基于RCM的LNG动力船营运风险预控

赵 睿， 胡甚平， 许乐平， 席永涛

(上海海事大学 商船学院， 上海 201306)

基于RCM的LNG动力船营运风险预控

赵 睿， 胡甚平， 许乐平， 席永涛

(上海海事大学 商船学院， 上海 201306)

以液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)作为燃料的LNG动力船的安全营运问题是当前的研究热点。针对计划预防维修管理模式存在的问题及船用LNG和船舶的高可靠性的特点，提出基于可靠性维修方法的LNG动力船安全分析，进行船用LNG和船舶的系统划分及风险评价；阐述可靠性维修方法,将其应用于风险逻辑决断分析中，确定以风险为中心(Risk-Centred Measure，RCM)的LNG动力船故障失效控制方式,进而确立相应的LNG动力船风险预控方案。应用结果表明：LNG动力船的安全性主要表现为LNG泄漏所引发的风险，加强LNG系统维护是提高LNG动力船安全营运的主要手段。RCM方法应用于LNG动力船安全性风险预控，有利于提升LNG动力船营运中的操作安全性。

水路运输;船舶通航；LNG动力船；液化天然气；以可靠性为中心的维修；风险预控

Abstract: With the growing environmental concern, clean fuel, such as, LNG (Liquefied Natural Gas) is walking into the shipping industry. The safety of LNG-fueled ships has attracted attention of the industry. Focusing on the unresolved issues in planned preventive maintenance management, the Reliablilty-Centred Maintenance method to LNG-fueled ships is introdmced and performs safety analysis accordingly. A systemic classification and risk assessment of the ship and the LNG shipping fuels are made. A solution of risk control for LNG-fueled ships is established through defining RCM (Risk-Centred Measure) for malfunctioning LNG-fueled ships in accordance with RCM logic decision analysis. The analysis indicates that the leakage of LNG is the major cause of safety issues. Emphasizing LNG system maintenance is the primary approach to improve the safety.

Keywords: waterway transportation; marine traffic; LNG-fueled ship； LNG； Reliability-Centred Maintenance； risk control option

随着全球环境污染问题日益严重和各国环保意识不断增强，船舶大气污染物排放问题得到国际社会的广泛关注，以液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)为燃料的船舶具有巨大的发展前景。[1-3]由于LNG特有的物化性质，其故障模式和风险特点与传统燃料有所不同。[4]因此，研究LNG动力船的风险预控具有现实意义。

海事界和航运界已将LNG在其他领域成功应用的风险管理方法引入到海运业中。例如:BERNATIK等[5]通过总结LNG储存安全方面的特点，对LNG作为替代燃料的存储设施的风险进行研究；LEE等[6]通过火灾风险评估对2种类型的船用LNG燃气供应系统进行比较；FU等[7]通过事件树分析和计算流体动力学模拟对LNG动力船潜在的泄漏风险进行评估。

近年来，国内关于LNG动力船安全风险的相关研究也已取得一定的进展。多英全[8]根据事故后果模型对某试点改造船进行定量风险计算；廖苏亮等[9]构建LNG加注船的定量风险评价方法；范洪军等[10]分析LNG加注趸船的池火危险距离；赵睿等[11]提出船舶LNG-柴油双燃料发动机供气系统的风险应对措施。目前的研究主要针对的是LNG动力船的单个系统的可靠性评估，而对整个系统中船用LNG和船舶相互影响下的安全营运风险性研究较少，可靠性和风险性相结合层面的内容不多。

LNG动力船是船舶和LNG的技术集成,这里采用FFA,FMEA和HAZOP等方法[12]对LNG动力船系统风险进行分析，提出LNG动力船以风险为中心的控制措施(Risk-Centred Measure，RCM)模式，借助风险预控逻辑决策方法提出基于风险的LNG动力船安全性风险预控方案。

1 计划预防维修问题的提出

保证安全性是推进LNG动力船发展的重要前提。甲烷(CH4)作为LNG的主要成份，具有可压缩、易燃易爆的物化特性，可能会引发燃烧、爆炸、低温危害和人员窒息等事故，因此将LNG作为船舶燃料具有一定的风险。由于国内对LNG动力船的研究尚处于起步阶段，很多规范措施仍在研究制订中，同时LNG动力船对于国内多数船公司而言仍属于新兴事物，存在风险预控经验不足的问题，因此目前大多数LNG动力船营运公司仍采用计划预防维修的方式进行故障和风险的预防。

计划预防维修制度[13]主要的理论依据是机械磨损规律相关原理。计划预防维修包括事后维修和预防性维修，其中:事后维修是待设备出现故障以后再进行维修，通常适用于对安全没有影响的非关键性部件和不可维修部件;预防性维修是按计划在故障出现前进行维修，也称计划维修。对LNG动力船进行预防性维修的主要目的是防止设备出现故障或避免故障带来严重后果。使设备保持安全状态所进行的维修保养包括部件清洗、机器润滑、调整、定期拆装检验和定期维修更换等。由机械磨损的规律可知，船舶部件出现故障的原因不尽相同，包括疲劳损伤、摩擦磨损外、机械损伤、化学腐蚀和材料老化等，故障产生原因不同，故障规律也就不同，LNG动力船的计划预防维修制度就不一定适合由其他故障原因导致的安全隐患。

在LNG动力船的预防性维修中，有些零部件采用的是定期更换的维修策略，这样难以对每个部件都进行充分利用。即便属于同一种类，各个部件的正常使用期也不尽相同。一般为预防故障发生，计划预防维修制度在制订维修计划时，维修的间隔期要远低于平均正常使用寿命，这样便导致相当数量的零部件在远未达到使用寿命时就被更换，不可避免地存在维修过度的现象，这会增加营运公司的经济成本，在降低经济性的同时并未在实质上提高安全性。

鉴于计划预防维修制度存在一定的不足，在LNG动力船维修保障和风险预控过程中迫切需要探索应用较为先进的设备维修和风险预控技术，提高LNG动力船营运的安全性和经济性。

2 基于RCM的LNG动力船安全风险分析

以可靠性为中心的维修是一种识别故障管理策略的方法[14]，目的是高效、有效地实现各类设备必要的安全性、可用性及运行经济性。RCM起源于20世纪60年代，主要应用于美国的波音公司等民航领域，之后逐渐延伸到军用系统与设备中，到20世纪90年代已逐渐成熟，目前已普及到很多领域中。其主要原则是根据各系统的安全性、可用性及经济性的特点，识别出系统中对系统性能影响最大的零部件(设备)及其维修工作方式，通过一种决策过程制订出针对不同设备的以可靠性为中心的维修方式。

在实际应用方面，船用LNG不论是在设计上还是在设备技术上，均具有很高的可靠性;同时,该高可靠性的技术又应用在高可靠性的船舶上。因此,为使维修资源利用率最大化，大大提高经济性，需在保证设备可靠性和安全性的情况下通过逻辑决断分析方法来确定LNG动力船营运过程中以风险为中心的预控方式。通过使用该模式，确定人—机—环境相互影响、相互作用下的关键操作，实现关注操作的风险管理。LNG动力船风险分析见图1,进行安全性风险预控的RCM基本步骤如下。

图1 LNG动力船风险分析

2.1系统划分

在LNG动力船的RCM分析过程中，为分析研究对象之间的风险关系，确保系统的可靠性和降低风险，需确定系统的风险链。依据一定的关系原则对系统内的研究对象进行系统分解，将LNG动力船的复杂系统划分为数个相对独立的风险系统，形成典型的项目(MSI)，从而完成系统划分。

2.2可靠性与风险性初步分析

进行可靠性与初步风险分析的主要目的是确定系统内的重要风险环节，并对这些环节标记风险等级。分析识别设备运行过程中风险级别较高的风险环节，并筛选出风险级别较低的风险环节，在此后的评估过程中只针对中高风险级别的风险环节进行分析，低级别可接受的风险环节不再进行细化研究，从而确保资源的合理化分配。

2.3FFA分析

功能失效分析(Functional Failure Analysis，FFA)的任务是识别并描述系统、子系统和设备所要求的功能及系统操作所需的界面，识别系统失效途径。功能失效分析的最终任务是确定和描述系统功能可能发生失效的方式。大多数RCM引用的功能失效可分为完全丧失功能、丧失部分功能和有错误的功能等3组。

2.4FMEA分析

故障模式和影响分析(Failure Mode Effects Analysis，FMEA)[15]是逐一分析风险系统内设备故障或非正常运行的模式，评定故障模式的发生频率和故障后果的严重程度，结合风险矩阵方法分析判断故障模式的风险等级，为风险预控策略的逻辑判断提供决策依据。

2.5HAZOP分析

危险性和可操作性分析(HAZard and OPerability Analysis，HAZOP)是由经验丰富的不同领域的专家以系统工程为基础，对LNG动力船系统进行安全性审查，通过评价各风险系统中因各个设备的误操作或机械故障而引发事故的潜在危险，评价这些故障模式对整个风险系统的影响，分析已有安全措施是否充分，是否需要增加风险预控措施等，最后提出风险缓解的建议措施和行动。

2.6基于风险的决策

采用逻辑决断方法对故障模式发生的根本原因及FMEA和HAZOP分析中故障模式的风险分析结果进行逻辑决策，确定适合设备的风险预控方式，控制设备修理时机和内容。风险预控的方式包括事后维修、定期维修及视情维修等。通过LNG动力船系统的RCM决策分析，由于不同的设备部件具有不同的可靠性，因此基于LNG动力船系统风险预控的逻辑决策，综合考虑设备的安全性、可用性和经济性确定采取何种方式。针对不同故障模式选择风险预控工作类型的逻辑决策(见图2)。

图2 风险预控逻辑决策流程

3 基于RCM的LNG动力船营运风险预控

3.1LNG动力船风险系统划分

根据LNG动力船舶的特点，风险系统主要可分为4个风险系统和5类风险类型(见表1)。

表1 LNG动力船风险系统及风险类型

3.2初步风险分析

运用风险矩阵的方法识别系统运行中风险级别较高的重要的风险环节。风险矩阵法是较为简单有效的风险识别分类方法,其主要综合表示出风险的事故发生频率和事故后果严重程度2个关键要素。

依据文献[15]，LNG动力船系统风险矩阵中的纵坐标表示故障模式发生的频率，即单位时间内故障模式发生次数与LNG动力船活动量的比值(见表2)。

表2 频率衡准表

依据文献[6]和文献[15]，LNG动力船系统风险矩阵的横坐标表示故障模式产生后果的严重程度，是指事故发生造成的影响。在实际分析中，通常需考虑对人员、船舶及环境的风险或导致损失的风险等(见表3)。

表3 后果衡准表

根据分析的结果对LNG动力船系统的风险进行归类，对应风险矩阵图的不同区域，风险等级分别为低风险(R4)、中等风险(R3)、偏高风险(R2)和高风险(R1)(见图3)。

图3 风险矩阵

3.3基于RCM决策分析的风险预控策略

根据上述基于RCM的风险预控逻辑决策分析，确定LNG动力船系统的安全性风险预控策略。表4列出8种涉及到LNG动力船营运过程中因LNG与船舶使用中可靠性转化成风险的关键问题。例如:船舶营运过程中，因碰撞/搁浅导致的LNG泄漏，风险程度为R2级，须制订LNG泄漏应急预案进行风险控制，特别是在海上交通事故后加强应急处置;在燃料加注过程中，因LNG泄漏造成的火灾、爆炸及低温危害，风险程度为R1级，须制订并严格执行安全操作规程和应急预案,加强船员教育和培训，做好防护工作，避免人员伤亡和经济损失，减小对船舶和环境的影响。

表4 LNG动力船风险预控策略

续表4

4 结束语

根据船用LNG和LNG动力船的特性，基于RCM方法对LNG动力船进行系统划分和风险评价，运用FFA,FMEA和HAZOP分析方法对LNG动力船系统风险进行分析，通过RCM逻辑决断分析进行风险预控方案，形成LNG动力船风险预控策略，提出LNG动力船避免故障失效的措施方式，制订出相应的安全性风险预控措施。

经初步论证，LNG动力船的风险类型主要体现在“两防”(即防碰撞、防泄漏)上，表现为船舶碰撞、搁浅、加注、储罐系统老化和维修停航等情况导致的燃料泄漏、火灾爆炸、低温危害及燃料泄放等，尤其是在船舶营运和燃料加注过程中，由于碰撞或操作失误导致的燃料泄漏的风险程度较高。可通过制订并严格执行安全操作规程、加强工作人员教育和培训、对关键部件进行实时监测及视情维修等方式进行风险预控。总体而言，由于目前LNG动力船舶从设计到建造的各个环节都有高标准和严格的管理规范要求，因此总体风险相对较低。

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RiskControlOptionforLNG-FueledShipsBasedonRisk-CentredMeasure

ZHAORui，HUShenping，XULeping，XIYongtao

(Merchant Marine College， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China)

U698.6

A

2016-12-11

中国交通建设股份有限公司新建清洁能源大型耙吸式挖泥船关键技术研究(2014-ZJKJ-04)

赵 睿(1981—)，男，河北邢台人，助理研究员，博士生，研究方向为LNG动力船风险管理。E-mail：zhaorui@shmtu.edu.cn

1000-4653(2017)01-0083-05