LNG船舶泄漏的危害性及防范措施

LNG船舶泄漏的危害性及防范措施 【摘要】闡述LNG船舶泄漏的危害性，分析LNG船舶泄漏的危險源及LNG泄漏的特點，為保 障船舶航行安全，提出防范措施:提高安全監(jiān)督部門監(jiān)管力度;增強管理部門和企業(yè)的安全意識； 提高船員素質(zhì);提高執(zhí)法人員素質(zhì)。 【關(guān)鍵詞】LNG船；泄漏；船舶安全 1. LNG船泄漏的危害性 LNG的主要成分是甲烷（CH4）。在標準大氣壓下，天然氣的液化溫度大約為?Ha162°C,液體密 度為450 ~ 470 kg/m3（由于成分不同而產(chǎn)生的差異）。單位體積的LNG汽化后，體積將擴大625倍。 LNG的燃點為650C,在空氣中的可燃極限為5.3%~14.0%。因此,LNG的主要危險性是泄漏后產(chǎn)生 的。 泄漏后的LNG最終會形成比其體積大數(shù)百倍的氣云，并存在火災和爆炸的危險。點燃空氣和 天然氣的混合氣體以及天然氣和其他碳氫化合物的混合氣體所需要的能量通常小于1 mJ（任何可 見火焰、電路產(chǎn)生的火花甚至來自低壓電源以及人類通過觸覺能感受到的靜電排放所產(chǎn)生的能 量都超過1 mJ）。LNG泄漏到任何帶有低點燃能量的空氣媒介中都有發(fā)生火災和爆炸危險的可能。 由于港口區(qū)域有很多專用于裝卸碳氫化合物的設(shè)備,因此上述點燃條件在港口區(qū)域極易實現(xiàn)且 不可能被禁止。 在低溫條件下,LNG能使與其接觸的低合金碳鋼發(fā)生嚴重的脆性破裂。超低溫液貨與普通船 體接觸，由于局部冷卻產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力會使船體自發(fā)產(chǎn)生脆性破裂失去延展性，從而破壞整 個船體結(jié)構(gòu)。[1] 超低溫能對裸露人體造成嚴重凍傷。LNG是低溫的液化氣體,其與人體直接接觸時，會從皮膚 上吸收大量顯熱,并且在汽化過程中吸收潛熱，因此，裸露在外的皮膚會被凍傷。 2?LNG船舶泄漏危險源分析 LNG船舶泄漏事故包括意外破損和故意破損兩種。造成意外破損的因素包括安全防護設(shè)備和 系統(tǒng)、操作指示及風險處理應(yīng)急計劃等方面;故意破損的因素包括恐怖襲擊、劫持和有內(nèi)部接應(yīng) 等行為。船艙破損的嚴重程度取決于破損位置、船舶設(shè)計、相對速度、碰撞角度和控制危險的 預防系統(tǒng)等。 采用過去完成的一系列與雙層殼體油船相類似的有限元模型測試發(fā)現(xiàn)在LNG船舶意外破損 的情況下，只有當大型船舶的航速超過5~6 kn時，才會造成船體內(nèi)殼破裂;對于小型船舶，造成其 破裂至少需要大約100萬~200萬N?I6m的動能，然而，這一能量級的碰撞還不足以造成LNG船體內(nèi) 殼破裂，要使內(nèi)殼裂口，其外殼至少要被撞出直徑3 m左右的破孔。由于LNG船舶存在主次屏蔽， 因此要比預測的最小破艙船速（90?$a碰撞）大1~2 kn,約為6~7 kn。在船舶實際碰撞事故中，當發(fā) 生嚴重的穿透性碰撞后，兩船會保持幾小時的結(jié)合狀態(tài)。研究表明，僅5%~10%的船舶破損尺寸會 造成泄漏。因此，一艘大型船舶以相對12 kn的船速與LNG船舶發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的實際破孔也僅 約2,不致造成LNG船泄漏。 當LNG船舶破損時,考慮到液貨艙的設(shè)計,LNG船可能產(chǎn)生的破孔約為2~12 m2。國外的研究 結(jié)果表明，在大多數(shù)情況下,故意破損可能導致的破口面積會比假設(shè)計算的面積小,大約為5~7 m2。在特定條件下，故意破損可能會造成多個破口。為不同假設(shè)條件下，意外破損和故意破損可 能造成的破口面積大小和個數(shù)，這對進行事故危害評價有著重要作用。 表1不同碰播條件下船舶破扎尺寸和個數(shù) 中國國訪科質(zhì)網(wǎng) WWW.8T tcch.coni 3?LNG泄漏特點 3.1泄漏到地面 LNG泄漏后，氣云在風的影響下從泄漏點沿水平方向向四周擴散。氣云成分主要包括LNG氣 體、水蒸氣（主要以白色水霧形式存在）和空氣。與空氣混合的氣云隨著體積增大逐漸形成可燃 特性。隨著LNG的泄漏，可燃氣云體積越來越大，直到LNG停止泄漏時為止。 隨著氣云遠離泄漏點，氣云溫度增加,而密度在減小。當氣云溫度與環(huán)境溫度相等時氣云就 懸浮在空氣中并沿垂直方向擴散。在?Ha107°C時,純甲烷比空氣輕,決定氣云擴散的溫度是整個 氣云的溫度而不是氣云中LNG氣態(tài)成分的溫度。在垂直擴散發(fā)生前氣云中其他成分的溫度不再 升高。與此同時，氣云沿著水平方向繼續(xù)擴散,氣云擴散的距離與初始溢出的數(shù)量、持續(xù)時間、 風速和風向、地形以及大氣的溫度和濕度有關(guān)。根據(jù)對LNG泄漏的研究，風速較低或無風時，氣 云主要聚集在泄漏點附近。移動的氣云可能發(fā)生燃燒的區(qū)域主要在可見氣云團周圍因為這些區(qū) 域內(nèi)的分混合氣體處于燃燒范圍之內(nèi)。 當氣云不再吸收新增氣體時仍會在空氣中繼續(xù)擴散，直至最后整個氣云體積濃度稀釋到低 于甲烷爆炸下限，此時，氣云可燃性消失并且再無爆炸的可能。若LNG氣體在飄散過程中遇到點 火源，會發(fā)生燃燒，此時火焰順著氣云往回蔓延到泄漏點,對船舶設(shè)施具有潛在的毀壞作用。 因此,可以建立預測氣云擴散的數(shù)學模型。建立該模型必須具備兩個條件：（1）必須對最大可 能泄漏溢出量予以確切估計；（2）用被討論點的空氣溫度、風力大小以及空氣穩(wěn)定性的實際值對 泄漏氣云進行模擬。根據(jù)建立的數(shù)學模型能準確預測LNG泄漏到空氣中形成氣云后產(chǎn)生的最壞 結(jié)果。 3.2泄漏到水面 LNG在水面泄漏時，水面會產(chǎn)生強烈擾動，并形成少量的冰，其汽化的情況與LNG泄漏到地面 相似。當然,LNG泄漏到水面蒸發(fā)的速度較快，而且水是一個無限大的熱源,水的流動性為LNG的 汽化提供了穩(wěn)定的熱量。根據(jù)有關(guān)研究報道,LNG泄漏到水面的蒸發(fā)速率是0.18 kg/(m2?l6s), 基本上不受時間影響。LNG泄漏到水面上的安全問題是氣云的形成和產(chǎn)生火災的可能性。在空曠 的地方,LNG產(chǎn)生的氣云一般不會產(chǎn)生爆炸，但有可能引起燃燒和快速蔓延的火災。氣云產(chǎn)生后主 要有兩方面問題：(1)氣云隨著風的擴散,如果在下風向存在高溫熱源或火源，就有可能點燃這些 氣云；(2)天然氣云團被點燃后，火焰的擴散及產(chǎn)生的熱流會點燃飄逸的其他天然氣云團。 4.防范措施 4.1提高安全監(jiān)督部門監(jiān)管力度 按規(guī)定，液化氣船在裝卸貨時必須備齊消防器材，接通裝卸貨管后，海事部門管理人員應(yīng)與 船方共同試漏，檢驗合格后才可開泵裝卸貨，安全監(jiān)督員應(yīng)現(xiàn)場監(jiān)督裝卸貨全過程。[2] 4.2增強安全意識 主管安全檢查工作的有關(guān)部門應(yīng)通過匯編資料張貼標語和圖片等一切可利用的宣傳工具加 大宣傳力度，以提高港口的安全意識，使其做好各種設(shè)備的維修保養(yǎng)工作,配合海事部門的檢查 和監(jiān)督。 航運企業(yè)對安全工作應(yīng)有布置、有檢查、有措施，并加以落實，自覺遵守國家及IMO制定的 一系列法律法規(guī)和公約，嚴格按有關(guān)規(guī)定做好設(shè)備的維修保養(yǎng)工作,配齊海圖資料，經(jīng)常檢查督 促船員及時更換過時或失效的海圖。 4.3提高船員素質(zhì) 加強對船員的管理，建立船員檔案,提高船員的業(yè)務(wù)技能，加強安全意識教育。簽訂用人協(xié) 議，保證外聘船員的基本素質(zhì)。加強對船長、大副、輪機長等主要干部船員的管理引入必要的 競爭和激勵機制，保持干部船員隊伍穩(wěn)定性，以利于船舶安全。 4.4提高執(zhí)法人員素質(zhì) 主管部門應(yīng)對執(zhí)法人員進行嚴格考核，努力提高執(zhí)法人員業(yè)務(wù)水平,保障船舶航行安全。 參考文獻： [1] 俞昌銘，淮秀蘭?高溫環(huán)境下容器內(nèi)液化氣的熱響應(yīng)分析[J].河北理工學院學 報，1996,8(1):24-29 [2] 中華人民共和國海事局.國際散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則[S].2OO2