LNG罐箱内河运输风险辨识

张鹏 魏大强 臧子璇 熊廉森

(1.重庆兴燃能源有限责任公司 重庆 400020;2.重庆大学土木工程学院 重庆 400045;3.中国建筑工程(澳门)有限公司 澳门 000853)

在节能减排的大环境下，LNG 作为清洁能源被引入内河运输服务体系具有可持续绿色发展的重要意义。罐箱内河运输可以将沿海LNG运往内陆，其不仅可以作为内河沿线LNG站的能源来源，还可以解决天然气管网铺设难以到达的偏远地区。

在调查国内外的研究现状后，发现在风险分析上目前国内外有部分学者对LNG 罐箱在沿海地区港口水域发生事故进行了相关研究，但对内河的分析较少，将内河水域某一区域作为整体进行综合安全评价的研究更少。

故为了将来LNG罐箱在内河的运输安全，该文先分析内河运输的环境，进行风险因素识别，再结合船只设备、人员、吊装机械等，对LNG罐箱运输船的转运过程进行综合分析，以LNG泄漏作为顶事件建立LNG罐箱内河运输事故树，得到引发事故的基本事件，同时以LNG 泄漏作为初始事件建立事件树，得到发生泄漏后的具体后果事件，并对每个后果事件的概率进行计算。

1 LNG罐箱内河运输风险因素分析

1.1 内河沿线环境分析

该文所述内河环境主要包括自然环境和航段物理条件。对内河运输的环境进行详细分析，目的在于针对风险高的地方采取相应措施，来保证LNG罐箱内河运输过程的安全。

自然环境条件包括风速、能见度、降雨量，水文条件包括水流速度、水深，航段物理条件指航段沿线的地质灾害、航道尺度、通航段交通量、助航设施设备以及有无桥梁。当风速大于15 m/s、雾的能见度小于1 km、暴雨天气、水流横流和顺流流速过大、水深不足，山体滑坡等，均会使船舶通行受到影响，发生船的安全事故，导致LNG罐箱的安全受到影响。

1.2 罐箱运输过程分析

由于该文所述运输过程包括LNG罐箱的装载、船只转运和卸载，其包含的对象主要有人、运输船只及其附属设备、罐箱和吊装机械。将这些对象作为可能受损的目标，进行过程的风险因素识别。

因为LNG 罐箱在内河上的运输过程与普通货物相似，仅仅是运输货物与运输船有区别，导致发生事故的后果不一致，故该文参考普通货船在运输过程发生的事故进行分析。在LNG罐箱内河船只转运过程中，风险识别的对象包括了船只及其附属设备、人员自身情况以及罐箱。

在罐箱运输过程中，当人因冻伤、窒息、砸伤、烧伤或超压受伤而成为受损对象时，其包括的风险因素分别有LNG 泄漏、罐箱脱落、火灾和爆炸。船只因搁浅或碰撞成为受损对象时，其包括的风险因素有人员误操作、船舵失灵、风力过大、航道宽度太窄、观察不及时。当船只的附属设备失效时，其风险因素主要是维护不当。当罐箱因跌落或阀件损坏成为受损对象时，其包含的风险因素有船只碰撞、绑扎不严、风力过大、人员误操作、维护不当以及机械自身故障。

LNG 罐箱的装载和卸载过程本质相同，均是码头作业，风险类似，遂将这两个过程作为同一类进行分析，识别对象是罐箱吊装及堆码过程中包含的罐箱、人和机械设备，其中人与罐箱成为受损对象时的风险因素在LNG 罐箱运输和装卸时是一致的。而当罐箱装卸时，当起吊设备因部件故障或部件损坏成为受损对象时，其风险因素包含有人员误操作和维护不佳。

2 LNG罐箱内河运输事故树的构建

事故树是一种逻辑归纳分析方法，它将给定的顶事件按总体至部分的规律从上至下逐步细化分析顶事件的最基本的原因。事故树分析法中各个事件的连接使用逻辑语言符号进行连接，用逻辑门描述事件发生的因果关系。

根据已查阅的事故树构建文献[1-2]，结合前文的LNG 罐箱内河运输系统的范围界定，构建得到事故树见图1，主要分析了罐箱及其附属阀门等在吊装及转运的过程中可能发生的事故。事故树详细描述了LNG罐箱泄漏的故障原因，包含了1个顶事件，35个中间事件，51个基本事件。

图1 LNG罐箱内河运输系统事故树

LNG 泄漏易引起存储设备及设施损坏，并造成经济损失和环保危害。LNG罐箱是运输过程中风险等级最高的设备，该文重点对引起罐箱泄漏的基本风险事件进行风险识别。由上述LNG 罐箱内河运输系统事故树图可知：在造成LNG 罐箱泄漏的48 个基本事件中，人员误操作或人员工作不到位的有12 个，设备故障的有9个。由此可见，在LNG罐箱内河运输过程中，规范工作人员的操作、提高工作人员的责任意识、定期检查设备器械是十分必要的，可以有效防止和减少LNG罐箱泄漏事故的发生。

3 LNG泄漏的定量分析

3.1 LNG泄漏的事件树分析

事件树分析法是一种基于初始事件，对后续事件进行演绎的推理方法，常用于安全工程系统分析，可以评价系统的可靠性和安全性。事件树分析的步骤主要有：（1）确定事件树初始事件；（2）确定各层级的安全措施；（3）绘制事件树；（4）定性分析；（5）定量分析。

事件树分析原理见文献[3-4]，该文第二节分析过LNG 罐箱内河运输过程中LNG 泄漏的原因，图2 以LNG泄漏作为初始事件，对泄漏的后续过程进行演绎。

图2 LNG罐箱内河运输泄漏事件树

该事件树考虑了LNG 泄漏的6 个后续事件，并分析事件发展最终得到了17 种后果事件，分别为：罐箱喷射火或沸腾液体扩展蒸汽爆炸（C1）、船舱内池火、闪火或蒸汽云爆炸（C2）、船舱内爆炸隐患，窒息、冻伤（C3）、船舱内池火（C4）、船舱内火灾及爆炸隐患，窒息、冻伤（C5）、船舱发生闪火或蒸汽云爆炸（C6）、船舱内爆炸隐患，窒息、冻伤（C7）、船舱内LNG 损失，窒息隐患（C8）、水面上冻伤、蒸汽云爆炸（C9）、水面上冻伤，窒息及燃爆隐患（C10）、水面上池火（C11）、水面上冻伤，LNG 损失（C12）、水面上发生闪火或蒸汽云爆炸（C13）、水面上闪火或蒸汽云爆炸隐患（C14）、水面LNG 损失（C15）、仅罐箱周围冻伤隐患（C16）、少量LNG损失（C17）。

3.2 LNG泄漏后果事件概率计算

根据初始事件及各个后续事件的发生或者不发生的概率，算出每个后果事件的概率。例如，后果C1发生概率的计算式为

式（1）中：P1为后果事件C1 发生的概率；P(E01)为初始事件发生的概率；P(E1|E01)为初始事件发生的情况下E1的发生的条件概率。

根据初始事件及各个后续事件的发生或者不发生的概率，算出每个后果事件的概率。将事件树的初始事件假定为发生，即概率为1。根据已有的概率估计文献[5-6]，后续事件的发生概率与不同的泄漏孔径、泄漏时间等多个因素有关，该文参考其中的概率估计方法，以200 mm 孔径为例，将每种后果事件发生的概率分别进行计算。

以下标表示后果事件的代码，最终的计算结果分别为：P1=0.1，P2=0.022 68，P3=0.204 12，P4=0.015 12，P5=0.136 08，P6=0.011 34，P7=0.102 06，P8=0.048 6，P9=0.006 8，P10=0.129 28，P11=0.002 92，P12=0.055 4，P13=0.005 18，P14=0.098 5，P15=0.025 92，P16=0.025 2，P17=0.0108。

由于LNG 罐箱在运输过程中有着严格的安全要求，故E1 和E6 发生的概率较低，E2 和E3 发生的概率主要与泄漏发生时泄漏孔的位置有关，E4 通常是当LNG泄漏量较大时，大规模的LNG分布在水面或船板上时才会发生，E5 则是当LNG 大量泄漏时，蒸发的LNG与空气混聚在一起时才会发生。

结合图1 和图2 进行分析，可以看出，C1、C3、C5、C7、C10、C14这6个后果事件发生的概率较高，发生概率基本都在0.1及以上。其中C1、C3、C5、C7发生时都极易造成人员伤亡、财产损失和环境危害等重大安全事故。

4 结语

该文对LNG罐箱内河运输进行风险辨识，包含了内河航道环境因素相关的风险识别与LNG 罐箱船只在转运过程中的风险识别，搭建了事故树与事件树，总结如下。

（1）内河航道环境因素分为自然环境因素与航段物理条件因素，并进一步展开得到了自然环境包含的6 项风险因素：风速、能见度、降雨量、水流速度、水深和地质灾害等；航段物理条件包含的4项风险因素：航道尺度、通行船只密度、航段助航浮标和有无桥梁等。

（2）罐箱运输环节的风险识别按过程分为了装载、运输和卸载，对包含其中的人员、机械、罐箱及其附属设备进行风险识别。得到了装卸载以及运输过程的风险因素。

（3）搭建以LNG 泄漏为顶事件的事故树,得到了51 个基本事件，并提出了减少LNG 泄漏事故发生的建议。

（4）以LNG 罐箱泄漏为初始事件的事件树，演绎得出了17 项后果事件。同时分析了LNG 罐箱泄漏后果事件的概率计算方法，以200 mm孔径为例进行了事件树中后果事件的频率计算，得到不同后果事件的发生频率，并总结得出了几种发生概率较大的后果事件。