LNG罐箱码头装卸事故后果分析及安全对策

孙睿婷，田宏

LNG罐箱码头装卸事故后果分析及安全对策

孙睿婷，田宏

（沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110136）

LNG罐式集装箱水路运输已经成为一种新的LNG运输模式。码头装卸作为LNG罐式集装箱水运过程中的一个重要环节，一旦发生装卸事故，可能造成严重的经济财产损失。本文在对LNG罐式集装箱码头装卸进行风险分析的基础上，对事故后果影响范围进行理论计算，并提出安全对策，对于LNG罐式集装箱的码头安全管理具有实际意义。

液化天然气；罐式集装箱；码头装卸；风险分析

我国的天然气需求大且资源分布不均，需要通过运输来解决供需矛盾。目前，管道能够直达的地区以管道运输为好，管道难以直达或者铺设管道不经济时，以液化天然气（LNG）方式运送最佳。LNG的运输方式主要有LNG公路槽罐车陆地运输、LNG船舶水路运输等。LNG公路运输成本高，而且公路沿线环境复杂多变，导致近年来LNG公路运输事故时有发生，对生命财产安全构成威胁。LNG船舶运输是LNG运输的主要方式，目前船舶运输主要通过LNG专用船进行散装运输，但LNG专用船舶的运输成本较高。在这种背景下，有关专家提出了LNG罐式集装箱运输模式[1]。

LNG罐式集装箱运输具备很多优点。首先，LNG罐式集装箱储运灵活，LNG罐式集装箱宜水宜陆，宜储宜运，既可实现多式联运直达终端用户，又可作为临时储存设施。其次，可辐射范围广，无海陆运输限制，可达到管道未覆盖的偏远区域[2]，使用LNG罐式集装箱路运输还可以有效降低成本。但由于水路运输安全涉及面广，一旦发生事故造成的人员和财产损失将难以估计[3]。码头装卸作业作为LNG罐式集装箱海运过程中的一个重要环节，存在着较大的风险，一旦发生事故，对船舶、港口、装卸泊位、海洋环境以及人员都将产生灾难性的事故后果，因此对LNG罐式集装箱码头装卸作业进行风险分析，对于加强 LNG罐式集装箱码头装卸作业的安全管理具有重要意义。

1 LNG罐式集装箱码头装卸风险分析

对于LNG罐式集装箱来说，LNG属于第一类危险源，其低温、易燃易爆等特性会对人员造成伤害。在LNG罐式集装箱码头装卸过程中，罐箱及安全附件失效、人的操作失误以及环境等因素可能导致的LNG意外释放，为第二类危险源。

首先，LNG罐式集装箱由于自身问题，可能发生泄漏、变形、内容器压力增高等情况。装卸过程中人员的操作、配合等人为因素对装卸作业的安全也有直接的影响。在码头装卸过程中，由于LNG罐式集装箱码头装卸作业在露天进行，受到雷电、大风、大雾、照明等自然天气的影响明显[4]。另外，在LNG罐式集装箱装卸的过程中可能出现吊钩断裂、钢丝绳断裂等情况。这些危险有害因素可能导致LNG罐式集装箱发生碰撞、坠落造成罐箱泄漏，对人员造成冻伤、中毒、窒息等伤害，泄漏的LNG遇火源会引发火灾、爆炸等事故，如果LNG泄漏到船上会造成船体结构冷脆断裂[5]。

本文采用事件树的方法对LNG罐式集装箱泄漏可能发生的火灾爆炸的事故类型和后果进行分析，分析结果见图1。

图1 LNG罐式集装箱泄漏事件树分析

2 事故后果计算

根据事件树分析得到的事故类型，本文选取沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型、蒸气云爆炸模型和喷射火模型对LNG罐式集装箱泄漏的事故后果进行计算。以40 ft的LNG罐式集装箱为例，罐箱容积42.5 m3，最高工作压力0.76 MPa，充装率90%。LNG的密度为430 kg·m-3，LNG的燃烧热为56 000 kJ·kg-1。

2.1 沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型

BLEVE是一种危险性极大的物理性爆炸。容器充装过量、机械碰撞或处于火灾环境中等情况，会导致容器失效破裂，此时容器内压力平衡破坏，LNG急剧汽化，液化气体大量泄放，遇点火源发生剧烈燃烧，形成巨大火球[6]。

火球半径的计算：

式中：—火球直径，m；

—火球中消耗的可燃物质量，kg，对于单罐储存，取罐容量的50%。

火球持续时间的计算：

式中：—火球持续时间，s。

经计算得，BLEVE形成的火球半径为60.63 m，火球持续的时间为9.41 s。

有衣服保护时，人的死亡概率：

有衣服保护时，人员二度烧伤的概率：

有衣服保护时，人员一度烧伤的概率：

式中：—热辐射，W·m-2。

伤害半径按50%的伤害概率计算，取r=5，代入式（3）中，得出导致人死亡的热辐射=43 947 W·m-2。

式中：—燃烧辐射分数，取0.35；

c—LNG的燃烧热，J·kg-1。

将得到的热辐射代入公式（6）中，解得死亡半径1=156.37 m。同理计算可得人员二度烧伤和一度烧伤的热辐射和伤害半径，计算结果见表1。

表1 BLEVE事故危险区域

2.2 蒸气云爆炸模型

LNG罐式集装箱泄漏后，处于爆炸极限的 LNG 蒸气云遇到点火源会发生蒸气云爆炸事故，其后果采用TNT当量法和超压准则来计算，方法如下：

蒸气云爆炸的TNT当量：

式中：TNT—LNG蒸气云的TNT当量，kg；

—LNG蒸气云的TNT当量系数，取4%；

—常数，在地面爆炸时取值为1.8；

f—LNG蒸气云的总质量，kg；

f—LNG蒸气中的燃烧热，kJ·kg-1；

TNT—爆热，kJ/kg，取45 00 kJ·kg-1。

如果储罐内的液化天然气全部泄漏，则：

式中：—单罐充装系数，取90%；

—液化天然气的密度，kg·m-3；

—储罐的体积，m3。

经计算可得，f=16 447.5 kg，TNT=14 726.96 kg。蒸气云爆炸的死亡半径：

利用冲击波超压计算重伤和轻伤的范围：

式中：△—冲击波超压，Pa；

—中间因子；

—蒸气云爆炸能量值，J；

0—环境压力，取101 325 Pa。

人员受重伤时，取△=44 kPa，人员受轻伤时，取△=17 kPa。将数据代入公式（11）和公式（12）中，得出的蒸气云爆炸事故危险区域见表2。

表2 蒸气云爆炸事故危险区域

2.3 喷射火事故模型

假设LNG连续释放时发生大孔泄漏，泄漏孔直径0.1 m，泄漏口到液面距离1 m，此时质量流速如下：

式中：m—质量流率，kg·s-1；

—储罐内液体压力，Pa；

0—液体泄漏系数，取0.65；

—泄漏孔面积，m2；

L—泄漏孔上方液体高度，m。

将数值代入式（14）中，可得质量流速m=121.64 kg·s-1。喷射火的火焰长度计算：

式中：—火焰长度，m。

得出火焰长度=143.67 m。距离火焰点源为(m)处接收到的热辐射通量可用下式表示：

式中：—距离处接收的热辐射的通量，W·m-2。

当辐射强度达到为37.5 kW·m-2时，会造成设备损坏，1 min内会造成100%人员死亡；当辐射强度为25 kW·m-2时，10 s内会让人重度烧伤；当辐射强度为12.5 kW·m-2时，会造成人员一度烧伤。将数据代入式（16）中，可得喷射火危险区域，见表3。

表3 喷射火事故危险区域

3 安全对策

鉴于LNG泄漏事故后果比较严重，LNG 罐式集装箱码头装卸过程中应满足《水路危险货物运输规则》《集装箱港口装卸作业安全规程》（GB 11602-2007）、《危险货物集装箱港口作业安全规程》（JT397-2007）等法律法规、标准规范的有关要求。根据LNG罐式集装箱码头装卸风险分析结果和相关法律法规，从人、设备、环境、管理几方面提出安全对策如下：

1）选择装卸作业的人员时，应选派经过专业培训与考核的、具有丰富装卸经验的装卸人员，装卸人员应详细了解LNG的危险特性和事故应急反应措施，并严格按照操作规程作业。装卸人员应按规定穿戴必要的防护用品，如防静电工作服、工作鞋等，码头应备有应急防护装备。装卸LNG罐式集装箱时，原则上应最后装最先卸，装卸过程中应稳拿轻放，防止撞击、滑跌、摔落以及因液体晃动而产生静电等不安全因素的产生。

2）码头应按有关规定、标准要求，进行LNG罐式集装箱装卸作业时，现场应配备消防、应急设备，条件许可时可以安排一艘消拖两用船进行现场监护。作业前应检查所使的用集装箱装卸设备，确保其装卸能力与集装箱状态相适应。在装卸作业前和进行作业时，对集装箱外形结构、可活动零件、罐箱栓固情况进行检查，确保集装箱状况良好。

3）夜间装卸时应有良好的照明，码头所用的灯具应选择防尘防潮的灯具。装卸作业中遇有雷鸣、闪电等恶劣天气或附近发生火灾等危险情况时，应立即停止作业，并将LNG罐式集装箱妥善处理。在高温季节，港口应根据所在地区的气候条件确定合适的作业时间，避免阳光暴晒对LNG罐式集装箱产生不良影响。

4）从事LNG罐式集装箱装卸作业的港口， 应得到所在地港口行政管理部门的批准，具备危险货物港口作业资质。港口的安全管理人员应严格执行安全管理制度、安全操作规程及事故应急预案。装卸作业开始前，应在船岸之间设置安全网。装卸作业时，应使用防爆型对讲机进行联络，作业区内手机必须关闭。在距装卸地点应划定合适的禁火区，作业人员不得携带火种进入作业现场，无关人员不得进入，无关船舶不得停靠。装卸LNG罐式集装箱时，船舶不得进行加油、加水（岸上管道除外）、拷铲等作业。

4 结束语

本文采用事件树的方法分析了LNG罐式集装箱码头装卸泄漏可能的事故类型和后果，选取了BLEVE、蒸气云爆炸、喷射火3种事故模型进行后果分析，计算出了各事故模型的伤害半径，为应急救援预案的编制提供理论依据。

根据港口装卸相关法律法规，从人、设备、环境、管理几个方面提出安全对策，为LNG罐式集装箱码头装卸的安全管理提供理论依据和指导。

［1］彭建华. LNG罐式集装箱水运安全性探讨[J]. 天然气工业，2007（4）:139-141.

［2］梁严，周淑慧，王占黎，等. LNG罐式集装箱发展现状及前景[J]. 国际石油经济，2019，27（6）：65-74.

［3］张青松. 港口水域LNG罐箱运输定量风险评价[J]. 天然气工业，2009，29（1）：114-116.

［4］王渊渊，黄晓颖，胡昇平. LNG罐式集装箱水运应急处置探讨[J]. 中国水运（下半月），2013，13（4）：15-16.

［5］金家坤，程康，田宇忠，等. 罐式集装箱作为船用可移式LNG燃料罐安全性分析[J]. 船海工程，2016，45（3）：18-20.

［6］艾飞. LNG储罐区BLEVE爆炸危险性分析及扑救对策[J]. 科技创新导报，2010（34）：80-82.

LNG Tank Container Terminal Loading and Unloading Accident Consequence Analysis and Safety Countermeasures

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（Shenyang Aerospace University, Shenyang Liaoning 110136, China）

Waterway transportation of LNG tank container has become a new mode of LNG transportation. Once a loading and unloading accident occursin terminal, it may cause serious economic and property losses. Based on the risk analysis of LNG tank container terminal handling, the range of accident consequences was calculated, and some safety countermeasures were put forward. The paper is of practical significance for the terminal safety management of LNG tank containers.

LNG; Tank container; Terminal handling; Risk analysis

2020-03-18

孙睿婷（1996-），女，硕士研究生，辽宁省盘锦市人，研究方向：系统安全及理论应用。

田宏（1964-），男，教授，博士，研究方向：系统安全及理论应用。

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1004-0935（2020）07-0893-04