LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

張鵬 魏大強(qiáng) 臧子璇 熊廉森

(1.重慶興燃能源有限責(zé)任公司 重慶 400020;2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400045;3.中國(guó)建筑工程(澳門)有限公司 澳門 000853)

在節(jié)能減排的大環(huán)境下，LNG 作為清潔能源被引入內(nèi)河運(yùn)輸服務(wù)體系具有可持續(xù)綠色發(fā)展的重要意義。罐箱內(nèi)河運(yùn)輸可以將沿海LNG運(yùn)往內(nèi)陸，其不僅可以作為內(nèi)河沿線LNG站的能源來源，還可以解決天然氣管網(wǎng)鋪設(shè)難以到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

在調(diào)查國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀后，發(fā)現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)分析上目前國(guó)內(nèi)外有部分學(xué)者對(duì)LNG 罐箱在沿海地區(qū)港口水域發(fā)生事故進(jìn)行了相關(guān)研究，但對(duì)內(nèi)河的分析較少，將內(nèi)河水域某一區(qū)域作為整體進(jìn)行綜合安全評(píng)價(jià)的研究更少。

故為了將來LNG罐箱在內(nèi)河的運(yùn)輸安全，該文先分析內(nèi)河運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，再結(jié)合船只設(shè)備、人員、吊裝機(jī)械等，對(duì)LNG罐箱運(yùn)輸船的轉(zhuǎn)運(yùn)過程進(jìn)行綜合分析，以LNG泄漏作為頂事件建立LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸事故樹，得到引發(fā)事故的基本事件，同時(shí)以LNG 泄漏作為初始事件建立事件樹，得到發(fā)生泄漏后的具體后果事件，并對(duì)每個(gè)后果事件的概率進(jìn)行計(jì)算。

1 LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)因素分析

1.1 內(nèi)河沿線環(huán)境分析

該文所述內(nèi)河環(huán)境主要包括自然環(huán)境和航段物理?xiàng)l件。對(duì)內(nèi)河運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境進(jìn)行詳細(xì)分析，目的在于針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)高的地方采取相應(yīng)措施，來保證LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸過程的安全。

自然環(huán)境條件包括風(fēng)速、能見度、降雨量，水文條件包括水流速度、水深，航段物理?xiàng)l件指航段沿線的地質(zhì)災(zāi)害、航道尺度、通航段交通量、助航設(shè)施設(shè)備以及有無(wú)橋梁。當(dāng)風(fēng)速大于15 m/s、霧的能見度小于1 km、暴雨天氣、水流橫流和順流流速過大、水深不足，山體滑坡等，均會(huì)使船舶通行受到影響，發(fā)生船的安全事故，導(dǎo)致LNG罐箱的安全受到影響。

1.2 罐箱運(yùn)輸過程分析

由于該文所述運(yùn)輸過程包括LNG罐箱的裝載、船只轉(zhuǎn)運(yùn)和卸載，其包含的對(duì)象主要有人、運(yùn)輸船只及其附屬設(shè)備、罐箱和吊裝機(jī)械。將這些對(duì)象作為可能受損的目標(biāo)，進(jìn)行過程的風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別。

因?yàn)長(zhǎng)NG 罐箱在內(nèi)河上的運(yùn)輸過程與普通貨物相似，僅僅是運(yùn)輸貨物與運(yùn)輸船有區(qū)別，導(dǎo)致發(fā)生事故的后果不一致，故該文參考普通貨船在運(yùn)輸過程發(fā)生的事故進(jìn)行分析。在LNG罐箱內(nèi)河船只轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的對(duì)象包括了船只及其附屬設(shè)備、人員自身情況以及罐箱。

在罐箱運(yùn)輸過程中，當(dāng)人因凍傷、窒息、砸傷、燒傷或超壓受傷而成為受損對(duì)象時(shí)，其包括的風(fēng)險(xiǎn)因素分別有LNG 泄漏、罐箱脫落、火災(zāi)和爆炸。船只因擱淺或碰撞成為受損對(duì)象時(shí)，其包括的風(fēng)險(xiǎn)因素有人員誤操作、船舵失靈、風(fēng)力過大、航道寬度太窄、觀察不及時(shí)。當(dāng)船只的附屬設(shè)備失效時(shí)，其風(fēng)險(xiǎn)因素主要是維護(hù)不當(dāng)。當(dāng)罐箱因跌落或閥件損壞成為受損對(duì)象時(shí)，其包含的風(fēng)險(xiǎn)因素有船只碰撞、綁扎不嚴(yán)、風(fēng)力過大、人員誤操作、維護(hù)不當(dāng)以及機(jī)械自身故障。

LNG 罐箱的裝載和卸載過程本質(zhì)相同，均是碼頭作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)類似，遂將這兩個(gè)過程作為同一類進(jìn)行分析，識(shí)別對(duì)象是罐箱吊裝及堆碼過程中包含的罐箱、人和機(jī)械設(shè)備，其中人與罐箱成為受損對(duì)象時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)因素在LNG 罐箱運(yùn)輸和裝卸時(shí)是一致的。而當(dāng)罐箱裝卸時(shí)，當(dāng)起吊設(shè)備因部件故障或部件損壞成為受損對(duì)象時(shí)，其風(fēng)險(xiǎn)因素包含有人員誤操作和維護(hù)不佳。

2 LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸事故樹的構(gòu)建

事故樹是一種邏輯歸納分析方法，它將給定的頂事件按總體至部分的規(guī)律從上至下逐步細(xì)化分析頂事件的最基本的原因。事故樹分析法中各個(gè)事件的連接使用邏輯語(yǔ)言符號(hào)進(jìn)行連接，用邏輯門描述事件發(fā)生的因果關(guān)系。

根據(jù)已查閱的事故樹構(gòu)建文獻(xiàn)[1-2]，結(jié)合前文的LNG 罐箱內(nèi)河運(yùn)輸系統(tǒng)的范圍界定，構(gòu)建得到事故樹見圖1，主要分析了罐箱及其附屬閥門等在吊裝及轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中可能發(fā)生的事故。事故樹詳細(xì)描述了LNG罐箱泄漏的故障原因，包含了1個(gè)頂事件，35個(gè)中間事件，51個(gè)基本事件。

圖1 LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸系統(tǒng)事故樹

LNG 泄漏易引起存儲(chǔ)設(shè)備及設(shè)施損壞，并造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)保危害。LNG罐箱是運(yùn)輸過程中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的設(shè)備，該文重點(diǎn)對(duì)引起罐箱泄漏的基本風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。由上述LNG 罐箱內(nèi)河運(yùn)輸系統(tǒng)事故樹圖可知：在造成LNG 罐箱泄漏的48 個(gè)基本事件中，人員誤操作或人員工作不到位的有12 個(gè)，設(shè)備故障的有9個(gè)。由此可見，在LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸過程中，規(guī)范工作人員的操作、提高工作人員的責(zé)任意識(shí)、定期檢查設(shè)備器械是十分必要的，可以有效防止和減少LNG罐箱泄漏事故的發(fā)生。

3 LNG泄漏的定量分析

3.1 LNG泄漏的事件樹分析

事件樹分析法是一種基于初始事件，對(duì)后續(xù)事件進(jìn)行演繹的推理方法，常用于安全工程系統(tǒng)分析，可以評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可靠性和安全性。事件樹分析的步驟主要有：（1）確定事件樹初始事件；（2）確定各層級(jí)的安全措施；（3）繪制事件樹；（4）定性分析；（5）定量分析。

事件樹分析原理見文獻(xiàn)[3-4]，該文第二節(jié)分析過LNG 罐箱內(nèi)河運(yùn)輸過程中LNG 泄漏的原因，圖2 以LNG泄漏作為初始事件，對(duì)泄漏的后續(xù)過程進(jìn)行演繹。

圖2 LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸泄漏事件樹

該事件樹考慮了LNG 泄漏的6 個(gè)后續(xù)事件，并分析事件發(fā)展最終得到了17 種后果事件，分別為：罐箱噴射火或沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸（C1）、船艙內(nèi)池火、閃火或蒸汽云爆炸（C2）、船艙內(nèi)爆炸隱患，窒息、凍傷（C3）、船艙內(nèi)池火（C4）、船艙內(nèi)火災(zāi)及爆炸隱患，窒息、凍傷（C5）、船艙發(fā)生閃火或蒸汽云爆炸（C6）、船艙內(nèi)爆炸隱患，窒息、凍傷（C7）、船艙內(nèi)LNG 損失，窒息隱患（C8）、水面上凍傷、蒸汽云爆炸（C9）、水面上凍傷，窒息及燃爆隱患（C10）、水面上池火（C11）、水面上凍傷，LNG 損失（C12）、水面上發(fā)生閃火或蒸汽云爆炸（C13）、水面上閃火或蒸汽云爆炸隱患（C14）、水面LNG 損失（C15）、僅罐箱周圍凍傷隱患（C16）、少量LNG損失（C17）。

3.2 LNG泄漏后果事件概率計(jì)算

根據(jù)初始事件及各個(gè)后續(xù)事件的發(fā)生或者不發(fā)生的概率，算出每個(gè)后果事件的概率。例如，后果C1發(fā)生概率的計(jì)算式為

式（1）中：P1為后果事件C1 發(fā)生的概率；P(E01)為初始事件發(fā)生的概率；P(E1|E01)為初始事件發(fā)生的情況下E1的發(fā)生的條件概率。

根據(jù)初始事件及各個(gè)后續(xù)事件的發(fā)生或者不發(fā)生的概率，算出每個(gè)后果事件的概率。將事件樹的初始事件假定為發(fā)生，即概率為1。根據(jù)已有的概率估計(jì)文獻(xiàn)[5-6]，后續(xù)事件的發(fā)生概率與不同的泄漏孔徑、泄漏時(shí)間等多個(gè)因素有關(guān)，該文參考其中的概率估計(jì)方法，以200 mm 孔徑為例，將每種后果事件發(fā)生的概率分別進(jìn)行計(jì)算。

以下標(biāo)表示后果事件的代碼，最終的計(jì)算結(jié)果分別為：P1=0.1，P2=0.022 68，P3=0.204 12，P4=0.015 12，P5=0.136 08，P6=0.011 34，P7=0.102 06，P8=0.048 6，P9=0.006 8，P10=0.129 28，P11=0.002 92，P12=0.055 4，P13=0.005 18，P14=0.098 5，P15=0.025 92，P16=0.025 2，P17=0.0108。

由于LNG 罐箱在運(yùn)輸過程中有著嚴(yán)格的安全要求，故E1 和E6 發(fā)生的概率較低，E2 和E3 發(fā)生的概率主要與泄漏發(fā)生時(shí)泄漏孔的位置有關(guān)，E4 通常是當(dāng)LNG泄漏量較大時(shí)，大規(guī)模的LNG分布在水面或船板上時(shí)才會(huì)發(fā)生，E5 則是當(dāng)LNG 大量泄漏時(shí)，蒸發(fā)的LNG與空氣混聚在一起時(shí)才會(huì)發(fā)生。

結(jié)合圖1 和圖2 進(jìn)行分析，可以看出，C1、C3、C5、C7、C10、C14這6個(gè)后果事件發(fā)生的概率較高，發(fā)生概率基本都在0.1及以上。其中C1、C3、C5、C7發(fā)生時(shí)都極易造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境危害等重大安全事故。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)LNG罐箱內(nèi)河運(yùn)輸進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，包含了內(nèi)河航道環(huán)境因素相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與LNG 罐箱船只在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，搭建了事故樹與事件樹，總結(jié)如下。

（1）內(nèi)河航道環(huán)境因素分為自然環(huán)境因素與航段物理?xiàng)l件因素，并進(jìn)一步展開得到了自然環(huán)境包含的6 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素：風(fēng)速、能見度、降雨量、水流速度、水深和地質(zhì)災(zāi)害等；航段物理?xiàng)l件包含的4項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素：航道尺度、通行船只密度、航段助航浮標(biāo)和有無(wú)橋梁等。

（2）罐箱運(yùn)輸環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別按過程分為了裝載、運(yùn)輸和卸載，對(duì)包含其中的人員、機(jī)械、罐箱及其附屬設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。得到了裝卸載以及運(yùn)輸過程的風(fēng)險(xiǎn)因素。

（3）搭建以LNG 泄漏為頂事件的事故樹,得到了51 個(gè)基本事件，并提出了減少LNG 泄漏事故發(fā)生的建議。

（4）以LNG 罐箱泄漏為初始事件的事件樹，演繹得出了17 項(xiàng)后果事件。同時(shí)分析了LNG 罐箱泄漏后果事件的概率計(jì)算方法，以200 mm孔徑為例進(jìn)行了事件樹中后果事件的頻率計(jì)算，得到不同后果事件的發(fā)生頻率，并總結(jié)得出了幾種發(fā)生概率較大的后果事件。