油船晃荡液货舱风险及其危害分析

2019-06-13万松岭朱发新王帅军姚凯慧韦和陆

中国修船 2019年3期

万松岭，朱发新，王帅军，姚凯慧，卢玮，韦和陆

(浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江舟山 316022)

伴随着经济全球化发展以及各国国际贸易的加强，原油和成品油运输船继续保持较高的增长势头[1]。由于大部分油船装载着多达上万吨甚至是几十万吨的油品，自身存在危险性，安全风险极大。由烃类物质组成的半液半固态的可燃性原油，在船舶的晃荡以及在船舶上使用自身原油时需要对其加热等原因，使得液货舱里原油中的油气挥发加剧，与液货舱中其它气体如:氧气、碳氢化物、氮氧化物以及惰性气体等气体组成的油气混合物发生泄漏与扩散，同时由于油船原油装卸、舱室清洗以及船舶操作不当等人为因素，在油船上可能出现油气燃烧和爆炸,燃烧爆炸后产生的污染、有毒气体会造成人员伤亡、液货舱碰撞和搁浅、海上溢油等危险因素，一旦这些危险因素处理不当，将发生严重的事故，造成巨大经济损失。

1 油船晃荡液货舱油气处理常用方式

1.1 油气处理的常用方式

1)吸收法。吸收法是指在环境温度和压力下吸入混合气体里的烃类成分,而不吸收其他成分，然后再进行解吸烃类组分达到油气收集利用的目的。

2)吸附法。吸附法指利用活性炭等对混合气体中的组分和其他气体吸附亲和性不同,将其组分与其他气体分开,从而实现对物质组分的分类再利用。如果产生的混合物浓度较高,吸附材料可能会迅速进入饱合状态,这时对吸附装置的利用时间、解吸过程的稳定性与安全性等方面提出了全面技术目标要求,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、制冷介质与混合气体进行热量交换,在常压下将混合气体温度降低至一定范围内,使全部烃类物质冷凝为液体并收集利用,其他气体可以直接排放。

4)膜分离法。膜分离法是指利用内外浓度差对气体的渗透性差异,标定压力下油气混合物各物质成分在膜内具有各不一样的渗透速度,实现油气与其他气体的分离。

5)催化氧化燃烧法。催化氧化燃烧法操作可行，成本低,并且油气的燃烧热也可以再利用，但涉及到大气污染问题。

6)其他方法是指几种方法的综合处理法,如吸收法和催化氧化燃烧法，先分散吸收再集中进行催化氧化燃烧处理，其经济性和吸收法相差不大。

以上方法在民用加油站点、油库基地、油罐储藏等领域已经得到了大量应用，有效减少了对环境的污染、对人员的毒害，而且能够二次回收利用废气废热，但是这些方法在船舶上应用极少。

1.2 油船液货舱油气处理的常用方式

船舶在原油装载或卸载以及航行途中，由于液货舱晃荡，原油将会加剧油气蒸发，油舱气相区的混合气体也逐渐增加，当存在明火作业情况时，液货舱就极易发生火灾或爆炸。同样，这种含油气的混合气体如果不经处理，直接排向舷外，将造成生物受害、大气污染等。因此，这种挥发逸出的油气不加处理不可直接排放。

当前，油舱油气处理过程中常用方法是在船舶上充入惰性气体提高舱室压力，阻止油气挥发或者设置呼吸阀将油气排放到大气中。即：在液货舱的气相区充入一些惰性气体，使液货舱气相区的油气浓度减小，防止液货舱发生火灾事故。随着原油不停蒸发油气，舱室的油气浓度及压力慢慢增加，当油气压力小于或者是大于呼吸阀的启动阀门压力时，呼吸阀主动进行启闭，通过呼吸阀向舷外排放油气，直到油气压力下降到呼吸阀关闭阀门压力，呼吸阀主动进行启闭，此刻液货舱的混合气体浓度最低，远远小于燃烧相应的油气值，减少液货舱燃烧甚至爆炸的危险性，确保船舶正常航行以及人员生命的安全。

2 油船晃荡液货舱风险分析

2.1 人—机—环境—管理系统工程理论

人—机—环境—管理系统工程是利用系统科学理论以及系统工程方法2种方式的结合，准确解决各个因素之间联系,从而形成研究系统最佳的一门学科，把其作为发展方向，以发挥其最大效能[2]。其中管理这个特定的要素在当今系统科学理论不断发展和变化的情况下，逐渐被越来越多的学者所肯定。进而，更加完善合理的人—机—环境—管理系统工程理论出现。

2.2 液货舱晃荡系统的作用

油船晃荡液货舱系统的组成部分和作用见表1。

表1 油船晃荡液货舱系统组成的作用

2.3 液货舱晃荡的作业过程[3]

2.3.1 油船装载货油作业过程

1)装载货油筹备阶段。排查船岸的电线、设备绝缘和接地、油位测量装置、货油软管、输油臂、盛油桶或者盛油柜、消防工具、通海阀和舷外排放阀、阀门液压油动力站操作系统、安全装置和报警系统、围油栏、应急缆、排水孔、惰性气体系统等是否处于正常状态。

2)装载货油开始阶段。大副是总指挥，制定装油计划，由二副(三副或驾助)具体操作，值班驾驶员和水手在甲板上值班；经过船岸双方核实可以装载货油之后，才可以手动打开出口总管；通知岸方开始低速泵油，检查货油流动、装油货舱阀门状态、管系和阀门泄漏、海上溢油以及透气系统等是否正常。排查结束后，大副可以告知岸方逐渐增加装载液货速度，一直到一切稳定后为止。

3)装载货油正常阶段。进行必要的压载水调拨工作，避免船舶横倾和纵倾；注意液货舱油位，每隔一段时间(一般为2 h)记录装货数量和空当高度(液货舱上层气体空间的高度)，并注意船舶吃水、干舷高度以及潮汐变化情况等；船岸双方时刻进行通话，发生任何紧急事故立刻通知岸方，停止装油，并实施紧急措施。

4)装载货油收尾阶段。值班驾驶员应注意液货舱油位或空当高度，在装油作业即将完成时，告知岸方降低装油速度，同时值班船员注意其他液货舱关闭阀门做好收尾，然后排查液货状况最后的扫尾工作。如某液货舱装载即将达到规定的装载高度，应先打开下一个需要作业的液货舱阀门，之后关闭该液货舱阀门。

5)装载货油最后阶段。观看船舶吃水，以便计算装载货油量，再决定是否装载差额油量。由于装载液货还没有结束，油品的具体数量很难计算，所以差额油量一般是最后装船；停闭输油，打开泄放系统的有关阀门与收集油液货舱(管路相近)的下舱阀门，启动高压空气或氮气系统，向输油管中增加压力，即马上进行收油工作；收油完成后，拆卸输油管；最后排查相关液货舱阀的停闭位置，确定全部阀门都停闭。

2.3.2 油船卸载货油作业过程

1)卸载货油准备阶段。由大副制定卸载货油计划，确保省时、安全和顺利卸货；船岸双方针对最大卸货速度、总管最高压力、卸油程序、软管数量、标准和尺寸、总管数量、缆绳数量、船舶配载、污油水处理、洗舱作业、船舶吃水和横纵倾等进行信息交换和协商；逐一对安全检查事项进行排查认定，做好已有油液的计算等。

2)卸载货油开始阶段。检查润滑情况，确定机器轴封、泵阀及管路等无外泄；开启离心泵吸入阀，停闭排出阀；启动电动机，逐渐提高泵的转速，待泵出口建立起正压后缓慢开启排出阀，待转速稳定正常后，再转换到货控室遥控控制。

3)卸载货油正常阶段。在卸载货油期间，需要检查液货舱及离心泵的状态，防止出现不正常情况。根据需要可以将离心泵进行串并联使用，或使用节流、回流及变速调节法调节离心泵的工况，避免产生汽蚀；在卸油阶段，可以进行惰性气体系统调试，将通往液货舱舱室内的惰性气体压力调到较大值，使得液货舱内液面上油气混合物的压力比大气压稍高一些，保障油船的安全和防止发生汽蚀现象。在卸油的最后阶段，降低离心泵的转速或关小离心泵的排出阀开度，达到降低离心泵的排量，使离心泵正常工作。

4)扫舱作业阶段。该阶段是卸油最重要的时段。在启动扫舱泵之前，排查各摩擦运动部位润滑情况；开启气缸及润滑箱上的阀，使扫舱泵缓慢暖机；排气暖机结束后，开足排气阀，逐渐打开蒸气阀，对系统进行暖缸；观察压力表读数，同时缓慢开启进气阀，等残水放完后，把全部的残水泄放阀停闭；确认气缸的填料函处没有蒸气泄漏和油缸填料函处没有油泄漏，同时检查各相关部位；扫舱泵停闭时，应注意关掉蒸气阀，开启相关残水泄放阀，泄放残水。另外，在工作泵停止后，关掉排气阀和其它相关的阀门。

5)扫线作业阶段。该阶段将要结束时，大副和有关人员使用仪器计算液货舱的剩余货物，检查是否干舱，然后进行扫线工作。操作好扫舱泵，将所有相关的阀门全部开启，让余下原油流出；在甲板的货舱末端打开气阀，以防内部真空使扫线作业变得艰难。

6)最后阶段。扫线作业完成后，岸方利用压缩空气(或氮气)进行吹扫，把原油从输油臂吹扫到船上的液货舱舱室内。接着进行压载舱调拨作业，确保油船具有安全吃水高度，最终使液货舱里充满惰性气体，舱室惰性气体的压力值到达指定的位置，液货舱被密封，以确定阀门处于稳定状况。

2.3.3 油船液货舱货油洗舱作业过程

1)预备工作应包含确定舱室含氧值，挂好警告牌，进行安全排查等。

2)调节油船横向以及纵向倾斜状况、舱室油液量到所需位置。

3)作业开始用喷油器进行扫舱；在泵之间开启阀门；低速使用货油泵为洗舱管路或喷油器供油，打开洗舱阀并把速率调整为3/4，保持甲板上的洗舱机总阀处于打开状态，增加油泵的转动速度，渐渐开启洗舱管道上的主阀，在原油清洗管道中进行气体清除；气体排完后主路阀门完全打开。

4)在作业操作过程中，应控制货舱内的原油温度变化、气压高低和含氧量数值，以确保液货舱无泄漏现象发生。

5)作业结束，当洗舱机洗到0°时，先把货油泵转速降下来，停闭支管总阀，并闭洗舱机，然后停闭带动机组吸排阀门；如果留有残油，需继续扫舱一段时间，等到残油完全排净；停闭该舱水箱内的蒸气阀，一直到所有舱清扫结束，停闭原油管路；管道内留有残油需要用扫舱泵扫至集油舱舱室里；关闭甲板上洗舱总阀，打开甲板上所有原油洗舱阀及支管主阀，一定时间后再全部关闭上述阀门。

3 油船晃荡液货舱系统危害

3.1 油气逃逸造成的危害

1)在油船的货油装载卸运作业过程中，从液货舱呼吸阀或舱口排出的油气混合气体导致液货舱外部的大气成为可燃混合油气，这种可燃混合气体扩散，可能使生活区、厨房和机舱等货物甲板以外的区域也具有可燃混合气体，而这些可燃混合气体使油船存在火灾的隐患，由于油气混合物的特性，容易扩散到船舶其他的区域，使已经发生火灾的舱室再次引燃其他区域，进而出现更加严重的火灾事故。

2)油气的逸出与泄漏都会影响燃油燃烧。从液货舱逃逸扩散的油气主要为货油中的轻质烃类，因此使燃烧热值下降。

3)油气混合气体含有有毒的气体碳氢化合物，油气比空气密度略大，所以排出的混合气体都聚集在低处，对船舶人员身体健康造成很大危害。其中危害包括中毒症状,对呼吸系统和神经中枢系统产生严重损害，出现呼吸困难、头昏、乏力、恶心、呕吐等现象，另外油气对人呼吸道的影响和刺激也非常大。混合气体被排放到环境中，不仅直接危害社会，而且产生了光化学烟雾，是现代工业社会主要危害之一。

3.2 油气燃烧和爆炸风险危害

油气爆炸燃烧是一个化学变化过程，油气爆炸的形成是由于液货舱内压力急剧升高而引起的一种物理变化，两者有很多共同点。当液货舱中的油、气、氧达到一定浓度时，可能会引发火灾、静电火花、热加工作业等，混合气体将被引燃，并迅速扩散到整个液货舱，由于油气快速膨胀，致使液货舱内压力升高，同时因为舱室空间的限制，导致压力不断的升高，直至液货舱的舱壁达到承受极限而爆裂，产生初始爆炸，初始爆炸后破损的液货舱或破舱口的油气接触到更多氧气，如果在此过程中处理或控制不当，则有可能发生更为猛烈的二次爆炸。当然，同一液货舱发生二次爆炸是不多见的。爆炸是一种火种传播方式，爆炸物为隔壁舱提供火源，会造成隔壁油舱油品发生燃烧甚至爆炸。

3.3 液货舱碰撞和搁浅风险危害

航行中的油船随时可能发生撞击、搁浅等状况，据研究表明，其中2艘船垂直相撞时损坏性最大。液货舱舱室垂直碰撞会造成结构损坏，进而造成货油泄漏，破坏海洋生态。还可能出现液货舱失火、人员伤亡和船舶即时沉没等更严重的后果。

3.4 海上货油泄漏风险危害

在油船装卸货油作业过程中，因为输油管阀门的停闭或未足量开启，将会发生油压力增加；或者输油管道损坏腐蚀，引起输油管断裂，导致海上装卸货油作业时发生溢油事故。在油船航行途中，由于发生撞击、搁浅和油舱结构腐蚀损坏等，也将产生溢油事件。近海石油泄漏不仅直接导致了货油的损耗，造成巨大的经济损失，而且由于原油成分复杂、难分解的特性，对人体带来毒害作用，对海洋生态环境和经济社会带来更大的危害。