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LNG船舶在泄露后的防火等級必要性分析

文檔作者：揭佳文檔來源：中國船級社武漢分社		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月18日
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第46卷
2017年11月
船海工程
SHIP ＆ 0CEAN ENGINEERING
Vo1．46
NOV．2017
DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2017．S2．009
LNG船舶在泄露后的防火等級必要性分析
揭佳
(中國船級社武漢分社，武漢430022)
摘要：以LNG船舶的泄露事故可能性為前提，考慮泄露后可能產(chǎn)生的影響，結(jié)合SOLAS對液貨船面向
貨物區(qū)域3 m范圍內(nèi)需隔熱至A一60的規(guī)定，通過定量計(jì)算得出液貨爆炸燃燒所產(chǎn)生的破壞強(qiáng)度，并與船體
能承受的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度作比較，討論在此情形下該類船舶隔熱至A一60的必要性。
關(guān)鍵詞：液貨船；A一60；破壞強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
中圖分類號：U692．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671．7953(2017)$2-0030-03
液貨船系指經(jīng)建造或改建用于散裝運(yùn)輸易燃
液體貨品的貨船，按照運(yùn)載貨物的不同，液貨船分
為3類：油船、液化氣船、液體化學(xué)氣船。以LNG
船泄露可能性為前提，從防火防爆安全角度出發(fā)，
計(jì)算船舶在瞬間釋放的過程中爆破壓力，通過
LNG發(fā)生爆炸時(shí)所產(chǎn)生的破壞強(qiáng)度與船舶設(shè)計(jì)
時(shí)所能承受的強(qiáng)度對比，討論在該情形下的液貨
船是否都需要設(shè)置面向貨物區(qū)3 rfl范圍內(nèi)的
A一6O級別防火隔熱要求 。
1 LNG船舶防火等級及LNG泄露
可能性分析
1．1 LNG船舶的防火等級
船舶防火區(qū)域是指由艙壁、門、蓋、通艙件、隔
熱材料等構(gòu)成的具備一定防火隔熱能力的艙室或
區(qū)域，其作用是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)保持
區(qū)域的耐火完整性，將火災(zāi)的煙氣、熱量和火焰控
制在局部范圍，防止火災(zāi)蔓延，為人員疏散和火災(zāi)
撲滅贏得時(shí)間，以達(dá)到最大限度減少人員傷亡和
保障財(cái)產(chǎn)安全的目的 。
SOLAS公約規(guī)定，“對于閃點(diǎn)不超過60℃ 的
液貨船，環(huán)圍起居處所的上層建筑和甲板室的外
部限界面并包括支承該起居處所的懸伸甲板，其
面向貨物區(qū)域的所有部分以及從面向貨物區(qū)域的
限界面端部起3 m之內(nèi)的外表面，應(yīng)用鋼材制成
30
收稿日期：20t7—08—20
修回日期：2017～09—20
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51609188)
第一作者：揭佳(1985一)，男，碩士，工程師
研究方向：船舶檢驗(yàn)
并隔熱至A～6O級標(biāo)準(zhǔn)?！薄癆一60”指用認(rèn)可的
不燃材料隔熱，使之在60 min時(shí)間內(nèi)，其背火一
面的平均溫度較初始溫度升高不超過140 oC，且
在包括接頭在內(nèi)的任何一點(diǎn)的溫度較初始溫度升
高不超過180 qC；此外，對艙壁的材質(zhì)及強(qiáng)度亦有
要求?！伴W點(diǎn)”指某貨品發(fā)出足以被引燃的可燃
蒸汽時(shí)的溫度，以攝氏度計(jì)，由認(rèn)可的閃點(diǎn)儀測
得，閃點(diǎn)越低，則該貨品越易引燃_3 J。
液貨船設(shè)置面向貨物區(qū)A一60隔熱防火區(qū)
域是為了在貨物區(qū)域發(fā)生起火爆炸的情形下，艙
壁能夠在60 rain的時(shí)間內(nèi)，保證背火面的人員及
財(cái)產(chǎn)安全，使人員有足夠的時(shí)間采取撤離或者滅
火措施 。
1．2 LNG泄露可能性后果分析
從LNG船舶建造本身出發(fā)，在火災(zāi)的抑制、
火災(zāi)的探測和火災(zāi)的控制幾方面已經(jīng)具備一套非
常完整系統(tǒng)，事故的發(fā)生是不可預(yù)測的，根據(jù)
DNV、勞氏、OSC等組織多年來對LNG船舶事故
的追蹤研究，迄今有詳細(xì)記錄的LNG船舶事故共
有45起，而且隨著LNG船舶數(shù)量的增加，事故的
概率也會(huì)增大。
LNG船舶的泄露事故包括意外破損和故意
破損2方面。不同的事故類型也會(huì)帶來不同的破
損尺度，文獻(xiàn)[6]中提到，船舶卸貨過程中的事故
會(huì)造成極端情況下以4 000 m ／h的卸貨速率泄
漏10 min：碰撞事故可能造成0．75 m孔徑的破損
尺度；恐怖襲擊在極端條件下會(huì)導(dǎo)致船舶以
12 000 m ／h的泄貨率泄漏60 min。
當(dāng)液貨船發(fā)生泄漏時(shí)，就已經(jīng)初步具備了爆
炸產(chǎn)生的3要素：有限的空間、劇烈燃燒、爆炸極
限。對于閃點(diǎn)不超過60℃ 的液化天然氣，可以想
201117月焦 揭佳：LNG船舶在泄露后的防火等級必要性分析 船海工程
第46卷
象，過熱的天氣，劇烈的撞擊等因素，都會(huì)有著火
點(diǎn)產(chǎn)生，一旦著火，如在短時(shí)間內(nèi)未將其迅速撲
滅，那么液化氣將會(huì)迅速汽化，并伴隨著劇烈燃
燒，當(dāng)可燃?xì)怏w與空氣混合并到達(dá)了一定濃度的
爆炸極限，就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，無論是在何種情
形下，只要有事故發(fā)生，都為LNG船舶的安全埋
下了隱患。
如果液貨船在運(yùn)輸途中發(fā)生起火爆炸，面向
貨物區(qū)域的防火艙壁是否需要隔熱至A一6O值
得探討，如果液貨罐爆炸中心區(qū)域的破壞力在6O
min時(shí)間內(nèi)足以使船舶斷裂至沉沒，那么，這道所
謂的A一6O艙壁就變得可有可無了，因?yàn)椴恍枰?
到達(dá)起到作用的時(shí)間，人命安全、船舶安全就已經(jīng)
受到巨大威脅。
2 LNG成分及燃燒的熱量釋放、爆
炸時(shí)的沖擊力
LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約
為同量氣態(tài)天然氣體積的1／600，LNG的重量僅
為同體積水的45％左右。LNG主要成分是甲烷
(90％ 以上)、乙烷、氮?dú)?0．5％ 一1％)及少量C3
～ C5烷烴的低溫液體。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的
另一種能源形式。按照化學(xué)原理，甲烷的燃燒熱
QcH4：799．14 kJ／mol，內(nèi)能 cH4=1．82 kcal／mol，
以T=300 K(26．85℃)為原始溫度，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大
氣壓。甲烷在空氣中的爆炸極限為5％ ～15％ ，
取8％作為爆炸極限。表1為不同氣體在不同溫
度下的熱量值 。
表1 氣體溫度熱量對照表(kcal／mo1)
注：氣體的熱力學(xué)能(1 kcal／mol=4．184 kJ／too1)。
反應(yīng)方程式為
8CH4+19．3202+72．68N2
8CO2+ 16H20 +3．3202
300 K時(shí)，反應(yīng)物的能量是
U = 633．83 kJ／mol
產(chǎn)物的能量是
Σ =Σ +nQ燃=7 026．95 kJ／mol
假設(shè)Tm =2 600 K，則
Σ =7 352．30 kJ／mol
假設(shè)Tm =2 400 K，則
U =6 693．23 kJ／mol
比較可知， 介于2 400 K和2 600 K之間，
則
：2 501 K
認(rèn)為爆炸前后體積恒定，則
P。× ×
T
= 8·42 × 10 Pa
由此可見，一旦發(fā)生爆炸，瞬時(shí)單位體積將會(huì)
對船舶產(chǎn)生0．842 MPa壓力，并且將會(huì)持續(xù)不斷
疊加，火災(zāi)伴隨著爆炸，這對船體結(jié)構(gòu)的破壞將是
災(zāi)難性的，船舶承受不住連續(xù)的巨大沖擊而發(fā)生
斷裂以致沉沒。
3 結(jié)論
LNG船舶發(fā)生泄露，有較大概率會(huì)引燃并產(chǎn)
生爆炸，此時(shí)對船舶面向貨物區(qū)的防火隔熱而言，
無論是A一60還是A一0都將是相同的效果，不
會(huì)實(shí)質(zhì)上對人命安全和船舶安全產(chǎn)生任何影響。
換言之，液貨船貨物區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi)，面向貨物
區(qū)域的防火隔熱基本不會(huì)起到作用，因?yàn)榇藭r(shí)船
舶主要承受的風(fēng)險(xiǎn)是爆炸。對于SOLAS中關(guān)于
液貨船面向貨物區(qū)域的防火隔熱要求在無實(shí)際案
例驗(yàn)證的前提下可考慮加大理論論證力度，后續(xù)
通過仿真模擬手段進(jìn)一步驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)
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船海工程，2013，42：191—194．
(下轉(zhuǎn)第35頁)
31
201117月年 孫昆鵬：極地船舶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 船海工程
第46卷
表7 腐蝕／磨耗余量
t／mm
船體區(qū) 采取有效保護(hù) 未采取有效保護(hù)
PC1-3 PC4-5 PC6-7 PC1 3 PC4-5 PC6-7
3 結(jié)束語
在極地船舶設(shè)計(jì)建造過程中，最為重要的關(guān)
注點(diǎn)在于極地船舶不同部位可能遭遇的不同的冰
載荷情況，在設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)當(dāng)圍繞著極地船舶
的航區(qū)及航線的具體特點(diǎn)，低溫、結(jié)冰等惡劣環(huán)境
影響等情況，確定船舶的極地船級類別，進(jìn)而確定
不同部位船舶結(jié)構(gòu)的船體區(qū)因子，同時(shí)應(yīng)考慮在
極地船舶營運(yùn)過程中對于不同船體結(jié)構(gòu)余量的要
求，在此基礎(chǔ)上最終完成船體不同部位的結(jié)構(gòu)設(shè)
計(jì)，為極地船舶安全航行奠定良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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UR s6[S]．國際船級社協(xié)會(huì)，2013．
Analysis on the Structural Characteristics of Polar Ships
SUN Kun·peng
(Bergen Ofic of China Classification Society，Bergen，Norway)
Abstract：With the development of polar areas，lots of projects are in process such as energy development，scientific re—
search and sightseeing tourism in the polar region，the demand for shipping in polar waters are increasing．The Polar Code which
be used as the mandatory requirements make clear request to the constructions of the ships operating in polar waters．
Key words：polar waters；sources of hazards；strength of ships；ice waterline；hull area factors
(上接第31頁)
On the Necessity of Fire Protection Class after Leakage on Liquefied Gas Carrier
JIE Jia
(Wuhan Branch of China Classification Society，Wuhan 430022，China)
Abstract：The consequence of the probable leakage accident on the LNG carrier was analyzed．Combined with the SOLAS’
S clause about there must be thermal insulation to A-60 in the range of 3 m in cargo area of the liquid cargo ship，the breaking
strength of the tanker in bomb and combustion was calculated and compared with the ship’S structural strength．The necessity of
the above provision was analyzed．
Key words：liquefied cargo carrier；A-60；breaking strength；structural strength
35

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