化学品船智能液货系统运行过程风险分析

风险分析理论

1.系统-理论事故过程建模

系统理论事故过程建模(STAMP) 把复杂系统的安全性分析当作一个控制问题，认为安全性是复杂系统的涌现特性，事故的发生源于外部扰动、组元失效（包括软件、硬件）或系统组元间的交互故障等未能得到有效控制，进而超出系统安全约束的结果。

STAMP基于系统理论构建，侧重于对系统设计、开发和运行中安全约束的不充分控制（执行）进行分析。控制结构是STAMP 模型描述系统和分析事故的基础，由控制层级、控制回路等组成。分层控制将复杂系统当成具有若干层次结构，各层级间通过控制回路来实现系统的控制目标。高层子系统为低层子系统提供安全约束，并接受反馈和汇报，进而做出决策，修正系统内部状态。系统不断循环反馈，保持动态的平衡。控制回路指细化到每一控制层级自身的体系，以实现相应的控制功能。通过对控制回路中各环节的检查可分析出导致控制对象失效的原因。

2.系统-理论过程分析方法

图1 STPA方法的基本流程

STPA分析流程如图1所示。

步骤三：定义控制结构图。构建系统的分层控制结构可以清楚地表现表面系统不同层次的交互过程，以及各个层级之间的关系，为进一步辨识导致系统危险的原因（不安全控制）奠定分析基础。控制结构并不仅包含分层控制框图所体现的信息，还包含对各个控制过程所进行的描述，如过程模型、控制算法等。在系统设计不断细化的过程中，通过分析不断改进控制结构。

步骤五：确定异常控制行为的原因。这个阶段辨别控制结构中的控制缺陷导致危害发生的原因。STPA分析不仅要找到上述的不安全控制行为，还需要进一步分析产生这些不安全控制行为的原因，如系统缺陷、组件失效、算法缺陷、外界环境干扰等。控制缺陷被视为导致危害产生的最根本的原因，这是危害分析中最重要的结果，设计人员依据这些缺陷对系统设计进行改进，以提升系统安全性。

智能液货系统的危险识别

1.智能液货系统

化学品船智能液货系统将与货物相关作业的软硬件设施共计10大系统进行智能管理，分别是装卸系统、扫舱系统、洗舱系统、压载水系统、惰性气体系统、液货温度控制系统、透气系统与蒸汽回收系统、阀门遥控系统、液压控制系统、液位遥测系统。

图2 化学品船智能液货系统的组成架构

智能液货系统是整个液货管理的运行大脑，通过控制中心的综合软件平台将涉及到的软件模块、硬件系统、机电设备有机联系在一起。各子系统和网络实现有机集成，把液货、货舱、货物保护、装卸、驳运、洗舱等有机联系在一起。实现液货泵一键启动、系统辅助决策、货泵远程遥控等智能化功能。智能液货系统针对液货、货舱和货物保护系统的重要参数进行自动采集，当监测参数超出设定预警值发生异常报警，或系统出现故障时，辅助决策系统将通过对数据的分析和处理，给出操作处理建议，也可提供异常处理与报警等应急措施方案，辅助船舶达到安全监测、报警与控制的目的，最终实现船舶液货的智能管理。

常规液货控制及监测系统独立显示和报警的传统模式，很大程度上提高了液货系统操作的安全性及便利性。基于液货智能管理系统，将采集的数据进行整合，实现数据采集、监测和报警集成，同时应用数据分析并结合经验，使设备从人为操作到智能联合，最终实现辅助决策功能，从而保证设备运行安全化、系统操作高效化以及液货管理智能化。除监测报警系统外，广义的智能液货系统还应包括智能货物配载系统、智能装卸货管理系统、智能洗舱系统。智能货物配载系统能实现货舱-货物智能匹配、船舶纵倾优化管理、配载次序自动生成等功能；智能装卸货管理系统可对化学品装卸货进行路径规划、装卸货智能控制、自动压载水控制、装卸货作业监控与辅助决策。智能洗舱系统可进行智能洗舱辅助决策、洗舱机智能控制、洗舱质量评估等。

2.液货操作人员

(1)化学品船船员

液货管理在化学品船、大型油船运营中占据了极其重要的位置，影响液货管理的重要因素主要包括液货、货舱状态以及液货保护系统状态。液货系统及其附属系统的操作将对液货的挥发损失、船舶安全和装卸效率产生重大影响。

化学品船船员作为液货系统的操作者，是对化学品船影响最大的人群。化学品船船员须经过化学品船安全知识和安全操作等特殊专业培训，评估考核合格后方可上船工作，因此化学品船船员的资质是危化品船员能力的直接体现。船员能力包括实操技能和应急反应能力。实操技能是指船员根据船舶状况和货物实际在进行船舶驾驶、船舶管理、货物装卸、环境控制、通信联络和仪器使用等作业时的实际操作能力。应急反应能力是指船员在船舶遇有碰撞、搁浅、火灾、泄露或污染等紧急事件时按照应急预案的响应和处置能力。实操技能和应急反应能力都会对化学品船的航行作业安全有着重要的影响。另外，船员安全预防污染意识也是化学品船风险的重要因素，主要表现为对安全作业规程和法律法规规定的遵守。

(2)码头接卸作业人员

码头设备设施在化学品船靠离泊及港内作业过程中均会产生较大的影响，而码头工作人员作为码头设备设施的使用及操作者，是其风险发生的诱导因素。首先，法律规定危化品码头的工作人员必须持证上岗，并对码头工作人员进行岗前培训和定期培训。其次，码头工作人员须对工作条件下的码头装卸设备设施进行巡査，因此码头工作人员数量也会对其产生一定的影响。

(3)罐区作业人员

码头公司建立了安全、环境和健康质量管理体系，覆盖码头罐区设备的安全管理制度，以及对应货种的相应操作规程等。另外，码头、罐区需要协调配合作业以确保货物的正常装卸作业，因此码头和罐区的联系显得尤为重要。

3.液货作业环境

(1)海上航行环境

船舶航行环境直接影响着运输的安全性，在良好的航行环境下，发生事故的可能性会大大降低。而在大风、雨雪和大雾等恶劣的环境下，驾驶员无法清楚地辨识前方航道信息和来船状况，会造成船舶偏航、横倾和侧倾等，增加了发生事故的可能性。另外，通航条件和航道环境也是影响航行安全的重要因素，在浅滩、弯曲航道和狭窄的航道行驶时，容易导致船舶发生碰撞和搁浅等事故。这些事故容易导致有毒化学品的泄露，导致海洋环境收到污染和毒害；易燃易爆炸的化学品受到碰撞极有可能导致发生火灾甚至爆炸等严重事故。

(2)码头靠离泊环境

码头设备设施在化学品船靠离泊及港内作业过程中均会产生较大的影响。船舶在靠泊码头时，船舶受力情况复杂，船舶运动及摆位情况的控制难度大。实际操作中受靠泊当时码头的风、流的客观实际情况与车、舵、缆绳、侧推等主观手段影响，靠离泊风险较大，并有可能造成事故的发生。码头的主体和基础设施对化学品船靠离泊的安全有着直接的影响。

(3)码头装卸环境

码头配备的装卸作业设备是船员及码头作业人员对危化品货物作业的工具，装卸作业设备的状态直接决定着装卸作业过程安全性；储罐、管线、扫线及其辅助性设备对危化品作业的安全保障有着重要的促进作用；另外，污染物处理设备设施也是码头设备设施的重要组成部分，其对船舶是否会产生操作性污染事故有着重要的影响。

散装化学品在装卸输送过程中使用管道、阀门等设备设施，因设计、材料缺陷和阀体、管件附件缺陷、或施工安装质量差、日常防腐蚀、定期检测不到位、发生水击、使用不当等原因，发生管道破裂、泄漏事故。在港口行业，管道输送系统发生概率较高的是火灾、爆炸。

4.危险液体化学品

危险化学品种类繁多、性质各异，国际海事组织制定的《散装化学品船舶构造与设备规则》及《国际防止船舶污染公约》列出了所有具有安全危害性和污染危害性的化学品，列入其范畴的化学品多达700余种，具有安全危害性的化学品有240多种，对环境污染危害性极小或无危害的化学品有100余种。

货物的危害性是由其理化特性所共同决定的，包括以下六类危害性。

(1)化学反应危害性

危险货物运输、装卸和储存过程中所具有的危险特性主要是通过危险货物的化学反应来实现的。危险品货物的化学反应危害性包括危险品货物的氧化还原反应、分解反应、聚合反应、与水反应等情况。

(2)燃烧、爆炸危害性

从国内外危险品货物运输的概况来看易燃易爆货物都占有较大的比例，就水路运输化学品船的各类事故来看，燃烧爆炸事故所占的比例较大，且不仅对人命、财产造成较大的损失，另外往往对环境造成较大的危害。

(3)毒害、放射和腐蚀危害性

(4)对人类健康的危害性

对人类健康的危害性主要是通过前三个危害特性体现，在危险品货物运输过程中危险品通过化学反应特性，燃烧爆炸及毒害、放射和腐蚀特性对人体的健康有着重要的威胁。

(5)对海洋污染的危害性

危险化学品货物对海洋污染的危害性主要体现在两个方面：第一是危险货物本身的毒性对海洋的生物进行毒害造成的污染；第二是危险货物不易挥发，漂浮在水面使海水缺氧而造成水体生物因缺氧死亡而造成的污染。

(6)其他特殊物理性质

危险化学品的物理性质同样对运输、仓储和作业过程会造成影响，应重点考虑以下因素：比重、蒸气压力和沸点、凝固点、体积膨胀、静电积聚、粘度等因素造成的影响，如凝固点高或粘度大的货物需要考虑加温。

系统运行过程的风险分析

1.液货作业过程的异常控制

船舶从装货到航行到卸货，一个航次有大量的操作管理工作。从制定装货计划、了解货物品种和其物理、化学特性及应急处置方式、货舱通风换气、测氧测爆、装货顺序和速率控制、平仓操作、静电处理、惰化处理、货物温度控制、货舱压力控制、液位控制和报警试验、P/V阀试验检查、运输过程货物状态控制、抑制剂的添加控制、卸货作业、货舱驱气、洗舱清舱作业、舱壁钝化处理、紧急应变程序、人员防护装备等，都需要专业人员精心操作和管理，稍有差池就可能会导致严重的后果。输送作业过程中若出现易燃物料跑、冒、滴、漏，遇明火、静电火花或高温会发生火灾爆炸事故。装卸软管内的残液若不吹扫干净，装卸软管不使用时未上盲板封堵、软管不定期检测，装卸软管在接卸时可能因船舶颠簸而导致软管被拉脱或者破裂导致物料泄漏。

危化品的码头装卸作业中发生危险的影响因素还有运输条件的因素。如配装货物、装运条件以及包装等。危险化学品适装作为安全运输的基本条件之一，其基本要求是为了保护产品的数量完整并且质量不发生变化，另一方面也是为了防止储存在运输的过程当中发生腐蚀、变化等灾害性事故的发生。但在实际的工作过程中由于包装衬垫材料不合适或者容器的强度不够，从而导致容器出现破损、化学物体泄漏的情况，最终引发事故。此外，在装货物时，将抢救措施以及灭火方法不同的物品混在一起，或者将性质相抵触的物品同装载到同一艘船上，在泄漏发生时就会引发更大的灾害。

在危化品码头的装卸作业中，造成事故发生的重要因素还有物品的管理因素。由于码头以及船舶的存储装卸设施都长期暴露在户外，并且常年受雨水、江水以及海水等的侵蚀，逐渐造成严重的腐朽状况。而金属软管、泵体、储运设备设施的附件以及储罐和安全装置，如检测仪表遥控装置、法兰、管道、连锁保护装置、呼吸阀、阀门、安全阀等若在建造、选材以及安装中出现质量缺陷，或者在运行了一段时间以后，发生老化以及腐蚀的情况，以及受到不正常操作的影响从而发生故障，则有可能导致危化品发生扩散、泄漏等事故。

2.液货系统运行的事故

(1)事故类型

化学品船上通常装载多种不同的货品，它们之间的化学性质各不相同。化学品船结构上的重要特点是液货舱分舱较多、单舱单管，液货管系比较复杂。液货舱都由专用的液货泵和液货管路，以保证各个货舱之间、货品与货品之间有效的隔离，以免不同种液货间相互混合、相互污染，甚至混合后发生反应，造成货品损失，酿成事故。船舶装卸货物时，因风、浪、流造成系泊缆绳断缆、船舶移动离档，拉断输送管道导致化学品泄漏。船舶驶离码头时操纵失控，碰断、拉坏输送管道或阀门，发生化学品泄漏。这些泄漏事故均为船舶液货系统的码头操作事故。

化学品船码头泄漏事故导致化学品泄漏流入港池或者码头作业场地进而造成人身与环境受到损害和污染：(1)对人体健康的危害。有毒物质经吸入或接触进入人体，与机体组织发生生物化学或生物物理学变化，往往会使人嗅觉迟钝、眩晕、恶心、呕吐、神志恍惚、精神错乱。(2)对海洋环境的危害。化学品的泄漏对海水的水质、海洋生物资源以及海洋生态服务功能等都会造成重大的损失。有些有机合成的化学品流入海洋会造成水体的富养化以及赤潮等，进而会影响到海洋生物的生存环境，降低海洋经济的产值等等。(3)对大气环境的危害。化学品的泄漏会影响到空气质量，某些化学品的大量泄漏还会破坏臭氧层，如氢氟碳化物等。

(2)事故致因

化学品船码头装卸货物泄漏事故通常分为两类：一类是由于人的操作性不规范或者对装卸设备的维护不周等而引发的人为性事故；二类是由于外部环境或者管理不规范等而引起的非人为性事故。

人为性事故包括以下情况：软管或者输油臂在没有经过压力测试的情况下进行装卸作业；装卸货期间没有进行很好的码头和船上的巡查；乱排放货舱洗舱水或货物残液等；对装卸设备的维护不规范而导致损坏；由于值班期间的态度不认真而引起的跑、冒、滴、漏的发生；规章制度不规范等等。非人为性事故往往具有突发性，比如装卸货期间发生雷电大风等恶劣天气；在满载或者超载的情况下货物发生化学反应，使得体积膨胀而泄漏；潮水的上涨或下落等等，这种往往会造成大量的货物泄漏。

液货系统运行过程泄露事故的致因分析涉及到以下几个方面的因素：

(1)存储状态：主要就是看化学品是以液态形式存在还是气态形式存在，存储状态直接影响了化学品的泄漏方式。

(2)存储条件：一般情况下不同的化学品对应的存储形式也会存在明显的差异，无论是常态存储还是加压存储，不同的存储状态会直接影响化学品的存储性能，进而导致其泄漏形态不同。

(3)填充程度：如果化学品是通过加压液化或者冷冻液化的方式来进行储存的，那么填充程度对于化学品的泄漏就有重要影响。如果化学品存储容器的填充程度比较高，那么一旦容器出现裂缝，就可能因为填充度高而出现爆炸。

(4)泄漏位置：如果化学品采用的是加压或者冷冻储存，在填充度比较低的情况下，如果泄漏位置出现在气相空间，那么就会导致容器内压急剧下降，导致液体过热引发闪火或者爆炸；如果泄漏位置在液相空间，那么就可能造成蒸汽泄漏，一般情况下还要综合考察周围存储的环境以及存储方式。

(5)泄漏面积：从实际的泄漏状态也可以看到，泄漏面积的不同对于化学品的泄漏速率也会存在显著的影响，对于密闭的存储来说，如果因泄漏面积导致容器内部的压力较大就可能会造成爆炸。

(6)流动限制：主要就是液相化学品在出现泄漏后，是否建立了防液堤等来对液体流动和扩散进行限制。

3.系统运行过程异常控制的致因

表 化学品船智能液货系统运行过程控制的风险分析

结论

(1)设备故障是对船舶风险影响最大的因素。尤其是智能液货系统的投入，在减少人员货物操作风险的同时，也增加了更多的不可靠性。尤其是现阶段智能船舶发展仍处于试验阶段，各种智能模块之间仍有很多不协调。要达到预期的智能管理的目标仍需加以时日。因此，非常有必要对智能液货设备进行更加严格的审核，从而减少因为设备故障问题导致的化学品泄漏事故的发生。相关的安全检查部门应该对设备的维护状况以及设备更新状况进行实时的考察，与此同时，应该对装载危险性较高的船舶进行更加严格的管理，根据货物特性有针对性的检验装卸设备是否符合要求等等。

(2)环境因素在化学品泄漏事故中也产生了重要影响，因此要引起足够的重视。船舶在码头作业时要密切关注潮水的变化，及时调整缆绳和船岸连接软管，尤其是在潮差比较大的港口；码头的工作人员要提前把天气的变化通知给船上人员，并监督做好防范措施，特别情况下要立即停止装卸货作业；当通航密度较大时，船上人员要运用良好的船艺，积极协调周围的船舶，采取安全有效的避碰措施；在进入航道水深或者宽度受限的水域之前，要调整好船舶的吃水和控制好船舶的速度；现场值班人员发现由于环境的变化，可能会造成事故发生时，要果断的采取安全有效措施，并且立即汇报等等。

END

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