萬松嶺，朱發(fā)新，王帥軍，姚凱慧，盧 瑋，韋和陸

(浙江海洋大學(xué) 港航與交通運(yùn)輸工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展以及各國國際貿(mào)易的加強(qiáng)，原油和成品油運(yùn)輸船繼續(xù)保持較高的增長勢頭[1]。由于大部分油船裝載著多達(dá)上萬噸甚至是幾十萬噸的油品，自身存在危險(xiǎn)性，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。由烴類物質(zhì)組成的半液半固態(tài)的可燃性原油，在船舶的晃蕩以及在船舶上使用自身原油時(shí)需要對(duì)其加熱等原因，使得液貨艙里原油中的油氣揮發(fā)加劇，與液貨艙中其它氣體如:氧氣、碳?xì)浠?、氮氧化物以及惰性氣體等氣體組成的油氣混合物發(fā)生泄漏與擴(kuò)散，同時(shí)由于油船原油裝卸、艙室清洗以及船舶操作不當(dāng)?shù)热藶橐蛩?，在油船上可能出現(xiàn)油氣燃燒和爆炸,燃燒爆炸后產(chǎn)生的污染、有毒氣體會(huì)造成人員傷亡、液貨艙碰撞和擱淺、海上溢油等危險(xiǎn)因素，一旦這些危險(xiǎn)因素處理不當(dāng)，將發(fā)生嚴(yán)重的事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1 油船晃蕩液貨艙油氣處理常用方式

1.1 油氣處理的常用方式

1)吸收法。吸收法是指在環(huán)境溫度和壓力下吸入混合氣體里的烴類成分,而不吸收其他成分，然后再進(jìn)行解吸烴類組分達(dá)到油氣收集利用的目的。

2)吸附法。吸附法指利用活性炭等對(duì)混合氣體中的組分和其他氣體吸附親和性不同,將其組分與其他氣體分開,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)組分的分類再利用。如果產(chǎn)生的混合物濃度較高,吸附材料可能會(huì)迅速進(jìn)入飽合狀態(tài),這時(shí)對(duì)吸附裝置的利用時(shí)間、解吸過程的穩(wěn)定性與安全性等方面提出了全面技術(shù)目標(biāo)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、制冷介質(zhì)與混合氣體進(jìn)行熱量交換,在常壓下將混合氣體溫度降低至一定范圍內(nèi),使全部烴類物質(zhì)冷凝為液體并收集利用,其他氣體可以直接排放。

4)膜分離法。膜分離法是指利用內(nèi)外濃度差對(duì)氣體的滲透性差異,標(biāo)定壓力下油氣混合物各物質(zhì)成分在膜內(nèi)具有各不一樣的滲透速度,實(shí)現(xiàn)油氣與其他氣體的分離。

5)催化氧化燃燒法。催化氧化燃燒法操作可行，成本低,并且油氣的燃燒熱也可以再利用，但涉及到大氣污染問題。

6)其他方法是指幾種方法的綜合處理法,如吸收法和催化氧化燃燒法，先分散吸收再集中進(jìn)行催化氧化燃燒處理，其經(jīng)濟(jì)性和吸收法相差不大。

以上方法在民用加油站點(diǎn)、油庫基地、油罐儲(chǔ)藏等領(lǐng)域已經(jīng)得到了大量應(yīng)用，有效減少了對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)人員的毒害，而且能夠二次回收利用廢氣廢熱，但是這些方法在船舶上應(yīng)用極少。

1.2 油船液貨艙油氣處理的常用方式

船舶在原油裝載或卸載以及航行途中，由于液貨艙晃蕩，原油將會(huì)加劇油氣蒸發(fā)，油艙氣相區(qū)的混合氣體也逐漸增加，當(dāng)存在明火作業(yè)情況時(shí)，液貨艙就極易發(fā)生火災(zāi)或爆炸。同樣，這種含油氣的混合氣體如果不經(jīng)處理，直接排向舷外，將造成生物受害、大氣污染等。因此，這種揮發(fā)逸出的油氣不加處理不可直接排放。

當(dāng)前，油艙油氣處理過程中常用方法是在船舶上充入惰性氣體提高艙室壓力，阻止油氣揮發(fā)或者設(shè)置呼吸閥將油氣排放到大氣中。即：在液貨艙的氣相區(qū)充入一些惰性氣體，使液貨艙氣相區(qū)的油氣濃度減小，防止液貨艙發(fā)生火災(zāi)事故。隨著原油不停蒸發(fā)油氣，艙室的油氣濃度及壓力慢慢增加，當(dāng)油氣壓力小于或者是大于呼吸閥的啟動(dòng)閥門壓力時(shí)，呼吸閥主動(dòng)進(jìn)行啟閉，通過呼吸閥向舷外排放油氣，直到油氣壓力下降到呼吸閥關(guān)閉閥門壓力，呼吸閥主動(dòng)進(jìn)行啟閉，此刻液貨艙的混合氣體濃度最低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃燒相應(yīng)的油氣值，減少液貨艙燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)性，確保船舶正常航行以及人員生命的安全。

2 油船晃蕩液貨艙風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程理論

人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程是利用系統(tǒng)科學(xué)理論以及系統(tǒng)工程方法2種方式的結(jié)合，準(zhǔn)確解決各個(gè)因素之間聯(lián)系,從而形成研究系統(tǒng)最佳的一門學(xué)科，把其作為發(fā)展方向，以發(fā)揮其最大效能[2]。其中管理這個(gè)特定的要素在當(dāng)今系統(tǒng)科學(xué)理論不斷發(fā)展和變化的情況下，逐漸被越來越多的學(xué)者所肯定。進(jìn)而，更加完善合理的人—機(jī)—環(huán)境—管理系統(tǒng)工程理論出現(xiàn)。

2.2 液貨艙晃蕩系統(tǒng)的作用

油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)的組成部分和作用見表1。

表1 油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)組成的作用

2.3 液貨艙晃蕩的作業(yè)過程[3]

2.3.1 油船裝載貨油作業(yè)過程

1)裝載貨油籌備階段。排查船岸的電線、設(shè)備絕緣和接地、油位測量裝置、貨油軟管、輸油臂、盛油桶或者盛油柜、消防工具、通海閥和舷外排放閥、閥門液壓油動(dòng)力站操作系統(tǒng)、安全裝置和報(bào)警系統(tǒng)、圍油欄、應(yīng)急纜、排水孔、惰性氣體系統(tǒng)等是否處于正常狀態(tài)。

2)裝載貨油開始階段。大副是總指揮，制定裝油計(jì)劃，由二副(三副或駕助)具體操作，值班駕駛員和水手在甲板上值班；經(jīng)過船岸雙方核實(shí)可以裝載貨油之后，才可以手動(dòng)打開出口總管；通知岸方開始低速泵油，檢查貨油流動(dòng)、裝油貨艙閥門狀態(tài)、管系和閥門泄漏、海上溢油以及透氣系統(tǒng)等是否正常。排查結(jié)束后，大副可以告知岸方逐漸增加裝載液貨速度，一直到一切穩(wěn)定后為止。

3)裝載貨油正常階段。進(jìn)行必要的壓載水調(diào)撥工作，避免船舶橫傾和縱傾；注意液貨艙油位，每隔一段時(shí)間(一般為2 h)記錄裝貨數(shù)量和空當(dāng)高度(液貨艙上層氣體空間的高度)，并注意船舶吃水、干舷高度以及潮汐變化情況等；船岸雙方時(shí)刻進(jìn)行通話，發(fā)生任何緊急事故立刻通知岸方，停止裝油，并實(shí)施緊急措施。

4)裝載貨油收尾階段。值班駕駛員應(yīng)注意液貨艙油位或空當(dāng)高度，在裝油作業(yè)即將完成時(shí)，告知岸方降低裝油速度，同時(shí)值班船員注意其他液貨艙關(guān)閉閥門做好收尾，然后排查液貨狀況最后的掃尾工作。如某液貨艙裝載即將達(dá)到規(guī)定的裝載高度，應(yīng)先打開下一個(gè)需要作業(yè)的液貨艙閥門，之后關(guān)閉該液貨艙閥門。

5)裝載貨油最后階段。觀看船舶吃水，以便計(jì)算裝載貨油量，再?zèng)Q定是否裝載差額油量。由于裝載液貨還沒有結(jié)束，油品的具體數(shù)量很難計(jì)算，所以差額油量一般是最后裝船；停閉輸油，打開泄放系統(tǒng)的有關(guān)閥門與收集油液貨艙(管路相近)的下艙閥門，啟動(dòng)高壓空氣或氮?dú)庀到y(tǒng)，向輸油管中增加壓力，即馬上進(jìn)行收油工作；收油完成后，拆卸輸油管；最后排查相關(guān)液貨艙閥的停閉位置，確定全部閥門都停閉。

2.3.2 油船卸載貨油作業(yè)過程

1)卸載貨油準(zhǔn)備階段。由大副制定卸載貨油計(jì)劃，確保省時(shí)、安全和順利卸貨；船岸雙方針對(duì)最大卸貨速度、總管最高壓力、卸油程序、軟管數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)和尺寸、總管數(shù)量、纜繩數(shù)量、船舶配載、污油水處理、洗艙作業(yè)、船舶吃水和橫縱傾等進(jìn)行信息交換和協(xié)商；逐一對(duì)安全檢查事項(xiàng)進(jìn)行排查認(rèn)定，做好已有油液的計(jì)算等。

2)卸載貨油開始階段。檢查潤滑情況，確定機(jī)器軸封、泵閥及管路等無外泄；開啟離心泵吸入閥，停閉排出閥；啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，逐漸提高泵的轉(zhuǎn)速，待泵出口建立起正壓后緩慢開啟排出閥，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定正常后，再轉(zhuǎn)換到貨控室遙控控制。

3)卸載貨油正常階段。在卸載貨油期間，需要檢查液貨艙及離心泵的狀態(tài)，防止出現(xiàn)不正常情況。根據(jù)需要可以將離心泵進(jìn)行串并聯(lián)使用，或使用節(jié)流、回流及變速調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)離心泵的工況，避免產(chǎn)生汽蝕；在卸油階段，可以進(jìn)行惰性氣體系統(tǒng)調(diào)試，將通往液貨艙艙室內(nèi)的惰性氣體壓力調(diào)到較大值，使得液貨艙內(nèi)液面上油氣混合物的壓力比大氣壓稍高一些，保障油船的安全和防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。在卸油的最后階段，降低離心泵的轉(zhuǎn)速或關(guān)小離心泵的排出閥開度，達(dá)到降低離心泵的排量，使離心泵正常工作。

4)掃艙作業(yè)階段。該階段是卸油最重要的時(shí)段。在啟動(dòng)掃艙泵之前，排查各摩擦運(yùn)動(dòng)部位潤滑情況；開啟氣缸及潤滑箱上的閥，使掃艙泵緩慢暖機(jī)；排氣暖機(jī)結(jié)束后，開足排氣閥，逐漸打開蒸氣閥，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行暖缸；觀察壓力表讀數(shù)，同時(shí)緩慢開啟進(jìn)氣閥，等殘水放完后，把全部的殘水泄放閥停閉；確認(rèn)氣缸的填料函處沒有蒸氣泄漏和油缸填料函處沒有油泄漏，同時(shí)檢查各相關(guān)部位；掃艙泵停閉時(shí)，應(yīng)注意關(guān)掉蒸氣閥，開啟相關(guān)殘水泄放閥，泄放殘水。另外，在工作泵停止后，關(guān)掉排氣閥和其它相關(guān)的閥門。

5)掃線作業(yè)階段。該階段將要結(jié)束時(shí)，大副和有關(guān)人員使用儀器計(jì)算液貨艙的剩余貨物，檢查是否干艙，然后進(jìn)行掃線工作。操作好掃艙泵，將所有相關(guān)的閥門全部開啟，讓余下原油流出；在甲板的貨艙末端打開氣閥，以防內(nèi)部真空使掃線作業(yè)變得艱難。

6)最后階段。掃線作業(yè)完成后，岸方利用壓縮空氣(或氮?dú)?進(jìn)行吹掃，把原油從輸油臂吹掃到船上的液貨艙艙室內(nèi)。接著進(jìn)行壓載艙調(diào)撥作業(yè)，確保油船具有安全吃水高度，最終使液貨艙里充滿惰性氣體，艙室惰性氣體的壓力值到達(dá)指定的位置，液貨艙被密封，以確定閥門處于穩(wěn)定狀況。

2.3.3 油船液貨艙貨油洗艙作業(yè)過程

1)預(yù)備工作應(yīng)包含確定艙室含氧值，掛好警告牌，進(jìn)行安全排查等。

2)調(diào)節(jié)油船橫向以及縱向傾斜狀況、艙室油液量到所需位置。

3)作業(yè)開始用噴油器進(jìn)行掃艙；在泵之間開啟閥門；低速使用貨油泵為洗艙管路或噴油器供油，打開洗艙閥并把速率調(diào)整為3/4，保持甲板上的洗艙機(jī)總閥處于打開狀態(tài)，增加油泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，漸漸開啟洗艙管道上的主閥，在原油清洗管道中進(jìn)行氣體清除；氣體排完后主路閥門完全打開。

4)在作業(yè)操作過程中，應(yīng)控制貨艙內(nèi)的原油溫度變化、氣壓高低和含氧量數(shù)值，以確保液貨艙無泄漏現(xiàn)象發(fā)生。

5)作業(yè)結(jié)束，當(dāng)洗艙機(jī)洗到0°時(shí)，先把貨油泵轉(zhuǎn)速降下來，停閉支管總閥，并閉洗艙機(jī)，然后停閉帶動(dòng)機(jī)組吸排閥門；如果留有殘油，需繼續(xù)掃艙一段時(shí)間，等到殘油完全排凈；停閉該艙水箱內(nèi)的蒸氣閥，一直到所有艙清掃結(jié)束，停閉原油管路；管道內(nèi)留有殘油需要用掃艙泵掃至集油艙艙室里；關(guān)閉甲板上洗艙總閥，打開甲板上所有原油洗艙閥及支管主閥，一定時(shí)間后再全部關(guān)閉上述閥門。

3 油船晃蕩液貨艙系統(tǒng)危害

3.1 油氣逃逸造成的危害

1)在油船的貨油裝載卸運(yùn)作業(yè)過程中，從液貨艙呼吸閥或艙口排出的油氣混合氣體導(dǎo)致液貨艙外部的大氣成為可燃混合油氣，這種可燃混合氣體擴(kuò)散，可能使生活區(qū)、廚房和機(jī)艙等貨物甲板以外的區(qū)域也具有可燃混合氣體，而這些可燃混合氣體使油船存在火災(zāi)的隱患，由于油氣混合物的特性，容易擴(kuò)散到船舶其他的區(qū)域，使已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)的艙室再次引燃其他區(qū)域，進(jìn)而出現(xiàn)更加嚴(yán)重的火災(zāi)事故。

2)油氣的逸出與泄漏都會(huì)影響燃油燃燒。從液貨艙逃逸擴(kuò)散的油氣主要為貨油中的輕質(zhì)烴類，因此使燃燒熱值下降。

3)油氣混合氣體含有有毒的氣體碳?xì)浠衔?，油氣比空氣密度略大，所以排出的混合氣體都聚集在低處，對(duì)船舶人員身體健康造成很大危害。其中危害包括中毒癥狀,對(duì)呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)中樞系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，出現(xiàn)呼吸困難、頭昏、乏力、惡心、嘔吐等現(xiàn)象，另外油氣對(duì)人呼吸道的影響和刺激也非常大。混合氣體被排放到環(huán)境中，不僅直接危害社會(huì)，而且產(chǎn)生了光化學(xué)煙霧，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)主要危害之一。

3.2 油氣燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)危害

油氣爆炸燃燒是一個(gè)化學(xué)變化過程，油氣爆炸的形成是由于液貨艙內(nèi)壓力急劇升高而引起的一種物理變化，兩者有很多共同點(diǎn)。當(dāng)液貨艙中的油、氣、氧達(dá)到一定濃度時(shí)，可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)、靜電火花、熱加工作業(yè)等，混合氣體將被引燃，并迅速擴(kuò)散到整個(gè)液貨艙，由于油氣快速膨脹，致使液貨艙內(nèi)壓力升高，同時(shí)因?yàn)榕撌铱臻g的限制，導(dǎo)致壓力不斷的升高，直至液貨艙的艙壁達(dá)到承受極限而爆裂，產(chǎn)生初始爆炸，初始爆炸后破損的液貨艙或破艙口的油氣接觸到更多氧氣，如果在此過程中處理或控制不當(dāng)，則有可能發(fā)生更為猛烈的二次爆炸。當(dāng)然，同一液貨艙發(fā)生二次爆炸是不多見的。爆炸是一種火種傳播方式，爆炸物為隔壁艙提供火源，會(huì)造成隔壁油艙油品發(fā)生燃燒甚至爆炸。

3.3 液貨艙碰撞和擱淺風(fēng)險(xiǎn)危害

航行中的油船隨時(shí)可能發(fā)生撞擊、擱淺等狀況，據(jù)研究表明，其中2艘船垂直相撞時(shí)損壞性最大。液貨艙艙室垂直碰撞會(huì)造成結(jié)構(gòu)損壞，進(jìn)而造成貨油泄漏，破壞海洋生態(tài)。還可能出現(xiàn)液貨艙失火、人員傷亡和船舶即時(shí)沉沒等更嚴(yán)重的后果。

3.4 海上貨油泄漏風(fēng)險(xiǎn)危害

在油船裝卸貨油作業(yè)過程中，因?yàn)檩斢凸荛y門的停閉或未足量開啟，將會(huì)發(fā)生油壓力增加；或者輸油管道損壞腐蝕，引起輸油管斷裂，導(dǎo)致海上裝卸貨油作業(yè)時(shí)發(fā)生溢油事故。在油船航行途中，由于發(fā)生撞擊、擱淺和油艙結(jié)構(gòu)腐蝕損壞等，也將產(chǎn)生溢油事件。近海石油泄漏不僅直接導(dǎo)致了貨油的損耗，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且由于原油成分復(fù)雜、難分解的特性，對(duì)人體帶來毒害作用，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來更大的危害。

4 結(jié)束語

油船晃蕩液貨艙潛在風(fēng)險(xiǎn)不可避免，但是船舶風(fēng)險(xiǎn)可以進(jìn)行控制，控制措施的有效實(shí)施可以最大程度地避免船舶事故的發(fā)生。本文的油船晃蕩液貨艙風(fēng)險(xiǎn)及其危害分析屬于前期研究，后續(xù)可以對(duì)油船液貨艙風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制、風(fēng)險(xiǎn)演變規(guī)律、模型試驗(yàn)、仿真分析以及船舶液貨艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化等內(nèi)容作進(jìn)一步的研究。