薄膜型LNG船泄漏事故研究

高建豐，袁健威，徐文祥，邱云欽

（1.浙江海洋大學(xué) 石化與能源工程學(xué)院，浙江 舟山 306022；2.臨港石油天然氣儲運(yùn)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 306022）

0 引 言

近年來，隨著液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）的引進(jìn)，LNG項(xiàng)目在我國得到不斷發(fā)展，LNG船數(shù)量在不斷增加的同時(shí)也帶來更多的海上交通事故，對海上的人命財(cái)產(chǎn)安全、海洋環(huán)境保護(hù)及碼頭區(qū)域的安全都構(gòu)成了一定的威脅。一艘16萬m3LNG 船滿載時(shí)儲運(yùn)的LNG所蘊(yùn)含的總能量約為廣島原子彈能量的70倍，一旦發(fā)生LNG泄漏事故，后果不堪設(shè)想。1977年，“Aquarius”號LNG船在裝貨過程中因液位報(bào)警系統(tǒng)失效，導(dǎo)致液貨艙超壓泄漏[1]。1999年，71500m3的 “Methane Polar”號LNG船在靠泊時(shí)撞到并損壞了泊位，致使碼頭關(guān)閉2周。據(jù)DNV，Lloyd’s，SIGTTO，OSC和Douglas Westwood等機(jī)構(gòu)多年來對LNG船舶事故的追蹤研究，1964—2010年發(fā)生的有詳細(xì)記錄的LNG船事故共45起[2]。根據(jù)對已發(fā)生事故進(jìn)行的分析，LNG船事故主要以LNG泄漏事故為主。在裝卸、運(yùn)輸過程中導(dǎo)致LNG泄漏事故發(fā)生的因素有很多，如船舶碰撞、擱淺、遭遇惡劣天氣、船舶內(nèi)部LNG艙室系統(tǒng)故障及操作失誤等。由于LNG船的造價(jià)高昂且所裝載的LNG蘊(yùn)含十分龐大的能量，一旦發(fā)生事故，不僅會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會危及人身安全。因此，為確保 LNG船能安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，不發(fā)生任何大的事故，應(yīng)提前采取合理有效的措施來預(yù)防。提高LNG船安全保障系統(tǒng)的性能，保障LNG船能安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，對我國能源產(chǎn)業(yè)及環(huán)保事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。利用事故樹基本理論對 LNG船進(jìn)行分析，可有效分析出導(dǎo)致事故發(fā)生的各種因素，為提前采取合理有效的措施提供理論依據(jù)。

1 事故樹基本理論

1.1 事故樹分析法簡介

事故樹分析通常根據(jù)頂上事件來逐步分析導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素和間接因素，最終分析得到系統(tǒng)的基本事件。通過“與”門、“或”門及“條件”門等將各類基本事件與中間事件和頂上事件連接在一起，并用一種稱作事故樹的樹形圖表示出來。

1.2 事故樹分析的基本程序

事故樹分析是根據(jù)已發(fā)生的事故和推測以后可能發(fā)生的事故提供的信息，去分析導(dǎo)致事故發(fā)生的各種因素，從而采取正確的防范措施，預(yù)防同類事故再次發(fā)生。事故樹分析步驟見圖1。

圖1 事故樹分析步驟

2 建立薄膜型LNG船泄漏事故樹

本文主要對薄膜型 LNG船進(jìn)行研究。將薄膜型 LNG船泄漏作為頂上事件，通過查閱歷年來發(fā)生的LNG船泄漏事故分析出誘導(dǎo)因素。通過歸納總結(jié)出導(dǎo)致薄膜型LNG船發(fā)生泄漏事故的原因?yàn)椋捍w結(jié)構(gòu)損壞、液貨艙損壞及卸料臂損壞等。船體結(jié)構(gòu)損壞、液貨艙損壞及卸料臂損壞皆為中間二級事件，進(jìn)一步分析出導(dǎo)致各二級事件發(fā)生的原因，并繼續(xù)逐層深入分解，找到代表各種故障形式的基本原因件。最終構(gòu)建出薄膜型LNG船泄漏事故樹（見圖2），該事故樹由27個(gè)各級中間事件（見表1）、36個(gè)基本事件（見表2）、10個(gè)邏輯“與”門及17個(gè)邏輯“或”門構(gòu)成。

圖2 薄膜型LNG船泄漏事故樹

表1 中間事件清單

表2 基本事件清單

由建立好的事故樹可知，導(dǎo)致薄膜型 LNG船發(fā)生泄漏事故的原因可分為人為因素、系統(tǒng)自身因素和環(huán)境因素等3類，其中：人為因素主要指LNG船上的工作人員未按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范操作引發(fā)的事故，如船舶碰撞、擱淺等；系統(tǒng)自身因素主要指系統(tǒng)內(nèi)部元件因使用期限過長、老化等原因?qū)е碌墓收?，如管道使用年限過長等；環(huán)境因素指雷擊、風(fēng)浪擊打等。

3 薄膜型LNG船泄漏事故定性分析

據(jù)1964—2010年的事故統(tǒng)計(jì)資料，這期間共發(fā)生LNG 船泄漏事故18 起，占所有事故的40%，其中：有7起是在裝卸貨過程中操作不當(dāng)引起的；有3起是由船舶碰撞及擱淺造成的；有2起是由雷擊造成的；其余泄漏事故大多是由液貨艙泄漏及卸料臂損壞造成的[3-4]。由于記錄在案的LNG船泄漏事故很少，沒有足夠多的具有說服力的歷史數(shù)據(jù)，因此通過對部分歷史事故進(jìn)行研究及對薄膜型 LNG船結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致泄漏事故發(fā)生的最基本事件。采用事故樹的定性分析法對薄膜型LNG船泄漏事故進(jìn)行分析。

與定量分析不同，在事故樹定性分析中，各基本事件只有發(fā)生和不發(fā)生 2種情況（即“1”和“0”2種情況），不必像定量分析一樣求取各基本事件發(fā)生的概率。這樣便可分析沒有大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的事故及可能發(fā)生的事故。

3.1 求取最小割集

利用布爾代數(shù)法計(jì)算LNG船泄漏事故樹的所有最小割集為：{X1},{X10,X11},{X10,X12},{X13,X14},{X15,X16},{X17},{X18},{X2},{X19,X20},{X19,X21},{X19,X22},{X19,X23},{X24},{X25},{X26},{X27},{X28},{X3},{X29},{X30},{X31,X32},{X33,X34},{X33,X35,X36},{X4,X5}{X4,X6},{X7},{X8},{X9,X11},{X9,X13}。

3.2 底事件結(jié)構(gòu)重要度分析

底事件結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算式為

式(1)中：k為該事件中最小割集的個(gè)數(shù)；Er為第r個(gè)最小割集；mr為最小割集中含有的基本事件個(gè)數(shù)；Xi為第i個(gè)基本事件；Ik(i)為基本事件的割集重要度系數(shù)。

運(yùn)用式(1)計(jì)算各事件的重要度系數(shù)并相互比較，可得：I(X30)=I(X29)=I(X28)=I(X27)=I(X26)＞I(X19)＞I(X25)= I (X24)= I (X18)= I (X17)= I (X8)= I (X7)= I (X3)= I (X2)= I (X1)= I (X13)= I (X11)= I (X10)= I (X9)＞I (X33)＞ I (X34)= I (X32)= I (X31)= I (X23)= I (X22)= I (X21)= I (X20)= I (X16)= I (X15)= I (X14)= I (X13)=I (X4)＞ I (X36)= I (X35)= I (X6)= I (X5)。由上述計(jì)算得出的結(jié)構(gòu)重要度的比較可知，在表2中的各基本事件中：卸料臂伸展過長(X30)、管道材質(zhì)不合格(X29)、管道使用年限過長(X28)、法蘭密封失效(X27)及閥門泄漏(X26)對薄膜型LNG船發(fā)生泄漏事故的影響最大；濕度計(jì)損壞(X19)、無干燥劑或干燥劑失效(X18)、干燥器損壞(X17)、船舶碰撞(X1)、船舶擱淺(X2)及系泊松動(X3)等對薄膜型 LNG船發(fā)生泄漏事故的影響較大；雷電擊中船體(X4)和電液控制系統(tǒng)失控(X35)等對薄膜型LNG船發(fā)生泄漏事故的影響較小。

4 結(jié)果分析及安全防護(hù)措施

根據(jù)上述基本事件結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果，對比已統(tǒng)計(jì)的歷史數(shù)據(jù)可知，重要度高的基本事件并不一定是導(dǎo)致事故經(jīng)常發(fā)生的基本事件，兩者并不能完全重合。這是因?yàn)椴煌臼录陌l(fā)生概率不同，重要度高的基本事件往往被重點(diǎn)關(guān)注，例如管道材質(zhì)不合格、管道使用年限過長等基本事件會經(jīng)常受到工作人員的重點(diǎn)關(guān)注，因此此類事件發(fā)生的概率會很小。由此可知，導(dǎo)致 LNG船發(fā)生泄漏事故的諸多因素是可人為避免的，通過加強(qiáng)工作人員落實(shí)相關(guān)安全規(guī)范來減少 LNG船泄漏事故的發(fā)生是切實(shí)可行的。出于保障LNG船的安全考慮，針對其發(fā)生事故的誘導(dǎo)因素的不同，可從以下3個(gè)方面提出安全防護(hù)措施。

1) 在設(shè)計(jì)選型和部件老化及故障方面，可采取以下措施：

(1) 選用型號匹配的合格閥門，并安排工作人員定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換；

(2) 安排工作人員經(jīng)常檢查各管線，密切注意管線是否老化、破裂，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換；

(3) 定期對液貨艙內(nèi)部各部件進(jìn)行檢測，提前發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障并予以解決。

2) 在工作人員的安全操作方面，可采取以下措施：

(1) 加強(qiáng)對卸料臂操作人員的培訓(xùn)，保證其能按照安全規(guī)范正確操作卸料臂；

(2) 提高相關(guān)操作人員的專業(yè)素養(yǎng)，按要求對涉及LNG 操作的人員進(jìn)行培訓(xùn)、考核，保證相關(guān)人員有資格進(jìn)行安全操作。

3) 在安全預(yù)警方面，可采取以下措施：

(1) 做好航線計(jì)劃，對LNG船的航跡進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，以保證船舶不偏離航道，避免發(fā)生碰撞、觸礁等事故；

(2) 在天氣惡劣或能見度低的環(huán)境下禁止LNG船進(jìn)出港，在LNG船航行期間，提前做好天氣預(yù)報(bào)工作；

(3) 加強(qiáng)對LNG船海事安全監(jiān)督管理的研究，從而最大限度地降低LNG船在停泊、卸載作業(yè)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

5 結(jié) 語

本文通過運(yùn)用事故樹分析法分析薄膜型LNG船泄漏事故，成功地遞進(jìn)分析出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最終因素，同時(shí)針對分析出的因素給出了相應(yīng)的預(yù)防處理措施，體現(xiàn)出了事故樹分析法全面、簡潔、可靠及靈活易懂的特點(diǎn)。該方法是系統(tǒng)安全工程中最重要的分析法之一。

【 參 考 文 獻(xiàn) 】

[1] 王衡元.大型LNG船建造研究[J].船舶工程，2005, 27 (S1): 46-51.

[2] PITBLADO D R.LNG Accidents Review[R].Norway: DNV, 2002: 5-10.

[3] 張文海.LNG船歷史事故研究[J].船舶，2011, 22 (4): 1-5.

[4] 張濤，高彩魁，羅明星.LNG船國產(chǎn)化研究[J].天然氣工業(yè)，2010, 30 (7): 76-79.

[5] 劉良喜．LNG船舶在港期間海事監(jiān)管的安全性探討[J].天津航海，2010 (2): 30-32.