耙吸船疏浚作業(yè)遇硫化氫氣體采取的技術(shù)措施

王權(quán)，李曉燕

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

0 引言

在一些航道工程和疏浚工程中，待疏浚區(qū)域的土質(zhì)中含有硫化氫氣體，在疏浚施工過程中由于耙吸船自挖自裝自卸的施工方式，該氣體會(huì)因?yàn)橥临|(zhì)擾動(dòng)而擴(kuò)散，耙吸船開敞式的泥艙無法控制硫化氫氣體的擴(kuò)散，因硫化氫氣體具有劇毒易燃等特性，如防護(hù)不當(dāng)會(huì)造成不可估量的嚴(yán)重后果甚至人員傷亡事件。菲律賓某超大型吹填工程項(xiàng)目就遇到了這樣的施工難題，本文就該項(xiàng)目如何采取適當(dāng)技術(shù)措施克服含硫化氫氣體土質(zhì)疏浚施工困難，進(jìn)行安全施工展開探討。

1 疏浚工程遇含硫化氫土質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 工程概述

菲律賓某超大型吹填工程項(xiàng)目位于該國馬尼拉灣處，主要施工內(nèi)容包括回填形成3 個(gè)人工島和相關(guān)配套的護(hù)岸結(jié)構(gòu)及地基處理等。在項(xiàng)目施工前期需開挖一條長度約6.5 km 的臨時(shí)航道，以滿足大型耙吸船進(jìn)入其他島域進(jìn)行艏吹施工。

在開挖臨時(shí)航道過程中，作業(yè)的耙吸船檢測(cè)到泥艙和甲板面均有不同濃度的硫化氫氣體。耙吸船在開敞式的施工環(huán)境下如何采取有效應(yīng)對(duì)措施來防控硫化氫氣體對(duì)施工人員的危害，成為疏浚行業(yè)一個(gè)極為重要的課題。

通過分析項(xiàng)目施工區(qū)硫化氫的成因和分布特點(diǎn)，在沒有對(duì)耙吸船船體進(jìn)行大規(guī)模技術(shù)改造條件下，提出了采用機(jī)械擾動(dòng)淤泥層提前釋放硫化氫氣體以降低疏浚開挖過程中硫化氫濃度的施工思路等技術(shù)應(yīng)對(duì)措施，并通過現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐證明，提前釋放硫化氫的主要技術(shù)措施既能確保耙吸船疏浚施工安全，又能保證耙吸船的施工效率，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 疏浚中的潛在風(fēng)險(xiǎn)

硫化氫氣體是疏浚業(yè)的一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。它是一種無色、惡臭的氣體，是一種廣譜性有毒氣體。它不僅對(duì)各種生物具有嚴(yán)重的毒害作用，而且能對(duì)許多金屬材料造成嚴(yán)重的腐蝕破壞硫化[1]。由于硫化氫密度比空氣重，因此它往往會(huì)在通風(fēng)不良的低洼空間積聚。低濃度硫化氫氣味非常刺鼻，高濃度時(shí)可以麻痹人的嗅覺神經(jīng)，所以用鼻子作為檢測(cè)這種氣體的手段是致命的。它對(duì)人的身體十分有害，會(huì)通過人體的呼吸系統(tǒng)進(jìn)入體內(nèi)，對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，甚至可能會(huì)危害到人的生命安全。

硫化氫這種物質(zhì)同時(shí)會(huì)對(duì)疏浚生產(chǎn)設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工作造成重大影響。首先，硫化氫氣體會(huì)對(duì)生產(chǎn)中的金屬設(shè)備造成嚴(yán)重的影響，海上的疏浚作業(yè)過程中，空氣中的水分子含量非常大，所以在疏浚過程中所產(chǎn)生的硫化氫氣體會(huì)與水分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量電離，電離以后液體呈酸性，這樣的液體會(huì)和金屬發(fā)生反應(yīng)，腐蝕金屬導(dǎo)致金屬發(fā)生損壞；其次，耙吸船上還會(huì)用到一些非金屬材料的生產(chǎn)裝備，如橡膠管、電纜等，當(dāng)這些材料與硫化氫進(jìn)行長時(shí)間的接觸時(shí)，會(huì)減少塑料的使用壽命，而且橡膠在這樣的環(huán)境中也非常容易失去彈性出現(xiàn)裂開現(xiàn)象[2-3]。

1.3 硫化氫分布及釋放特點(diǎn)

通過對(duì)項(xiàng)目疏浚區(qū)的地質(zhì)調(diào)查和歷史資料的查閱[4]，確定施工區(qū)馬尼拉灣內(nèi)存在長期堆積的有機(jī)物和微生物硫酸鹽還原產(chǎn)生的硫化氫氣體。

項(xiàng)目初期安排一艘萬方耙吸挖泥船（以下簡稱萬方耙）開挖K3+000—K6+500 航道區(qū)段。在該船泥艙左右兩側(cè)前、中、后水面以上約50 cm 處各安裝了1 個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器，并在甲板面相應(yīng)位置附近的小泥門拉桿過艙孔口安裝了監(jiān)測(cè)傳感器。

對(duì)該船舶泥艙連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在耙吸船挖泥作業(yè)時(shí)，泥艙疏浚物逸散出的硫化氫氣體主要集中于泥艙中部和前部區(qū)域以及小泥門拉桿過艙孔位置，其中尤以泥艙中部和拉桿過艙孔位置濃度最高。收集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，泥艙內(nèi)的硫化氫濃度大多維持在（10～50）ppm，偶爾監(jiān)測(cè)到的硫化氫數(shù)值超過50 ppm（文中所述ppm為10-6）。

隨后安排艙容為2 萬m3的超大型耙吸船（以下簡稱2 萬方耙）進(jìn)場(chǎng)施工，開挖臨時(shí)航道KP0+000—KP3+000 區(qū)段。根據(jù)前期地質(zhì)勘察得知，此區(qū)段淤泥層厚度相比萬方耙開挖工段要大，可預(yù)計(jì)該區(qū)段的硫化氫氣體含量將會(huì)比前一區(qū)段高。在2 萬方耙作業(yè)過程中，分別對(duì)挖泥裝艙、滿載航行、拋泥作業(yè)等作業(yè)工序進(jìn)行硫化氫連續(xù)監(jiān)測(cè)并記錄。

2 萬方耙在常規(guī)疏浚拋泥作業(yè)工序下，未封閉泥艙面四周傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：在挖泥裝艙階段，前15 min 時(shí)段傳感器測(cè)得硫化氫數(shù)值基本達(dá)到監(jiān)測(cè)儀器最大量程（量程（0～100）ppm），處于“爆表”狀態(tài)，之后硫化氫濃度保持在（30～50）ppm；滿載航行階段，泥艙內(nèi)疏浚物受到航行擾動(dòng)，部分硫化氫氣體從疏浚物中逸散出來，監(jiān)測(cè)到濃度在（0～20）ppm 之間；拋泥作業(yè)時(shí)，在未啟用高壓沖水時(shí)，硫化氫傳感器探測(cè)數(shù)值都為0，如用高壓沖水沖洗艙時(shí)，泥艙內(nèi)硫化氫傳感器探測(cè)到濃度在（0～20）ppm，泥艙甲板面、主甲板和艉甲板基本為0。

根據(jù)上述硫化氫氣體連續(xù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析得知，硫化氫氣體分布特點(diǎn)如下：

1）硫化氫在項(xiàng)目施工區(qū)域內(nèi)普遍存在，并不局限于局部施工區(qū)。

2）離岸越近硫化氫濃度越高，這與臨時(shí)航道所在海床地勢(shì)、海流以及海底淤泥堆積厚度有密切的關(guān)系。

常規(guī)疏浚作業(yè)硫化氫氣體釋放規(guī)律如下：

1）硫化氫集中在疏浚開挖階段釋放，特別是在前15 min 空艙裝載階段。

2）滿載航行階段有少量硫化氫釋放，主要受船舶航行擾動(dòng)影響。

3）開艙拋泥階段是否有硫化氫釋放決定于是否使用艙底高壓沖水。

從上述對(duì)耙吸船疏浚施工過程硫化氫的連續(xù)監(jiān)測(cè)，針對(duì)上述硫化氫氣體的釋放規(guī)律，可以確定本項(xiàng)目的硫化氫釋放量主要受疏浚物擾動(dòng)程度影響。根據(jù)此規(guī)律，在本項(xiàng)目只要因地制宜采取適合工藝技術(shù)措施減低對(duì)疏浚物的擾動(dòng)，完全能有效減少硫化氫的釋放，同時(shí)附加風(fēng)險(xiǎn)管理等措施，從而確保項(xiàng)目臨時(shí)航道和基槽疏浚開挖的安全、高效推進(jìn)。

2 耙吸船作業(yè)遇硫化氫氣體的技術(shù)應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)項(xiàng)目中疏浚區(qū)域硫化氫分布特點(diǎn)和釋放規(guī)律，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際施工安排，采取了相應(yīng)的硫化氫氣體防護(hù)的技術(shù)和管理應(yīng)對(duì)措施，以確保疏浚作業(yè)順利實(shí)施[5]。

2.1 低成本船舶技改

現(xiàn)有的耙吸式挖泥船在設(shè)計(jì)建造時(shí)均未專門考慮硫化氫環(huán)境下作業(yè)安全功能，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行船舶技改，要做到完全本質(zhì)化安全，改造費(fèi)用成本難以估量。因硫化氫釋放時(shí)段主要發(fā)生在挖泥和拋泥卸駁階段，硫化氫釋放位置發(fā)生在泥艙面附近，結(jié)合耙吸船疏浚施工工藝，辨識(shí)確定耙吸船重點(diǎn)防控區(qū)域，有的放矢實(shí)施船舶技改是更為科學(xué)經(jīng)濟(jì)的方法。具體方法和措施為：使用高韌性帆布對(duì)耙吸船泥艙前后各1/3 艙口區(qū)域進(jìn)行“半封閉式”封蓋，預(yù)留中間約1/3 的泥艙口區(qū)域，作為硫化氫集中溢流擴(kuò)散出口，打破以往全封閉的技改思路，泥艙釋放出的硫化氫得以整流擴(kuò)散在可控的區(qū)域和范圍以內(nèi)，以低成本投入獲得較好的擴(kuò)散控制效果。

2.2 全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)氣體含量

在耙吸船可能生產(chǎn)和集聚的區(qū)域上設(shè)計(jì)并安裝固定式監(jiān)測(cè)傳感器，監(jiān)測(cè)傳感器布置如表1 所示。固定式硫化氫監(jiān)測(cè)傳感器使用本安防爆型進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱氨O(jiān)控室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。

表1 固定式硫化氫監(jiān)測(cè)傳感器安裝區(qū)域Table 1 Installation area of fixed H2S monitoring sensor

固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置10 ppm、20 ppm、100 ppm三級(jí)報(bào)警機(jī)制，不同層級(jí)報(bào)警觸發(fā)閾值以適應(yīng)不同場(chǎng)所預(yù)警處置需要[6]。同時(shí)，為作業(yè)船員配置足量便攜式硫化氫檢測(cè)儀。船員硫化氫環(huán)境下作業(yè)，每位船員隨身攜帶便攜式檢測(cè)儀，以彌補(bǔ)固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法覆蓋到的區(qū)域，實(shí)時(shí)捕捉船員作業(yè)環(huán)境周邊的硫化氫含量。便攜式檢測(cè)儀只設(shè)置10 ppm 警報(bào)值，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，除已經(jīng)采取了有效的個(gè)體防護(hù)人員外，其他作業(yè)人員需要暫時(shí)停止作業(yè)，評(píng)定排查現(xiàn)場(chǎng)硫化氫情況，待安全后再進(jìn)行作業(yè)。監(jiān)測(cè)報(bào)警閾值設(shè)置級(jí)別如表2 所列。

表2 硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警閾值設(shè)置Table 2 H2S monitoring alarm threshold setting

2.3 個(gè)體安全防護(hù)措施

船舶作業(yè)人員的個(gè)體安全防護(hù)用品是船舶硫化氫氣體防范技術(shù)措施的重要環(huán)節(jié)[7-8]。結(jié)合船舶作業(yè)人員的工作類型和性質(zhì)，船員的個(gè)體防護(hù)措施見表3。

表3 硫化氫個(gè)體防護(hù)配置表Table 3 Individual protection figuration for H2S

實(shí)踐證明在硫化氫低濃度環(huán)境下作業(yè)或高濃度應(yīng)急狀態(tài)下都能有效保護(hù)船員身體健康和生命安全。

2.4 船舶典型施工

根據(jù)硫化氫分布及釋放特點(diǎn)，結(jié)合耙吸船施工工藝，典型的施工方法見表4。經(jīng)實(shí)踐，在應(yīng)對(duì)硫化氫方面都取得比較好的成效。盡管這些典型施工方法在施工效率上有所降低，但在生命安全面前，這種施工方法是“低成本高回報(bào)”的科學(xué)做法。

表4 應(yīng)對(duì)硫化氫典型施工方法Table 4 Typical construction to response H2S

本項(xiàng)目的2 艘大型耙吸船通過采用上述典型施工，都減少了施工過程中對(duì)疏浚物的擾動(dòng)，非常有效地減少疏浚開挖過程中的硫化氫釋放，達(dá)到了安全施工的良好效果。

3 結(jié)語

在廣泛研究硫化氫防范措施的基礎(chǔ)上，分析本工程的硫化氫成因和分布情況，結(jié)合項(xiàng)目工程現(xiàn)場(chǎng)耙吸船實(shí)際情況以及耙吸船施工工藝，在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)“人、機(jī)、環(huán)、管”防控措施及應(yīng)急處置準(zhǔn)備等工作的同時(shí)，采取低成本船舶技改、全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)硫化氫濃度、專業(yè)防毒保護(hù)個(gè)體、耙吸船典型施工方法等有效應(yīng)對(duì)防范技術(shù)措施，經(jīng)實(shí)際工程施工檢驗(yàn)切實(shí)可行，確保了本項(xiàng)目疏浚開挖作業(yè)的順利實(shí)施。實(shí)踐證明，本文提出的技術(shù)措施可以保障耙吸船硫化氫環(huán)境下疏浚作業(yè)安全生產(chǎn)，可以為類似項(xiàng)目提供借鑒。