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上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
上海市浦东新区海港大道1550号
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0 引言
在全球碳减排政策推动下，液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)等船舶替代燃料有望在船舶运输行业加速推进，据某船级社研究表明，LNG双燃料动力船舶市场将迎来发展的大好时机，预计未来3年内，采用LNG燃料动力的船舶数量将从目前的340艘增加
到800多艘，LNG将在未来十年内主导航运业的绿色转型新方式。LNG是一种清洁、高效和经济的能源，其主要成分是甲烷，可能还含有乙烷、丙烷等其他成分。由于LNG体积仅有同量气态天然气体积的1/625，以LNG作为燃料的船舶可以携带更多的燃料负载，运输效率及经济性大大提高!1-21。随着我国生态文明建设的深入进行，LNG作为清洁能源对于改善我国能源结构，促进节能减排，保护生态环境具有重要意义。然而，随着LNG船舶航行、作业等活动愈加频繁，LNG运输船舶的安全风险需进一步得到重视[3-4]
因此，考虑到营运船舶采用LNG作为船舶燃料的情况下，航运公司各方均需要为首次坞修做好准备。在船舶进坞之前，船东和船厂都要充分了解进坞期间的准备工作和安全管控，维修期间船舶携带LNG可能成为常态，船东和船厂均需要进行额外的风险评估和预防措施。
本文首先对LNG燃料的基本特性展开介绍，分析LNG泄漏或失控所造成的危害。其次，对不同的LNG动力船舶系统的相应维修情况进行对比分析，同时阐述了LNG动力船舶维修时存在的主要额外风险及相应风险产生的原因。最后，提出了船舶携带LNG修理期间在危险区域和安全敏感区域工作的相应预防措施，旨在为今后LNG动力船舶修理期间的风险管控提供借鉴.
1 LNG燃料的基本特性
LNG产生的基发气具备可燃性，LNG燃烧产生的能量可用来驱动船舶。若LNG发生泄漏或没有得到有效的控制，就会对船舶、环
境和人员造成伤害。LNG在常温下呈现为沸腾态的液体，在储存的过程中会不断吸收环境中的热量并不断汽化。吸收热量的过程会使周围的水蒸汽凝结，形成可见的汽云。LNG汽化后无色无味，与管道内的天然气不同;在-110℃时，密度大于空气，因此在发生泄漏后，LNG会出现向下流动的现象。当LNG在空气中的体积分数为5%~15%时易发生爆炸。
在没有压力释放装置的情况下，封闭在2个阀门之间的LNG会汽化并迅速增压到爆炸点。一旦出现这类情况，则会迅速损坏泄漏地区附近的船舶钢材。快速冷却会降低钢材的延展性和承载能力，可能会导致甲板或码头钢构件的脆性断裂。
2 LNG动力船舶维修的几种情况
一般而言，在维修LNG动力船舶时，需考虑3类情况:1)船舶所有相关系统都含有LNG或天然气:2)船舶部分系统含有LNG或天然气;3)船舶所有系统都不包含LNG或天然气
2.1 船舶所有相关系统都含有LNG或天然气
LNG燃料储存舱、处理和供应系统设备可使用特殊程序进行维护，如对含气系统进行隔离或吹扫。除LNG燃料储存舱、处理和供应系统以外的系统可在进行风险评估后进行维修。通常情况下，居住舱室、客舱和货舱所在区域与燃料系统间存在一定距离，或通过气锁间、气密舱壁等进行分隔。因此，居住舱室、客舱和货舱所在区域可正常进行维护工作，但不允许天然气进入。LNG动力船舶大多数的维修工作均属于这一类。
2.2 船舶部分系统含有LNG或天然气
气体危险可能存在于船舶所有涉气的区域，这些区域必须充分考量安全措施。工作区域的清晰识别至关重要，整个系统的安全不应因局部的维修工作而受到破坏;在整个维修工作期间，应通过持续监测来确认是否存在可燃气体。
2.3 船舶所有系统都不包含LNG或天然气
如果船舶完全清除了LNG燃料及其蒸发气，则允许使用常规安全系统进行常规修理然而，特殊钢材和船舶的低温性质仍将对工作方法和后勤管理施加限制。
3 带气维修时需要考虑的风险和后果
对于以LNG为燃料的船舶，除考虑常规燃料所存在的风险项外，还需要考虑船上是否存在LNG或其他危险气体。LNG动力船舶维修时存在的主要额外风险项见表1。
货物维护系统发生LNG泄漏会对工人、环境和相关的有形资产造成严重影响。在极端情况下，设置还会对设施外的公众造成影响。LNG泄漏的原因和后果见图1。
LNG动力船舶的设计旨在遏制威胁，并通过设置各种屏障将任何危险降到最低，主要有以下3种屏障:
1)人员屏障。可通过适当的培训确保其预防隐患的能力。
2)程序和流程屏障。使用安全管理系统对工作许可和检查清单等进行管理。
3)设备和技术屏障。当系统达到一定压力时，压力释放阀会打开，防止风险进一步增加。后果方面主要有以下2种屏障:
1)滴盘屏障。防止LNG接触钢制甲板结构，从而防止其发生脆性断裂。
2)培训人员屏障。培训人员可尽快阻止LNG泄漏。
船舶和船厂的风险管理过程需要考虑一个或多个屏障的消除，当风,险发生时，如需要不间断地工作，则要对变化后的环境进行额外的风险评估(操作风险评估)。如果船舶或船厂的管理团队认为风险没有得到充分缓解，则需停止工作，等待风险详细核查。任何风险评估应包括日常评估和动态评估，以证明对工人和环境的风险已经被消除。风险评估还可以提供相关信息，以对所需的安全工作方法进行定义。在船舶到达时需对其状况进行检查，以表明其处于风险评估和安全工作可有效进行的状态。船东和维修人员对操作、风险和工作质量的监督可提高所需维修任务的安全性。
4 船舶携带LNG修理期间的预防措施
预防措施的范围由风险评估确定，危险区域的大小则是由系统内剩余LNG的质量、成分和压力等因素确定。船舶的危险区域划分图通常是根据船舶设计和操作要求而制定的，用于标识和划分可能存在爆炸、火灾或其他危险情况的区域。然而，在进行维修和修理时，可能会涉及设备设定的操作压力、温度以及危险物质的改变，这可能导致原有的危险区域划分图不再适用，需要根据实际情况对危险区域进行重新划分。
4.1 危险区域的工作
由于气体的存在，着火点的控制是需要解决的主要问题，可通过多种方式实现:
1)选择适当的、安全的电气设备(包括手机、电池供电的工具、测试仪器和照明灯具等)。
2)选用合适的、安全的机械设备。
3)采用无火花气动工具(无打磨，非钢材料)
4)禁止焊接、吸烟等。
5)通风，确保可燃气体不会积聚。
着火点通常会有以下元素:
1)测试高功率无线电和雷达。
2)喷砂和喷漆系统、供气软管和管道内液体流动产生的静电。
3)焊接产生的杂散接地电流。
4)焊接、油漆剥离和吸烟引起的明火。
5)船厂起重机的操作。
6)打磨产生的火花和一些电气设备，如升降机。
7)没有防静电服装和防静电靴的工人。
8)材料、设备和脚手架的吊装、放置或安装
9)用会产生火花金属敲击工具，如金属锤。
10)汽车发动机和发电机。
4.2 危险区域的临时解除
危险区域可以通过以下方式暂时解除:
1)系统内介质的排除或减压。
2)通过隔离来消除某一区域的气体/燃料供应，隔离必须保持和密封，以确保没有气体泄漏到解除的危险区域
4.3 安全敏感区域的工作
安全敏感区域即需要提高安全等级的区域，这一空间内的系统或人员的工作可能会对危险区域产生影响，阻碍危险区域内关键安全设备和/或控制系统的正常工作。因此，安全敏感区域也需要制定相应工作程序以加强控制。安全敏感区域包括但不限于以下5种:1)与危险区域相邻的区域，工人在进行切割或钻舱壁等活动时可能会侵占危险区域。
2)装有涉及危险区域安全相关的电缆和/或管道的区域。
3)保持系统在惰化状态下的氮气管道。
4)提供危险区域通风的风机、管道和控制系统。
5)位于燃料舱甲板下方需要起吊的区域。
这些安全敏感区域可以使用一种严格的审査方法来识别。安全敏感区域应在图册上标记并在工作地点展示。随着系统停止工作检查、维护和恢复，安全敏感区域也会随着时间而改变。
4.4 LNG燃料舱压力管理
LNG是一种沸腾的液体，热量的进入将导致一些液体蒸发。在大气压和环境温度下，1体积的LNG、可蒸发成大约600体积的气体。在恒定容积的情况下，这将导致压力上升。LNG储罐内的压力上升速度取决于进入储罐的热量，而热量又取决于储罐内所使用的保温材料的厚度和类型，以及储罐内LNG的体积和质量:
除非对LNG燃料舱的压力进行控制，否则用于保护燃料舱完整性的安全阀将在预定压力下打开，允许过量气体进入排气系统，通过透气桅排放到大气中。对于隔离的管段，热安全阀起同样的作用。如果不能保持适当的压力控制，则会导致排气，如果气体羽流被点燃，则有可能升级为火灾或爆炸，即使没有发生上述概况，也会对环境造成破坏。
船舶应在到达以及随后的每2~4 h提交1份LNG燃料舱状况报告，该报告应涵盖温度，压力和液位，并用于预测蒸发率，以及其发展趋势的预测。报告内容需要与船厂共享。
LNG双燃料船舶上LNG储罐的实际压力变化见图2。当没有LNG或蒸发气被移走时，压力的增长率要高得多。
5 结论
针对LNG动力船舶修理过程中存在的诸如LNG泄漏、爆炸、火灾等潜在的安全风险，本文开展了一系列LNG动力船舶修理安全管控分析，并提出了相应的预防措施。
为有效加强LNG双燃料动力船舶的安全管控，一方面，每艘船舶都需要制定LNG压力管理计划，主要是针对LNG燃料舱，但计划还应覆盖船上可能存在和可能残留液化气体的其他区域。另一方面，在维修/干船坞阶段，必须积极控制和监测LNG罐压力，当压力接近压力管理计划中规定的某一设定高值时，船舶操作人员/船厂需根据管理计划的相关程序对LNG燃料舱压进行管理。
参考文献：
[1]雷攀峰,战研,汪瞻纬,等.LNG动力船舶修理安全管控[J].船舶标准化工程师,2024,57(05):38-42.
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