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 石化與能源工程學院，浙江 舟山 306022；2.臨港石油天然氣儲運技術國家地方聯合工程實驗室，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，LNG項目在我國得到不斷發展，LNG船數量在不斷增加的同時也帶來更多的海上交通事故，對海上的人命財產安全、海洋環境保護及碼頭區域的安全都構成了一定的威脅。一艘16萬m3LNG 船滿載時儲運的LNG所蘊含的總能量約為廣島原子彈能量的70倍，一旦發生LNG泄漏事故，后果不堪設想。1977年，“Aquarius”號LNG船在裝貨過程中因液位報警系統失效，導致液貨艙超壓泄漏[1]。1999年，71500m3的 “Methane Polar”號LNG船在靠泊時撞到并損壞了泊位，致使碼頭關閉2周。據DNV，Lloyd’s，SIGTTO，OSC和Douglas Westwood等機構多年來對LNG船舶事故的追蹤研究，1964—2010年發生的有詳細記錄的LNG船事故共45起[2]。根據對已發生事故進行的分析，LNG船事故主要以LNG泄漏事故為主。在裝卸、運輸過程中導致LNG泄漏事故發生的因素有很多，如船舶碰撞、擱淺、遭遇惡劣天氣、船舶內部LNG艙室系統故障及操作失誤等。由于LNG船的造價高昂且所裝載的LNG蘊含十分龐大的能量，一旦發生事故，不僅會帶來巨大的經濟損失，還會危及人身安全。因此，為確保 LNG船能安全、穩定地運行，不發生任何大的事故，應提前采取合理有效的措施來預防。提高LNG船安全保障系統的性能，保障LNG船能安全、穩定地運行，對我國能源產業及環保事業的穩定發展具有深遠的意義。利用事故樹基本理論對 LNG船進行分析，可有效分析出導致事故發生的各種因素，為提前采取合理有效的措施提供理論依據。

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頂上事件來逐步分析導致事故發生的直接因素和間接因素，最終分析得到系統的基本事件。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

事故樹分析是根據已發生的事故和推測以后可能發生的事故提供的信息，去分析導致事故發生的各種因素，從而采取正確的防范措施，預防同類事故再次發生。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，通過查閱歷年來發生的LNG船泄漏事故分析出誘導因素。通過歸納總結出導致薄膜型LNG船發生泄漏事故的原因為：船體結構損壞、液貨艙損壞及卸料臂損壞等。船體結構損壞、液貨艙損壞及卸料臂損壞皆為中間二級事件，進一步分析出導致各二級事件發生的原因，并繼續逐層深入分解，找到代表各種故障形式的基本原因件。最終構建出薄膜型LNG船泄漏事故樹（見圖2），該事故樹由27個各級中間事件（見表1）、36個基本事件（見表2）、10個邏輯“與”門及17個邏輯“或”門構成。

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，導致薄膜型 LNG船發生泄漏事故的原因可分為人為因素、系統自身因素和環境因素等3類，其中：人為因素主要指LNG船上的工作人員未按標準規范操作引發的事故，如船舶碰撞、擱淺等；系統自身因素主要指系統內部元件因使用期限過長、老化等原因導致的故障，如管道使用年限過長等；環境因素指雷擊、風浪擊打等。

3 薄膜型LNG船泄漏事故定性分析

據1964—2010年的事故統計資料，這期間共發生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據，因此通過對部分歷史事故進行研究及對薄膜型 LNG船結構進行分析，找出導致泄漏事故發生的最基本事件。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，各基本事件只有發生和不發生 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生的概率。這樣便可分析沒有大量統計數據的事故及可能發生的事故。

3.1 求取最小割集

利用布爾代數法計算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 底事件結構重要度分析

底事件結構重要度的計算式為

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

運用式(1)計算各事件的重要度系數并相互比較，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)。由上述計算得出的結構重要度的比較可知，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船發生泄漏事故的影響最大；濕度計損壞(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船發生泄漏事故的影響較大；雷電擊中船體(X4)和電液控制系統失控(X35)等對薄膜型LNG船發生泄漏事故的影響較小。

4 結果分析及安全防護措施

根據上述基本事件結構重要度分析結果，對比已統計的歷史數據可知，重要度高的基本事件并不一定是導致事故經常發生的基本事件，兩者并不能完全重合。這是因為不同基本事件的發生概率不同，重要度高的基本事件往往被重點關注，例如管道材質不合格、管道使用年限過長等基本事件會經常受到工作人員的重點關注，因此此類事件發生的概率會很小。由此可知，導致 LNG船發生泄漏事故的諸多因素是可人為避免的，通過加強工作人員落實相關安全規范來減少 LNG船泄漏事故的發生是切實可行的。出于保障LNG船的安全考慮，針對其發生事故的誘導因素的不同，可從以下3個方面提出安全防護措施。

1) 在設計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，發現問題及時更換；

(2) 安排工作人員經常檢查各管線，密切注意管線是否老化、破裂，發現問題及時更換；

(3) 定期對液貨艙內部各部件進行檢測，提前發現機械故障并予以解決。

2) 在工作人員的安全操作方面，可采取以下措施：

(1) 加強對卸料臂操作人員的培訓，保證其能按照安全規范正確操作卸料臂；

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

3) 在安全預警方面，可采取以下措施：

(1) 做好航線計劃，對LNG船的航跡進行連續監控，以保證船舶不偏離航道，避免發生碰撞、觸礁等事故；

(2) 在天氣惡劣或能見度低的環境下禁止LNG船進出港，在LNG船航行期間，提前做好天氣預報工作；

(3) 加強對LNG船海事安全監督管理的研究，從而最大限度地降低LNG船在停泊、卸載作業時的風險[5]。

5 結 語

本文通過運用事故樹分析法分析薄膜型LNG船泄漏事故，成功地遞進分析出導致頂上事件發生的最終因素，同時針對分析出的因素給出了相應的預防處理措施，體現出了事故樹分析法全面、簡潔、可靠及靈活易懂的特點。該方法是系統安全工程中最重要的分析法之一。

【 參 考 文 獻 】

[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船國產化研究[J].天然氣工業，2010, 30 (7): 76-79.

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