油船晃蕩液貨艙風(fēng)險(xiǎn)及其危害分析

萬(wàn)松嶺，朱發(fā)新，王帥軍，姚凱慧，盧 瑋，韋和陸

(浙江海洋大學(xué) 港航與交通運(yùn)輸工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展以及各國(guó)國(guó)際貿(mào)易的加強(qiáng)，原油和成品油運(yùn)輸船繼續(xù)保持較高的增長(zhǎng)勢(shì)頭[1]。由于大部分油船裝載著多達(dá)上萬(wàn)噸甚至是幾十萬(wàn)噸的油品，自身存在危險(xiǎn)性，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。由烴類(lèi)物質(zhì)組成的半液半固態(tài)的可燃性原油，在船舶的晃蕩以及在船舶上使用自身原油時(shí)需要對(duì)其加熱等原因，使得液貨艙里原油中的油氣揮發(fā)加劇，與液貨艙中其它氣體如:氧氣、碳?xì)浠?、氮氧化物以及惰性氣體等氣體組成的油氣混合物發(fā)生泄漏與擴(kuò)散，同時(shí)由于油船原油裝卸、艙室清洗以及船舶操作不當(dāng)?shù)热藶橐蛩?，在油船上可能出現(xiàn)油氣燃燒和爆炸,燃燒爆炸后產(chǎn)生的污染、有毒氣體會(huì)造成人員傷亡、液貨艙碰撞和擱淺、海上溢油等危險(xiǎn)因素，一旦這些危險(xiǎn)因素處理不當(dāng)，將發(fā)生嚴(yán)重的事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1 油船晃蕩液貨艙油氣處理常用方式

1.1 油氣處理的常用方式

1)吸收法。吸收法是指在環(huán)境溫度和壓力下吸入混合氣體里的烴類(lèi)成分,而不吸收其他成分，然后再進(jìn)行解吸烴類(lèi)組分達(dá)到油氣收集利用的目的。

2)吸附法。吸附法指利用活性炭等對(duì)混合氣體中的組分和其他氣體吸附親和性不同,將其組分與其他氣體分開(kāi),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)組分的分類(lèi)再利用。如果產(chǎn)生的混合物濃度較高,吸附材料可能會(huì)迅速進(jìn)入飽合狀態(tài),這時(shí)對(duì)吸附裝置的利用時(shí)間、解吸過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性等方面提出了全面技術(shù)目標(biāo)要求,故吸附法的使用受到很大限制。

3)冷凝法。冷凝法是指利用冷凝器、制冷介質(zhì)與混合氣體進(jìn)行熱量交換,在常壓下將混合氣體溫度降低至一定范圍內(nèi),使全部烴類(lèi)物質(zhì)冷凝為液體并收集利用,其他氣體可以直接排放。

4)膜分離法。膜分離法是指利用內(nèi)外濃度差對(duì)氣體的滲透性差異,標(biāo)定壓力下油氣混合物各物質(zhì)成分在膜內(nèi)具有各不一樣的滲透速度,實(shí)現(xiàn)油氣與其他氣體的分離。

5)催化氧化燃燒法。催化氧化燃燒法操作可行，成本低,并且油氣的燃燒熱也可以再利用，但涉及到大氣污染問(wèn)題。

6)其他方法是指幾種方法的綜合處理法,如吸收法和催化氧化燃燒法，先分散吸收再集中進(jìn)行催化氧化燃燒處理，其經(jīng)濟(jì)性和吸收法相差不大。

以上方法在民用加油站點(diǎn)、油庫(kù)基地、油罐儲(chǔ)藏等領(lǐng)域已經(jīng)得到了大量應(yīng)用，有效減少了對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)人員的毒害，而且能夠二次回收利用廢氣廢熱，但是這些方法在船舶上應(yīng)用極少。

1.2 油船液貨艙油氣處理的常用方式

船舶在原油裝載或卸載以及航行途中，由于液貨艙晃蕩，原油將會(huì)加劇油氣蒸發(fā)，油艙氣相區(qū)的混合氣體也逐漸增加，當(dāng)存在明火作業(yè)情況時(shí)，液貨艙就極易發(fā)生火災(zāi)或爆炸。同樣，這種含油氣的混合氣體如果不經(jīng)處理，直接排向舷外，將造成生物受害、大氣污染等。因此，這種揮發(fā)逸出的油氣不加處理不可直接排放。

當(dāng)前，油艙油氣處理過(guò)程中常用方法是在船舶上充入惰性氣體提高艙室壓力，阻止油氣揮發(fā)或者設(shè)置呼吸閥將油氣排放到大氣中。即：在液貨艙的氣相區(qū)充入一些惰性氣體，使液貨艙氣相區(qū)的油氣濃度減小，防止液貨艙發(fā)生火災(zāi)事故。隨著原油不停蒸發(fā)油氣，艙室的油氣濃度及壓力慢慢增加，當(dāng)油氣壓力小于或者是大于呼吸閥的啟動(dòng)閥門(mén)壓力時(shí)，呼吸閥主動(dòng)進(jìn)行啟閉，通過(guò)呼吸閥向舷外排放油氣，直到油氣壓力下降到呼吸閥關(guān)閉閥門(mén)壓力，呼吸閥主動(dòng)進(jìn)行啟閉，此刻液貨艙的混合氣體濃度最低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃燒相應(yīng)的油氣值，減少液貨艙燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)性，確保船舶正常航行以及人員生命的安全。

2 油船晃蕩液貨艙風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程理論

人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程是利用系統(tǒng)科學(xué)理論以及系統(tǒng)工程方法2種方式的結(jié)合，準(zhǔn)確解決各個(gè)因素之間聯(lián)系,從而形成研究系統(tǒng)最佳的一門(mén)學(xué)科，把其作為發(fā)展方向，以發(fā)揮其最大效能[2]。其中管理這個(gè)特定的要素在當(dāng)今系統(tǒng)科學(xué)理論不斷發(fā)展和變化的情況下，逐漸被越來(lái)越多的學(xué)者所肯定。進(jìn)而，更加完善合理的人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程理論出現(xiàn)。

2.2 液貨艙晃蕩系統(tǒng)的作用

油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)的組成部分和作用見(jiàn)表1。

表1 油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)組成的作用

2.3 液貨艙晃蕩的作業(yè)過(guò)程[3]

2.3.1 油船裝載貨油作業(yè)過(guò)程

1)裝載貨油籌備階段。排查船岸的電線(xiàn)、設(shè)備絕緣和接地、油位測(cè)量裝置、貨油軟管、輸油臂、盛油桶或者盛油柜、消防工具、通海閥和舷外排放閥、閥門(mén)液壓油動(dòng)力站操作系統(tǒng)、安全裝置和報(bào)警系統(tǒng)、圍油欄、應(yīng)急纜、排水孔、惰性氣體系統(tǒng)等是否處于正常狀態(tài)。

2)裝載貨油開(kāi)始階段。大副是總指揮，制定裝油計(jì)劃，由二副(三副或駕助)具體操作，值班駕駛員和水手在甲板上值班；經(jīng)過(guò)船岸雙方核實(shí)可以裝載貨油之后，才可以手動(dòng)打開(kāi)出口總管；通知岸方開(kāi)始低速泵油，檢查貨油流動(dòng)、裝油貨艙閥門(mén)狀態(tài)、管系和閥門(mén)泄漏、海上溢油以及透氣系統(tǒng)等是否正常。排查結(jié)束后，大副可以告知岸方逐漸增加裝載液貨速度，一直到一切穩(wěn)定后為止。

3)裝載貨油正常階段。進(jìn)行必要的壓載水調(diào)撥工作，避免船舶橫傾和縱傾；注意液貨艙油位，每隔一段時(shí)間(一般為2 h)記錄裝貨數(shù)量和空當(dāng)高度(液貨艙上層氣體空間的高度)，并注意船舶吃水、干舷高度以及潮汐變化情況等；船岸雙方時(shí)刻進(jìn)行通話(huà)，發(fā)生任何緊急事故立刻通知岸方，停止裝油，并實(shí)施緊急措施。

4)裝載貨油收尾階段。值班駕駛員應(yīng)注意液貨艙油位或空當(dāng)高度，在裝油作業(yè)即將完成時(shí)，告知岸方降低裝油速度，同時(shí)值班船員注意其他液貨艙關(guān)閉閥門(mén)做好收尾，然后排查液貨狀況最后的掃尾工作。如某液貨艙裝載即將達(dá)到規(guī)定的裝載高度，應(yīng)先打開(kāi)下一個(gè)需要作業(yè)的液貨艙閥門(mén)，之后關(guān)閉該液貨艙閥門(mén)。

5)裝載貨油最后階段。觀(guān)看船舶吃水，以便計(jì)算裝載貨油量，再?zèng)Q定是否裝載差額油量。由于裝載液貨還沒(méi)有結(jié)束，油品的具體數(shù)量很難計(jì)算，所以差額油量一般是最后裝船；停閉輸油，打開(kāi)泄放系統(tǒng)的有關(guān)閥門(mén)與收集油液貨艙(管路相近)的下艙閥門(mén)，啟動(dòng)高壓空氣或氮?dú)庀到y(tǒng)，向輸油管中增加壓力，即馬上進(jìn)行收油工作；收油完成后，拆卸輸油管；最后排查相關(guān)液貨艙閥的停閉位置，確定全部閥門(mén)都停閉。

2.3.2 油船卸載貨油作業(yè)過(guò)程

1)卸載貨油準(zhǔn)備階段。由大副制定卸載貨油計(jì)劃，確保省時(shí)、安全和順利卸貨；船岸雙方針對(duì)最大卸貨速度、總管最高壓力、卸油程序、軟管數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)和尺寸、總管數(shù)量、纜繩數(shù)量、船舶配載、污油水處理、洗艙作業(yè)、船舶吃水和橫縱傾等進(jìn)行信息交換和協(xié)商；逐一對(duì)安全檢查事項(xiàng)進(jìn)行排查認(rèn)定，做好已有油液的計(jì)算等。

2)卸載貨油開(kāi)始階段。檢查潤(rùn)滑情況，確定機(jī)器軸封、泵閥及管路等無(wú)外泄；開(kāi)啟離心泵吸入閥，停閉排出閥；啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，逐漸提高泵的轉(zhuǎn)速，待泵出口建立起正壓后緩慢開(kāi)啟排出閥，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定正常后，再轉(zhuǎn)換到貨控室遙控控制。

3)卸載貨油正常階段。在卸載貨油期間，需要檢查液貨艙及離心泵的狀態(tài)，防止出現(xiàn)不正常情況。根據(jù)需要可以將離心泵進(jìn)行串并聯(lián)使用，或使用節(jié)流、回流及變速調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)離心泵的工況，避免產(chǎn)生汽蝕；在卸油階段，可以進(jìn)行惰性氣體系統(tǒng)調(diào)試，將通往液貨艙艙室內(nèi)的惰性氣體壓力調(diào)到較大值，使得液貨艙內(nèi)液面上油氣混合物的壓力比大氣壓稍高一些，保障油船的安全和防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。在卸油的最后階段，降低離心泵的轉(zhuǎn)速或關(guān)小離心泵的排出閥開(kāi)度，達(dá)到降低離心泵的排量，使離心泵正常工作。

4)掃艙作業(yè)階段。該階段是卸油最重要的時(shí)段。在啟動(dòng)掃艙泵之前，排查各摩擦運(yùn)動(dòng)部位潤(rùn)滑情況；開(kāi)啟氣缸及潤(rùn)滑箱上的閥，使掃艙泵緩慢暖機(jī)；排氣暖機(jī)結(jié)束后，開(kāi)足排氣閥，逐漸打開(kāi)蒸氣閥，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行暖缸；觀(guān)察壓力表讀數(shù)，同時(shí)緩慢開(kāi)啟進(jìn)氣閥，等殘水放完后，把全部的殘水泄放閥停閉；確認(rèn)氣缸的填料函處沒(méi)有蒸氣泄漏和油缸填料函處沒(méi)有油泄漏，同時(shí)檢查各相關(guān)部位；掃艙泵停閉時(shí)，應(yīng)注意關(guān)掉蒸氣閥，開(kāi)啟相關(guān)殘水泄放閥，泄放殘水。另外，在工作泵停止后，關(guān)掉排氣閥和其它相關(guān)的閥門(mén)。

5)掃線(xiàn)作業(yè)階段。該階段將要結(jié)束時(shí)，大副和有關(guān)人員使用儀器計(jì)算液貨艙的剩余貨物，檢查是否干艙，然后進(jìn)行掃線(xiàn)工作。操作好掃艙泵，將所有相關(guān)的閥門(mén)全部開(kāi)啟，讓余下原油流出；在甲板的貨艙末端打開(kāi)氣閥，以防內(nèi)部真空使掃線(xiàn)作業(yè)變得艱難。

6)最后階段。掃線(xiàn)作業(yè)完成后，岸方利用壓縮空氣(或氮?dú)?進(jìn)行吹掃，把原油從輸油臂吹掃到船上的液貨艙艙室內(nèi)。接著進(jìn)行壓載艙調(diào)撥作業(yè)，確保油船具有安全吃水高度，最終使液貨艙里充滿(mǎn)惰性氣體，艙室惰性氣體的壓力值到達(dá)指定的位置，液貨艙被密封，以確定閥門(mén)處于穩(wěn)定狀況。

2.3.3 油船液貨艙貨油洗艙作業(yè)過(guò)程

1)預(yù)備工作應(yīng)包含確定艙室含氧值，掛好警告牌，進(jìn)行安全排查等。

2)調(diào)節(jié)油船橫向以及縱向傾斜狀況、艙室油液量到所需位置。

3)作業(yè)開(kāi)始用噴油器進(jìn)行掃艙；在泵之間開(kāi)啟閥門(mén)；低速使用貨油泵為洗艙管路或噴油器供油，打開(kāi)洗艙閥并把速率調(diào)整為3/4，保持甲板上的洗艙機(jī)總閥處于打開(kāi)狀態(tài)，增加油泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，漸漸開(kāi)啟洗艙管道上的主閥，在原油清洗管道中進(jìn)行氣體清除；氣體排完后主路閥門(mén)完全打開(kāi)。

4)在作業(yè)操作過(guò)程中，應(yīng)控制貨艙內(nèi)的原油溫度變化、氣壓高低和含氧量數(shù)值，以確保液貨艙無(wú)泄漏現(xiàn)象發(fā)生。

5)作業(yè)結(jié)束，當(dāng)洗艙機(jī)洗到0°時(shí)，先把貨油泵轉(zhuǎn)速降下來(lái)，停閉支管總閥，并閉洗艙機(jī)，然后停閉帶動(dòng)機(jī)組吸排閥門(mén)；如果留有殘油，需繼續(xù)掃艙一段時(shí)間，等到殘油完全排凈；停閉該艙水箱內(nèi)的蒸氣閥，一直到所有艙清掃結(jié)束，停閉原油管路；管道內(nèi)留有殘油需要用掃艙泵掃至集油艙艙室里；關(guān)閉甲板上洗艙總閥，打開(kāi)甲板上所有原油洗艙閥及支管主閥，一定時(shí)間后再全部關(guān)閉上述閥門(mén)。

3 油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)危害

3.1 油氣逃逸造成的危害

1)在油船的貨油裝載卸運(yùn)作業(yè)過(guò)程中，從液貨艙呼吸閥或艙口排出的油氣混合氣體導(dǎo)致液貨艙外部的大氣成為可燃混合油氣，這種可燃混合氣體擴(kuò)散，可能使生活區(qū)、廚房和機(jī)艙等貨物甲板以外的區(qū)域也具有可燃混合氣體，而這些可燃混合氣體使油船存在火災(zāi)的隱患，由于油氣混合物的特性，容易擴(kuò)散到船舶其他的區(qū)域，使已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)的艙室再次引燃其他區(qū)域，進(jìn)而出現(xiàn)更加嚴(yán)重的火災(zāi)事故。

2)油氣的逸出與泄漏都會(huì)影響燃油燃燒。從液貨艙逃逸擴(kuò)散的油氣主要為貨油中的輕質(zhì)烴類(lèi)，因此使燃燒熱值下降。

3)油氣混合氣體含有有毒的氣體碳?xì)浠衔?，油氣比空氣密度略大，所以排出的混合氣體都聚集在低處，對(duì)船舶人員身體健康造成很大危害。其中危害包括中毒癥狀,對(duì)呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)中樞系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，出現(xiàn)呼吸困難、頭昏、乏力、惡心、嘔吐等現(xiàn)象，另外油氣對(duì)人呼吸道的影響和刺激也非常大。混合氣體被排放到環(huán)境中，不僅直接危害社會(huì)，而且產(chǎn)生了光化學(xué)煙霧，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)主要危害之一。

3.2 油氣燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)危害

油氣爆炸燃燒是一個(gè)化學(xué)變化過(guò)程，油氣爆炸的形成是由于液貨艙內(nèi)壓力急劇升高而引起的一種物理變化，兩者有很多共同點(diǎn)。當(dāng)液貨艙中的油、氣、氧達(dá)到一定濃度時(shí)，可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)、靜電火花、熱加工作業(yè)等，混合氣體將被引燃，并迅速擴(kuò)散到整個(gè)液貨艙，由于油氣快速膨脹，致使液貨艙內(nèi)壓力升高，同時(shí)因?yàn)榕撌铱臻g的限制，導(dǎo)致壓力不斷的升高，直至液貨艙的艙壁達(dá)到承受極限而爆裂，產(chǎn)生初始爆炸，初始爆炸后破損的液貨艙或破艙口的油氣接觸到更多氧氣，如果在此過(guò)程中處理或控制不當(dāng)，則有可能發(fā)生更為猛烈的二次爆炸。當(dāng)然，同一液貨艙發(fā)生二次爆炸是不多見(jiàn)的。爆炸是一種火種傳播方式，爆炸物為隔壁艙提供火源，會(huì)造成隔壁油艙油品發(fā)生燃燒甚至爆炸。

3.3 液貨艙碰撞和擱淺風(fēng)險(xiǎn)危害

航行中的油船隨時(shí)可能發(fā)生撞擊、擱淺等狀況，據(jù)研究表明，其中2艘船垂直相撞時(shí)損壞性最大。液貨艙艙室垂直碰撞會(huì)造成結(jié)構(gòu)損壞，進(jìn)而造成貨油泄漏，破壞海洋生態(tài)。還可能出現(xiàn)液貨艙失火、人員傷亡和船舶即時(shí)沉沒(méi)等更嚴(yán)重的后果。

3.4 海上貨油泄漏風(fēng)險(xiǎn)危害

在油船裝卸貨油作業(yè)過(guò)程中，因?yàn)檩斢凸荛y門(mén)的停閉或未足量開(kāi)啟，將會(huì)發(fā)生油壓力增加；或者輸油管道損壞腐蝕，引起輸油管斷裂，導(dǎo)致海上裝卸貨油作業(yè)時(shí)發(fā)生溢油事故。在油船航行途中，由于發(fā)生撞擊、擱淺和油艙結(jié)構(gòu)腐蝕損壞等，也將產(chǎn)生溢油事件。近海石油泄漏不僅直接導(dǎo)致了貨油的損耗，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且由于原油成分復(fù)雜、難分解的特性，對(duì)人體帶來(lái)毒害作用，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)更大的危害。

4 結(jié)束語(yǔ)

油船晃蕩液貨艙潛在風(fēng)險(xiǎn)不可避免，但是船舶風(fēng)險(xiǎn)可以進(jìn)行控制，控制措施的有效實(shí)施可以最大程度地避免船舶事故的發(fā)生。本文的油船晃蕩液貨艙風(fēng)險(xiǎn)及其危害分析屬于前期研究，后續(xù)可以對(duì)油船液貨艙風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制、風(fēng)險(xiǎn)演變規(guī)律、模型試驗(yàn)、仿真分析以及船舶液貨艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化等內(nèi)容作進(jìn)一步的研究。