船對船原油過駁氣相平衡工藝應用

王俊

摘 要：對船對船原油過駁氣相平衡工藝的現(xiàn)有實施方案進行梳理，從工藝應用中安全、環(huán)保、降耗等方面進行效益分析，再通過風險辨識、邏輯推斷、綜合分析等方法，找出現(xiàn)有實施方案中存在的安全風險和主要問題，并對風險和問題作簡要分析，對發(fā)現(xiàn)的安全風險和主要問題提出有針對性的控制措施和解決方案。

關鍵詞：船對船;原油過駁;氣相平衡;應用

中圖分類號：U698 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）11-0078-04

1 引言

隨著我國工業(yè)化和城市化發(fā)展持續(xù)深化，石化能源使用量劇增，隨之而來的大氣環(huán)境污染問題也日益突出，嚴重制約了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。另一方面，隨著近幾年石化行業(yè)重特大火災爆炸事故和人員傷害事故頻發(fā)，對社會主義現(xiàn)代化建設事業(yè)的順利發(fā)展造成不利影響。

石油及其產品在生產、儲存、運輸、使用等過程中容易揮發(fā)，不僅造成油品損耗和質量下降，而且富含有毒有害物質的混合氣體排到大氣中，嚴重地污染了大氣環(huán)境，并造成現(xiàn)場作業(yè)人員重大人身傷害和火災爆炸事故隱患。目前，石化行業(yè)鐵路和陸路罐車裝油環(huán)節(jié)基本上已實現(xiàn)油氣回收，罐區(qū)根據(jù)油品性質采用不同結構的油罐（內浮頂罐、外浮頂罐等）進行降耗治理，油氣回收工作總體上產生了綜合效益，改善了大氣環(huán)境質量，并減少了潛在的人身傷害和火災爆炸風險。

油輪是當今世界最為重要的原油貿易運輸工具，其在作業(yè)及運輸過程中，由于裝卸貨操作、船舶搖晃、貨艙加溫等原因，會不斷從油艙逸出油氣。目前，船舶上油氣處置的常用方法為充惰和呼吸閥排出法，即在油艙中充入一定量的惰性氣體，通過降低氧含量來避免油氣火災和爆炸。當貨艙艙壓升高到一定值時，甲板呼吸閥會自動彈開，部分貨艙艙氣自動通過呼吸閥排出，仍有可能造成人員中毒和大氣環(huán)境污染等不良后果。因此，在油輪作業(yè)過程中，特別是船對船原油過駁這樣地域相對固定、人員密度相對較大，且同時存在裝貨和卸貨兩種操作的作業(yè)中，研發(fā)一種安全、便捷、可靠的油氣處置工藝，是極其必要的。

原油過駁貨物裝卸操作是一種安全、輕便、經(jīng)濟、高效的原油中轉方式，也是港口原油綜合儲運能力的重要組成部分。寧波舟山港下屬的廣西欽州保稅港區(qū)明州原油裝卸有限公司，從2011年11月15日開始在廣西欽州開展原油過駁業(yè)務（圖1），至今已累計完成原油過駁超過6000萬噸，連續(xù)七年占據(jù)國內原油過駁量第一。

隨著煉油企業(yè)需求變化，改為采購以高含硫化氫等有毒有害物質的油種居多，給原油過駁作業(yè)現(xiàn)場人員人身安全帶來嚴重威脅，同時加重了大氣環(huán)境污染風險，對此，寧波舟山港在長期實踐中，借鑒國際上油碼頭油氣回收裝置工藝技術，經(jīng)過充分的安全評估和論證，開創(chuàng)性地在原油過駁中啟用了氣相平衡工藝，一舉解決了原油過駁作業(yè)中油氣排放帶來的職業(yè)健康和大氣污染的問題。

油輪貨艙艙氣是由揮發(fā)性有機化合物（ Volatile Organic Compounds， VOCs）、氮氣等惰性氣體、硫化氫等有毒有害氣體和少量其他氣體組成的混合氣體。氣相平衡工藝利于實現(xiàn)原油過駁作業(yè)現(xiàn)場人員免受油輪在裝卸貨過程中頻繁排放富含有毒有害物質的混合氣體的傷害，同時起到避免貨艙艙氣排放所造成的大氣環(huán)境污染和油品損失等作用。

該工藝自2014年啟用以來，寧波舟山港已運用氣相平衡工藝累計過駁原油超過4000萬噸，在安全、環(huán)保和經(jīng)濟等方面產生了顯著的效益。

2 ?氣相平衡工藝實施方案

2.1 工藝原理

原油過駁氣相平衡是指在原油過駁過程中，為了避免油輪向大氣排放艙氣，防止現(xiàn)場作業(yè)人員人身傷害和大氣污染，減少油輪對惰氣系統(tǒng)的使用，用氣相平衡管（以下稱平衡管，圖2）將船舶的惰氣系統(tǒng)總管連接，利用油輪裝卸過程中產生的貨艙艙壓差，實現(xiàn)艙壓動態(tài)平衡的工藝。

2.2 設施設備

氣相平衡工藝涉及的設施設備有：用于連接兩船惰氣總管的平衡管，用于吊裝平衡管的船載吊機、用于監(jiān)測的壓力表和有毒氣體報警儀、用于應急處置的呼吸器和急救設備等。此外，還包括螺栓、墊片、吊帶、綁繩等工屬具。

綜合考慮使用性能、裝卸速率和拆裝便捷性，目前原油過駁中采用的平衡管是16英寸復合管。

2.3 技術要求

平衡管的主要技術性能指標有外觀、耐壓性能、最小彎曲半徑、暫時伸長率、永久伸長率和電阻值（表1）。

表1 ?平衡管的主要技術性能指標

盡管平衡管中惰氣回流的壓力較小，但惰氣泄漏會對現(xiàn)場操作人員造成重大安全隱患，因此平衡管的拆裝技術要求應與輸油軟管的拆裝技術要求一致。平衡管連接前，需與一程船和二程船確認所接的惰氣總管接口，檢查接口法蘭平面，并選用合適的墊片。拆裝平衡管過程中嚴格落實個人勞動安全防護措施，按照操作規(guī)程拆裝平衡管和值班檢查。

2.4 操作人員

平衡管操作人員和值班檢查人員在上崗前，必須經(jīng)過規(guī)范的安全操作培訓和職業(yè)健康防護知識學習，包括相關法律法規(guī)、油輪作業(yè)安全、工藝原理、操作規(guī)程、硫化氫等有毒有害物質危害的防護等知識和能力。

對現(xiàn)場過駁隊員的基本要求為：持有相應適任證書;具有較為豐富的工作經(jīng)驗和熟練的業(yè)務水平;身體健康，有較強責任心;遵守勞動紀律和值班報告制度;具備自我防護和應急處置的能力。

2.5 操作規(guī)程

2.5.1職責

現(xiàn)場指揮全面負責氣相平衡工藝的準備、實施和應急工作;

一程船、二程船大副負責控制船舶惰氣系統(tǒng);

過駁隊負責拆裝平衡管和值班檢查工作。

2.5.2準備工作

一程船、二程船做好接平衡管準備工作;

作業(yè)前準備時，過駁隊須檢查平衡管，放空管內冷凝水，同時做好勞動防護措施;

二程船靠泊一程船時，過駁隊長指揮一程船、二程船控制平衡管接口相對位置，保證平衡管既能適應過駁過程中一程船、二程船間的干舷變化，又不發(fā)生過度彎曲。

2.5.3平衡管拆裝

平衡管安裝前，打開一、二程船惰氣總管管頭放殘閥，放空殘水;

利用一程船吊機吊起平衡管一端到一程船出油口，二程船吊機吊起另一端到二程船出油口，使平衡管呈“U”形。平衡管越過欄桿合適高度后，利用吊帶、繩索將平衡管綁扎在欄桿上。（拆平衡管時，起吊使平衡管呈“U”形，平穩(wěn)擺放在甲板上成直線減少彎曲）。平衡管接好后，利用一船吊機承重，使平衡管呈“n”形;

平衡管和輸油軟管安裝、拆卸步驟的先后順序，由過駁隊長與一程船、二程船現(xiàn)場作業(yè)人員確認。

2.5.4氣相平衡

開泵初期，因二程船艙壓較小，暫不打開惰氣管線閥門，貨控室值班人員對貨艙壓力持續(xù)關注，當二程船艙壓超過一程船時，同時開啟兩船惰氣管線閥門，開始形成惰氣回流;

正常過駁過程中，由于貨物的轉移，二程船艙壓會高于一程船艙壓，保持動態(tài)平衡。但在少數(shù)情況下（貨物揮發(fā)性較強、一程船貨艙較滿），當一程船和二程船艙壓均接近限制值時，需要人工排氣，排氣由現(xiàn)場指揮統(tǒng)一指揮，根據(jù)現(xiàn)場風向、排氣效果、干舷差等因素選擇由二程船或一程船排氣，排氣時間一般在半小時以內，期間所有艙門保持關閉，甲板工作人員和輔助船提前轉移到上風向處;

排氣須合理選擇時機，避免無風期間排氣，在確保錨泊穩(wěn)定的情況下，可考慮用拖輪頂推船尾改變船與風的夾角，避免艙氣吹向生活區(qū);

甲板值班人員配備硫化氫報警儀等個人勞動安全防護設備，對平衡管、壓力表、接頭保持經(jīng)常性檢查，發(fā)現(xiàn)異常立即報告過駁隊長;

過駁過程中，如果二程船艙壓持續(xù)升高，并且與一程船艙壓變化不同步或差距較大時，過駁隊須檢查氣管彎頭處是否有冷凝水聚積，一、二程船須檢查惰氣管管頭內是否有冷凝水聚積，并及時排空;

檢查氣管冷凝水時，先降低卸貨速率至最小速率，并關閉一、二程船惰氣管閥門，再打開惰氣管放殘閥，松開氣管一頭的接口，通過吊機吊起氣管在另一頭排空冷凝水，氣管兩頭交替進行一次，檢查和排放冷凝水由過駁隊長統(tǒng)一指揮;

檢查和排放冷凝水時，含有有毒氣體的艙氣可能集中逸出，操作人員須嚴格按照高硫化氫原油過駁操作規(guī)程相關要求落實勞動防護措施;

裝卸貨過程中，做好數(shù)據(jù)記錄，包括卸貨速度、排氣時間、兩船艙壓等。

3 工藝效益分析

3.1 保障現(xiàn)場人員安全

氣相平衡工藝應用以來，寧波舟山港已累計過駁高硫化氫原油超過4000萬噸。以每艘次二程船平均裝貨5萬噸計算，累計參與過駁作業(yè)的二程船超過800艘次。

對于每一艘次二程船過駁作業(yè)，均要經(jīng)歷靠離泊、管件拆裝、裝卸貨等一系列完整的操作，作業(yè)人員需要面對各環(huán)節(jié)的安全風險。如果不使用氣相平衡工藝，由二程船呼吸閥自動調節(jié)艙壓，甲板工作人員可能暴露在富含硫化氫等有毒有害的艙氣下，將對身體健康和作業(yè)安全造成重大隱患。按照“海因里希事故法則”，800艘次的高硫化氫原油過駁作業(yè)中，將出現(xiàn)70次的輕微中毒或身體不適，以及約2.4次的急性中毒甚至死亡事故。

氣相平衡工藝應用以來，過駁作業(yè)現(xiàn)場不僅未發(fā)生過輕微及以上等級的中毒事故，而且在防護措施到位的情況下，即便在人工排氣時過程中，艙氣對現(xiàn)場作業(yè)人員也幾乎不產生感官影響。氣相平衡工藝的應用使原油過駁現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全防護得到了質的飛躍，對于企業(yè)的安全生產帶來了有效保障，創(chuàng)造了重大的安全效益。

3.2 減少油品損耗和大氣污染

據(jù)估算，一艘VLCC裝船過程中要釋放出約100噸的VOCs蒸氣[1]，則過駁5000萬噸原油將至少產生1.85萬噸的VOCs蒸氣，使用氣相平衡工藝，不僅減少了高附加值的輕質原油組分的損耗，也為煉廠企業(yè)客戶創(chuàng)造至少1300萬美元的直接經(jīng)濟效益（按照原油到岸價100美元/桶估算）。

VOCs對大氣環(huán)境危害較大，主要包括：具有刺激性氣味，嚴重影響現(xiàn)場作業(yè)人員和附近居民的生活質量;具有毒性，會造成人體多組織和器官的病變;具有光化學反應性，引發(fā)光化學煙霧污染事件;含有鹵代烴，破壞臭氧層。此外，VOCs排放濃度較高時如果遇到靜電火花或其他火源，容易引起火災爆炸。

使用氣相平衡工藝，實現(xiàn)了貨艙液相和氣相密閉置換，最大限度地減少了原油過駁作業(yè)過程中的VOCs排放，其產生的環(huán)保效益難以用數(shù)字估計。

隨著氣相平衡工藝的持續(xù)應用，其創(chuàng)造的安全效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益正在持續(xù)增加。

4 風險識別與分析

4.1 風險識別

對于原油過駁氣相平衡工藝而言，其主要安全風險在于管路艙氣泄漏，致使局部范圍內富含硫化氫等有毒有害物質的艙氣積聚，從而對現(xiàn)場作業(yè)人員造成傷害。艙氣泄漏可能由多種原因造成，如平衡管破損、接口密封不良、操作失誤、氣體殘留等。

另外，還有平衡管吊裝過程中的起重傷害、綁扎過程中的滑脫打擊傷害等，因與貨油軟管操作類似，這里不作討論。

4.2 風險分析

硫化氫氣體是劇毒氣體，對人體傷害極大，盡管采用了氣相平衡工藝，但在人工排氣、拆接管時，仍會有硫化氫氣體釋放。甲板作業(yè)人員佩戴有毒氣體報警儀、防毒面具或呼吸器進行作業(yè)，但可能存在突發(fā)情況下人員來不及反應或人為疏忽，造成硫化氫中毒事件的發(fā)生。

輸油軟管發(fā)生破損和泄漏時，會以溢油和失壓的形式表現(xiàn)出來，而平衡管破損、接口密封不良導致艙氣泄漏時，值班人員不易察覺，但是艙氣中所含硫化氫等有毒有害物質在較低濃度時就能快速導致人體受到嚴重刺激，甚至造成急性中毒，因此需特別防范。

安裝使用過的平衡管和作業(yè)結束后拆除平衡管時，管內含有殘留氣體，在打開悶蓋時會立即逸出，操作人員需特別注意。

5 風險控制措施

5.1 作業(yè)前

充分了解貨艙艙氣中硫化氫等有毒有害物質含量數(shù)據(jù);

準備好硫化氫氣體中毒相關的急救藥物，確保所有現(xiàn)場作業(yè)人員熟知急救藥物的使用方法和存放地點;

確保所有現(xiàn)場作業(yè)人員熟知硫化氫中毒緊急處置方案;

了解現(xiàn)場風向，在接口附近設置風向旗，在作業(yè)現(xiàn)場上風向設置緊急集合點;

佩戴呼吸器、防護面具、便攜式硫化氫報警儀等安全防護設備;

打開平衡管悶蓋時，采取防護措施，防范管內殘留氣體逸出;

確認平衡管與油輪惰氣管接頭的結合面平整完好，選用性能良好的墊片，螺絲上緊并受力均勻;

綁扎穩(wěn)固平衡管時，必須保證彎曲半徑不超過限制，管壁不受其他物件擠壓和刮擦。

5.2 作業(yè)期間

作業(yè)期間一程船、二程船啟動生活區(qū)空氣內循環(huán);

非甲板工作人員限制離開生活區(qū);

甲板保持24小時值班，檢查平衡管狀態(tài)，根據(jù)兩船吃水變化適時調整平衡管;

接頭處放置硫化氫報警儀保持監(jiān)測，設置報警濃度為5ppm;

貨控室保持對艙壓監(jiān)控，定期核對兩船艙壓（控制在1200mm水柱以下），根據(jù)需要調整，發(fā)生異常立即采取相應措施。如二程船艙壓持續(xù)升高并調整無效時，應檢查平衡管彎頭處是否有冷凝水聚積;

發(fā)生艙氣泄漏或人員中毒時，立即執(zhí)行相應處置措施或應急預案。

5.3作業(yè)結束

過駁作業(yè)結束后，用惰氣吹掃平衡管，進行氣體置換;

所有拆管操作人員佩戴呼吸器或防毒面罩;

平衡管悶蓋螺絲上緊，防止管內氣體逸出;

放置平衡管時避免扭曲和觸碰尖銳物件;

平衡管與輸油軟管一同存放，由專人看管，不允許無關人員靠近。

5.4 應急處置

針對原油過駁作業(yè)硫化氫中毒，編制專項應急預案和現(xiàn)場處置卡（表2），定期組織安全管理人員和現(xiàn)場操作人員開展演練和案例學習，提高實戰(zhàn)中應急處置的能力。

發(fā)生人員中毒，救援人員實施救援應攜帶應急藥物，必須佩戴硫化氫報警儀和正壓式呼吸器等防護用具，按照預案有序開展救援。硫化氫中毒救援應特別注意方法，切忌盲目施救，導致更大傷亡。

6 結論與展望

氣相平衡工藝應用于高硫化氫原油過駁作業(yè)中，給現(xiàn)場人身安全防護帶來了質的飛躍，同時起到控制排放和防火防爆作用，并且在實踐中不斷成熟。

該工藝主要安全風險在于因平衡管破損、接口密封不良、惰氣殘留、操作失誤等原因，致使局部范圍內富含硫化氫等有毒有害物質的惰氣積聚，從而對現(xiàn)場作業(yè)人員造成傷害。只要現(xiàn)場操作人員嚴格按照操作規(guī)程，落實各項防護措施，把控住拆接管和值班檢查等關鍵環(huán)節(jié)，可以有效消除安全隱患。發(fā)生事故時，按照應急預案和處置方案要求開展救援和搶修，可以有效控制事故進一步發(fā)展，減小損失并盡快恢復作業(yè)。

隨著氣相平衡工藝日漸成熟，其優(yōu)越性也逐漸凸顯，具有極高的實踐操作意義。今后將利用實踐操作中積累的各類數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，不斷摸索改進，探索出一套能適應各類船型和各類貨種的成熟工藝，使其在原油過駁作業(yè)中的應用常態(tài)化。

參考文獻：

[1] 牟小冬. 國外大型油輪油氣排放控制技術及建議. 安全、健康和環(huán)境. 2015，15（3） ：1-4