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【摘要】阐述LNG船舶泄漏的危害性,分析LNG船舶泄漏的危险源及LNG泄漏的特点,为保障船舶航行安全,提出防范措施:提高安全监督部门监管力度;增强管理部门和企业的安全意识;提高船员素质;提高执法人员素质。
【关键词】LNG船舶;泄漏;船舶安全
1LNG船泄漏的危害性
LNG的主要成分是甲烷(CH4)。在标准大气压下,天然气的液化温度大约为€Ha162℃,液体密度为450 ~ 470 kg/m3(由于成分不同而产生的差异)。单位体积的LNG汽化后,体积将扩大625倍。LNG的燃点为650℃,在空气中的可燃极限为5.3%~14.0%。因此,LNG的主要危险性是泄漏后产生的。
泄漏后的LNG最终会形成比其体积大数百倍的气云,并存在火灾和爆炸的危险。点燃空气和天然气的混合气体以及天然气和其他碳氢化合物的混合气体所需要的能量通常小于1 mJ(任何可见火焰、电路产生的火花甚至来自低压电源以及人类通过触觉能感受到的静电排放所产生的能量都超过1 mJ)。LNG泄漏到任何带有低点燃能量的空气媒介中都有发生火灾和爆炸危险的可能。由于港口区域有很多专用于装卸碳氢化合物的设备,因此上述点燃条件在港口区域极易实现且不可能被禁止。
在低温条件下,LNG能使与其接触的低合金碳钢发生严重的脆性破裂。超低温液货与普通船体接触,由于局部冷却产生过大的热应力会使船体自发产生脆性破裂,失去延展性,从而破坏整个船体结构。[1]
超低温能对裸露人体造成严重冻伤。LNG是低温的液化气体,其与人体直接接触时,会从皮肤上吸收大量显热,并且在汽化过程中吸收潜热,因此,裸露在外的皮肤会被冻伤。
2LNG船舶泄漏危险源分析
LNG船舶泄漏事故包括意外破损和故意破损两种。造成意外破损的因素包括安全防护设备和系统、操作指示及风险处理应急计划等方面;故意破损的因素包括恐怖袭击、劫持和有内部接应等行为。船舱破损的严重程度取决于破损位置、船舶设计、相对速度、碰撞角度和控制危险的预防系统等。
采用过去完成的一系列与双层壳体油船相类似的有限元模型测试发现,在LNG船舶意外破损的情况下,只有当大型船舶的航速超过5~6 kn时,才会造成船体内壳破裂;对于小型船舶,造成其破裂至少需要大约100万~200万N€I6m的动能,然而,这一能量级的碰撞还不足以造成LNG船体内壳破裂,要使内壳裂口,其外壳至少要被撞出直径3 m左右的破孔。由于LNG船舶存在主次屏蔽,因此要比预测的最小破舱船速(90€$a碰撞)大1~2 kn,约为6~7 kn。在船舶实际碰撞事故中,当发生严重的穿透性碰撞后,两船会保持几小时的结合状态。研究表明,仅5%~10%的船舶破损尺寸会造成泄漏。因此,一艘大型船舶以相对12 kn的船速与LNG船舶发生碰撞所产生的实际破孔也仅约2,不致造成LNG船泄漏。
当LNG船舶破损时,考虑到液货舱的设计,LNG船可能产生的破孔约为2~12 m2。国外的研究结果表明,在大多数情况下,故意破损可能导致的破口面积会比假设计算的面积小,大约为5~7 m2。在特定条件下,故意破损可能会造成多个破口。为不同假设条件下,意外破损和故意破损可能造成的破口面积大小和个数,这对进行事故危害评价有着重要作用。
3LNG泄漏特点
3.1泄漏到地面
LNG泄漏后,气云在风的影响下从泄漏点沿水平方向向四周扩散。气云成分主要包括LNG气体、水蒸气(主要以白色水雾形式存在)和空气。与空气混合的气云随着体积增大逐渐形成可燃特性。随着LNG的泄漏,可燃气云体积越来越大,直到LNG停止泄漏时为止。
随着气云远离泄漏点,气云温度增加,而密度在减小。当气云温度与环境温度相等时,气云就悬浮在空气中并沿垂直方向扩散。在€Ha107℃时,纯甲烷比空气轻,决定气云扩散的温度是整个气云的温度而不是气云中LNG气态成分的温度。在垂直扩散发生前,气云中其他成分的温度不再升高。与此同时,气云沿着水平方向继续扩散,气云扩散的距离与初始溢出的数量、持续时间、风速和风向、地形以及大气的温度和湿度有关。根据对LNG泄漏的研究,风速较低或无风时,气云主要聚集在泄漏点附近。移动的气云可能发生燃烧的区域主要在可见气云团周围,因为这些区域内的分混合气体处于燃烧范围之内。
当气云不再吸收新增气体时仍会在空气中继续扩散,直至最后整个气云体积浓度稀释到低于甲烷爆炸下限,此时,气云可燃性消失并且再无爆炸的可能。若LNG气体在飘散过程中遇到点火源,会发生燃烧,此时火焰顺着气云往回蔓延到泄漏点,对船舶设施具有潜在的毁坏作用。
因此,可以建立预测气云扩散的数学模型。建立该模型必须具备两个条件:(1)必须对最大可能泄漏溢出量予以确切估计;(2)用被讨论点的空气温度、风力大小以及空气稳定性的实际值对泄漏气云进行模拟。根据建立的数学模型能准确预测LNG泄漏到空气中形成气云后产生的最坏结果。
3.2泄漏到水面
LNG在水面泄漏时,水面会产生强烈扰动,并形成少量的冰,其汽化的情况与LNG泄漏到地面相似。当然,LNG泄漏到水面蒸发的速度较快,而且水是一个无限大的热源,水的流动性为LNG的汽化提供了稳定的热量。根据有关研究报道,LNG泄漏到水面的蒸发速率是0.18 kg/(m2€I6s),基本上不受时间影响。LNG泄漏到水面上的安全问题是气云的形成和产生火灾的可能性。在空旷的地方,LNG产生的气云一般不会产生爆炸,但有可能引起燃烧和快速蔓延的火灾。气云产生后主要有两方面问题:(1)气云随着风的扩散,如果在下风向存在高温热源或火源,就有可能点燃这些气云;(2)天然气云团被点燃后,火焰的扩散及产生的热流会点燃飘逸的其他天然气云团。
4防范措施
4.1提高安全监督部门监管力度
按规定,液化气船在装卸货时必须备齐消防器材,接通装卸货管后,海事部门管理人员应与船方共同试漏,检验合格后才可开泵装卸货,安全监督员应现场监督装卸货全过程。[2]
4.2增强安全意识
主管安全检查工作的有关部门应通过汇编资料张贴标语和图片等一切可利用的宣传工具加大宣传力度,以提高港口的安全意识,使其做好各种设备的维修保养工作,配合海事部门的检查和监督。
航运企业对安全工作应有布置、有检查、有措施,并加以落实,自觉遵守国家及IMO制定的一系列法律法规和公约,严格按有关规定做好设备的维修保养工作,配齐海图资料,经常检查督促船员及时更换过时或失效的海图。
4.3提高船员素质
加强对船员的管理,建立船员档案,提高船员的业务技能,加强安全意识教育。签订用人协议,保证外聘船员的基本素质。加强对船长、大副、轮机长等主要干部船员的管理,引入必要的竞争和激励机制,保持干部船员队伍稳定性,以利于船舶安全。
4.4提高执法人员素质
主管部门应对执法人员进行严格考核,努力提高执法人员业务水平,保障船舶航行安全。
参考文献:
[1] 俞昌铭,淮秀兰.高温环境下容器内液化气的热响应分析[J].河北理工学院学报,1996,8(1):24-29.
[2] 中华人民共和国海事局.国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则[S].2002.
【关键词】LNG船舶;泄漏;船舶安全
1LNG船泄漏的危害性
LNG的主要成分是甲烷(CH4)。在标准大气压下,天然气的液化温度大约为€Ha162℃,液体密度为450 ~ 470 kg/m3(由于成分不同而产生的差异)。单位体积的LNG汽化后,体积将扩大625倍。LNG的燃点为650℃,在空气中的可燃极限为5.3%~14.0%。因此,LNG的主要危险性是泄漏后产生的。
泄漏后的LNG最终会形成比其体积大数百倍的气云,并存在火灾和爆炸的危险。点燃空气和天然气的混合气体以及天然气和其他碳氢化合物的混合气体所需要的能量通常小于1 mJ(任何可见火焰、电路产生的火花甚至来自低压电源以及人类通过触觉能感受到的静电排放所产生的能量都超过1 mJ)。LNG泄漏到任何带有低点燃能量的空气媒介中都有发生火灾和爆炸危险的可能。由于港口区域有很多专用于装卸碳氢化合物的设备,因此上述点燃条件在港口区域极易实现且不可能被禁止。
在低温条件下,LNG能使与其接触的低合金碳钢发生严重的脆性破裂。超低温液货与普通船体接触,由于局部冷却产生过大的热应力会使船体自发产生脆性破裂,失去延展性,从而破坏整个船体结构。[1]
超低温能对裸露人体造成严重冻伤。LNG是低温的液化气体,其与人体直接接触时,会从皮肤上吸收大量显热,并且在汽化过程中吸收潜热,因此,裸露在外的皮肤会被冻伤。
2LNG船舶泄漏危险源分析
LNG船舶泄漏事故包括意外破损和故意破损两种。造成意外破损的因素包括安全防护设备和系统、操作指示及风险处理应急计划等方面;故意破损的因素包括恐怖袭击、劫持和有内部接应等行为。船舱破损的严重程度取决于破损位置、船舶设计、相对速度、碰撞角度和控制危险的预防系统等。
采用过去完成的一系列与双层壳体油船相类似的有限元模型测试发现,在LNG船舶意外破损的情况下,只有当大型船舶的航速超过5~6 kn时,才会造成船体内壳破裂;对于小型船舶,造成其破裂至少需要大约100万~200万N€I6m的动能,然而,这一能量级的碰撞还不足以造成LNG船体内壳破裂,要使内壳裂口,其外壳至少要被撞出直径3 m左右的破孔。由于LNG船舶存在主次屏蔽,因此要比预测的最小破舱船速(90€$a碰撞)大1~2 kn,约为6~7 kn。在船舶实际碰撞事故中,当发生严重的穿透性碰撞后,两船会保持几小时的结合状态。研究表明,仅5%~10%的船舶破损尺寸会造成泄漏。因此,一艘大型船舶以相对12 kn的船速与LNG船舶发生碰撞所产生的实际破孔也仅约2,不致造成LNG船泄漏。
当LNG船舶破损时,考虑到液货舱的设计,LNG船可能产生的破孔约为2~12 m2。国外的研究结果表明,在大多数情况下,故意破损可能导致的破口面积会比假设计算的面积小,大约为5~7 m2。在特定条件下,故意破损可能会造成多个破口。为不同假设条件下,意外破损和故意破损可能造成的破口面积大小和个数,这对进行事故危害评价有着重要作用。
3LNG泄漏特点
3.1泄漏到地面
LNG泄漏后,气云在风的影响下从泄漏点沿水平方向向四周扩散。气云成分主要包括LNG气体、水蒸气(主要以白色水雾形式存在)和空气。与空气混合的气云随着体积增大逐渐形成可燃特性。随着LNG的泄漏,可燃气云体积越来越大,直到LNG停止泄漏时为止。
随着气云远离泄漏点,气云温度增加,而密度在减小。当气云温度与环境温度相等时,气云就悬浮在空气中并沿垂直方向扩散。在€Ha107℃时,纯甲烷比空气轻,决定气云扩散的温度是整个气云的温度而不是气云中LNG气态成分的温度。在垂直扩散发生前,气云中其他成分的温度不再升高。与此同时,气云沿着水平方向继续扩散,气云扩散的距离与初始溢出的数量、持续时间、风速和风向、地形以及大气的温度和湿度有关。根据对LNG泄漏的研究,风速较低或无风时,气云主要聚集在泄漏点附近。移动的气云可能发生燃烧的区域主要在可见气云团周围,因为这些区域内的分混合气体处于燃烧范围之内。
当气云不再吸收新增气体时仍会在空气中继续扩散,直至最后整个气云体积浓度稀释到低于甲烷爆炸下限,此时,气云可燃性消失并且再无爆炸的可能。若LNG气体在飘散过程中遇到点火源,会发生燃烧,此时火焰顺着气云往回蔓延到泄漏点,对船舶设施具有潜在的毁坏作用。
因此,可以建立预测气云扩散的数学模型。建立该模型必须具备两个条件:(1)必须对最大可能泄漏溢出量予以确切估计;(2)用被讨论点的空气温度、风力大小以及空气稳定性的实际值对泄漏气云进行模拟。根据建立的数学模型能准确预测LNG泄漏到空气中形成气云后产生的最坏结果。
3.2泄漏到水面
LNG在水面泄漏时,水面会产生强烈扰动,并形成少量的冰,其汽化的情况与LNG泄漏到地面相似。当然,LNG泄漏到水面蒸发的速度较快,而且水是一个无限大的热源,水的流动性为LNG的汽化提供了稳定的热量。根据有关研究报道,LNG泄漏到水面的蒸发速率是0.18 kg/(m2€I6s),基本上不受时间影响。LNG泄漏到水面上的安全问题是气云的形成和产生火灾的可能性。在空旷的地方,LNG产生的气云一般不会产生爆炸,但有可能引起燃烧和快速蔓延的火灾。气云产生后主要有两方面问题:(1)气云随着风的扩散,如果在下风向存在高温热源或火源,就有可能点燃这些气云;(2)天然气云团被点燃后,火焰的扩散及产生的热流会点燃飘逸的其他天然气云团。
4防范措施
4.1提高安全监督部门监管力度
按规定,液化气船在装卸货时必须备齐消防器材,接通装卸货管后,海事部门管理人员应与船方共同试漏,检验合格后才可开泵装卸货,安全监督员应现场监督装卸货全过程。[2]
4.2增强安全意识
主管安全检查工作的有关部门应通过汇编资料张贴标语和图片等一切可利用的宣传工具加大宣传力度,以提高港口的安全意识,使其做好各种设备的维修保养工作,配合海事部门的检查和监督。
航运企业对安全工作应有布置、有检查、有措施,并加以落实,自觉遵守国家及IMO制定的一系列法律法规和公约,严格按有关规定做好设备的维修保养工作,配齐海图资料,经常检查督促船员及时更换过时或失效的海图。
4.3提高船员素质
加强对船员的管理,建立船员档案,提高船员的业务技能,加强安全意识教育。签订用人协议,保证外聘船员的基本素质。加强对船长、大副、轮机长等主要干部船员的管理,引入必要的竞争和激励机制,保持干部船员队伍稳定性,以利于船舶安全。
4.4提高执法人员素质
主管部门应对执法人员进行严格考核,努力提高执法人员业务水平,保障船舶航行安全。
参考文献:
[1] 俞昌铭,淮秀兰.高温环境下容器内液化气的热响应分析[J].河北理工学院学报,1996,8(1):24-29.
[2] 中华人民共和国海事局.国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则[S].2002.