碼頭軟管架的特點及對裝卸軟管的保護

喬劍華，杜興元

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222；2.天津港股份有限公司，天津 300461）

裝卸軟管因其確保貨物品質性好、布置緊湊等優(yōu)點而成為液體化工碼頭、小型液體散貨碼頭常用裝卸設備[1]，但因軟管重量較大、易被破壞，在安裝與使用過程中有諸多不便。

碼頭軟管架作為一種專為裝卸軟管服務的輔助設施，通過合理設計軟管掛架使軟管處于安全彎曲狀態(tài)下在掛架內移動，并利用機械吊運軟管以減輕勞動強度，解決了裝卸軟管作業(yè)時軟管易被破壞、勞動量大、機械化程度低的難題，具有一定的優(yōu)越性。本文通過福建泉州“11.4”碳九泄漏事故實例，分析事故原因，解析常用軟管保護措施及其存在的不足，論述了軟管架對裝卸軟管的保護措施。

1 事故過程及原因分析

1.1 事故過程

2018年11月3日16時左右，“天桐1號”油輪靠泊泉港東港石化公司碼頭，擬裝載工業(yè)用裂解碳九。18時30分左右，開始裝船準備工作，因軟管吊長期處于故障狀態(tài)，操作人員違規(guī)操作，人工拖拽裝卸軟管進行船岸連接，并用繩索固定軟管兩端。19時12分，開始裝船作業(yè)。11月4日凌晨，隨著潮位降低、船重增加，船體不斷下沉，連接岸、船的軟管也隨之不斷下拉，由于連接岸、船的軟管兩端都被繩索固定，致使下拉的長度受限。0時58分許，強大拉力將軟管拉裂，裂解碳九從破裂處外泄。1時13分，碼頭作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)泄漏，立即采取停泵關閥措施。1時21分，泄漏停止、開始收集泄漏物。此事故共泄漏69.1 t工業(yè)用裂解碳九，對周邊環(huán)境造成了污染，同時經(jīng)濟損失較大、社會影響很大[2]。

1.2 事故原因分析

此次事故的直接原因是操作人員誤操作所致，根本原因是安全管理和監(jiān)督不到位。誤操作包括拖拽軟管和用繩索固定軟管兩端。繩索對于軟管而言屬鋒利邊緣，對軟管既有軸向的拉伸力，又有徑向的剪切力，使用繩索直接搬移、起吊和懸掛軟管會對軟管造成破壞。因潮汐變化或貨物裝卸時船舶吃水的不同，會使船舶上升或下降，為避免軟管太短被過度拉伸或太長被擠壓、過度彎曲，需操作人員及時調整軟管長度、位置，因此碼頭公司應有明確的安全管理制度，要求操作人員定期對會引起軟管狀態(tài)改變的各種情況進行檢查、調整，并嚴格監(jiān)督執(zhí)行情況。因管理不到位，作業(yè)時操作人員進行了一系列的誤操作，特別是未能及時調整軟管長度，使軟管過短，在船舶拉力、繩索拉力、繩索剪切力的共同作用下，軟管被拉裂，導致了事故的發(fā)生。

2 裝卸軟管簡介

2.1 軟管分類

軟管按材料可分為金屬軟管、耐油橡膠軟管和復合軟管[3]。金屬軟管是由柔性體與接頭組成，柔性體一般由波紋管或波紋管外加網(wǎng)套組成；橡膠軟管由內襯層、增強層、外覆層構成，還可有適當?shù)母郊釉鰪妼?、導電連接線、管接頭芯桿、法蘭及浮力材料層和緩沖層[4]。復合軟管是一種新型輸送軟管，是金屬軟管和橡膠軟管的理想替代品，由一種以包覆處理后的高強度鋼絲連續(xù)纏繞成型的芯層為增強骨架、采用高分子聚合材料加工復合成一體的復合管，其結構一般由內加強鋼圈、外加強鋼圈、與輸送介質兼容的接觸介質層、密封加強層以及能抗臭氧耐磨的有機纖維外層組成[5]。

2.2 裝卸軟管使用要求

在裝卸軟管的安裝、使用時，具體要求如下：軟管需時時處于自然伸直或自然彎曲狀態(tài)，其彎曲半徑應大于軟管所允許的最小彎曲半徑，且禁止管體處于扭曲狀態(tài)；軟管應避免與繩子、碼頭護輪坎、船舶欄桿等鋒利邊緣直接接觸，以避免軟管受剪切力而破壞；由于軟管的結構特殊，在使用過程中應避免拖拽軟管，以防其外部結構被磨損而縮短使用壽命、進而成為安全生產隱患。

3 常用軟管保護措施及存在的不足

3.1 常用軟管保護措施

由于軟管易被過度彎曲、扭曲、拉伸、受鋒利邊緣切割等而破壞，常采取如下措施保護軟管：

1）因軟管與法蘭相接處較硬而使其過渡段易被過度彎曲，為了避免被過度彎曲，在與工藝管道和船舶管匯等相接處，常對軟管進行支撐，此支撐也可避免工藝管道、船舶管匯承受過度的重量而損壞。

2）為了避免軟管被過度拉伸，當軟管懸垂段過長或水平段過長時，應增加支撐或懸掛。

3）為了避免軟管被尖銳邊緣損傷，在起吊、懸掛軟管時應使用專用吊具，在護輪坎和船舶護欄等處應裝有曲面鋼板或軟支撐加以保護。

4）在裝卸過程中，因船舶與碼頭間的相對高度時時變化，需人工調整軟管位置以免軟管因受力不當、過度彎曲、夾擠或過度拉伸等原因損壞。

現(xiàn)場作業(yè)實景見圖1。

圖1 常規(guī)裝卸軟管作業(yè)Fig.1 Actual situation of common loading&unloading hose operation

3.2 存在的不足

常規(guī)碼頭中軟管工作環(huán)境較差。因軟管易被破壞，加上軟管自重大而需多人搬運，常有拖拽軟管、過度彎曲軟管、違規(guī)起吊、缺少必要支撐等情況發(fā)生，這些操作輕則會縮短軟管的使用壽命、成為安全隱患，重則會造成軟管被破壞、引發(fā)事故、影響安全生產。

軟管作業(yè)的自動化程度低、勞動量大。常規(guī)的裝卸軟管由3～4節(jié)8～10 m的軟管通過法蘭連接而成，需多個操作人員將其搬運至現(xiàn)場、連接法蘭，再吊運至甲板、對接管匯，裝卸過程中還需人工調整軟管位置以免其被破壞，整個作業(yè)的自動化程度較低；同時，軟管較笨重，以較輕的DN200復合軟管為例，充液時重約48～58 kg/m（自重約22 kg/m），作業(yè)過程中要移動軟管非常費力，有時難免會出現(xiàn)操作人員因搬運不動而拖拽軟管的情況、給安全生產埋下隱患。另外，因勞動量大、操作人員往往會對調整軟管的工作比較反感、怠倦，從而可能造成調整不及時，給安全生產帶來巨大風險。

4 碼頭軟管架的設備特點

碼頭軟管架是一種由軟管升降機系統(tǒng)、框架式鋼結構組成，輔助軟管作業(yè)的新型港口設施。軟管升降機系統(tǒng)包括防爆電機、電控系統(tǒng)、鋼絲繩及卷筒、減速器、軟管掛架等?？蓪崿F(xiàn)利用機械吊運軟管，且能確保軟管時時處于安全使用狀態(tài)，方便船-岸連接[6]，其立面圖見圖2。

圖2 碼頭軟管架立面圖（m）Fig.2 The vertical view of terminal hose tower（m）

4.1 提升碼頭自動化程度

在使用碼頭軟管架的碼頭中，將軟管整齊地吊垂在軟管架內，免除了常規(guī)作業(yè)前多人搬運軟管、連接軟管的工序。在進行船-岸連接時，只需操作人員1操作電控系統(tǒng)上按鈕或遙控器，啟動或停止防爆電動機，防爆電動機提供扭矩驅動鋼絲繩卷筒轉動、收放鋼絲繩，從而提升或下降軟管掛架。因軟管接管端固定于工藝管道，當軟管掛架被提升或下降時，軟管將在掛架內移動，使軟管接船端的長度縮短或伸長，接船端高度也隨之變化，可實現(xiàn)軟管接船端的高度、長度適宜；同時，操作人員2操作軟管吊按鈕或遙控器，使吊臂仰、俯、回轉，收放軟管吊鋼絲繩，起吊軟管接船端至船舶甲板管匯處，輔助船-岸連接（此輔助工作也可由船員利用船吊完成）。裝卸作業(yè)過程中，只需1個操作人員再次操作電控系統(tǒng)按鈕或遙控器便可輕松完成調整軟管接船端長度及高度的工作。作業(yè)完成后，只需操作電控系統(tǒng)將軟管再次吊垂，免除了常規(guī)作業(yè)后人工拆卸軟管、搬運軟管的工序[7]。

上述整個作業(yè)過程，僅需2個操作人員便可完成，并且操作簡單、省力，較常規(guī)碼頭裝卸軟管作業(yè)需5～6個操作人員、且勞動量大的情況，具有較大的進步，改善了勞動條件的同時也提升了作業(yè)的自動化程度。軟管架的操作、功能與裝卸臂類似，區(qū)別只在于對于船舶高度變化的適應性，裝卸臂在一定范圍內可自適應，而軟管架還需人工干預。

4.2 提升碼頭作業(yè)安全性

合理地設計軟管掛架確保軟管的彎曲安全。軟管掛架是由2塊三角形鋼板加5個定滑輪組成，見圖3。為了掛架內軟管彎曲合理，選用了5個定滑輪，并按照軟管的彎曲要求固定在2塊三角形鋼板間。安裝這5個定滑輪可對軟管提供多點支撐，確保軟管彎曲狀態(tài)的安全。根據(jù)軟管對懸掛吊具的要求，選用較大直徑、材質較軟的定滑輪、且對定滑輪表面進行特殊加工以增加與軟管的接觸面，更有效地支撐軟管，避免因定滑輪太小而對軟管產生鋒利邊緣效果造成破壞。當軟管掛架上下移動時，定滑輪受摩擦力而滾動，此時，軟管與滑輪的接觸面間無相對位移，可使軟管免受磨損。

圖3 軟管掛架圖Fig.3 Drawing of hose hanger

結合工藝管道接口向上安裝，可避免與工藝管道相接處過度彎曲；作業(yè)過程中，只需操作人員定期關注軟管的狀態(tài)、調整其長度適宜，便可使軟管時時處于安全使用工況，提升了碼頭作業(yè)安全性，現(xiàn)場作業(yè)實景如圖4。

圖4 碼頭軟管架作業(yè)Fig.4 The operation status of terminal hose tower

4.3 節(jié)省水工投資

因液體化工碼頭裝卸貨物的種類多、保質保量要求高，使得碼頭中工藝管道數(shù)量較多。為了保證物料的數(shù)量和質量，業(yè)主還常常要求工藝管道需具有清管球掃線的功能。受設備安裝間距、清管作業(yè)操作空間等限制，常規(guī)碼頭所采用的工藝管道單層敷設于碼頭面上，往往會造成裝卸區(qū)較長、工作平臺較大、水工投資較高的問題。

軟管架的鋼結構可為工藝管道的敷設提供立體空間，工藝管道可雙層、多層敷設于鋼結構內，從而減小作業(yè)區(qū)長度，節(jié)省部分投資[8]。

4.4 其它

使用軟管架，可提高大口徑軟管裝卸的工作效率、增加泊位通過能力；通過中間無連接的一整條軟管，改變了常規(guī)裝卸軟管由多節(jié)軟管通過法蘭連接的狀況，既可縮短輔助作業(yè)時間，又可消除常規(guī)軟管中間法蘭泄漏的可能性，有利于作業(yè)安全和環(huán)境保護。但由于需采購軟管升降機、建造軟管架鋼結構等多項投入，加大了工程投資。

5 結語

碼頭軟管架是一種新型港口裝卸輔助設備，具有一定的優(yōu)越性，其操作方便，提升了液體化工碼頭的機械自動化程度，改善了軟管的安裝、使用環(huán)境，可確保軟管時時處于安全工況下；同時具有可立體安裝工藝設備而節(jié)省部分投資、可減少操作人員人數(shù)而便于企業(yè)管理、可縮短輔助作業(yè)時間而增加泊位通過能力等優(yōu)點，具有較好的推廣使用前景。