大型集裝箱船舶LNG燃料港內(nèi)加注同步作業(yè)安全管理建議

摘 要：隨著大量LNG燃料船舶投入營運(yùn)，全世界各港口LNG燃料加注作業(yè)都遇到了新的挑戰(zhàn)。由于 LNG 燃料的低溫易燃特性，導(dǎo)致港內(nèi)水上加注作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大。本文以上海洋山港15 000TEU集裝箱船LNG燃料加注作業(yè)為例，分析加注作業(yè)船、港口和通航環(huán)境。通過分析和評(píng)估標(biāo)識(shí)港內(nèi)LNG燃料同步加注作業(yè)中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)，并提出風(fēng)險(xiǎn)防控措施和安全管理建議。

關(guān)鍵詞：大型集裝箱船舶；LNG燃料；加注作業(yè)；管理建議

0 引 言

2023年7月，國際海事組織（IMO）通過船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略修正案，要求在2030年前實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008年相比減排20%，并爭取減排幅度達(dá)到30%；到2040年實(shí)現(xiàn)相比減排70%，并爭取減排幅度達(dá)到80%；到2050年前后實(shí)現(xiàn)溫室氣體的凈零排放。為了實(shí)現(xiàn)這些減排目標(biāo)，航運(yùn)業(yè)需要積極探索各種減排技術(shù)和手段。其中，使用可替代燃料是降低NOx、SOx、CO2等溫室氣體排放的途徑之一，是航運(yùn)界實(shí)現(xiàn)溫室氣體至2050年達(dá)到凈零排放目標(biāo)的重要手段之一，可以滿足中國珠三角、長三角和環(huán)渤海三大排放控制區(qū)和IMO排放控制區(qū)的要求。

作為低閃點(diǎn)燃料的代表，LNG全稱Liquefied Natural Gas，中文名為液化天然氣，是一種優(yōu)秀的可替代燃料。LNG基本不含硫，其主要成分為CH4，碳原子含量少，同時(shí)在加工過程中進(jìn)行了脫雜質(zhì)處理。因此，LNG在降低硫氧化物（SOx）、二氧化碳（CO2）和顆粒物（PM）的排放方面，具有天然優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)先進(jìn)的天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以將氮氧化物（NOx）的排放量降低10%～20％。

目前，以LNG為動(dòng)力的船舶應(yīng)用范圍廣泛，截至2022年底，全球海上LNG船舶數(shù)量已增至713艘?？痛⒂洼?、集裝箱船、海工船及散貨船等多種類型船舶開始采用LNG作為推進(jìn)動(dòng)力燃料，LNG船舶市場(chǎng)需求量持續(xù)增加。隨著大量LNG燃料船舶投入營運(yùn)，全世界各港口LNG燃料加注作業(yè)都遇到了新的挑戰(zhàn)。2022年3月15日，全球最大的LNG加注船“海港未來”輪，在大型集裝箱船“CMA CGM SYMI”輪在洋山港區(qū)完成了進(jìn)出口裝卸共計(jì)2 301 TEU的同時(shí)，為集裝箱輪順利加注了約7 000 m3的LNG，實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)行LNG燃料加注作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行集裝箱船裝卸貨作業(yè)。這是上海港首次，也是中國港口首次為大型LNG雙燃料動(dòng)力集裝箱船舶提供LNG燃料同步加注作業(yè)。這標(biāo)志著上海港繼荷蘭鹿特丹港和新加坡港后，成為又一個(gè)全球范圍內(nèi)少數(shù)擁有LNG燃料同步加注服務(wù)能力的港口。

1 加注船及港口情況

1.1加注船情況

“海港未來”輪是國內(nèi)第一艘國際航行的 LNG 加注船，同時(shí)也是目前全球最大的 LNG 加注船。該船使用3個(gè) C 型圓柱型（Cylinderical）獨(dú)立液貨艙裝載LNG，其貨物圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度為-163℃，艙頂設(shè)計(jì)壓力為 4.5 bar。其中兩個(gè)獨(dú)立液貨艙的單罐艙容為7 230 m3，另外一個(gè)獨(dú)立液貨艙的單罐艙容為 5 540 m3，總艙容約為 20 000 m3。該船最大 LNG 加注能力約為 2 100 m3/h，采用軟管+軟管吊的加注方式，配備 GCU 等 BOG 處理裝置。該船采用垂直艏設(shè)計(jì)，使用雙燃料動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，船舶電站使用雙燃料發(fā)電機(jī)組。

1.2 港口情況

洋山深水港一、二期碼頭合計(jì)共有9個(gè)集裝箱泊位，岸線總長3 000 m，水深-16 m，可以容納目前世界上最大的集裝箱船；洋山深水港三期碼頭擁有7個(gè)7萬～15萬噸級(jí)集裝箱泊位，岸線全長2 600 m，碼頭前沿水深-17.5 m，碼頭年設(shè)計(jì)吞吐能力500萬TEU。港區(qū)陸域縱深913m，陸域面積達(dá)238.13萬m2。碼頭作業(yè)區(qū)總寬度為98 m；洋山深水港四期自動(dòng)化碼頭岸線總長2 350 m，設(shè)有7個(gè)深水集裝箱泊位，是目前全球規(guī)模最大、智能化程度最高的全自動(dòng)化集裝箱碼頭，裝卸運(yùn)輸均采用國產(chǎn)的智能系統(tǒng)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。港區(qū)主航道大部分為水深大于20 m的自然水深航道，航道全長約26.4 n mile，航道底寬 450～550 m，經(jīng)疏浚拓寬，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)完全雙向通航。

2 通航環(huán)境

2.1氣象情況

洋山深水港區(qū)所在地區(qū)全年以東南風(fēng)為主，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。出現(xiàn)6級(jí)及以上大風(fēng)最多的月份在1月，月平均大風(fēng)日數(shù)達(dá)10.2天，其次在3月、4月和11月，月平均為8.1～8.7天，6月最少，僅3.1天。冬季大風(fēng)為冷空氣活動(dòng)造成，秋季大風(fēng)基本受臺(tái)風(fēng)影響。

每年3、4月份是洋山港區(qū)霧多發(fā)季節(jié)，冷空氣影響加上濕雨天氣，虎嘯蛇島與小巖礁航段能見度不良概率較大。進(jìn)出口時(shí)發(fā)現(xiàn)能見度變差，可能該航段能見度會(huì)更差，應(yīng)提前減速。

2.2水文情況

洋山深水港區(qū)潮汐屬非正規(guī)半日潮，據(jù)短期同步驗(yàn)潮資料和鄰近長期潮位站資料分析，最高高潮位 5.7 m，平均高潮位 3.8 m，平均潮位 2.5 m，平均低潮位 1.1 m，最低低潮位-0.1 m，平均潮差 2.7 m。

港區(qū)水域東部流速小于西部，大、中潮汛期間漲潮流速大于落潮流速（小潮汛期間相反），流速一般隨深度減小而增大。洋山主航道疏浚段漲潮流速最大為2.47 m/s，落潮流速最大為2.76 m/s。

3 加注作業(yè)主要風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，LNG 燃料同步加注作業(yè)存在的風(fēng)險(xiǎn)因素如下：

1）掉箱。集裝箱裝卸過程存在集裝箱掉落砸中作業(yè)人員或 LNG 加注管路的風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致 LNG 泄漏、人員傷害等事故。

2）碰撞。因惡劣自然條件如海上霧霾、涌浪、風(fēng)等因素造成其他船舶與加注船/集裝箱船發(fā)生碰撞，或由于人員操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻脑O(shè)備誤操作引起船舶間碰撞。

3）失穩(wěn)。當(dāng)加注船為集裝箱船加注 LNG 時(shí)，由于 LNG 出液順序有誤，導(dǎo)致船舶失穩(wěn)的情況。

4）低溫凍傷。由于LNG 具有深冷低溫特性，儲(chǔ)存溫度為-162℃，可能導(dǎo)致皮膚和眼睛嚴(yán)重凍傷，凍傷和燒灼傷很類似。需要注意的是，接觸管件等設(shè)備或者直接接觸 LNG 將會(huì)造成更加嚴(yán)重的凍傷。

5）窒息。天然氣為窒息性氣體，當(dāng)人處在天然氣濃度過高的空氣中時(shí)，可能導(dǎo)致因缺氧引起的頭疼、呼吸困難等危險(xiǎn)情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致昏迷、窒息甚至死亡。

6）海損事故。若水域面積不夠或航道狹窄，同步作業(yè)將會(huì)產(chǎn)生不安全因素，有可能造成船只的碰撞海損事故。

7）火災(zāi)。LNG 具有易燃易爆特性，具有甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性。LNG 在同步作業(yè)中一旦從管道及閥門泄漏，一小部分LNG會(huì)急劇氣化，其余部分會(huì)沸騰氣化，并與空氣混合成冷蒸氣霧，再經(jīng)過稀釋受熱后，與空氣進(jìn)一步混合，形成爆炸性混合物。該爆炸性混合物與氧氣充分結(jié)合后易燃易爆，在明火情況下極易引發(fā)火災(zāi)及爆炸。

8）電擊傷害。若船用大型機(jī)械電氣設(shè)備在操作過程中發(fā)生過電壓，即異常電壓升高的現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)舸┰O(shè)備、損壞絕緣等情況，極易造成人員觸電事故。同時(shí)船用電氣設(shè)備和線路的老化現(xiàn)象，以及液貨管道、電氣設(shè)備和其構(gòu)件，均存在靜電積聚的可能性，也都會(huì)造成觸電事故。

9）墜落事故。同步作業(yè)人員在操作過程中有可能發(fā)生落水淹溺事故。

10）翻滾。由于不同密度的 LNG 裝載到 LNG 艙，在儲(chǔ)罐內(nèi)發(fā)生分層現(xiàn)象，產(chǎn)生大量BOG，極易導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)液體翻滾，嚴(yán)重威脅全船的安全。

11）其他風(fēng)險(xiǎn)。作業(yè)場(chǎng)所存在的機(jī)械傷害和物體打擊等風(fēng)險(xiǎn)。

通過對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)因素的研究和分析，在 LNG 加注作業(yè)前，應(yīng)確認(rèn)貨物同步裝卸操作計(jì)劃滿足經(jīng)認(rèn)可的 LNG 加注與貨物裝卸同時(shí)加注作業(yè)手冊(cè)，確保參與各方達(dá)成一致并遵守經(jīng)認(rèn)可的操作手冊(cè)中同步操作安全規(guī)程和減災(zāi)措施。

同步作業(yè)期間，應(yīng)確認(rèn)是否涉及明火作業(yè)、大量人員活動(dòng)（10人及以上）、存在潛在物體墜落風(fēng)險(xiǎn)、涉及其他車輛和船舶活動(dòng)、存在其他類型危險(xiǎn)物質(zhì)、存在較大噪聲對(duì)公用系統(tǒng)存在影響、存在粉塵或氣體擴(kuò)散等情況，應(yīng)明確響應(yīng)防護(hù)措施是否到位，并完成同步作業(yè)安全檢查表。

4 安全管理建議

在國內(nèi)，LNG 燃料水上加注技術(shù)的應(yīng)用還處于起步階段，僅能從歐洲十多年的應(yīng)用中學(xué)習(xí)到少量的使用經(jīng)驗(yàn)。由于 LNG 燃料的低溫易燃特性，在實(shí)際作業(yè)中為避免發(fā)生事故通常會(huì)采取較為完善的安全保護(hù)措施。綜合危險(xiǎn)源辨識(shí)分析結(jié)果，從船舶布置方案、操作過程、安全保護(hù)以及保障措施方面提出了以下安全管理建議。

4.1布置方案

根據(jù)以上分析結(jié)果，針對(duì)方案布置，提出以下安全管理建議：

（1）快抵達(dá)受注船時(shí)，加注船應(yīng)提前布置碰墊；

（2）確認(rèn)受注船在軟管吊作業(yè)包絡(luò)范圍內(nèi)，進(jìn)行兼容性分析；

（3）建議加注前對(duì)兩船的快速接頭進(jìn)行兼容性評(píng)估；

（4）確認(rèn)加注作業(yè)中正確使用絕緣法蘭，防止加注船和受注船之間產(chǎn)生電位差，以減小點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)。

4.2操作過程

針對(duì)操作方面，提出以下風(fēng)險(xiǎn)防控措施及管理建議：

（1）在船舶靠泊至系泊結(jié)束階段，建議作業(yè)前對(duì)系泊方案進(jìn)行校核；靠泊前進(jìn)行充分準(zhǔn)備，并按檢查表進(jìn)行逐一檢核對(duì)；由于加注船靠泊受注船時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定沖擊力，為防止掉箱，建議加注船靠泊作業(yè)期間，暫停裝卸貨作業(yè)；建議關(guān)注裝卸貨、加注作業(yè)對(duì)船舶浮態(tài)的影響，適時(shí)調(diào)整系泊纜繩；作業(yè)期間安排人員對(duì)纜繩狀態(tài)和兩船干舷差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；時(shí)刻保持對(duì)當(dāng)?shù)氐臍庀蟊O(jiān)測(cè)，在風(fēng)速小于等于 15 m/s，橫浪小于等于 0.8? m/s，順浪小于等于 1m/s，能見度大于等于 1 000 m，橫流小于 0.5 m/s，順流小于 2 m/s 時(shí)才能進(jìn)行靠泊作業(yè)。

（2）在加注系統(tǒng)連接及準(zhǔn)備階段，建議確認(rèn)軟管配有保護(hù)套且與軟管吊具之間連接良好；確認(rèn)兩船間的間距符合軟管最小彎曲半徑要求；確認(rèn)加注期間關(guān)閉雷達(dá)或雷達(dá)處于 Stand by 狀態(tài)；管路系統(tǒng)預(yù)冷速率控制在每分鐘 3℃以內(nèi)；測(cè)試管路和設(shè)備的接地狀態(tài)是否良好。

（3）在加注與裝卸貨同步作業(yè)階段，建議作業(yè)前進(jìn)行泄漏檢測(cè)及 ESD 冷態(tài)、熱態(tài)測(cè)試；控制加注速率，防止產(chǎn)生過多 BOG；操作人員和值守人員應(yīng)密切關(guān)注兩船浮態(tài)和系泊狀態(tài)是否發(fā)生變化；加注傳輸前確認(rèn)加注船和受注船燃料艙之間不存在較大溫差，防止產(chǎn)生過多BOG；調(diào)節(jié) LNG 深井泵和 BOG 壓縮機(jī)的排量，保持燃料艙壓力平衡；為避免產(chǎn)生靜電增加點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)限制由于管道內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，嚴(yán)格控制液相加注速率不超過 10 m/s；加注作業(yè)期間為防止因 GCU 排放的煙氣溫度過高點(diǎn)燃意外泄漏的 LNG，建議加注作業(yè)期間 GCU 的排煙溫度低于250℃。

（4）在加注完成后拆管與離泊階段，建議確認(rèn)軟管配有保護(hù)套，且與軟管吊具之間連接良好。

4.3安全保護(hù)

針對(duì)安全保護(hù)（針對(duì)人員）方面，提出以下安全管理建議：

（1）作業(yè)前確定人員轉(zhuǎn)運(yùn)方式（外側(cè)舷梯+交通艇或吊籃轉(zhuǎn)運(yùn)），保證轉(zhuǎn)運(yùn)人員安全，避免在兩船內(nèi)側(cè)船舷進(jìn)行人員轉(zhuǎn)運(yùn)；高空作業(yè)注意佩戴安全繩；加注船和受注船作業(yè)人員在作業(yè)時(shí)應(yīng)正確佩戴個(gè)人防護(hù)裝置，包括帽子、護(hù)目鏡、防凍手套、防護(hù)服等。

（2）在存在危險(xiǎn)的處所放置準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)，例如低溫設(shè)施、纜繩等。在人員易于跌落的地方（如半圍蔽加注站等）設(shè)置警示牌。經(jīng)常走動(dòng)的地方設(shè)置防滑墊，并及時(shí)清理積水。

（3）加強(qiáng)參與同步作業(yè)的加注船、受注船和碼頭的作業(yè)人員的操作培訓(xùn)和語言培訓(xùn)，讓作業(yè)人員對(duì) LNG 性質(zhì)有足夠的認(rèn)識(shí)和重視，并對(duì)人體在接觸 LNG 后的應(yīng)急處置措施有足夠的了解。建議通過工前預(yù)備會(huì)的形式，向參與同步作業(yè)的加注船、受注船和碼頭人員宣講事故風(fēng)險(xiǎn)、安全措施和應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)一步明確作業(yè)過程中的注意事項(xiàng)。定期舉行 LNG 泄漏/火災(zāi)等事故場(chǎng)景應(yīng)急演練，結(jié)合同步作業(yè)實(shí)際情況，優(yōu)化合理的逃生路線和應(yīng)急通道。

4.4保障措施

針對(duì)保障（針對(duì)船舶）方面，提出以下安全管理建議：

（1）加注船、受注船和碼頭三方應(yīng)共同制定加注方案；

（2）設(shè)置限制區(qū)域，并擺放警示牌，執(zhí)行限制區(qū)域控制措施。密切關(guān)注過往船舶，設(shè)置警戒區(qū)域，并發(fā)布相關(guān)監(jiān)管要求；

（3）開始作業(yè)前，加注船和受注船應(yīng)在船舶船艏、船艉和對(duì)外側(cè)船舷處懸掛獨(dú)特的警示標(biāo)志，該警示標(biāo)志應(yīng)能明確向其他船舶或人員表明當(dāng)前船舶正在進(jìn)行 LNG 加注作業(yè)；

（4）安排指定人員監(jiān)視船上、岸上及兩船情況，并在緊急情況下發(fā)出警報(bào)，在緊急情況下啟動(dòng) ESD 系統(tǒng)，切斷燃料加注系統(tǒng)，同時(shí)船舶視情況解纜，使兩船分離。

5 結(jié)束語

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是 LNG 燃料加注作業(yè)的有效風(fēng)險(xiǎn)控制手段，在滿足現(xiàn)有監(jiān)管規(guī)定、規(guī)范指南的基礎(chǔ)上，落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出的建議能有效保障LNG燃料水上加注作業(yè)安全。僅2023年，加注船“海港未來”輪在洋山港內(nèi)已成功完成水上加注同步作業(yè)37艘次，總計(jì)加注LNG燃料22.8萬m3。多次同步加注作業(yè)的成功證明了綜上風(fēng)險(xiǎn)防控措施和安全管理建議的可靠性。此外，由于LNG燃料加注與裝卸貨進(jìn)行同步作業(yè)，應(yīng)尤其注意避免限制區(qū)域和集裝箱裝卸貨區(qū)域發(fā)生沖突。

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作者簡介：熊新明，工學(xué)學(xué)士，船長，（E-mail）174644591@qq.com，15800561591