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分析液化天然气船的运营风险
文/ Eric Vanem,Pedro Antao,Ivan Ostvik,Francisco Del Castillo de Comas
摘要
这篇文章介绍了一个远洋航行液化天然气(LNG)船的一般的、高级的全球运营风险评估。这个风险分析从一个最原始的危险源分析评估、一次历史上的LNG事故的彻底审查、过往研究的回顾、已经发布的损失数据报告和专家判断意见等渠道中收集并归纳总结信息，并为事故现场开发出模块化的风险模型。根据这些风险模型，从不同渠道获得的信息就会因为一般事故的不同类别而被结构化为事件树不同部分。通过这种方法，LNG船的运营中的高风险区域就得到了认知。主要导致LNG船发生风险的原因一般源于五个事故类别，即碰撞、接地、接触、火灾和爆炸，事故一般在装载或卸载液化天然气终端时发生。在这些原因中，爆炸的产生的风险被发现是最高的。根据这篇论文提出的风险分析，LNG船运行过程中的个人风险和社会风险等级都处于尽可能合理实际的较低水平，这意味着只有提出可以实现的、低成本的风险控制措施才能实现更加长远的风险减少。本文还包括了一个对风险模型的各个组成部分的细致审查，因此确定了改进的领域，并提出了进一步研究的课题。
关键词：液化天然气船；海上运输；风险分析；海上安全；液化气船；规范化安全评估；液化天然气。
- 介绍与背景
1.1 SAFEDOR课题
这篇论文提出研究是在SAFEDOR课题中进行的。SAFEDOR是欧洲委员会在他们的第六个框架方案中作为一个综合项目融资实行的一个研究项目。这个项目的众多目的中的一个就是鼓励船舶设计的创新以实现更加清洁安全的海洋运输。为了促进实现这个目的，以风险为基础的监管框架的概念将会被开发以符合基于风险分析的新设计理念。尽管这些新的设计可能会违反当前规定的要求，但是这些新的设计方案相比与传统的设计可能会有相近或者更优的安全性。
作为SAFEDOR课题的一部分，基于不同船型的通用的综合安全评估（FSA）的研究已经开始。这篇论文提出的LNG船运营的风险评估代表了这些通用的FSA的更高水平。
1.2 液化天然气（LNG）和LNG船
液化天然气（LNG）主要是由在-162℃下液化成液体的甲烷组成。当LNG蒸发时，它的可燃性范围体积占比大约在5%和15%之间，即在这个浓度范围内的空气与LNG的混合气是易燃的。因此，除了液化天然气的低温可能会导致的危害，液化天然气的泄漏也会导致诸如油池火灾、漂流蒸汽云着火等灾害。LNG在液态时是不会爆炸的，只有当在一个封闭或者半封闭的空间内与空气混合到可燃浓度范围并被点燃时LNG蒸汽才会爆炸。除此之外，天然气也可能会导致使人窒息的危险。LNG是无毒的，并且如果泄漏在海洋上时也不会产生毒害。LNG比水更轻，所以当LNG泄漏时它会浮于水面上。
LNG液态时的体积比常温下的与其数量相同的天然气的体积小600倍。因此LNG船是长距离运输天然气的一种经济节约的方式。LNG的储存和运输都处于正常大气压之下，LNG船是为了海上运输LNG所造出的容器。
目前世界上的LNG船的数量规模比较小；截止2005年的8月全世界只有183艘LNG船，然而近些年LNG船的数量正在稳步上升。在未来LNG船的数量会有更加长远的上升。
图表1显示的LNG船数量的变化，并且对2010年所能到达的规模进行了预测。在超过40年的LNG造船史上，LNG船的总运营年为2838个（包括2005年），其中1857个运营年是在1990年后被统计到的。
除了LNG船数量的增加，LNG船的规模也在增加。目前LNG船的平均规模大概达到了120,000立方米，而目前下的LNG船订单的平均规模达到了156,000立方米。容量在200,000-250,000立方米的超级LNG船在不久的将来也会面世。
所有型号的LNG船都是双燃料引擎，但是货物安全防护体系存在不同：独立和综合。目前LNG船主要有两种类型的储存容器设计，即薄膜型设计及球形罐设计。在薄膜型设计中，货物安全防护系统是由一个非常薄的铁镍合金或双层不锈钢壁构成，使由船体提供结构支撑的货仓得到密封。球形罐容器也被称为Moss容器，它有球形的铝罐或不锈钢罐，它是船体上一个独立的容器。这些容器是完全绝缘密封的。这两种可供使用的容器都被设计装配了先进的系统来进行长距离的、以-162℃储存的LNG运输。这两种LNG储存容器大概各占LNG船的一半比例（实际上是50%的薄膜型LNG船，45%的球形罐LNG船和5%其他储存容器的LNG船），但是在新的LNG船中薄膜型船占多数。LNG船一般都设计优良、维护有佳并且由经过良好训练的船员去运营。因此，到目前为止LNG船的安全性一直都很好。两种主要类型的LNG船如图2所示。
1.3 综合安全评估（FSA）方法
FSA是一种标准的风险评估，以系统地、结构化地发展完善海上安全法规。它不该被误认为是对某一船舶或单一船舶的安全性进行评估。FSA更应该被认作是应法规而生的安全案例。FSA可以用来评价新的规定，也可以用来比较已经出现的和有改善余地的规定，它旨在维持安全性、环境保护性与成本控制之间的平衡。不管是技术性还是操作性的问题包括导致航运事故发生的人为因素都有可能被纳入FSA。FSA方法的各个方面及应用都已经在不同的学术期刊上被广泛地讨论。
国际海事组织（IMO）已经为FSA开发准则。截止到现在，许多根据这些准则而研究出来的FSA的研究成果都已经向IMO展示汇报并且IMO根据这些意见做出了一些决定。FSA方法被阐述为一个5步程序：
0.准备阶段
1.危险源辨识
2.危险分析
3.提出风险控制方法
4.成本-利益评估
5.决策相关建议
本文提出的研究对应于第二步—风险分析—对一个LNG船的持续规范安全评估。
- 界定研究范围
这篇文章介绍了一个液化天然气(LNG)船的一般的、高级的全球运营风险评估，这项研究的研究范围是所有的远洋航行LNG船。一般的LNG船被假设可以承运各种不同的LNG储存容器。历史事故经验表明主要型号的LNG船风险级别是可以比较的，所以这个假设在一定程度的细节上似乎是成立的。据记录，薄膜型船在它众多初期问题中曾经发生过货仓泄漏，事实上膜罐更容易受到变载荷和LNG储存罐晃动的影响，但是这些假设情况所产生的风险相比于在这个研究里所发现的事故情况要小。因此，这项研究的范围是具体的船舶以及特定的交易和港口环境的详细研究。
然而，一个特定的参考的容器将会使用在所需要它的地方。为了这项一般性的分析，选择了一艘由Navantia建造的薄膜型LNG船。该参考船的容量在液化天然气船的主要范围内，其速度是薄膜型LNG船的典型。它有一个可逆齿轮，复式蒸汽驱动主汽轮机（28000kWtimes;83RPM）和削定距式螺旋桨。
只有LNG运送链被考虑进研究范围，包括在出口终端的装载，在接收端的实际航程和卸货的装载。有关的勘探、生产液化天然气的风险与存储和LNG再气化的风险被认为超出研究范围。此外，只有LNG船的操作导致的风险被认定为研究范围，由于船舶建造、在码头的修理和LNG船舶报废导致的风险超出研究范围。
环保问题超出研究范围。由于LNG无毒和非持久性，因此与LNG船相联系的环境风险小，因此这项研究与此不相关。因此，本研究的重点是安全和人类的生命。在岸上承受第三方风险的人也被排除在研究之外。有人认为，这种风险应该基于有关特定的液化天然气码头或液化天然气交易进行的特定的风险分析，与这些问题更相关的是液化天然气码头的选址，而不是海事安全的海事组织规定。因此，这项研究只考虑LNG船的船员承担的风险，以及风其他有船员和乘客在船上的LNG船的风险。最后，重点研究了一个具有一定规模的事故，源于对高频、小规模的工伤事故得到重视。
- 风险接受准则
为了评估风险分析带来的风险，在进行独立的实际风险分析之前应建立适当的风险接受标准。不同的安全准则中，最低合理可行准则将会被采用，即风险接受准则应区分三中风险水平之间的鸿沟：难以忍受，最低合理可行，可以忽视的。对于在ALARP区域的风险来说，成本效益的考虑应迎合投入减轻风险的资源数量。IMO的FSA准则承认这是目前最好的做法，尽管关于ALARP的批评已经出现。对于这个关于LNG船的风险分析，个人和社会风险可接受的标准推导出其他船只上的船员和乘客可能会受到的一个LNG事故的影响。
3.1 个人风险接受准则
对替代风险接受准则进行彻底审查是Skjong等人提出的。目前的研究采纳了基于这项审查的船员个人死亡风险验收准则。这符合一个被曝光的船员所经历的风险水平。第三方（包括其他船只上的乘客）的个人风险被直观地认为是微不足道的，所以只有为LNG船员建立的标准被认为是必要的。
3.2 社会风险接受准则
根据挪威采用的方法建立了船员的社会风险接受准则。根据这一方法，接受准则和LNG运输的经济重要性联系起来了，并对每单位的经济生产的平均死亡率进行校准。根据每日汇率的合理估计，再算上由于初始投资产生的运营成本和资本成本，对LNG运输的经济价值估计为160万美元一个船运年。根据这些估计得出的风险接受准则如图3所示。应该指出的是，这些标准都比一般由挪威油轮提出的标准更为严格
这些社会风险接受准则可以假设对其他船上的船员同样适用，但是对于其他船上的乘客需要更为严格的风险接受准则才合适。因此，本研究的目的：船上乘客的社会风险接受标准的关键点要比船员风险接受标准的数量级低的标准将会被使用。
3.3 成本效益准则
本文提出的风险分析的结果，可以用来支持新的成本效益评估，以及现有的安全措施。如果风险水平被发现位于ALARP区，所有可用的有效风险控制的选择应根据FSA的理念实施。实现成本效益有很多措施，有两种经常与FSA的研究相结合的措施是避免死亡的总成本（GCAF）和避免死亡的净成本（NCAF），有方程（1）和（2）定义。Delta;C的成本，Delta;R是风险降低，Delta;B是实施措施后带来的经济效益，方程分别是：
（1）
（2)
风险分析定义了基准风险水平，从而也降低了风险的可能性。对于一项前瞻性措施，即一个监管选项，本文开发的风险模型，可以用来研究预期的风险降低效果。还需要进一步的分析用来估计由实施措施带来的预期成本以及经济效益。根据IMO当前的实践经验以及发表在MSC72/16上的议案，一般被推荐实施的风险控制措施都是当GCAFle;300万美元或NCAFle;300万美元（注：根据定义，NCAFle;GCAF，所以如果GCAFle;300万美元，NCAF总是le;300万美元）。对于风险控制选项，如果估计成本效益接近300万美元，就可能需要进行进一步审查。
- 事故现场
4.1 LNG油轮的操作运营经验
自从1959年第一个LNG罐被LNG船运输、1964年第一艘以LNG运输为目的建造的LNG船投入商业运营以来，海上LNG运输的规模逐年增长。因此，LNG船的操作经验已经积累了超过40年。
一个关于LNG船的历史调查文献记录了182件事件的信息，其中有LNG泄漏也有没有LNG泄漏的，涉及的LNG船都超过了6000吨容量。其中，24件发生在船的正常服役期之外（例如在船厂施工或者维修期间或在海上实验期间）并且这些船不在研究范围之内。因此，先前的经验中有158个是已知的涉及LNG船的事故。这些事故中LNG船的种类如图4所示。值得强调的是，这只说明了事故的数量而没有考虑到事故的严重程度也没有考虑到球罐船和薄膜船上的相关的人。现有的材料表明，在液化天然气运输船的历史上，事故多发生在球罐LNG船上，但在过去20年中，这类事故在过去的20年里更频繁发生在薄膜型LNG船上。为了满足这一高等级的研究，事故频率被假设独立于LNG船的类型之外。
4.2 一般事故类别
这158个已知的相关的液化天然气运输事故可以分为几类常见的事故类型。事故的故障类别在表3中给出，表4给出了不同类别的事故发生的不同时段。
这种事故的分类是在危害认识过程中与事故认知一般相符的。一些事故类别被认为与死亡的严重后果不相关。例如，机械设备故障这个事故类别没有导致任何后续事件如碰撞，接地或火灾。对于随后发生的事件，例如对舵故障导致碰撞或接地，都被归类到后续事件的事故类别。因此，即使设备和机械故障是与最高的事件频率，这一事故类别不认为最危险船员安全的。此外，因为恶劣天气和货物安全防护系统失灵不会导致后续事故诸如碰撞、接地和火灾事故，所以相比其他事故情况它们被认为是小风险。因此选取了下面五个通用的事故情况来做进一步的风险分析：
- 碰撞
- 接地
- 碰触
- 着火或爆炸
- 装卸货物时发生的事故
这些风险被认为是主要风险，其他事故的风险与这些相比被认为可以忽略不计。需要指出的是，上述的事故类别是可能会发生在所有船舶上的海上运输事故，但潜在的后果和可能的情况进一步升级是特定的液化天然气运输公司由于其货物的特点。
- 风险模型
用来进行进一步的分析的事故情况选择对应于如图5所示的LNG船的整体风险
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