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船舶:我们该如何安全使用LNG燃料

2019-08-13 08:55:04 来源:中国船检

LNG是天然气深冷液化后的液体,是一种清洁优质的燃料,主要由甲烷组成,组分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮或其他组分。LNG潜在的危险主要来源于其3个重要性质:低温(-163℃)、极少量的LNG可以变为很大体积的气体(1个单位体积LNG可以转变为约600个单位体积的气体)、易燃易爆(大气环境下与空气混合时,5%~15%体积浓度的天然气即可被引燃和引爆)。为了在船上安全使用LNG燃料,我们要认识到来自LNG的危险,以及LNG作为船舶燃料与船用燃油的区别。

船上来自LNG的危险

(1)低温冻伤。由于LNG是-163℃以下的深冷液体,若泄漏,人员直接接触低温LNG会被冻伤,船体结构材料接触低温LNG液体会发生脆断。因此,在可能泄漏区域工作的人员需佩戴和穿着防低温的手套、面罩、防护服装。船上需设置安全措施防止泄漏的LNG与人员和船体结构材料接触,如设置围堰、集液盘等。

(2)低温泄漏。LNG管路系统会由于内部LNG的低温,金属部件会出现明显的收缩。其法兰连接部位、焊缝、阀门、附件、密封等部位,都可能出现泄漏和沸腾蒸发。因此,需要在管路制造和连接工艺、管路密性试验等方面进行特殊考虑,尽量防止LNG管路泄漏。此外,可采用围堰、集液盘限制泄漏LNG的流动和扩散。

(3)快速相变引起的爆炸。当大量泄漏的LNG迅速与水接触时,可能出现快速相变爆炸。尽管不发生燃烧,但这种现象具有爆炸的所有其他特征。水上应用LNG一般不会发生快速相变引起的冷爆炸。

(4)静置储存LNG翻滚导致的LNG燃料舱超压。翻滚将导致大量气体在短时间内从LNG燃料舱的安全释放阀中排出,甚至使LNG燃料舱超压。为防止翻滚的发生,可采取的措施包括:使用的LNG尽量来自同一产地,或注入燃料舱时应保证充分混合;储罐采用防翻滚设计,包括设置温度、密度监测装置等。

(5)封闭管段/部件内LNG气化后导致的管段/部件超压损坏。单位体积的LNG从液态到气态,其体积要扩大约600倍。天然气在常温下不能通过加压液化。因此,两个阀门之间的封闭管段或无孔容器这类封闭空间中存留的LNG,随着温度的升高该封闭空间压力不断增大,直至封闭管段或无孔容器破坏。因此,两个阀门之间的封闭管段、LNG阀门等成套装置应设计有适当尺寸的泄压阀和/或排放孔。

(6)火灾。LNG泄漏后形成的蒸气云被引燃,如果持续泄漏,而且持续的时间比蒸汽云遇到点燃源的时间长,则可能烧回液池,形成池火。LNG管路、接口及阀件发生破裂或泄漏,如立即遇到明火则可能形成喷射火,如推迟引燃则可能形成池火。国外的研究表明,池火是LNG各种可能发生的灾害中影响最严重的一种。

(7)爆炸。LNG在船上可能发生物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸一般是LNG封闭容器(如LNG燃料舱、LNG封闭管段)受热升温后,体积膨胀和气化后封闭空间内体积不断膨胀,最终导致容器超压爆炸。化学爆炸主要是LNG或天然气泄漏后,处于爆炸范围内的可燃混合物遇点火源即发生爆炸。

一般LNG燃料舱本身发生爆炸的可能性不大,但LNG泄漏后的爆炸容易发生。LNG燃料舱发生泄漏后,由于通风不利,低温重气蒸气云聚集,在吸收空气后向上扩散,如果蒸气云的扩散受到限制,或LNG中含有的烃过多,如遇到明火则可能发生蒸气云爆炸。此外,LNG/NG管路、阀件泄漏出的天然气也容易被引爆。

LNG燃料系统与船用燃油系统

前述LNG特性和风险决定了在船上安全使用LNG与船用燃油有所不同,这些不同主要体现在燃料储存、船舶动力系统设备、人员操作、管理等方面。

可见,船舶安全使用LNG,相对于常规燃油船舶来说,由于LNG的低温特性、易燃易爆、液气两相转换体积的剧烈膨胀会带来额外风险,在LNG燃料储存、加注、布置、管路等方面需要进行特殊考虑。

船舶安全使用LNG燃料的鲜明特点还体现在某些设计需要开展针对性的风险评估。比如,当电力供应是维持船体结构温度保持在正常营运限制的必要条件时,则应对供电系统进行故障进行失效模式及影响分析(FMEA)。又比如,为了评估发动机高压供气管系是否能正常运行,其安全措施是否足够,可利用危险与可操作性分析(HAZOP)来对其进行详细完整的分析。为便于船上使用LNG的各种相关风险分析的顺利进行,CCS编制了《风险分析评估指南》,预计2019年底正式发布。

LNG燃料船的船员培训

LNG在船上的安全使用,除了依靠船舶自身的合理布置和系统的特殊设计,还需要制定科学合理的人员操作程序,并对LNG燃料船的船员开展操作和培训。以LNG燃料动力船的LNG加注这一环节为例,除了将加注站布置在露天甲板通风良好处,加注接口下方设置水帘、集液盘,选用合适的软管连接,采用干式断开型加注接头,配备合理通讯设施等船舶措施外。还应特别注意对LNG加注操作人员的培训,这些特殊培训包括正常的加注前检查、加注方与受注方通信、人员进入、应急响应等方面。需要指出的是,由于存在多种加注形式(如:槽车对LNG动力船加注、LNG加注船对LNG动力船加注),且LNG燃料加注环节中,人员操纵的重要性比燃油船舶更突出。因此,一方面需要通过制定合理的LNG燃料加注操作手册保证LNG燃料的安全使用。另一方面,由于现阶段的LNG的燃料作业必须通过人来实施,所以需要对操作人员开展针对性培训。为从整个环节提高船舶使用LNG的安全性,CCS通过对LNG在船上使用的全流程研究,制定了相关规范、指南等,并可为相关方提供具体风险分析、编制加注作业流程等服务,最大程度、最大范围为船舶安全使用LNG提供技术服务。在LNG燃料加注方面,CCS通过总结提炼,形成了《液化天然气燃料加注作业指南》(2017),为LNG燃料加注负责人、操作者和相关人员提供指导性建议。

除了制定合理的操作程序,人员培训对保证LNG燃料的安全使用更加重要。从STCW公约(海员培训、发证和值班标准国际公约)及有关行业标准指南来看,与燃油船舶相比,LNG燃料动力船的船员培训较复杂。体现在LNG动力船的船员培训内容多、难度大、要求高。特别是高级船员的培训,LNG燃料动力船的船员培训要求高级船员具备燃料实际操作或液化气运输船货物作业的经历。为此,为保证船舶安全使用LNG燃料,我们建议人员培训应注意以下几个方面:

(1)理解IMO和船旗国政府关于船员培训的要求,特别是IGF规则,STCW公约的要求。

(2)充分利用船公司资源优势开展船用LNG燃料的相关培训。船公司对于船舶、船上LNG设备,图纸资料具有优势。如果船员培训机构能在船公司协助下制定培训教材和课程,开展LNG安全使用方面的特殊培训,实效更好,更利于船员的LNG安全操作。

(3)注重实际操作训练。特别是对于LNG燃料动力船这种新的燃料动力型式,现阶段缺乏相应的实际操纵经验,更应注重实际操作训练。此外,LNG燃料动力船本身虽然安全可靠,清洁环保,但其低温冻伤、火灾、爆炸等额外风险也会给船员带来新的问题。因此,船员必须熟练掌握LNG燃料船舶在安全防护、设备保养、加注作业等各个环节的操作要点。

(4)建立LNG燃料动力船相关的安全管理体系,加强船员的日程管理和培训;在全管理体系应考虑使用LNG作为燃料的特殊性,制定有针对性的管理规定。

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