停作業，責令船舶離泊整頓。隨著后期高質量選船機制的落實，船舶風險得到控制，在下文會提及高質量選船機制。

2 新技術應用

近年來油品碼頭新技術發展迅猛且投用后產生環保及安全效益，諸如碼頭防碰撞系統、油氣回收系統、LDAR技術、智能監控系統均發展成熟，本文就幾類技術原理及開展情況予以敘述。

2.1 碼頭防碰撞系統

為保障危化品碼頭和碼頭作業船舶的安全，需要對上行通航船舶進行檢測和預警，防止通航船舶違規靠近危化品碼頭和作業船舶，造成碰撞事故。為此，需要建立一套綜合自動目標識別、視頻監控、報警警示等技術的碼頭防碰撞監測報警管理系統，監控警戒區域內的船舶狀態，對闖入報警區域的船只進行識別，在監控顯示終端上顯示航行船舶、報警信號，同時碼頭現場以聲光警告、VHF 喊話等警示方式對涉險船舶進行警告驅離，從而達到安全、高效監管轄區相關水域的目的。在實際應用中，該系統信號采集極為靈敏，對過往船只及時發出聲音及聲光警報，確保碼頭安全。但該系統屬于軟系統，如發生船舶失控撞向碼頭等類似事件無法給予安全保障。由于監控設備敏感度等原因，經常產生誤報警現象，該技術尚需進一步升級。

2.2 油氣回收系統

油氣回收系統一般采取冷凝加吸附工藝，利用風機將裝卸過程中船舶艙體內含油氣體抽出，經船岸界面、輸送管線送至冷凝吸附模塊，利用壓縮機將油氣冷卻，其中大分子介質將冷凝為液態回收，其中小分子部分送至吸附單元由活性炭吸附后排放。實際應用中還有膜技術及低溫催化氧化技術處理后續小分子介質。本文僅以“冷凝+吸附”工藝為例，簡要介紹油氣回收系統：第一部分為船岸界面，涵蓋作業法蘭、放空系統、單向閥、阻火器、控制閥、氧分析儀、補氮模塊。第二部分為油氣回收撬裝，主要組成部件有引風機、氣液分離器、冷凝單元、吸附單元、排放單元。冷凝單元一般設4臺壓縮機，利用三級冷卻機理將介質冷凝，冷凝油進入儲液罐排至后方，小分子介質進入吸附罐，由吸附劑吸附后排放至大氣。系統在設計時的同時考慮吸附劑再生的問題，設雙通道吸附系統，即當一個通道吸附作業時，另一通道進行脫附作業(利用真空泵脫附)，脫附后的氣體重新進入冷凝環節冷卻，從而達到循環使用的目的。

在實際生產中，由于船舶缺少可靠的制氮系統、密封系統及液位連鎖系統，導致油氣回收系統作業時，船體內無法形成密封狀態，大量含油氣體無法有效的抽出，使油氣回收系統無法正常運轉。目前內河油船的作業現狀是通過艙蓋及量油孔掌握艙內油面液位，繼而調整艙室。隨著油船使用年限升高，大量船舶油艙艙蓋密封橡膠均存在老化失效情況，該現象造成裝油作業中，隨著艙內油液位升高，氣相空間減小，大量有機氣體呼出污染大氣。油氣回收系統作業中，由于船舶缺乏密封性，導致船岸界面吸入氣體為大量空氣及少量油氣混合物。油氣回收裝置建設規范中明確規定，管道內介質氧含量小于8%，而實際工況是遠高于8%，從而氧分析儀報警連鎖關閉油氣回收裝置。船舶僅僅具備密封性同樣無法達到理想效果，密封性為油氣回收裝置運行提供保障，但給整體裝卸作業帶來隱患。船舶在滿足密封要求的同時，無法直觀地觀察油艙液位，并無法及時調整閥門切換油艙，給船舶帶來冒艙風險。船舶唯有具備可靠的液位連鎖控制系統，依靠液位計監測液位并連鎖自動閥門實現切換貨倉功能，才能使油氣回收裝置達到理想使用工況。

2.3 LDAR技術

泄漏檢測和修復(LDAR) 技術。石化碼頭最大的泄漏隱患點為法蘭，該技術既由專業的設備在每一個法蘭處采樣，分析其微觀泄漏量，由于采樣設備對揮發性有機氣體的敏感度，該方法可精確予以捕捉，從而將法蘭泄漏點、設備腐蝕點、接頭松動點迅速找出并由企業予以整改。該方法優勢為準確，但實際使用中會發現，使用該方法帶來大量工作量即人工成本。而設備損壞及老化是一個動態的過程，該方法只能保障檢查過的此時此刻設備的安全狀況，無法保證在下一個周期內的發展態勢。故該方法尚存發展空間，需行業內部共同努力，整合出更加適用的檢測方法，并建立行業統一的設備與管閥件泄漏檢測與修復(LDAR) 技術規范與標準化程序。

2.4 智能監控系統

通過操作員行為監控系統對其行為進行識別判斷，該系統由DSM攝像設備、智能控制終端組成。針對操作員實現閉眼告警、無人值守告警、打哈欠告警、不規范操作告警、設備故障告警、操作員位置檢測等行為。并將上述告警統一上報至預警信息平臺，監管人員通過該平臺進行確警以及后續管理制度的約束。以此系統實現高質量管理，降低操作失誤風險。

智能監控系統可使用聲光探測器，在碼頭高點布置，24小時不間斷地掃描現場，將信號同步到消防系統，在火災初期階段捕捉信號予以報警，同時和消防聯動控制器、火災報警控制器產生聯動，取得良好效果。受限于攝像頭壽命等因素，后續維護成本較高。

2.5 紅外監測系統

紅外監測系統，其技術核心為高敏感度的紅外監測探頭，基于極低溫技術，使信號采集設備更精準的捕捉泄漏源。該技術正在應用于氣體介質泄漏捕捉當中，其優點同LDAR技術，既捕捉準確，但在此基礎上將靜態的檢測改為動態的監測，并可清晰觀察泄漏點的發展軌跡，便于隱患處置及事故調查整改分析。該技術同樣存在問題，首先成本較高，其極低溫攝像頭的使用壽命普遍為2～3年，提高用戶使用成本。且該攝像頭只能針對一個泄漏點或泄漏面布置，以油品碼頭為例，易泄漏點為輸油臂裝卸口及各個法蘭處，安裝成本較高。

2.6 船舶安全準入審查

為從源頭保證碼頭作業安全性，油品碼頭均引用船舶安全準入審查機制。作業流程為：首先碼頭提交船舶靠港信息，再由第三方機構制定選船計劃并通知相關方。第三方機構根據船舶及碼頭提供的資料進行評審，隨后按照檢查表法現場檢查船舶缺陷。如不合格則船舶進行整改及完善后重新進行評審。碼頭在作業前應核檢查待作業船舶缺陷整改情況評估是否具備作業條件。根據經驗及事故參考，油品碼頭事故多因船舶不安全隱患引發，引入該機制從根源上減少了作業風險，近年來得到大力而有效的推廣。

3 結語

綜上所述，我國發生的多起油品爆炸及環境污染事故為危化品碼頭敲響了警鐘。鑒此，危化品碼頭運營部門應提高安全管理水平，嚴格落實現場值守制度，并利用諸如文中提到的新技術輔助提升安全生產水平。在裝卸全過程管理中，重視設備保養與維護，嚴格遵守操作規程及相關技術準則，盡最大努力將事故風險控制在最低限度內，確保油品碼頭安全、平穩運行。