船舶浮式储存装置危险源辨识及分析

刘辰童

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司,天津 300452)

液化天然气(LNG)作为一种清洁度高、热值高的能源越来越受到广泛的重视和应用。随着LNG的推广和应用,其陆地接收站存在运营和建设等方面的高昂费用问题,而船舶浮式储存装置(FSU)的出现可以帮助解决这一问题[1],其灵活性的作业特点和低成本保证了其的有效应用。在应用船舶浮式储存装置的过程也随之带来的各种各样的危险,因此,为能够有效对危险源进行识别,通过选择合适的风险评估方法,制定合理的风险评估流程对浮式储存装置进行风险评价,并给出风险应对措施。

1 风险评估方法

危险源辨识(HAZID)是一种高级的系统化风险评估手段[2],其应用于项目的初步方案设计阶段,以期在早期识别危险,并作为详细设计施工的输入信息。通常,完成风险分析首先要用HAZID评估,完整的风险分析过程包括:危险源辨识、风险分析、和风险管理,每部分所包含的关键内容见图1[3]。

图1 完整风险评估包含的内容

2 风险评估流程

危险源辨识是基于项目的实际布置与操作,通过使用全面的、系统的方法进行辨识[4]。通过故障假设法来发现隐藏的危险因素。目前,故障假设法是目前运用较为普遍的方法,该方法从船舶初始设计开始考虑,来分析其与预期正常运营的偏差。假设的问题例如“如果设备出现故障怎么办”、“如果LNG泄漏怎么办”,每一个假设问题都有对应的潜在危险因素,统计到HAZID表格中,识别出已存在或已准备好的安全措施,并给出合理建议。整个流程的分析目标有:识别潜在危险源;分析危险源导致的后果;确定适当的保护措施来规避或降低风险;必要时,提出一些建议来消除、规避、控制或降低风险。目前,HAZID已经不仅只是识别危险源,而是包括识别初步设计中可能的危险源及其前因、后果,明确防护措施和提出合理建议的一整套流程。HAZID的工作流程见图2[5]。

图2 HAZID流程

3 危险源辨识分析

浮式储存装置在应用过程中可能遇到的主要危险源包括泄漏、火灾、人员伤害、碰撞等风险。

3.1 LNG/天然气泄漏事故

1)少量泄漏。LNG在常温下极易蒸发,一旦达到燃烧极限(燃烧下限为5%,上限为15%),遇到点火源将发生火灾,因此,如在LNG系统的管路、阀门、接头、法兰等设备发生的泄漏发生少量LNG泄漏,应立即启动ESD(关断系统),中止LNG过驳/传输。

在泄漏源修复且LNG蒸发气驱散之前不应重新开始操作,并采用船上的可燃气探测装置检测确认LNG蒸发气已扩散至安全水平。

2)大量泄漏。船舶LNG一旦发生泄漏出来,一部分LNG会气化成蒸气(即天然气),剩余的LNG会泄漏到甲板面或者海上,周围空气会与气化后的LNG混合生成冷蒸气雾,在空气中形成白烟,再受热后与空气结合成爆炸性混合物(或称可燃性气云)。爆炸性混合物若遇到火源(最小点火能量为0.28 mJ),将引发闪火或蒸气云爆炸等事故,威力巨大,后果严重[6]。

因此,如因传输软管发生破裂、传输硬管(含阀件、接头及附件等)发生破裂等原因导致的LNG大量泄漏,应立即启动ESD,中止LNG过驳/传输。

泄漏的LNG应通过总管下面集液盘引入大海,以避免其落在甲板上。

如大量泄漏的LNG接触到甲板,将对甲板钢材造成破坏。应对甲板进行检测,必要时马上返厂修理,避免带伤运行。

LNG大量泄漏事故应向港口和主管部门进行通报。

3.2 火灾事故

LNG火灾的特点为火焰传播速度较快;质量燃烧速率大;火焰温度高、辐射热强;易形成大面积火灾,难于扑灭,因此船上应尽量避免LNG因泄漏导致火灾[7]。

1)船舶发生火灾。火灾范围较小且远离LNG货物区域,应立即启动消防系统,迅速灭火即可;如火灾较大,距离LNG货物区域较近,应立即启动消防系统,迅速灭火,并同时启动ESD,中止船上所有LNG过驳或输送,直至火灾隐患消除。

如因LNG泄漏造成火灾,应启动ESD,切断泄漏源,中止船上所有LNG过驳或输送,并启动消防系统进行灭火。在灭火期间,船长可判断火灾大小,必要时应及时疏散船上人员。

2)船-岸/船-船界面处发生火灾。立即启动ESD切断泄漏源,中止过驳或LNG输送。启动消防系统进行灭火,并向相关方发出示警信号,必要时应启用岸上用于保护该区域的消防系统。

3)码头设施发生火灾。应立即启动ESD,中止过驳或LNG输送。船上消防设施处于随时可用状态,必要时船上水雾/水幕系统打开,以减少火灾热辐射对于船上人员和设备的伤害。然后视码头设施条件及火灾的大小决定是否解除船舶与码头的系泊,并将船舶撤离至安全水域。

4)FRU发生火灾。应立即启动ESD,中止LNG输送。启用船上水雾系统及船舶与FRU之间的水幕系统,以减少火灾热辐射对于船上人员和设备的伤害,然后视火灾大小决定是否解除船岸之间的连接和系泊。

3.3 人员伤害

LNG沸点为-162 ℃,通常处于低温状态,一旦泄漏极易造成人员低温伤害,LNG气化后为天然气,主要成分为甲烷,甲烷无毒,吸入甲烷并不会表现出生理上的病征。但是,吸入甲烷会导致窒息。

1)冻伤。被冻伤的人体组织应用大量不高于人体温度的水进行冲洗,不应使用热水取暖或者摩擦取暖。发生冻伤后应尽快就医。

2)窒息。当发生人员窒息时,应将窒息人员被迅速抬到有新鲜空气的地方进行吸氧或者进行人工呼吸急救,医生需要尽快就位。

3.4 其他危险

1)靠泊/系泊过程中的意外。为保护LNG运输船,国内外LNG接收站均有相应的随船移动的安全区的规定,在规定中对于LNG运输船的航行状态和停泊状态的均有安全距离的要求。通常的要求LNG运输船航行过程中确保前后1 n mile、左右250 m或前后1 n mile、左右200 m范围内为移动安全区,综合考虑印尼码头及“海洋石油301”的情况,要求通船舶进入港区应在2艘拖轮协助下进行靠泊作业,航行过程中确保前后在1 n mile、左右200 m范围内无其他船舶靠近[8]。

此外,在靠泊作业过程中发生意外,如果有需要,船长应时刻准备终止靠泊/系泊。双方必须第一时间通知对方操作中发生的变化。系泊的过程应遵守《国际海上避碰规则》的规定。

2)通讯故障。如在两船靠泊过程中出现通讯故障,将船舶靠泊码头失败或发生碰撞,造成损伤,因此应终止靠泊,直至通信恢复。

在货物过驳/传输过程中发生通讯中断时,将导致对于过驳/传输的失控,引发其他风险,因此应立即停止过驳/传输,并发出信号警示,告知对方。

3)船舶碰撞。船舶发生碰撞时,易造成船舶损坏、传输系统损坏或者可能造成码头设施损坏,因此如船舶在过驳或和向FRU的输送作业期间发生碰撞,应立即启动ESD,中止船上所有货物操作,并发出警示信号,同时查船舶、货物软管及系泊情况运行,必要时返厂维修。

为减少其他船舶影响,在码头营运期间,建议以连接总管为中心在200 m范围内设置安全区,并设置醒目标识,严禁无关船舶驶入安全区。

4)船舶发生大的位移或相对运动。船舶发生大的位移或相对运动时,将导致船舶的系泊缆绳和LNG输送软管的断裂等风险,从而引发货物传输的中止或者LNG的泄漏,因此,在发现船舶发生大的位移或相对运动后,应立即发出预警信号,提醒各相关操作人员做好应对准备,同时检查系泊情况,必要时重新系泊。

如紧急脱离装置(拉断阀)一旦脱开,中止过驳或LNG输送,直至船舶重新连接处于稳定状态。

5)动火作业。船舶从事危险货物存储和传输作业,发生可燃气体泄漏的风险较大,有动火作业时,如遇到可燃气体,将引发发生火灾,因此,船舶在装货期间,严禁任何动火操作,若船舶在向码头卸货期间需要进行动火作业,则应制定动火程序和提前准备相应的安全防范措施。

4 结论

船舶作为浮式储存装置服务码头,其自身LNG运输船功能可满足货物接收、储存和卸载作业要求。由于码头基础设施限制、货物频繁过驳和持续卸货作业等因素影响,会给船舶带来一定的额外风险,在船舶系泊、装载状态、软管连接和操作方面应重点考虑。由于船舶改变其预定用途和运营方式,结合设计方案、基础设施和作业条件等情况,提出以下建议。

1)船舶进入港区应由2艘拖轮协助靠泊作业,航行过程中确保前后1 n mile、左右200 m范围内无其他船舶靠近。建议以连接总管为中心200 m范围内设置安全区,并设置醒目标识,严禁无关船舶驶入安全区。

2)船舶与码头之间存在一定安全隐患。建议船舶靠泊码头时采用拖轮辅助,尽量避免自航靠泊。码头已配备的拱型固定碰垫最大吸收能量无法满足船舶靠泊时的需求,但可作为日常营运时应急使用。

3)为防止应急情况下对船舶带来危害,建议船舶与码头之间、船舶与之间应设置紧急脱离装置(或拉断阀);建议三者之间建立ESD连接,确保紧急状态下能够实现同时响应,建议对船舶ESD控制系统进行升级,以满足同时对两者进行对接。

4)船舶过驳作业期间,建议关闭两船ICCP系统,连接总管之间设置绝缘法兰或无跨接短管,以减小或消除两船之间的电位差带来的危害。船舶在码头营运期间可开启ICCP系统(船体外加电流阴极保护装置)。