中小型船廠安全管理改進(jìn)措施的研究

汪有良

(中國(guó)船級(jí)社 鎮(zhèn)江辦事處，江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

0 引言

船舶制造過程具有工序復(fù)雜、工種繁多、人員密集、交叉施工、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，所以船廠非常重視安全生產(chǎn)管理。由于當(dāng)前全球航運(yùn)市場(chǎng)不景氣，船舶制造訂單嚴(yán)重下滑，企業(yè)為了緩解經(jīng)營(yíng)壓力，通常會(huì)采取嚴(yán)控管理成本投入、縮短生產(chǎn)周期、裁撤專業(yè)技術(shù)人員和頻繁更換施工隊(duì)等手段，導(dǎo)致安全管理體系形同虛設(shè)，各類安全事故頻繁出現(xiàn)，其中小型船舶制造企業(yè)的事故居多。如：2012年3月某船廠在修理某萬噸級(jí)散貨船時(shí)，發(fā)生輔助鍋爐爆炸事故，造成4死12傷；2015年6月某造船廠施工人員采用民用煤氣罐進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)發(fā)生爆炸，致死1人。

事故發(fā)生的原因多種多樣，但大體上可歸結(jié)為4類：(1)安全責(zé)任意識(shí)不夠；(2)安全教育不扎實(shí)；(3)現(xiàn)場(chǎng)管理不規(guī)范；(4)安全隱患源排查不夠。

本文以一起因施工人員不當(dāng)操作所引起的船舶安全事故為例，從原因分析入手，提出符合規(guī)范要求且安全有效的管理措施供同行參考，以期減少事故發(fā)生的概率。

1 背景介紹

本文所述船舶的主甲板兩舷配有2艘7.8 m玻璃鋼工作艇和2艘11 m鋁合金工作艇，用于接送引航員上下船。4艘工作艇分別設(shè)置了1套液壓艇架升降裝置用于降放和回收工作艇。

工作艇架升降液壓系統(tǒng)由液壓泵站通過鋼管分別與絞車馬達(dá)、變幅油缸、伸縮油缸、托架油缸相連接，提供所需動(dòng)力。液壓泵站采用型號(hào)為L(zhǎng)-HV46液壓油，泵站加油量約為1 000 L，系統(tǒng)溢流閥設(shè)定壓力為20 MPa。

1.1 事故源頭

液壓系統(tǒng)中承壓油管要求全部采用316L不銹鋼管，設(shè)計(jì)最大工作壓力為20 MPa，按照中國(guó)船級(jí)社(CCS) I級(jí)管的要求進(jìn)行生產(chǎn)制作。圖紙要求裝船前應(yīng)進(jìn)行壓力為30 MPa的強(qiáng)度試驗(yàn)，裝船后進(jìn)行25 MPa密性試驗(yàn)。系統(tǒng)壓力油管技術(shù)要求見表1。在進(jìn)行本套液壓系統(tǒng)裝船后的密性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆炸事故，造成1人重傷。

1.2 事故現(xiàn)場(chǎng)

觀察局部細(xì)節(jié)照片發(fā)現(xiàn)，此次事故存在幾個(gè)不同尋常的現(xiàn)象：

(1)不銹鋼管四散炸開，碎片飛濺暴擊傷人。

(2)不銹鋼管有被“燒紅”跡象。

(3)管子內(nèi)外壁均出現(xiàn)大量黑色粉末狀物。

(4)氣源鋼瓶外部油漆老化且介質(zhì)氧氣為臨時(shí)張貼。

2 事故原因分析

2.1 爆炸原因

發(fā)生燃燒，必須滿足燃燒三要素：可燃物、著火點(diǎn)、氧氣。可燃?xì)怏w燃燒可以分為兩類：一類是擴(kuò)散燃燒，即揮發(fā)的或從設(shè)備中噴出、泄漏的可燃?xì)怏w，遇到點(diǎn)火源混合燃燒；另一類是可燃?xì)怏w與空氣混合著火燃燒，這種燃燒反應(yīng)激烈且速度快，一般會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。本質(zhì)上燃燒與爆炸沒有嚴(yán)格的區(qū)分。

常溫下，可燃性氣體的濃度過低或過高它是沒有危險(xiǎn)的，只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣體才會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。可燃?xì)怏w的爆炸極限分為爆炸上限(UEL)和爆炸下限(LEL)。低于爆炸下限，混合氣中的可燃?xì)怏w的含量不足，不能引起燃燒或爆炸。高于爆炸上限，混合氣體中的氧氣含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。

試驗(yàn)調(diào)試時(shí)工人使用的U型工裝彎頭的內(nèi)壁上附有殘油提供了可燃物，試驗(yàn)介質(zhì)使用氧氣正好提供了助燃劑，但無法達(dá)到其著火點(diǎn)使其發(fā)生燃燒。

液壓油的閃點(diǎn)是要保持在230～250 ℃之間。對(duì)于HV46號(hào)液壓油的閃點(diǎn)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)要求也必須要大于等于180℃，一般情況下是很難達(dá)到這一溫度值的。

從事故現(xiàn)場(chǎng)來看，氧氣裝在存有大量可燃物蒸汽(液壓油)的密閉空間內(nèi)，加壓至25 MPa后，就要探究氣體在加壓后溫度是否達(dá)到殘油的閃點(diǎn)。

2.2 氣體加壓過程分析

為了探究其中緣由，引入氣體的熱力工程及氣體壓縮理論，分析氣體熱力過程狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，其中的熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化情況。

氣體的多變熱力過程狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律可以用以下數(shù)學(xué)公式表述：P為氣體壓力；V為理想氣體體積；n為多變指數(shù)；R為理想氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度；k為絕熱指數(shù)，其數(shù)值會(huì)隨氣體的種類和溫度而變，即理想氣體狀態(tài)方程[2]：

PV=nRT

(1)

如果壓縮為絕熱壓縮，壓縮前后體積無變化，按照式(1)可導(dǎo)出壓縮前后狀態(tài)方程：

P1/T1=P2/T2

(2)

式中：P1、P2為壓縮前后的壓力；T1、T2為壓縮前后的溫度。

事故中氣體體積不變，從常溫加壓至25 MPa時(shí)，壓縮初始溫度T1為常溫298 K(25 ℃)，常壓P1為1.013×105Pa(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)；壓縮終了狀態(tài)壓力P2為2.5×107Pa，溫度為T2。按照式(2)可以計(jì)算出理想狀態(tài)下，壓縮終了時(shí)氣體的溫度T2。

T2=P2T1/P1=73 543.9 K

由此可知，壓縮終了狀態(tài)的溫度對(duì)壓力變化非常敏感。然而實(shí)際的過程是復(fù)雜多變的，各種耗散效應(yīng)、放熱、散熱特性都會(huì)影響到多變指數(shù)；實(shí)際生產(chǎn)過程中的氣體多變過程線多是分布于定溫線和絕熱線之間，即多變指數(shù)n常在(1，k)區(qū)間內(nèi)[3]。

由此可見，壓縮氣體至25 MPa很容易就能達(dá)到可燃物閃點(diǎn)溫度。

2.3 氣體壓縮過程實(shí)例

本次事故中將氣體加壓過程類似于柴油機(jī)(壓燃式內(nèi)燃機(jī))壓縮沖程。柴油機(jī)燃燒曲線見圖1。

柴油機(jī)燃燒過程分：滯燃期(A-B)，緩燃期(B-C)，急燃期(C-D)，后燃期(D-E)。從圖1中可以看出，壓縮至B點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到柴油閃點(diǎn)；從B點(diǎn)到C點(diǎn)氣體繼續(xù)被壓縮，壓力升高率急劇上升，溫度就會(huì)急劇攀升，柴油混合物急速燃燒。

圖1 柴油機(jī)燃燒曲線

由某柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，No.1氣缸燃燒始點(diǎn)缸內(nèi)壓力為19.62 MPa，溫度為350～450 ℃；壓縮終了時(shí)缸內(nèi)壓力顯示為20.34 MPa，溫度將近650 ℃，此時(shí)進(jìn)入急燃期。因此B點(diǎn)到C點(diǎn)發(fā)展迅速，溫度急劇攀升，且溫度均高于液壓油閃點(diǎn)。

綜上，事故中將混有大量油分的氧氣加壓至25 MPa，溫度會(huì)輕易達(dá)到油分的閃點(diǎn)。發(fā)生燃燒三要素均已滿足，發(fā)生燃燒不可避免。

3 相關(guān)規(guī)定

3.1 現(xiàn)場(chǎng)管理要求

現(xiàn)場(chǎng)氣源瓶身油漆老化嚴(yán)重，使得施工人員誤認(rèn)為瓶身顏色是黑色，且氣瓶標(biāo)簽污損嚴(yán)重難以辨認(rèn)，導(dǎo)致誤將氧氣當(dāng)作氮?dú)庾鳛樵囼?yàn)介質(zhì)，進(jìn)而加速事故的發(fā)生。國(guó)家對(duì)氣瓶警示與正確使用已有明確要求：氣瓶標(biāo)簽和膠合劑所用的材料應(yīng)在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用條件下經(jīng)久耐用[4]；作為識(shí)別瓶裝氣體的標(biāo)志，充裝氮?dú)馄矿w體色為黑色，氧氣為淡(酞)藍(lán)色[5]；使用單位應(yīng)做到專瓶專用，不得擅自更改氣瓶鋼印和顏色標(biāo)志，氣瓶使用時(shí)應(yīng)立放，尤其是氧氣瓶操作時(shí)機(jī)具等不應(yīng)沾有油脂[6]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)要求

加壓過程中人員正對(duì)管路進(jìn)行查漏，造成重傷悲劇。在船舶生產(chǎn)過程中，對(duì)需在存在壓力意外釋放風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)的檢驗(yàn)和試驗(yàn)活動(dòng)，驗(yàn)船師或是檢驗(yàn)人員可以參考IACS REC.140有關(guān)建議[7]進(jìn)行， 中國(guó)船級(jí)社《檢驗(yàn)安全客戶指南》(2017)中也有相關(guān)要求。

IACS REC.140中F5.5條以及《檢驗(yàn)安全客戶指南》(2017)第3.7.1.9條都明確了加壓過程禁止進(jìn)行以查漏為目的工作。

IACS REC.140中F5.8條以及《檢驗(yàn)安全客戶指南》(2017)第3.7.1.11條都說明對(duì)特殊高壓試驗(yàn)可以接受遠(yuǎn)距離見證方式。

IACS REC.140及《檢驗(yàn)安全客戶指南》對(duì)船舶領(lǐng)域生產(chǎn)活動(dòng)中存在壓力意外釋放場(chǎng)合的檢驗(yàn)活動(dòng)分別從管理體系、技術(shù)層面、試驗(yàn)程序、人員防護(hù)，資質(zhì)培訓(xùn)等方面給出了全面細(xì)致的建議。

4 改進(jìn)措施

為避免此類事故的重復(fù)發(fā)生，有以下幾點(diǎn)建議供參考：

(1)針對(duì)壓力容器制定進(jìn)場(chǎng)檢查、定期排查、隨時(shí)檢查的制度。不符合標(biāo)準(zhǔn)的“帶病”設(shè)備應(yīng)堅(jiān)決淘汰。

(2)當(dāng)涉及高壓試驗(yàn)時(shí)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)者應(yīng)在圖紙上明確試驗(yàn)介質(zhì)，應(yīng)遵循審慎原則處理以氣體為介質(zhì)的任何加壓測(cè)試。

(3)針對(duì)存在壓力意外釋放風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)應(yīng)納入企業(yè)安全管理體系，制定施工許可程序以及安全檢驗(yàn)核查表。涉及到的各方人員均應(yīng)強(qiáng)制參加安全培訓(xùn)，做到參與各方應(yīng)知應(yīng)會(huì)的管理要求，試驗(yàn)前按照核查表逐項(xiàng)確認(rèn)后方可進(jìn)行。

(4)加強(qiáng)安全知識(shí)培訓(xùn)，抓好試驗(yàn)前安全須知通報(bào)。試驗(yàn)前，操作者要求熟悉操作流程，安全員了解風(fēng)險(xiǎn)源，防護(hù)措施功能完善。加壓前全面檢查試驗(yàn)管線，尤其是薄弱處(如接頭、法蘭、盲板、壓力表等)，無關(guān)人員清場(chǎng)，隔離裝置布置合理；加壓過程盡量緩慢，切不可一邊加壓一邊作業(yè)；達(dá)到要求后盡量采用遠(yuǎn)距離見證，壓力釋放后方可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查試驗(yàn)結(jié)果。

高風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)應(yīng)實(shí)行如下準(zhǔn)則：事前審批、事中謹(jǐn)慎、事后總結(jié)。

5 結(jié)語

安全生產(chǎn)事關(guān)人命安全，當(dāng)面對(duì)國(guó)內(nèi)船舶制造業(yè)基礎(chǔ)薄弱，從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，安全管理機(jī)制不健全的現(xiàn)狀，加大安全管理的投入實(shí)際意義重大。本文從事故原因分析著手，針對(duì)在壓力意外釋放場(chǎng)合作業(yè)時(shí)，提出了識(shí)別與控制危險(xiǎn)源、制定安全工作流程卡、人員培訓(xùn)與告知，安全防護(hù)配備與監(jiān)督4條有針對(duì)性的安全管理改進(jìn)措施，以期能為海事界不斷提高人員安全管理水平施加積極的影響。