孫睿婷，田宏

LNG罐箱碼頭裝卸事故后果分析及安全對策

孫睿婷，田宏

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110136）

LNG罐式集裝箱水路運輸已經成為一種新的LNG運輸模式。碼頭裝卸作為LNG罐式集裝箱水運過程中的一個重要環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生裝卸事故，可能造成嚴重的經濟財產損失。本文在對LNG罐式集裝箱碼頭裝卸進行風險分析的基礎上，對事故后果影響范圍進行理論計算，并提出安全對策，對于LNG罐式集裝箱的碼頭安全管理具有實際意義。

液化天然氣；罐式集裝箱；碼頭裝卸；風險分析

我國的天然氣需求大且資源分布不均，需要通過運輸來解決供需矛盾。目前，管道能夠直達的地區(qū)以管道運輸為好，管道難以直達或者鋪設管道不經濟時，以液化天然氣（LNG）方式運送最佳。LNG的運輸方式主要有LNG公路槽罐車陸地運輸、LNG船舶水路運輸等。LNG公路運輸成本高，而且公路沿線環(huán)境復雜多變，導致近年來LNG公路運輸事故時有發(fā)生，對生命財產安全構成威脅。LNG船舶運輸是LNG運輸的主要方式，目前船舶運輸主要通過LNG專用船進行散裝運輸，但LNG專用船舶的運輸成本較高。在這種背景下，有關專家提出了LNG罐式集裝箱運輸模式[1]。

LNG罐式集裝箱運輸具備很多優(yōu)點。首先，LNG罐式集裝箱儲運靈活，LNG罐式集裝箱宜水宜陸，宜儲宜運，既可實現多式聯運直達終端用戶，又可作為臨時儲存設施。其次，可輻射范圍廣，無海陸運輸限制，可達到管道未覆蓋的偏遠區(qū)域[2]，使用LNG罐式集裝箱路運輸還可以有效降低成本。但由于水路運輸安全涉及面廣，一旦發(fā)生事故造成的人員和財產損失將難以估計[3]。碼頭裝卸作業(yè)作為LNG罐式集裝箱海運過程中的一個重要環(huán)節(jié)，存在著較大的風險，一旦發(fā)生事故，對船舶、港口、裝卸泊位、海洋環(huán)境以及人員都將產生災難性的事故后果，因此對LNG罐式集裝箱碼頭裝卸作業(yè)進行風險分析，對于加強 LNG罐式集裝箱碼頭裝卸作業(yè)的安全管理具有重要意義。

1 LNG罐式集裝箱碼頭裝卸風險分析

對于LNG罐式集裝箱來說，LNG屬于第一類危險源，其低溫、易燃易爆等特性會對人員造成傷害。在LNG罐式集裝箱碼頭裝卸過程中，罐箱及安全附件失效、人的操作失誤以及環(huán)境等因素可能導致的LNG意外釋放，為第二類危險源。

首先，LNG罐式集裝箱由于自身問題，可能發(fā)生泄漏、變形、內容器壓力增高等情況。裝卸過程中人員的操作、配合等人為因素對裝卸作業(yè)的安全也有直接的影響。在碼頭裝卸過程中，由于LNG罐式集裝箱碼頭裝卸作業(yè)在露天進行，受到雷電、大風、大霧、照明等自然天氣的影響明顯[4]。另外，在LNG罐式集裝箱裝卸的過程中可能出現吊鉤斷裂、鋼絲繩斷裂等情況。這些危險有害因素可能導致LNG罐式集裝箱發(fā)生碰撞、墜落造成罐箱泄漏，對人員造成凍傷、中毒、窒息等傷害，泄漏的LNG遇火源會引發(fā)火災、爆炸等事故，如果LNG泄漏到船上會造成船體結構冷脆斷裂[5]。

本文采用事件樹的方法對LNG罐式集裝箱泄漏可能發(fā)生的火災爆炸的事故類型和后果進行分析，分析結果見圖1。

圖1 LNG罐式集裝箱泄漏事件樹分析

2 事故后果計算

根據事件樹分析得到的事故類型，本文選取沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE）模型、蒸氣云爆炸模型和噴射火模型對LNG罐式集裝箱泄漏的事故后果進行計算。以40 ft的LNG罐式集裝箱為例，罐箱容積42.5 m3，最高工作壓力0.76 MPa，充裝率90%。LNG的密度為430 kg·m-3，LNG的燃燒熱為56 000 kJ·kg-1。

2.1 沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE）模型

BLEVE是一種危險性極大的物理性爆炸。容器充裝過量、機械碰撞或處于火災環(huán)境中等情況，會導致容器失效破裂，此時容器內壓力平衡破壞，LNG急劇汽化，液化氣體大量泄放，遇點火源發(fā)生劇烈燃燒，形成巨大火球[6]。

火球半徑的計算：

式中：—火球直徑，m；

—火球中消耗的可燃物質量，kg，對于單罐儲存，取罐容量的50%。

火球持續(xù)時間的計算：

式中：—火球持續(xù)時間，s。

經計算得，BLEVE形成的火球半徑為60.63 m，火球持續(xù)的時間為9.41 s。

有衣服保護時，人的死亡概率：

有衣服保護時，人員二度燒傷的概率：

有衣服保護時，人員一度燒傷的概率：

式中：—熱輻射，W·m-2。

傷害半徑按50%的傷害概率計算，取r=5，代入式（3）中，得出導致人死亡的熱輻射=43 947 W·m-2。

式中：—燃燒輻射分數，取0.35；

c—LNG的燃燒熱，J·kg-1。

將得到的熱輻射代入公式（6）中，解得死亡半徑1=156.37 m。同理計算可得人員二度燒傷和一度燒傷的熱輻射和傷害半徑，計算結果見表1。

表1 BLEVE事故危險區(qū)域

2.2 蒸氣云爆炸模型

LNG罐式集裝箱泄漏后，處于爆炸極限的 LNG 蒸氣云遇到點火源會發(fā)生蒸氣云爆炸事故，其后果采用TNT當量法和超壓準則來計算，方法如下：

蒸氣云爆炸的TNT當量：

式中：TNT—LNG蒸氣云的TNT當量，kg；

—LNG蒸氣云的TNT當量系數，取4%；

—常數，在地面爆炸時取值為1.8；

f—LNG蒸氣云的總質量，kg；

f—LNG蒸氣中的燃燒熱，kJ·kg-1；

TNT—爆熱，kJ/kg，取45 00 kJ·kg-1。

如果儲罐內的液化天然氣全部泄漏，則：

式中：—單罐充裝系數，取90%；

—液化天然氣的密度，kg·m-3；

—儲罐的體積，m3。

經計算可得，f=16 447.5 kg，TNT=14 726.96 kg。蒸氣云爆炸的死亡半徑：

利用沖擊波超壓計算重傷和輕傷的范圍：

式中：△—沖擊波超壓，Pa；

—中間因子；

—蒸氣云爆炸能量值，J；

0—環(huán)境壓力，取101 325 Pa。

人員受重傷時，取△=44 kPa，人員受輕傷時，取△=17 kPa。將數據代入公式（11）和公式（12）中，得出的蒸氣云爆炸事故危險區(qū)域見表2。

表2 蒸氣云爆炸事故危險區(qū)域

2.3 噴射火事故模型

假設LNG連續(xù)釋放時發(fā)生大孔泄漏，泄漏孔直徑0.1 m，泄漏口到液面距離1 m，此時質量流速如下：

式中：m—質量流率，kg·s-1；

—儲罐內液體壓力，Pa；

0—液體泄漏系數，取0.65；

—泄漏孔面積，m2；

L—泄漏孔上方液體高度，m。

將數值代入式（14）中，可得質量流速m=121.64 kg·s-1。噴射火的火焰長度計算：

式中：—火焰長度，m。

得出火焰長度=143.67 m。距離火焰點源為(m)處接收到的熱輻射通量可用下式表示：

式中：—距離處接收的熱輻射的通量，W·m-2。

當輻射強度達到為37.5 kW·m-2時，會造成設備損壞，1 min內會造成100%人員死亡；當輻射強度為25 kW·m-2時，10 s內會讓人重度燒傷；當輻射強度為12.5 kW·m-2時，會造成人員一度燒傷。將數據代入式（16）中，可得噴射火危險區(qū)域，見表3。

表3 噴射火事故危險區(qū)域

3 安全對策

鑒于LNG泄漏事故后果比較嚴重，LNG 罐式集裝箱碼頭裝卸過程中應滿足《水路危險貨物運輸規(guī)則》《集裝箱港口裝卸作業(yè)安全規(guī)程》（GB 11602-2007）、《危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》（JT397-2007）等法律法規(guī)、標準規(guī)范的有關要求。根據LNG罐式集裝箱碼頭裝卸風險分析結果和相關法律法規(guī)，從人、設備、環(huán)境、管理幾方面提出安全對策如下：

1）選擇裝卸作業(yè)的人員時，應選派經過專業(yè)培訓與考核的、具有豐富裝卸經驗的裝卸人員，裝卸人員應詳細了解LNG的危險特性和事故應急反應措施，并嚴格按照操作規(guī)程作業(yè)。裝卸人員應按規(guī)定穿戴必要的防護用品，如防靜電工作服、工作鞋等，碼頭應備有應急防護裝備。裝卸LNG罐式集裝箱時，原則上應最后裝最先卸，裝卸過程中應穩(wěn)拿輕放，防止撞擊、滑跌、摔落以及因液體晃動而產生靜電等不安全因素的產生。

2）碼頭應按有關規(guī)定、標準要求，進行LNG罐式集裝箱裝卸作業(yè)時，現場應配備消防、應急設備，條件許可時可以安排一艘消拖兩用船進行現場監(jiān)護。作業(yè)前應檢查所使的用集裝箱裝卸設備，確保其裝卸能力與集裝箱狀態(tài)相適應。在裝卸作業(yè)前和進行作業(yè)時，對集裝箱外形結構、可活動零件、罐箱栓固情況進行檢查，確保集裝箱狀況良好。

3）夜間裝卸時應有良好的照明，碼頭所用的燈具應選擇防塵防潮的燈具。裝卸作業(yè)中遇有雷鳴、閃電等惡劣天氣或附近發(fā)生火災等危險情況時，應立即停止作業(yè)，并將LNG罐式集裝箱妥善處理。在高溫季節(jié)，港口應根據所在地區(qū)的氣候條件確定合適的作業(yè)時間，避免陽光暴曬對LNG罐式集裝箱產生不良影響。

4）從事LNG罐式集裝箱裝卸作業(yè)的港口， 應得到所在地港口行政管理部門的批準，具備危險貨物港口作業(yè)資質。港口的安全管理人員應嚴格執(zhí)行安全管理制度、安全操作規(guī)程及事故應急預案。裝卸作業(yè)開始前，應在船岸之間設置安全網。裝卸作業(yè)時，應使用防爆型對講機進行聯絡，作業(yè)區(qū)內手機必須關閉。在距裝卸地點應劃定合適的禁火區(qū)，作業(yè)人員不得攜帶火種進入作業(yè)現場，無關人員不得進入，無關船舶不得停靠。裝卸LNG罐式集裝箱時，船舶不得進行加油、加水（岸上管道除外）、拷鏟等作業(yè)。

4 結束語

本文采用事件樹的方法分析了LNG罐式集裝箱碼頭裝卸泄漏可能的事故類型和后果，選取了BLEVE、蒸氣云爆炸、噴射火3種事故模型進行后果分析，計算出了各事故模型的傷害半徑，為應急救援預案的編制提供理論依據。

根據港口裝卸相關法律法規(guī)，從人、設備、環(huán)境、管理幾個方面提出安全對策，為LNG罐式集裝箱碼頭裝卸的安全管理提供理論依據和指導。

［1］彭建華. LNG罐式集裝箱水運安全性探討[J]. 天然氣工業(yè)，2007（4）:139-141.

［2］梁嚴，周淑慧，王占黎，等. LNG罐式集裝箱發(fā)展現狀及前景[J]. 國際石油經濟，2019，27（6）：65-74.

［3］張青松. 港口水域LNG罐箱運輸定量風險評價[J]. 天然氣工業(yè)，2009，29（1）：114-116.

［4］王淵淵，黃曉穎，胡昇平. LNG罐式集裝箱水運應急處置探討[J]. 中國水運（下半月），2013，13（4）：15-16.

［5］金家坤，程康，田宇忠，等. 罐式集裝箱作為船用可移式LNG燃料罐安全性分析[J]. 船海工程，2016，45（3）：18-20.

［6］艾飛. LNG儲罐區(qū)BLEVE爆炸危險性分析及撲救對策[J]. 科技創(chuàng)新導報，2010（34）：80-82.

LNG Tank Container Terminal Loading and Unloading Accident Consequence Analysis and Safety Countermeasures

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（Shenyang Aerospace University, Shenyang Liaoning 110136, China）

Waterway transportation of LNG tank container has become a new mode of LNG transportation. Once a loading and unloading accident occursin terminal, it may cause serious economic and property losses. Based on the risk analysis of LNG tank container terminal handling, the range of accident consequences was calculated, and some safety countermeasures were put forward. The paper is of practical significance for the terminal safety management of LNG tank containers.

LNG; Tank container; Terminal handling; Risk analysis

2020-03-18

孫睿婷（1996-），女，碩士研究生，遼寧省盤錦市人，研究方向：系統(tǒng)安全及理論應用。

田宏（1964-），男，教授，博士，研究方向：系統(tǒng)安全及理論應用。

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1004-0935（2020）07-0893-04