中国船级社 张兴东

油船货泵舱爆燃事故作为船舶主要风险之一，一旦发生往往引起巨大的财产、人员损失和环境损害。为保证船舶安全运营，开展油船货泵舱爆燃事故研究迫在眉睫。

油船货泵舱爆燃事故风险因素辨识

事故树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）是一种从结果到原因的逆向分析法。将事故结果确定为顶部事件，然后找出导致事故后果的直接因素和间接因素，把所有因素运用逻辑关系绘制成一个树形结构，进而对事故进行定性或定量分析。

从船舶建造、营运和修造三个阶段考虑，分析油船货泵舱爆燃事故风险因素。船舶营运和修造阶段，油船货泵舱的设备、管系和舱壁由于腐蚀、破损和误操作等因素导致货油、燃油发生泄漏。货油、燃油泄漏后挥发，气体探测系统及通风系统的失效，形成可燃气云。遇到潜在点火源包括静电、明火作业、电火花和设备过热等发生爆燃事故。在船舶建造和修造阶段，货泵舱油漆作业后，舱内油漆挥发形成可燃气云，遇到潜在点火源发生爆燃事故。

基于上述分析，采用事故树分析方法，建立油船货泵舱爆燃事故树模型（如图1），得到油船货泵舱爆燃事故风险因素。事故树中人为因素包括X3、X8、X12和X13，并且设备失效与人员定期检查和维护密切相关，故人为因素是导致油船货泵舱爆燃事故发生的重要原因。

表 事故树符号含义

图1 油船货泵舱爆燃事故树

图2 实验系统示意图

油船货泵舱爆燃过程实验研究

为了探究油船货泵舱爆燃事故过程中火焰形态、传播速度及压力随时间的变化规律，搭建了半开敞管道实验系统。该实验系统主要包含五个部分：实验管道、点火装置、数据采集系统、同步触发装置和配气系统，实验系统的结构如图2所示。

实验中采用圆柱形有机玻璃管道，内径为160mm，管壁厚10mm，长600mm，水平放置，总容积为12.06L。火焰动态采集采用的高速摄像机为美国Phantom V.2012，全分辨率为1280×800。由于管道中火焰传播速度较快，实验采用的拍摄速度为3000帧/秒。点火装置采用能量可调的高能点火装置，实验用点火能量为100mJ。压力采集设备包括压力传感器、数据采集卡、数据采集机箱和PC端组成。压力传感器采用膜片裸露的PPM-127H压力传感器，测量范围为-5～5kPa，响应时间为2ms，精度等级为0.5。通过配气系统，配置10%甲烷空气混合气体，混合气体覆盖整个管道。

图3 空管道甲烷/空气爆燃火焰形态、传播速度和压力随时间变化图

空管道甲烷/空气爆燃实验

空管道甲烷/空气爆燃实验结果如图3。在点火至t=23ms的初始阶段，火焰前锋较为光滑并以“半球”状形态传播，随着时间发展，火焰半径逐渐增大。在t=30ms后，由于管壁限制作用，火焰向管口的传播速度迅速增大，形状变为“手指”状，直到t=60ms时火焰前锋到达管道出口。实验结果表明，在货泵舱爆燃过程中，舱壁的限制作用，能够使火焰沿梯道口方向的传播速度迅速增大。

油船货泵舱甲烷/空气爆燃实验

油船货泵舱爆燃实验中，简化货泵舱内部管系及设备布置，仅考虑货泵舱中两层甲板，混合气体覆盖整个舱室，实验结果如图4。

0ms～20ms，火焰前锋呈光滑的半球形火焰向前传播。20ms～43ms，火焰前锋受甲板诱导的湍流作用，产生扭曲变形，这时火焰速度和压力会出现短暂的下降。火焰形态的扭曲，增大了火焰前锋与未燃气体的接触面积，当未燃气体被预热到临界反应温度时，这些气体的反应几乎是瞬时的，进而火焰传播速度迅速增大，同时产生很强的压力波。

在爆燃过程中，压力波超前于火焰向前传播，压力波受到甲板的阻挡作用后发生反射，反射的压力波作用于火焰前锋降低了火焰传播速度，甚至使火焰前锋出现局部停滞。而压力波反射到火焰阵面后又会发生折射和二次反射，火焰前锋上压力波多次的反射和折射，使其压力和密度梯度不平行，产生斜压效应。43～48ms，由于压力波的反射作用，使火焰前锋局部停滞，而另一部分梯道口越过，发生火焰拉伸，火焰速度增加。进而使火焰产生更大的失稳、变形，增大与未燃气体的接触面积，火焰速度、压力进一步增加。火焰越过梯道口时，受到甲板诱导的湍流作用，火焰传播速度和爆燃压力均增大。在爆燃过程中，火焰形态、传播速度与压力波存在相互作用关系。

防范措施及建议

由半开敞管道实验研究可知，油船货泵舱爆燃过程时间短，事故后果严重。油船货泵舱爆燃事故应以预防为主，并制定爆燃事故紧急救援方案。为防止油船货泵舱爆燃事故的发生，从人为因素和设备因素角度考虑，提出五个方面的防范措施：

一是防止货油、燃油泄漏，从源头消除爆燃事故的发生。定期对相关设备、管系和舱壁进行检查与维护，防止设备密封失效；人员按照相应规范作业，避免误操作导致货油、燃油发生泄漏。

二是将油气浓度降低至爆燃极限以下，防止爆燃事故发生。通过油气浓度检测系统，监测货泵舱油气浓度，发出报警信号后及时处理；作业前，对货泵舱进行通风处理，防止油气积聚。

图4 油船货泵舱甲烷/空气爆燃火焰形态、传播速度和压力随时间变化图

三是控制点火源。对施工人员进行防爆安全培训，货泵舱作业期间，禁止吸烟；明火作业需审批报备；按照《钢制海船入级规范》对接地的要求，对于与船体非固定连接的货舱(柜)、处理装置和管系，应加专门的接地搭接片，消除静电；按照SOLAS公约对货泵舱保护的要求，在液货泵舱内并由穿过泵舱舱壁的轴驱动的液货泵、压载泵和扫舱泵，其舱壁轴填料函、轴承和泵壳应装设温度传感装置，消除设备过热；电气设备选型，应满足防爆要求，消除电火花；油漆作业期间，船舶禁止明火作业。

四是制定紧急救援措施。进行火灾、爆燃事故救援演练，制定紧急逃生路线；按照法规和规范的要求，配备个人防护设备，救生设备。

五是加强监督管理，消除不安全隐患。

我国首艘自主航行集装箱船“智飞”号开建

2020年5月15日，我国首艘自主航行集装箱船“智飞”号举行了建造开工仪式。据介绍，300TEU集装箱船“智飞”号是我国首艘具有智能航行能力、面向商业运营的运输货船，也是目前在建的全球吨位最大的智能航行船舶，该船总长约110米，型宽约15米，型深10米，设计航速为12节，计划于2021年下半年进行测试运营。

“智飞”号集成并安装有交通运输部水运科学研究院、智慧航海（青岛）科技有限公司等多家科研机构和企业完全自主研发的自主航行系统，采用中船重工第七〇四所研发的大容量直流综合电力推进系统，首次在同一船舶上实现直流化、智能化两大技术跨越，具有人工驾驶、远程遥控驾驶和无人自主航行三种驾驶模式，能够实现航行环境智能感知认知、自主循迹、航线自主规划、智能避碰、自动靠离泊和远程遥控驾驶。通过5G、卫星通信等多网多模通信系统，可以与港口、航运、海事、航保等岸基生产、服务、调度控制、监管等机构、设施实现协同。

“智飞”号的建造，对于我国智能航运技术发展具有重要的借鉴意义，对于我国智能船舶建造的相关标准法规制订具有指导意义，将为我国未来智能船舶和智能航运的发展提供重要经验。