油船货泵舱爆燃事故作为船舶主要风险之一，一旦发生往往引起巨大的财产、人员损失和环境损害。为保证船舶安全运营，开展油船货泵舱爆燃事故研究迫在眉睫。
油船货泵舱爆燃事故风险因素辨识
事故树分析法(Fault Tree Analysis，FTA)是一种从结果到原因的逆向分析法。将事故结果确定为顶部事件，然后找出导致事故后果的直接因素和间接因素，把所有因素运用逻辑关系绘制成一个树形结构，进而对事故进行定性或定量分析。
从船舶建造、营运和修造三个阶段考虑，分析油船货泵舱爆燃事故风险因素。船舶营运和修造阶段，油船货泵舱的设备、管系和舱壁由于腐蚀、破损和误操作等因素导致货油、燃油发生泄漏。货油、燃油泄漏后挥发，气体探测系统及通风系统的失效，形成可燃气云。遇到潜在点火源包括静电、明火作业、电火花和设备过热等发生爆燃事故。在船舶建造和修造阶段，货泵舱油漆作业后，舱内油漆挥发形成可燃气云，遇到潜在点火源发生爆燃事故。
基于上述分析，采用事故树分析方法，建立油船货泵舱爆燃事故树模型(如图1)，得到油船货泵舱爆燃事故风险因素。事故树中人为因素包括X3、X8、X12和X13，并且设备失效与人员定期检查和维护密切相关，故人为因素是导致油船货泵舱爆燃事故发生的重要原因。
表1 事故树符号含义
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图1 油船货泵舱爆燃事故树
油船货泵舱爆燃过程实验研究
为了探究油船货泵舱爆燃事故过程中火焰形态、传播速度及压力随时间的变化规律，搭建了半开敞管道实验系统。该实验系统主要包含五个部分：实验管道、点火装置、数据采集系统、同步触发装置和配气系统，实验系统的结构如图2所示。
实验中采用圆柱形有机玻璃管道，内径为160mm，管壁厚10mm，长600mm，水平放置，总容积为12.06L。火焰动态采集采用的高速摄像机为美国Phantom V.2012，全分辨率为1280×800。由于管道中火焰传播速度较快，实验采用的拍摄速度为3000帧/秒。点火装置采用能量可调的高能点火装置，实验用点火能量为100mJ。压力采集设备包括压力传感器、数据采集卡、数据采集机箱和PC端组成。压力传感器采用膜片裸露的PPM-127H压力传感器，测量范围为-5～5kPa，响应时间为2ms，精度等级为0.5。通过配气系统，配置10%甲烷空气混合气体，混合气体覆盖整个管道。
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图2 实验系统示意图
空管道甲烷/空气爆燃实验
空管道甲烷/空气爆燃实验结果如图3。在点火至t=23ms的初始阶段，火焰前锋较为光滑并以“半球”状形态传播，随着时间发展，火焰半径逐渐增大。在t=30ms后，由于管壁限制作用，火焰向管口的传播速度迅速增大，形状变为“手指”状，直到t=60ms时火焰前锋到达管道出口。实验结果表明，在货泵舱爆燃过程中，舱壁的限制作用，能够使火焰沿梯道口方向的传播速度迅速增大。
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图3 空管道甲烷/空气爆燃火焰形态、传播速度和压力随时间变化图
油船货泵舱甲烷/空气爆燃实验
油船货泵舱爆燃实验中，简化货泵舱内部管系及设备布置，仅考虑货泵舱中两层甲板，混合气体覆盖整个舱室，实验结果如图4。
0ms～20ms，火焰前锋呈光滑的半球形火焰向前传播。20ms～43ms，火焰前锋受甲板诱导的湍流作用，产生扭曲变形，这时火焰速度和压力会出现短暂的下降。火焰形态的扭曲，增大了火焰前锋与未燃气体的接触面积，当未燃气体被预热到临界反应温度时，这些气体的反应几乎是瞬时的，进而火焰传播速度迅速增大，同时产生很强的压力波。
在爆燃过程中，压力波超前于火焰向前传播，压力波受到甲板的阻挡作用后发生反射，反射的压力波作用于火焰前锋降低了火焰传播速度，甚至使火焰前锋出现局部停滞。而压力波反射到火焰阵面后又会发生折射和二次反射，火焰前锋上压力波多次的反射和折射，使其压力和密度梯度不平行，产生斜压效应。43～48ms，由于压力波的反射作用，使火焰前锋局部停滞，而另一部分梯道口越过，发生火焰拉伸，火焰速度增加。进而使火焰产生更大的失稳、变形，增大与未燃气体的接触面积，火焰速度、压力进一步增加。火焰越过梯道口时，受到甲板诱导的湍流作用，火焰传播速度和爆燃压力均增大。在爆燃过程中，火焰形态、传播速度与压力波存在相互作用关系。
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图4 油船货泵舱甲烷/空气爆燃火焰形态、传播速度和压力随时间变化图
防范措施及建议
由半开敞管道实验研究可知，油船货泵舱爆燃过程时间短，事故后果严重。油船货泵舱爆燃事故应以预防为主，并制定爆燃事故紧急救援方案。为防止油船货泵舱爆燃事故的发生，从人为因素和设备因素角度考虑，提出五个方面的防范措施：
一是防止货油、燃油泄漏，从源头消除爆燃事故的发生。定期对相关设备、管系和舱壁进行检查与维护，防止设备密封失效；人员按照相应规范作业，避免误操作导致货油、燃油发生泄漏。
二是将油气浓度降低至爆燃极限以下，防止爆燃事故发生。通过油气浓度检测系统，监测货泵舱油气浓度，发出报警信号后及时处理；作业前，对货泵舱进行通风处理，防止油气积聚。
三是控制点火源。对施工人员进行防爆安全培训，货泵舱作业期间，禁止吸烟；明火作业需审批报备；按照《钢制海船入级规范》对接地的要求，对于与船体非固定连接的货舱(柜)、处理装置和管系，应加专门的接地搭接片，消除静电；按照SOLAS公约对货泵舱保护的要求，在液货泵舱内并由穿过泵舱舱壁的轴驱动的液货泵、压载泵和扫舱泵，其舱壁轴填料函、轴承和泵壳应装设温度传感装置，消除设备过热；电气设备选型，应满足防爆要求，消除电火花；油漆作业期间，船舶禁止明火作业。
四是制定紧急救援措施。进行火灾、爆燃事故救援演练，制定紧急逃生路线；按照法规和规范的要求，配备个人防护设备，救生设备。
五是加强监督管理，消除不安全隐患。
来源：中国船检
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发表于 2020-5-15 12:04
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