港口科技・科研与技革 LNG玛头危险和有客因素辨识与分析 曾亚梅胡玉昌 (交通运输部水运科学研究院安全应急中心, 北京 100088) 摘要:为确保LNG码头的安全,有必要辨识LNG码头在运营过程中存在的主要危险 因素和主要有害因素。提出LNG码头危险有害因素分析的依据,分别从LNG的理化 特性、危险特性和毒理特性进行分析。总结LNG码头可能发生的事故类别,并对事 故进行致因分析。 关键词:港口 危险因素有害因素特性事故致因 Identifying and Analysis of Dangerous and Harmful Factors in LNG Terminal ZENGYamei HU Yuchang (Safety and Emergency center of China Waterborne Transpont Research Institute,Beijing 1 00088, China) Abstract:In order to ensure safety of LNG termina1.it iS neccessiry to identify the main dangerous and harmful factors during running in LNG termina1.The analysis basis for angerousd and harmful factors of LNG terminal have been put forward.The classiifcations of accidents possibly happen in LNG terminal are analyzed respectively from physical and chemistry characteristics,dangerous characteristics and poison characteristics,also the reasons of accidents are analyzed too. Key words:port dangerous factor harmful factor characteristics accident reasons 1 LNG码头危险有害因素分析依据 LNG码头危险有害因素分析依据为:《企业 职工伤亡事故分类(GB 6441—1986)))、《生产过程 危险和有害因素分类与代码(GB/Tl3861—2009)》、 素包括:LNG泄漏事故,火灾爆炸事故,设备事 故,其他人身伤亡事故。LNG码头在运营过程中 存在的主要有害 素:高温作业危害,低温危害。 2.2作业场所危险有害因素辨识 LNG码头 £产过程中各作业场所存在的 国家行业有关标准规范以及国家有关规定。 2 LNG码头危险有害因素辨识 2.1主要危险因素辨识 LNG码头在运营过程中存在的主要危险因 要危险有害因素辨识结果,见表1。 3 LNG码头危险有害因素分析 3.1 LNG的理化特性 LNG组成部分的危险性物料主要物性见表2。 港口科技・科研与技革 表1 主要危险有害因素辨识 作业 作业 主要危险因素 主要有害 场所 人员 因素 火灾爆炸、伤亡事故(物 码头前 装卸工 体打击、淹溺、冻伤、窒 高温、低温 沿及船 息) 水手 伤亡事故(淹溺、物体打 击高温、低温 、断缆 码头平 装卸工 火灾爆炸、伤亡事故(触 电、物体打击、窒息) 高温、低温 台及引 火灾爆炸、伤亡事故(机 桥 巡视、维 修人员 械伤害、高处坠落、触电、 高温、低温 物体打击) 表2 LflG组成部分的危险性物料主要物性表 相对密度 沸点 闪点 引燃温 爆炸极限 火险 毒性 名称 分子量 (空气 1) (℃) (℃) 度(℃) ( ) 分级 程度 =CH4 16.04 0.55 -161.5 .188 538 5.3~15 田 Iv级 C2H6 30.07 1.04 .88.6 <一50 515 3 0~16.0 田 Iv级 C3H8 44.10 1.52 -42.1 -104 450 2.1~95 田 IV级 ic4n】o 58l2 2叭 .11.8 -82 8 46o l 8~8.5 甲 Iv级 nC4H10 58.12 2.05 .O.5 —60 287 1.5~8.5 田 IV级 N2 28.叭 097 .195 8 注: 火灾危险性分类依据((石油天然气 工程设计防火规范 (GB5 01 8 3—2 004), 毒 性程度(轻度一极度)的划分依据的是 职业 性接触毒物危害程度分级 (GBZ2 3 0-201 0)。 3.2 LNG危险特性分析 3.2.1易燃易爆 LNG及其蒸发产生的天然气的最主要成分 为甲烷。对照《石油天然气工程设计防火规范》 (GB50183.2004),LNG属于液化烃,为甲A类 火灾危险物质,甲烷气体属于甲类可燃气体,它 们均属于高度易燃易爆物质。 LNG火灾的特点是:火焰传播速度较快;质 量燃烧速率大(地上和水上燃烧速率分别达到 0.106 kg/m2.s和0.258 kg/m2 ,约为汽油的2倍); 火焰温度高、辐射热强;易形成大面积火灾;具 有复燃、复爆性:难于扑灭。 3.2.2 易蒸发 LNG(按甲烷考虑)的沸点约为一162 ̄C,在 常温下极易蒸发,极易产生燃烧爆炸所需的蒸气 量。LNG码头的LNG一旦从卸料臂、管道或其 他设备泄漏出来,一小部分立即急剧气化成蒸气 ・6・ (即天然气),剩下的泄漏到地面或水上,沸腾气 化后与周围空气混合生成冷蒸气雾,在空气中冷 凝形成白烟,再稀释受热后与空气形成爆炸性混 合物(或称可燃性气云)。爆炸性混合物若遇到点 火源(最小点火能量为0.28 mJ),将引发闪火或 蒸气云爆炸等事故。 LNG泄漏后形成的冷气体在初期比周围空 气重,易形成云层或层流。泄漏的LNG的气化(蒸 发)量取决于地面和大气的热量供给,刚泄漏时 气化率很高,一段时间以后趋近于一个常数,如 果泄漏的LNG数量较大,这时余留在地面的LNG 就会在地面上形成一种液流。若无围护设施,则 泄漏的LNG就会沿地面扩散,遇到点火源可引发 池火灾。 3.2.3低温 LNG码头的LNG船以低温常压方式储存, 工作温度为.162℃。如此低温物质一旦泄漏,如 果接触到常温管材或设备,就可能发生脆裂现象; 如果接触到作业人员,就会造成严重冻伤。 3.2.4快速相态转变 当LNG泄漏流进水中,产生强烈的对流传 热,水与LNG之间有非常高的热传递速率,LNG 将激烈地沸腾并伴随响亮的声音喷出水雾,这种 现象称为快速相态转变现象。快速相态转变现象 后果较为严重,可导致LNG蒸气爆炸,造成严重 的局部损坏,不但能造成设备结构整体性的丧失, 而且还会伤及邻近的建筑物。 3.2.5其他危险特性 LNG码头所卸船的LNG还具有易扩散、流 淌、易产生静电荷等危险特性。 3.3 LNG的毒理特性分析 天然气为无毒窒息性气体,但常因其成分中 含有一定的水等杂质,对设备和管道有一定的腐 蚀性。空气中LNG含量过高或氧含量不足时,对 人体产生窒息作用。 窒息可分为以下四种情况: 1)含氧量l4~21%(v),呼吸、脉搏加快, 并伴有肌肉抽搐。 2)含氧量10~14%(V),出现幻觉、易疲 劳,对疼痛反应迟钝。 3)含氧量6~10%(v),出现恶心、呕吐、 昏倒,永久性脑损伤。 4)含氧量低于6%(V),出现痉挛、呼吸停 止,死亡。 上述特性是导致LlNG码头装卸过程中存在 泄漏扩散危险、火灾爆炸危险危害的内在原因。 3.4 LNG码头事故类别分析 LNG码头在运营过程中可能发生的事故类 型主要有: 3.4.1 LNG泄漏事故 1)LNG船上货罐附属设施发生的泄漏。 2)LNG卸船作业过程中卸料臂、卸船管线 发生的泄漏。 3)LNG管道上阀门、法兰及丝扣等发生的 泄漏等等。 3.4.2火灾爆炸事故 1)LNG泄漏到地面或水面上形成液池(包 括事故收集池)后,被点燃产生的池火。 2)LNG管道工艺设备等因介质泄漏而被点 燃产生的喷射火。 3)LNG泄漏后经蒸发、扩散,在开阔地带 形成可燃性蒸气云,然后遇到点火源而引发的闪 火。 4)障碍/密闭空间内LNG蒸气云被点燃产生 的蒸气云爆炸事故。 3.4-3其他人身伤害事故 I)码头前沿作业人员落水淹溺。 2)装卸船作业、维修作业中的机械伤害。 3)低温LNG对人体的冻伤。 4)高浓度的天然气、扫线氮气造成人员窒息; 5)触电及高处坠落等。 3.4.4 设备事故 1)LNG船损事故。 2)LNG船撞击码头或岸上设备造成的损坏。 3)泄漏的低温LNG对设备设施的损坏。 4)卸料臂、管道因存在质量缺陷而导致的损 坏、破裂等。 相对而言,LNG泄漏事故和火灾爆炸事故是 LNG码头的主要危险。 3.5事故致因分析 3.5.1泄漏事故致因分析 LNG泄漏事故是与扩散及火灾爆炸事故紧 港口科技・科研与技革 密联系在一起的,LNG泄漏事故是扩散及火灾爆 炸事故的前提和基础。LNG一旦泄漏,将会引起 扩散甚至火灾爆炸事故的发生。反过来,火灾爆 炸事故所产生的破坏力,在特定条件下,又会引 发次生泄漏事故,导致事故升级。因此,对LNG 泄漏事故应给予高度重视。 LNG码头装卸船作业区域的船舶储罐、物料 管线、卸料臂、阀门等,在生产过程中均有可能 发生物料泄漏事故。 人的不安全行为、设备设施的质量缺陷或故 障以及外部其它不利因素的不利影响,是造成 LNG泄漏的三个主要原因。 1)人的不安全行为。 主要包括两个方面:违章作业和安全管理不 善。 作业人员违章作业具体表现为: (1)违章指挥、违章操作或误操作。 (2)不熟悉操作规程或不严格按操作规程作 业。 (3)各作业环节之问,如码头和接收站储罐 之间在缺乏有效联络和衔接的情况下擅自操作。 (4)思想麻痹、粗心大意等。 违章作业常常是造成泄漏的最直接原因。 LNG储运生产企业安全管理不善,主要是指 以下几种情况: (1)未能制定严格、完整的安全管理规章制 度,或管理力度不够; (2)对储运货物LNG的理化性质、危险特 性以及储运安全知识缺乏了解; (3)对储运生产设备设施及工艺流程的安全 可靠性缺乏认真的检验分析和评估; (4)对生产设备设施存在的质量缺陷或事故 隐患,没有及时检查和整改。 违章作业也是安全管理不善所造成的。安全 管理工作对于LNG储运生产企业尤为重要。如果 安全管理不善,随时可能发生火灾爆炸等重大事 故。 2)设备设施的质量缺陷或故障。 设备设施的质量缺陷可能产生于设备设施的 设计、选材、制造及现场安装等各个阶段,设备 设施故障则是出现在投产运营之后。对LNG储运 ・7。 港口科技・科研与技革 设备来讲,较为严重的、典型的质量缺陷或故障 丰要有: (1)船舱、卸料臂或管道等设备焊接质量差, 有气孔或未焊透,承受温度、压力变化的能力较 筹,易导致设备破裂。 (2)由于设备采购不达标,施工、安装和材 料质量存在问题或设备管理不完善等都可能造成 LNG的泄漏扩散。 (3)部分关键设备和附件的性能不符合生产 的要求,如阀门内漏,法兰缝密封不良等;或者 是运行一段时间之后,出现损坏、失效等情况, 如仪表误动作,安全监测及保护装置失灵等。 (4)使用的电气设备设施不满足防火防爆的 求。 (5)由于设计 的失误,一 和设备配套的、 必要的安全技术措施,如保温、隔热、泄压等措 施,没有被采用或失去作用等。 (6)由于磨损、疲劳等原因,造成管道、泵 及阀门等设备设施受损。 设备设施质量缺陷是引发LNG泄漏及火灾 爆炸等事故的重要隐患。 3)其它外部冈素的不利影响。主要是指以下 几种情况: (1)LNG码头装卸船作业涉及大型LNG船 nn。若剑港船舶状况不符合安全要求,在码头进 行装卸作业时,可能发生LNG泄漏或其它事故。 (2)码头发生的交通事故,如船舶撞击码头、 机动午辆相撞或撞击储运设备设施等,易导致大 规模泄漏事故甚至火灾爆炸事故。 (3)甫击、台风、风暴潮、地震等自然灾害, 也有可能引起泄漏、爆炸等事故,事故一旦发生, 后果往往相当严重。 (4)人为破坏也是导致泄漏扩散和火灾爆 炸等事故的一个原因。 LNG码头在设计及实际生产中,已采取了许 多安全措施,但仍不能完全排除上述设备设施出 现质量缺陷或故障的可能性。管路是货物系统中 最容易受 力冲击破坏的部分,最容易破损引发 LNG泄漏。 3.5.2火灾爆炸事故致因分析 LNG码头储运过程中,可能发生的火灾爆炸 ・8・ 事故主要是闪火、池火、喷射火及蒸气云爆炸等。 引发LNG码头火灾爆炸事故的点火源主要 有: 3.5.2.1焊接、切割动火作业 焊接、切割动火作业是码头及接收站设备设 施安装、检修过程中常见的作业方式,若违章动 火或防护措施不当,易引发火灾爆炸事故。 动火作业在码头及接收站生产过程中是难免 的,但事故却是可以避免的,关键在于要严格遵 守安全用火管理制度,具体要求参照SY/T 5858.2004《石油工业动火作业安全规程》。 3.5.2.2作业现场吸烟 在“防火防爆令”中,烟火被列为第 位。在LNG码头区域(包括码头、船上禁烟区 及站场)吸烟是非常危险的。 少数现场作业人员,尤其是部分外来人员(如 参观人员等),由于安全意识较差,在码头区域内 及引桥上吸烟的现象有可能出现。因此,应加强 现场人员,特别是外来人员的安全教育与管理。 3.5.2.3船上明火 LNG船舶及码头附近水域的其他船舶(尤其 是港作船及渔船)上生活设施用火不当,都有可 能引发火灾爆炸事故,特别是当码头附近水面上 发生LNG或其他油品(如LPG、成品油、液体 化学品等)泄漏事故之后。因此,LNG船舶除了 要保证主机处于良好的工作状态外,还应保证烟 囱火星去除装置处于良好的工作状态。LNG船舶 在进港前,应对烟囱的烟道进行吹灰。LNG船在 码头作业期间,一旦发现烟囱冒出火星,应立即 停止一切作业,以确保安全。 3.5.2.4机动车辆排烟喷火 维修车、消防车及行政车辆等,都是以汽油 或柴油作燃料。有时,在排出的尾气中夹带火星、 火焰,这种火星、火焰有可能引起易燃易爆物质 的燃烧或爆炸。因此,未配戴阻火器的机动车辆 在LNG码头、引桥内行驶是很危险的。 3.5.2.5 电火花和电弧 电气设备产生火源的情况主要有以下几种: 1)由于设计、选型工作的失误,造成部分电 气设备选用不当,不满足防火防爆的要求,在投 产使用过程,可能产生电火花、电弧或高温表面, 进而引起火灾爆炸事故。 2)电气设备在安装、调试或检修过程中,因 安装不当或操作不慎,有可能造成过载、短路而 出现高温表面或产生电火花,或者发生电气火灾, 进一步引发火灾爆炸事故。 3)电气设备在运行过程中,由于元器件锈蚀、 老化等设备原因,导致故障发生,生成点火源。 4)作业人员违章操作、违章用电,以及其它 原因,也会产生电火花、电气火灾等火源。 使用收音机等普通电器,和使用非防爆的雷 达、无线电发报机、电话、手机、对讲机、广播 喇叭等通讯器材时,也有可能产生电火花。因电 气设备造成的火灾爆炸事故,往往较为突然,除 可能造成人身伤亡和设备损坏外,还经常造成大 范围、长时间停电,扩大经济损失。 3.5.2.6静电放电 静电放电是导致发生火灾爆炸事故的重要原 因之一。下列两种情况下易出现静电: 1)LNG进行装卸船作业时,LNG会流经泵、 管道、阀门、变径管等设备,由于流动、搅动、 混合和冲击,易产生和积聚静电。若管路系统的 防静电措施不落实或效果不佳,则会产生静电积 聚,从而产生较高的静电电位,并可能发生静电 放电,从而在条件成熟时(例如存在可燃性蒸气 云)引发火灾爆炸事故; 2)码头及船上作业人员人体的静电同样危 险。当作业人员身着化纤衣服,同时脚穿胶鞋、 塑料鞋之类的绝缘鞋时,由于行走、活动和工作 产生摩擦,人体极易带上能引起爆炸、火灾事故 的高电位的静电(可高达数千至数万伏)。 3.5.2.7雷击及杂散电流 码头上卸料臂、消防炮塔等属于高架设备设 施,若防雷设施不齐备,或因管理疏忽,导致防 雷效果降低,甚至失去作用,则可能在雷雨天因 雷击引发火灾爆炸事故。 此外,杂散电流窜入码头作业平台、LNG船 舶等危险场所,也是火灾爆炸事故发生原因之一。 3.5.2.8机械摩擦和撞击火花 金属工属具、法兰盘、鞋钉等金属物,若在 危险场所内与地面、船甲板等发生摩擦或撞击, 就有可能产生火花。因此,应正确选用防火花工 港口科技・科研与技革 具,减少摩擦和撞击火花。 3.5-3其他事故致因分析 3.5-3.1 窒息 天然气为烃类混合物,其主要成分为甲烷。 LNG大面积泄漏时,空气中甲烷浓度过高能使人 无知觉地窒息、死亡。 氮气系统分离空气产生氮气或液氮气化产生 氮气。氮气为惰性气体,在氮气加压输送和液氮 输送时,如泄漏产生高浓度氮气,在空气流通不 畅的环境中易导致操作人员发生窒息、死亡。 因此,当发生泄漏事故,出现高浓度窒息性 气体环境时,应穿戴好必要的防护用品方可进入, 以防发生不测。 3.5-3.2冻伤 LNG操作温度为.162℃,如果操作人员与低 温液体接触,由于热传导率较高,会迅速冻伤皮 肤组织;如果低温管线、阀门及一些低温物体表 面未进行有效的隔热、防护,操作人员的皮肤如 与之接触也会产生严重伤害。直接接触时,皮肤 表面的潮气会凝结,并粘在低温物体表面上。由 于皮肉组织含有水分,受冻后会变脆,很容易撕 裂,并留下伤口。 LNG码头运营过程中,作业人员直接接触低 温气体、低温液体的机会是存在的,必须做好劳 动保护工作。在正常操作情况下,作业人员必须 戴上防冻手套,穿无袋的长裤及高筒靴并把裤脚 放在靴的外面,穿长袖衬衫或夹克,且要求尺寸 宽大,以防止低温液体溅落在衣物上,冻伤皮肤。 此外,在某些不正常情况或事故时,一些常 温管道或阀门,或者其他一些常温设备设施,意 外接触低温液体,可能会出现脆裂现象。因此, 作业人员除了可能与低温物质接触造成伤害外, 还可能会遇到由于低温脆裂而造成的意外伤害。 3.5.3-3机械伤害 码头作业人员在解、系船舶缆绳,移动卸料 臂及检修过程中搬运管道、拆接法兰等,有可能 发生手指被绞、拧、压等事故。 3.5.3.4物体打击 物体打击事故主要发生在码头前沿,如水手 在解、系船舶缆绳时,缆绳突然断裂,发生物体 (下转第1 3页) ・9・ 港口科技・科研与技革 方便。 6展望 岸桥使用工况恶劣,使用频度高,作业程序 复杂,集卡拖拽岸桥吊具的情况时有发生。本文 探讨的增加吊具达到安全高度指示灯方案很好地 解决了该问题,只要集卡司机按照此指示灯进行 操作,则几乎不会发生集卡拖拽吊具的事故。且 该方案改造简单、使用维护方便、性价比高,在 集装箱码头岸桥的使用中,具有一定的推广性。 图5指示灯实际效果图 现在宁波北仑第二集装箱码头分公司所有岸 参考文献 桥都已安装完成防集卡拖拽吊具的指示灯,在4 [1】GB6067-2010.起重机械安全规程[S】. 个月的使用过程中,没有出现集卡拖拽吊具的现 [2]大型起重机械安装安全监控管理系统实施方 象,且集卡司机都反映该指示灯观察直观、使用 案.国家质检总局.2011.3.28. (上接第9页) 打击事故,此类事故国内码头曾多次发生;另外, 烧爆炸事故,对人命安全和财产将造成极大的损 码头工作面上,卸料臂上的大块冰块融化坠落, 失。伴随LNG贸易的迅速增长,LNG船舶运输 如下方正好有作业人员,也会出现物体打击事故。 航次增加,LNG船舶靠泊码头时,LNG泄漏、火 3.5.3.5淹溺 灾爆炸的概率增多,所以要充分考虑到LNG码头 码头作业人员(尤其是带缆工)在解、系船 潜在的危险有害因素。LNG的特性是导致火灾爆 舶缆绳,操作卸料臂,通过引桥,巡视码头作业 炸、泄漏扩散危险及人员低温冻伤、窒息等事故 现场,以及上、下LNG船时,有可能会发生落水 的内在原因。本文通过对LNG码头危险有害因素 淹溺事故,作业环境不良时(如大风、大浪天气 的分析以及LNG码头事故类别的分析,对LNG 及夜问),这种事故发生的可能性会增大。由于码 码头事故的预防有着积极的意义。 头工作平台离水面较高且水较深,人员一旦落水, 后果比较严重。 参考文献 [1]王士成.LNG船火险分析与消防系统研究 3.5.3.6触电 [D】,哈尔滨工程大学,2011年3月. LNG码头有很多用电设备。如果设计不当、 [2]李鑫.深圳西部水域LNG船舶进出港通航安 防护措施不到位或操作失误,有可能引起触电事 全风险评价研究[D】.武汉理工大学.201 1. 故,另外,作业人员如果违章私拉乱设用电设备, 【3]液化天然气码头设计规范[J】JTS 165 也极有可能发生触电事故和火灾爆炸事故。 -5-2009.中华人民共和国交通运输部发 4结论 布.2010年1月1日起实施. [4赵志垒.对4]LNG船舶船岸衔接及港内航行过 天然气一旦被点燃或引爆将引起大规模的燃 程的安全评估[D].上海海事大学.2005. ・13・