LNG燃料动力船通过三峡船闸的安全性评估及相关建议
焦芳芳 石国政
【摘 要】 为确保LNG燃料动力船安全通过三峡船闸，对LNG燃料动力船在锚地等待期间、由锚地航行至船闸期间、过闸期间等3个时间节点进行危险源识别、风险概率分析和事故后果模拟，认为LNG燃料动力船通过三峡船闸的风险水平可以接受。建议：针对碰撞、LNG燃料泄漏、火灾等可能的风险制定相应应急预案，加强应急培训和演练;确保LNG燃料动力船设备本质安全;船员应持有LNG燃料动力船特殊培训证书;落实企业及船员主体责任;在船舷设立醒目标识;船舶在闸室期间应对LNG燃料储存罐、供气管路、阀件和接头等动力系统进行认真检查;按照船舶本身类型给予相应的过闸安排;LNG燃料动力船优先通过船闸。
【关键词】 LNG燃料动力船;三峡船闸;风险;动力系统
当前，水运从业者对推动水运应用LNG清洁能源减少船舶污染物排放，以满足全社会日益增长的美好生态环境需求达成共识。在交通运输部积极推动下，长江干线已有200余艘LNG燃料动力船投入运营，其中长江上游80%的船舶都需过闸。LNG燃料动力船通过三峡船闸已试运行，这将进一步促进LNG燃料动力船的发展。识别LNG燃料动力船过三峡船闸的安全风险，评估船舶过闸的安全性，提出安全管理建议，对确保LNG燃料动力船安全通过三峡船闸意义重大。
1 三峡船闸的特殊性
LNG燃料动力船在京杭运河以及西江水域船闸可以正常过闸，但这两个船闸的相关部门针对LNG燃料动力船均制定了相应的安全措施。三峡船闸较其他内河船闸具有以下特殊性：对国家十分重要且受关注程度高;为连续五级船闸;锚地待闸时间长;部分船舶进出闸室采取编组绑扎同时航行的方式;一旦船闸正常运行受影响，经济损失重大，社会影响严重。
2 LNG燃料动力船动力系统 主要风险
LNG燃料动力船动力系统的主要风险是：LNG泄漏引起金属“冷脆”而导致设备结构坍塌;LNG泄漏后挥发产生可燃气体导致火灾。针对LNG泄漏的危害性，LNG燃料动力船动力系统的相关设备已有充分防范，例如LNG燃料储罐为双壳双体结构，供气管系为双层管，设有泄漏报警系统。我国《天然气燃料动力船舶规范》和国际海事组织（IMO）《使用气体或其他低闪点燃料船舶安全国际规则》制定的基本风险控制理念是LNG动力系统的安全性、可用性和可靠性应与以常规石油燃料为动力的主机和辅机相同，对LNG燃料动力船动力系统的燃料加注、燃料储存、机器处所、供气系统等提出了相应控制要求;因此LNG燃料动力船本身的风险水平与普通燃油动力船的风险水平是相同的。进一步对LNG燃料动力船通过三峡船闸进行安全性评估主要考虑了三峡船闸的重要性和环境特殊性。
3 LNG燃料动力船通过三峡 船闸的风险评估
3.1 危险源识别
按照船舶通過三峡船闸的流程评估重点考虑船舶在锚地等待期间、由锚地航行至船闸期间、过闸期间等3个时间节点，采用危险源辨识（HAZID）分析法分别进行危险源识别。
船舶在锚地等待期间可能发生的风险共11项，其中搁浅、走锚、沉船、雷击、安全阀起跳、失电、机械设备失效、操作不当等8项为低风险，触碰、火灾、泄漏共3项为中风险。船舶从锚地航行到船闸期间可能发生的风险共11项，其中碰撞、搁浅、沉船、雷击、安全阀起跳、失电、机械设备失效、操作不当等8项为低风险，火灾、船舶失控、泄漏等3项为中风险。船舶在闸室期间可能发生的风险共9项，其中碰撞、火灾、沉船、触碰、安全阀起跳、失电、船舶失控等7项为低风险，操作不当这项为中风险，泄漏这项为高风险。针对以上风险，建议在船舶过闸期间船员应采取对LNG燃料动力系统进行巡检、制定LNG泄漏事故应急预案并定期开展应急演练、加强船员培训等风险防范措施。
从3个时间节点来看，锚地拥挤、低速航行等风险并不只是三峡船闸存在的风险，《天然气燃料动力船舶规范》《内河液化天然气燃料动力船舶安全监督管理规定》等法规均对相关风险的管控作出明确要求。HAZID分析法提出的锚地等待和锚地航行至船闸两个时间节点的危险源均为中低风险，可通过相关管理措施加以控制，但对船舶过闸期间闸室内发生LNG泄漏的高风险事件，需进行定量评估，进一步确定事故的影响范围。
3.2 风险概率分析
考虑到三峡船闸周边无密集居民区，因此仅考虑个人风险。LNG燃料动力系统在闸室内可能会发生因各类管路、阀件、法兰接头破裂等而导致LNG泄漏的风险，计算97项个人风险值，其中仅1项“内径25 mm的液相管路全截面断裂，LNG泄漏扩散后点燃，在船上引起池火”的个人风险值小于“高敏感或特殊高密度场所”的年最大可容许风险概率（3？0-7）。
3.3 事故后果分析
事故后果分析通常是针对个人风险值超过3？10-7事件进行模拟的，但考虑到三峡船闸的特殊重要性、待闸时间长导致LNG蒸发汽化后的气体（BOG气体）不能完全消耗等因素，将模拟场景扩展为LNG燃料罐超压后安全阀起跳、LNG管路发生泄漏后扩散、LNG管路泄漏后发生火灾、LNG管路泄漏后发生爆炸等4个场景。具体情况如下：
（1） LNG燃料罐超压后安全阀起跳场景模拟。假定LNG燃料动力船气罐容积为20 m3，气相与液相各占50%，闸内所有船舶（一闸4船或一闸6船）安全阀同时起跳，模拟结果为从安全阀起跳开始，在无风情况下大概10 s后所有可燃气体云均已消散，有风时可燃气体云消散速度更快，因而认为可燃气体云存在时间短，风险概率较低。
（2） LNG管路泄漏后的扩散范围模拟。管路破裂致使LNG泄漏到船上集液盘后发生扩散，蒸气云扩散范围模拟计算结果约为52.4 m，应严禁该范围内出现点火源。
（3）LNG管路泄漏后发生火灾事故后果模拟及风险值修正。管路破裂致使LNG泄漏到船上集液盘，发生扩散后遇到明火被点燃，火焰烧回集液池形成池火。模拟事故后果为集液盘发生池火对人员热辐射的波及范围约为31.3 m，认为集液盘发生池火后的波及范围有限，人员撤离时间可控制在30 s内。据此可缩短因“内径25 mm的液相管路全截面断裂，LNG泄漏扩散后点燃，在船上引起池火”事件而引起风险后人员的撤离时间，修正后个人风险值达到可接受水平。
（4） LNG管路泄漏后发生爆炸事故后果模拟。管路破裂致使LNG泄漏到船上集液盘内，扩散后遇到明火发生爆炸。模拟事故后果为爆炸对闸室的冲击波约为33 kPa，最大波及范围约36.5 m，不会对闸室混凝土建筑及钢结构设施造成损害。
4 评估结论及相关建议
评估结论为LNG燃料动力船通过三峡船闸的风险水平可以接受。但考虑到LNG燃料动力船尚处于试点推广阶段，船员、企业、管理部门经验不足，为了在初期阶段尽可能提高安全水平，建议对LNG燃料动力船通过三峡船闸按照“无禁止性限制，有区别性防范”的原则进行管理。
（1）针对碰撞、LNG燃料泄漏、火灾等可能的风险制定相应的应急预案，加强应急培训和演练。
（2）确保设备本质安全，建议通过三峡船闸的LNG燃料动力船由中国船级社检验发证。
（3）船员应持有LNG燃料动力船特殊培训证书。
（4）落实企业及船员主体责任，过闸前应对LNG燃料储存罐、供气管路、阀件和接头等动力系统进行认真检查。
（5）建议LNG燃料动力船在船舷设置醒目标识，提高安全意识，且便于监管。
（6）船舶在闸室期间，船闸工作人员应加强巡视检查、视频监控，船闸消防设施应保持良好状态。
（7）由于船舶采用LNG动力并不改变船舶本身属性，建议对LNG燃料动力船仍按照船舶本身类型（指普通货船、集装箱船、危险船等）给予相应的过闸安排。
（8）为促进长江内河运输绿色发展，建议LNG燃料动力船优先通过三峡船闸，政策引领LNG燃料动力船发展。
