船对船原油过驳气相平衡工艺应用

王俊

摘 要：对船对船原油过驳气相平衡工艺的现有实施方案进行梳理，从工艺应用中安全、环保、降耗等方面进行效益分析，再通过风险辨识、逻辑推断、综合分析等方法，找出现有实施方案中存在的安全风险和主要问题，并对风险和问题作简要分析，对发现的安全风险和主要问题提出有针对性的控制措施和解决方案。

关键词：船对船;原油过驳;气相平衡;应用

中图分类号：U698            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）11-0078-04

1 引言

随着我国工业化和城市化发展持续深化，石化能源使用量剧增，随之而来的大气环境污染问题也日益突出，严重制约了社会经济的可持续发展。另一方面，随着近几年石化行业重特大火灾爆炸事故和人员伤害事故频发，对社会主义现代化建设事业的顺利发展造成不利影响。

石油及其产品在生产、储存、运输、使用等过程中容易挥发，不仅造成油品损耗和质量下降，而且富含有毒有害物质的混合气体排到大气中，严重地污染了大气环境，并造成现场作业人员重大人身伤害和火灾爆炸事故隐患。目前，石化行业铁路和陆路罐车装油环节基本上已实现油气回收，罐区根据油品性质采用不同结构的油罐（内浮顶罐、外浮頂罐等）进行降耗治理，油气回收工作总体上产生了综合效益，改善了大气环境质量，并减少了潜在的人身伤害和火灾爆炸风险。

油轮是当今世界最为重要的原油贸易运输工具，其在作业及运输过程中，由于装卸货操作、船舶摇晃、货舱加温等原因，会不断从油舱逸出油气。目前，船舶上油气处置的常用方法为充惰和呼吸阀排出法，即在油舱中充入一定量的惰性气体，通过降低氧含量来避免油气火灾和爆炸。当货舱舱压升高到一定值时，甲板呼吸阀会自动弹开，部分货舱舱气自动通过呼吸阀排出，仍有可能造成人员中毒和大气环境污染等不良后果。因此，在油轮作业过程中，特别是船对船原油过驳这样地域相对固定、人员密度相对较大，且同时存在装货和卸货两种操作的作业中，研发一种安全、便捷、可靠的油气处置工艺，是极其必要的。

原油过驳货物装卸操作是一种安全、轻便、经济、高效的原油中转方式，也是港口原油综合储运能力的重要组成部分。宁波舟山港下属的广西钦州保税港区明州原油装卸有限公司，从2011年11月15日开始在广西钦州开展原油过驳业务（图1），至今已累计完成原油过驳超过6000万吨，连续七年占据国内原油过驳量第一。

随着炼油企业需求变化，改为采购以高含硫化氢等有毒有害物质的油种居多，给原油过驳作业现场人员人身安全带来严重威胁，同时加重了大气环境污染风险，对此，宁波舟山港在长期实践中，借鉴国际上油码头油气回收装置工艺技术，经过充分的安全评估和论证，开创性地在原油过驳中启用了气相平衡工艺，一举解决了原油过驳作业中油气排放带来的职业健康和大气污染的问题。

油轮货舱舱气是由挥发性有机化合物（ Volatile Organic Compounds， VOCs）、氮气等惰性气体、硫化氢等有毒有害气体和少量其他气体组成的混合气体。气相平衡工艺利于实现原油过驳作业现场人员免受油轮在装卸货过程中频繁排放富含有毒有害物质的混合气体的伤害，同时起到避免货舱舱气排放所造成的大气环境污染和油品损失等作用。

该工艺自2014年启用以来，宁波舟山港已运用气相平衡工艺累计过驳原油超过4000万吨，在安全、环保和经济等方面产生了显著的效益。

2  气相平衡工艺实施方案

2.1 工艺原理

原油过驳气相平衡是指在原油过驳过程中，为了避免油轮向大气排放舱气，防止现场作业人员人身伤害和大气污染，减少油轮对惰气系统的使用，用气相平衡管（以下称平衡管，图2）将船舶的惰气系统总管连接，利用油轮装卸过程中产生的货舱舱压差，实现舱压动态平衡的工艺。

2.2 设施设备

气相平衡工艺涉及的设施设备有：用于连接两船惰气总管的平衡管，用于吊装平衡管的船载吊机、用于监测的压力表和有毒气体报警仪、用于应急处置的呼吸器和急救设备等。此外，还包括螺栓、垫片、吊带、绑绳等工属具。

综合考虑使用性能、装卸速率和拆装便捷性，目前原油过驳中采用的平衡管是16英寸复合管。

2.3 技术要求

平衡管的主要技术性能指标有外观、耐压性能、最小弯曲半径、暂时伸长率、永久伸长率和电阻值（表1）。

表1  平衡管的主要技术性能指标

尽管平衡管中惰气回流的压力较小，但惰气泄漏会对现场操作人员造成重大安全隐患，因此平衡管的拆装技术要求应与输油软管的拆装技术要求一致。平衡管连接前，需与一程船和二程船确认所接的惰气总管接口，检查接口法兰平面，并选用合适的垫片。拆装平衡管过程中严格落实个人劳动安全防护措施，按照操作规程拆装平衡管和值班检查。

2.4 操作人员

平衡管操作人员和值班检查人员在上岗前，必须经过规范的安全操作培训和职业健康防护知识学习，包括相关法律法规、油轮作业安全、工艺原理、操作规程、硫化氢等有毒有害物质危害的防护等知识和能力。

对现场过驳队员的基本要求为：持有相应适任证书;具有较为丰富的工作经验和熟练的业务水平;身体健康，有较强责任心;遵守劳动纪律和值班报告制度;具备自我防护和应急处置的能力。

2.5 操作规程

2.5.1职责

现场指挥全面负责气相平衡工艺的准备、实施和应急工作;

一程船、二程船大副负责控制船舶惰气系统;

过驳队负责拆装平衡管和值班检查工作。

2.5.2准备工作

一程船、二程船做好接平衡管准备工作;

作业前准备时，过驳队须检查平衡管，放空管内冷凝水，同时做好劳动防护措施;

二程船靠泊一程船时，过驳队长指挥一程船、二程船控制平衡管接口相对位置，保证平衡管既能适应过驳过程中一程船、二程船间的干舷变化，又不发生过度弯曲。

2.5.3平衡管拆装

平衡管安装前，打开一、二程船惰气总管管头放残阀，放空残水;

利用一程船吊機吊起平衡管一端到一程船出油口，二程船吊机吊起另一端到二程船出油口，使平衡管呈“U”形。平衡管越过栏杆合适高度后，利用吊带、绳索将平衡管绑扎在栏杆上。（拆平衡管时，起吊使平衡管呈“U”形，平稳摆放在甲板上成直线减少弯曲）。平衡管接好后，利用一船吊机承重，使平衡管呈“n”形;

平衡管和输油软管安装、拆卸步骤的先后顺序，由过驳队长与一程船、二程船现场作业人员确认。

2.5.4气相平衡

开泵初期，因二程船舱压较小，暂不打开惰气管线阀门，货控室值班人员对货舱压力持续关注，当二程船舱压超过一程船时，同时开启两船惰气管线阀门，开始形成惰气回流;

正常过驳过程中，由于货物的转移，二程船舱压会高于一程船舱压，保持动态平衡。但在少数情况下（货物挥发性较强、一程船货舱较满），当一程船和二程船舱压均接近限制值时，需要人工排气，排气由现场指挥统一指挥，根据现场风向、排气效果、干舷差等因素选择由二程船或一程船排气，排气时间一般在半小时以内，期间所有舱门保持关闭，甲板工作人员和辅助船提前转移到上风向处;

排气须合理选择时机，避免无风期间排气，在确保锚泊稳定的情况下，可考虑用拖轮顶推船尾改变船与风的夹角，避免舱气吹向生活区;

甲板值班人员配备硫化氢报警仪等个人劳动安全防护设备，对平衡管、压力表、接头保持经常性检查，发现异常立即报告过驳队长;

过驳过程中，如果二程船舱压持续升高，并且与一程船舱压变化不同步或差距较大时，过驳队须检查气管弯头处是否有冷凝水聚积，一、二程船须检查惰气管管头内是否有冷凝水聚积，并及时排空;

检查气管冷凝水时，先降低卸货速率至最小速率，并关闭一、二程船惰气管阀门，再打开惰气管放残阀，松开气管一头的接口，通过吊机吊起气管在另一头排空冷凝水，气管两头交替进行一次，检查和排放冷凝水由过驳队长统一指挥;

检查和排放冷凝水时，含有有毒气体的舱气可能集中逸出，操作人员须严格按照高硫化氢原油过驳操作规程相关要求落实劳动防护措施;

装卸货过程中，做好数据记录，包括卸货速度、排气时间、两船舱压等。

3 工艺效益分析

3.1 保障现场人员安全

气相平衡工艺应用以来，宁波舟山港已累计过驳高硫化氢原油超过4000万吨。以每艘次二程船平均装货5万吨计算，累计参与过驳作业的二程船超过800艘次。

对于每一艘次二程船过驳作业，均要经历靠离泊、管件拆装、装卸货等一系列完整的操作，作业人员需要面对各环节的安全风险。如果不使用气相平衡工艺，由二程船呼吸阀自动调节舱压，甲板工作人员可能暴露在富含硫化氢等有毒有害的舱气下，将对身体健康和作业安全造成重大隐患。按照“海因里希事故法则”，800艘次的高硫化氢原油过驳作业中，将出现70次的轻微中毒或身体不适，以及约2.4次的急性中毒甚至死亡事故。

气相平衡工艺应用以来，过驳作业现场不仅未发生过轻微及以上等级的中毒事故，而且在防护措施到位的情况下，即便在人工排气时过程中，舱气对现场作业人员也几乎不产生感官影响。气相平衡工艺的应用使原油过驳现场作业人员的人身安全防护得到了质的飞跃，对于企业的安全生产带来了有效保障，创造了重大的安全效益。

3.2 减少油品损耗和大气污染

据估算，一艘VLCC装船过程中要释放出约100吨的VOCs蒸气[1]，则过驳5000万吨原油将至少产生1.85万吨的VOCs蒸气，使用气相平衡工艺，不仅减少了高附加值的轻质原油组分的损耗，也为炼厂企业客户创造至少1300万美元的直接经济效益（按照原油到岸价100美元/桶估算）。

VOCs对大气环境危害较大，主要包括：具有刺激性气味，严重影响现场作业人员和附近居民的生活质量;具有毒性，会造成人体多组织和器官的病变;具有光化学反应性，引发光化学烟雾污染事件;含有卤代烃，破坏臭氧层。此外，VOCs排放浓度较高时如果遇到静电火花或其他火源，容易引起火灾爆炸。

使用气相平衡工艺，实现了货舱液相和气相密闭置换，最大限度地减少了原油过驳作业过程中的VOCs排放，其产生的环保效益难以用数字估计。

随着气相平衡工艺的持续应用，其创造的安全效益、环保效益和经济效益正在持续增加。

4 风险识别与分析

4.1 风险识别

对于原油过驳气相平衡工艺而言，其主要安全风险在于管路舱气泄漏，致使局部范围内富含硫化氢等有毒有害物质的舱气积聚，从而对现场作业人员造成伤害。舱气泄漏可能由多种原因造成，如平衡管破损、接口密封不良、操作失误、气体残留等。

另外，还有平衡管吊装过程中的起重伤害、绑扎过程中的滑脱打击伤害等，因与货油软管操作类似，这里不作讨论。

4.2 风险分析

硫化氢气体是剧毒气体，对人体伤害极大，尽管采用了气相平衡工艺，但在人工排气、拆接管时，仍会有硫化氢气体释放。甲板作业人员佩戴有毒气体报警仪、防毒面具或呼吸器进行作业，但可能存在突发情况下人员来不及反应或人为疏忽，造成硫化氢中毒事件的发生。

输油软管发生破损和泄漏时，会以溢油和失压的形式表现出来，而平衡管破损、接口密封不良导致舱气泄漏时，值班人员不易察觉，但是舱气中所含硫化氢等有毒有害物质在较低浓度时就能快速导致人体受到严重刺激，甚至造成急性中毒，因此需特别防范。

安装使用过的平衡管和作业结束后拆除平衡管时，管内含有残留气体，在打开闷盖时会立即逸出，操作人员需特别注意。

5 风险控制措施

5.1 作业前

充分了解货舱舱气中硫化氢等有毒有害物质含量数据;

准备好硫化氢气体中毒相关的急救药物，确保所有现场作业人员熟知急救药物的使用方法和存放地点;

确保所有现场作业人员熟知硫化氢中毒紧急处置方案;

了解现场风向，在接口附近设置风向旗，在作业现场上风向设置紧急集合点;

佩戴呼吸器、防护面具、便携式硫化氢报警仪等安全防护设备;

打开平衡管闷盖时，采取防护措施，防范管内残留气体逸出;

确认平衡管与油轮惰气管接头的结合面平整完好，选用性能良好的垫片，螺丝上紧并受力均匀;

绑扎稳固平衡管时，必须保证弯曲半径不超过限制，管壁不受其他物件挤压和刮擦。

5.2 作业期间

作业期间一程船、二程船启动生活区空气内循环;

非甲板工作人员限制离开生活区;

甲板保持24小时值班，检查平衡管状态，根据两船吃水变化适时调整平衡管;

接头处放置硫化氢报警仪保持监测，设置报警浓度为5ppm;

货控室保持对舱压监控，定期核对两船舱压（控制在1200mm水柱以下），根据需要调整，发生异常立即采取相应措施。如二程船舱压持续升高并调整无效时，应检查平衡管弯头处是否有冷凝水聚积;

發生舱气泄漏或人员中毒时，立即执行相应处置措施或应急预案。

5.3作业结束

过驳作业结束后，用惰气吹扫平衡管，进行气体置换;

所有拆管操作人员佩戴呼吸器或防毒面罩;

平衡管闷盖螺丝上紧，防止管内气体逸出;

放置平衡管时避免扭曲和触碰尖锐物件;

平衡管与输油软管一同存放，由专人看管，不允许无关人员靠近。

5.4 应急处置

针对原油过驳作业硫化氢中毒，编制专项应急预案和现场处置卡（表2），定期组织安全管理人员和现场操作人员开展演练和案例学习，提高实战中应急处置的能力。

发生人员中毒，救援人员实施救援应携带应急药物，必须佩戴硫化氢报警仪和正压式呼吸器等防护用具，按照预案有序开展救援。硫化氢中毒救援应特别注意方法，切忌盲目施救，导致更大伤亡。

6 结论与展望

气相平衡工艺应用于高硫化氢原油过驳作业中，给现场人身安全防护带来了质的飞跃，同时起到控制排放和防火防爆作用，并且在实践中不断成熟。

该工艺主要安全风险在于因平衡管破损、接口密封不良、惰气残留、操作失误等原因，致使局部范围内富含硫化氢等有毒有害物质的惰气积聚，从而对现场作业人员造成伤害。只要现场操作人员严格按照操作规程，落实各项防护措施，把控住拆接管和值班检查等关键环节，可以有效消除安全隐患。发生事故时，按照应急预案和处置方案要求开展救援和抢修，可以有效控制事故进一步发展，减小损失并尽快恢复作业。

随着气相平衡工艺日渐成熟，其优越性也逐渐凸显，具有极高的实践操作意义。今后将利用实践操作中积累的各类数据和经验，不断摸索改进，探索出一套能适应各类船型和各类货种的成熟工艺，使其在原油过驳作业中的应用常态化。

参考文献：

[1] 牟小冬. 国外大型油轮油气排放控制技术及建议. 安全、健康和环境. 2015，15（3） ：1-4