通常而言,加注安全设备应满足国际海事组织制定的MSC.1/Circ.1621通函《使用甲醇/乙醇作为燃料的船舶安全临时导则》中第5章有关于甲醇燃料加注的相关规定,符合主管机关、船检机构、船舶燃料协会发布的法规、规范性文件、程序标准等。

甲醇燃料常规加注如图1所示。

图1 甲醇燃料常规加注示意图

QCDC:Quick Connect and Disconnect Coupling,快速接头

与传统燃料加注相似,甲醇燃料加注作业通常为加注船利用液货舱内的输送泵以事前商定的加注速率,将甲醇燃料流经位于受注船加注站的船船管路连接头、加注站的加注软管系,泵送至受注船的燃料储存舱中。

此外,由于甲醇燃料具有高度挥发性能,加注作业中需额外连接甲醇蒸气/氮气回流管路,在加注甲醇燃料的同时将受注船内的甲醇蒸气/氮气回流至加注船。加注过程中的液相与气相流动分别为甲醇燃料加注的液相流动、甲醇蒸气/氮气回流的气相流动,还包括加注结束前的甲醇残余液体的液相流动、氮气吹扫的气相流动。

1、甲醇加注站的安全布置

甲醇的闪点极低(仅为12摄氏度),环境温度下在空气中达到一定浓度即具有燃烧和爆炸的风险。MSC.1/Circ.1621通函要求船舶甲醇加注站一般应布置在开敞甲板上,以保证良好的自然通风条件。此外,一些船舶在甲醇加注站布置了应急风机,在检测空气中甲醇浓度超标后,应急风机自动运行,降低加注站空气中的甲醇浓度。

2、加注管系

加注站区域加注管系典型布置如图2所示。

图2 加注站区域加注管系典型布置图

1a:加注船侧QCDC;1b:受注船侧QCDC;2:ESD控制阀;3:手动关闭阀;4:单向阀;5:单向阀;6:ESD控制阀;7:加注软管托架

考虑到加注软管存在泄漏风险,以及需要定期专业检测和安全储存的强制要求,加注作业软管一般为加注船提供,加注船需在每次加注作业前提供有效的软管测试报告。

加注软管应保持一定的宽松度,具体长度应经风险评估、作业前会议而确定。当吃水或潮汐变化,加注船与受注船之间产生相对运动时,加注软管不会因长度过长而脱离软管托架,也不会因长度不足而将受力传导至其他加注关键部件,例如QCDC。此外,因加注船与受注船之间应保持相互静电绝缘状态,加注软管应为非电导体材料制成。

为保证应急状态下加注船与受注船界面的快速脱开能力,在加注软管末端应配备QCDC。QCDC一般采用北约标准协议NATO STANAG 3756标准大容量接头(干式脱离阀)。QCDC具有快速脱开和自闭功能,在发生应急状况时,如遇极端天气使加注作业不能继续开展时,能迅速停止加注作业。极特殊情况下,例如加注船或受注船发生火灾、缆绳断裂事故、大风浪使加注船与受注船受外力冲击大时,QCDC能够快速切断加注管路,隔离加注船与受注船,使船与船之间能快速解缆和迅速脱离状态。

QCDC的稳定性和可靠性尤为重要,国际气体燃料动力船协会(The Society For Gas as a Marine Fuel,简称SGMF)在一份事故调查研究报告中指出,在使用QCDC开展加注作业所发生严重的泄漏事故中,很大部分原因在于加注船与受注船之间系泊状态不稳定,船与船之间发生相对运动使加注软管受力,QCDC脱落而发生泄漏事故。为减少因QCDC的受力导致泄漏风险,如甲醇燃料加注作业使用加注软管和QCDC装置,加注站需配备软管支架或软管吊具,使整个加注过程软管的重量全部落在支撑物或吊具上。

3、氮气吹扫

MSC.1/Circ.1621通函要求配备在加注操作完成后从加注软管排空燃料的设备。加注作业可以采取两种方式吹扫清除管路内残余燃料:一种是利用加注船上的氮气系统沿加注管路,与加注流向相同的方向,向受注船吹扫;另一种是利用受注船的氮气系统逆向吹扫。从安全性和可靠性而言,利用受注船氮气吹扫更安全,风险更低。

采用加注船氮气吹扫方式可以在加注过程结束前,将管路内的残余甲醇液体吹扫回加注船货舱内,受注船加注管系内的残余液体则可以依靠重力流回甲醇燃料储存舱中。

4、甲醇蒸气/氮气回流管系

甲醇蒸气/氮气回流目的在于保持加注船与受注船的液货舱与燃料储存舱之间的压力平衡,使二者的压力均维持在安全压力范围内,确保舱柜释放安全阀不动作,也不会因加注船燃料储存舱内甲醇蒸气/氮气压力过高,导致甲醇蒸气/氮气通过燃料加注管系回流,致使加注流体紊乱、窜气,增加加注风险。为保持甲醇加注速率稳定在设定的安全范围内,加注船蒸气收集系统的背压通常需要保持最大为0.2bar的范围内,而加注船液货舱的压力控制通常由呼吸阀保持。因此,加注作业前,需重点检查加注船的液货舱呼吸阀。

此外,从防止空气污染角度,液货加注作业也应符合公约对于过驳/加注作业的货物蒸气回流处理的强制要求。

从加注实践角度分析,甲醇蒸气/氮气回流的混合气体为氮气、甲醇蒸气(含量最多30%)、氧气(含量最多5%),为掌握整个加注状态,回流管系最好布置气体分析和探测设备,以提高安全监控手段。

加注站区域甲醇蒸气/氮气回流管系典型布置如图3所示。

图3 加注站区域甲醇蒸气/氮气回流管系典型布置图

1a:加注船侧QCDC;1b:受注船侧QCDC;2:手动控制阀;3:加注软管托架

5、泄漏收集系统

若甲醇燃料加注管系采用单壁管,MSC.1/Circ.1621通函要求配备对燃料泄漏安全处置装置,在加注接头下方应布置围板和/或集液盘,能对泄漏燃料进行安全的收集和储存。集液盘面积能够覆盖整个加注区域和甲醇蒸气/氮气回流区域。

集液盘的大小和深度应与加注作业相匹配,应根据风险评估确定最大的可能泄漏量,以便设计集液盘的容量。大型船舶在甲醇加注管系管径为10英寸、甲醇蒸气/氮气回流管径为8英寸,加注速率最大为500m3/h时,典型设计集液盘深度至少为30cm。

集液盘配备泄漏报警装置,配备液位控制的局部自动排放泵或通过重力人工排放,泄放管路连接至泄漏收集装置。

6、紧急切断(ESD)

紧急切断指当加注作业发生紧急情况时,对甲醇加注船和受注船之间的加注作业进行安全、有效的关断。

紧急切断功能的实现关键在于紧急切断系统的工作状况、加注船与受注船紧急切断系统的兼容情况,手动按钮布置位置,加注作业人员是否清楚了解加注过程中在何种紧急情况下应采取紧急切断措施,以及进行的紧急切断操作之后应采取的步骤。

加注作业前,根据检查清单要求,应对紧急切断系统功能开展详细检查和功能测试。紧急切断系统还具有自动功能,如在加注区域探测到火灾或泄漏、受注船甲醇燃料舱高高位液位报警、加注软管脱落等情况下,紧急切断系统将被自动激活。紧急切断手动按钮布置在加注站、货控室和机舱等与燃料加注有关的区域,以实现人员手动快速应急切断功能。

加注作业紧急切断功能一般能实现加注站加注管系上阀的遥控关闭、加注船甲醇燃料加注输送泵的遥控停止、远程激发加注船和受注船紧急通用警报等。