系统安全研究组
LEE Hongku 首席,KIM Chongmin责任
1. 绪论
近年来，将氨作为船舶环保替代燃料的相关应用推进工作正在积极开展，但针对船舶对船舶(STS)氨燃料加注作业的安全执行规范与流程尚未完善。与此同时，氨运输船及氨燃料动力船的订单签订与建造工作持续推进，此类船舶亟需配套的安全加注流程。氨具有较强毒性，一旦发生泄漏，会对人员生命安全与生态环境造成严重危害，因此必须实施严格的安全管理措施。安全管理的核心前提是划定并管控安全管理区域。
安全管理区域需以泄漏模拟分析为依据，按照特定浓度下的扩散距离进行划定。目前，关于船舶间氨燃料加注作业泄漏事故的扩散距离测算数据相对匮乏，但已有研究表明，氨的泄漏扩散距离相比液化天然气(LNG)等传统替代燃料更长，甚至有可能超出船舶的整体长度。鉴于此，本文选取国内某座规划开展船舶间氨燃料加注作业的港口作为研究对象，运用商业化模拟程序 PHAST 对氨泄漏事故的扩散距离进行计算与初步估算。同时本文还调研了泄漏事故应急作业所需的个人防护装备(PPE) 相关规范，并提出了适配的防护装备选型建议。
2. 泄漏扩散距离分析
本研究针对船舶间燃料加注作业的泄漏事故，设定两种场景并测算其扩散距离。第一种泄漏场景(案例 1)设定为：氨燃料加注软管的连接件(如垫片、接头等)发生损坏导致氨泄漏，且紧急关断阀(ESD)触发并完成关断操作耗时 1 分钟。第二种泄漏场景(案例 2)设定为：加注软管本体发生损坏导致氨泄漏，同样假定紧急关断阀(ESD)的关断响应时间为 1 分钟。需要补充说明的是，本研究在两种场景中均假定：紧急关断阀(ESD)动作后，加注软管内部残留的氨仍会发生二次泄漏。软管及连接件的损坏孔径参数参考船用气体燃料供应系统论坛(SGMF)发布的 LNG 燃料加注作业推荐规范确定，具体泄漏孔径尺寸详见表 1。本研究未对与加注作业相关的供应船及受油船进行具体限定，加注作业的参数指标参考其他相关报告及学术论文确定。
Case | 故障内容 | 泄漏孔(mm) |
1 | 燃料加注软管连接件(垫片、接头等)损坏 | 5.0 |
2 | 燃料加注软管本体损坏 | 12.0 |
* Case 1：为燃料加注软管连接件（垫片、接头等）损坏，Case 2 ：燃料加注软管本体损坏。
表 1. 泄漏孔尺寸
气象条件采用该地区 2024 年的气象数据，具体参数设定为：年平均温度 15.5℃、风速 2.1m/s、相对湿度 67%、云量 50%。为计算氨气泄漏扩散距离，本研究将终点浓度设定为两项标准值 —美国国家职业安全卫生研究所(NIOSH)规定的立即威胁生命或健康浓度(IDLH)300ppm，以及美国环境保护署(EPA)规定的急性暴露指导浓度 3 级(AEGL 3)1600ppm。
经计算，氨气在 1600ppm 浓度下的泄漏扩散距离范围为 73~259m，在 300ppm 浓度下的扩散距离范围为 145~920m；若按保守值考量，1600ppm 浓度下的最大扩散距离为 259m，300ppm 浓度下的最大扩散距离可达 920m。
尽管本研究结论基于设定条件的模拟分析，但结果表明，船舶间氨燃料加注作业发生泄漏时，其扩散距离大致会超出船舶的总长度(L)，这意味着船舶上所有人员都可能处于泄漏影响区域内。此外，该结果还表明，出于防范氨气毒性造成人员伤亡而设定的安全距离，远大于以预防爆炸和火灾为核心的液化天然气(LNG)等易燃燃料的安全距离。因此，在开展氨燃料加注作业时，需要对整艘船舶的全长范围保持更高等级的安全警惕。
3. 泄漏应对措施：检查个人防护装备(PPE)
前文分析表明，氨气泄漏范围可能覆盖整艘船舶的长度，因此接触氨气的作业人员必须配备合适的个人防护装备(PPE)。本文调研了氨气操作及泄漏事故应对所需的个人防护装备(PPE)，并梳理了国内外相关机构的规范要求(包括国际海事组织/国际散货运输规则(IMO/IBC Code)、韩国国内法规、船级社规范(KR)、船用气体燃料供应系统论坛(SGMF)等)，具体内容整理于下表2。
规范 |
内容 | |
《化学物质管理法》/《有害化学物质操作人员个人防护装备佩戴相关规定》 | 第4条 氨气操作人员防护装备佩戴 |
① 须佩戴氨气专用防毒面具（及以上级别）、化学物质防护服（3型或4型及以上级别）及安全手套； ② 企业需根据作业现场情况，为操作人员配备全面罩或半面罩式呼吸防护装备。 |
第7条 防护装备配备 （应急响应）
|
从事氨气作业的企业，为在化学事故发生时快速开展泄漏阻断等初期应急处置，须在厂区内配备全面罩送风式面具或空气呼吸器、1型或2型防护服。 | |
《产业安全保健法》/《产业安全保健标准相关规则》 | 化学物质操作人员呼吸防护装备选型技术指南 |
当氨气浓度达到立即威胁生命或健康浓度（IDLH，300ppm）及以上时，须使用送风式面具（气路式）、空气呼吸器（SCBA） |
IBC Code Ch 14. KR Rules Pt 7/Ch 6 | 14.1 防护装备 |
14.1.1 为保护从事装卸作业的船员，船舶须配备防化围裙、长袖专用手套、合适的防护鞋、全身防护服，以及密闭式防护眼镜、面罩或二者组合的防护装备；防护服及防护装备须能覆盖全身皮肤，实现全方位防护。 |
14.2 安全装备 |
14.2.1 运输货物（氨水、氢氧化铵）的船舶，须在船上配备至少3套安全装备，确保人员能进入充满气体的舱室并持续作业至少20分钟。 14.2.2 每套安全装备应包括： 2. 防护服、防护靴、防护手套、密闭式防护眼镜。 | |
14.3 应急装备 |
14.3.1 运输货物（氨水、氢氧化铵）的船舶，须配备足够数量的呼吸及眼部防护装备，满足全体船员应急逃生需求，且需符合以下条件： 1. 禁止使用过滤式呼吸防护装备； | |
(KR) 低闪点燃料船舶适用指南/附录7 氨气燃料船舶要求（参考IMO MSC.1/Cir.1687决议 | 2003. 防护装备 |
1. 为保护从事氨气燃料装置常规作业的船员，须提供符合公认国家或国际标准的防护装备，包括眼部防护装备； 2. 本节要求的个人防护及安全装备，须存放在标识清晰的储物柜中，置于易取用的合适位置。 |
2004. 应急设备 |
5. 为保障应急逃生，须配备足够数量的呼吸及眼部防护装备，满足全体船员使用需求，并符合以下规定： (1)禁止使用过滤式呼吸防护装备； | |
SGMF AMMONIA1 |
低暴露风险区域作业人员或其他人员 |
携带滤毒罐式防毒面具、安全帽、面罩/护目镜及手套
|
燃料加注装置连接/断开作业或维护管理人员 |
佩戴带氨气净化滤毒罐的全面罩、穿着轻型防化服
| |
应急响应人员：污染区域系统修复作业 |
全身防化服及自给式呼吸器
| |
表2. 国内外个人防护装备规范
通过对上述规范及氨气燃料加注作业现场PPE实际使用情况的调研与分析，结合燃料加注作业的不同类型，本文提出针对氨气燃料加注作业人员的个人防护装备使用要求，具体内容如下表3所示。
作业类型 |
个人防护装备要求 |
• 燃料加注作业间接操作人员 |
携带（或在就近位置配备）氨气专用防毒面具（及以上级别）、化学物质防护服（3型或4型及以上级别）及安全手套。 |
• 燃料加注作业直接操作人员 （如软管连接、维护管理人员等）
|
佩戴氨气专用防毒面具（及以上级别）、化学物质防护服（3型或4型及以上级别）及安全手套。 |
• 泄漏事故应急响应人员
|
佩戴全面罩送风式面具或空气呼吸器，穿着1型或2型防护服。
|
4. 结论
本文针对船舶对船舶(STS)氨燃料加注作业中的泄漏事故场景，分析了氨气泄漏后的扩散距离，并探讨了相应的应对方向。模拟分析结果显示，氨气泄漏后的扩散范围可达到超出船舶总长度的水平，这表明泄漏影响并非局限于加注作业区域，而可能波及整艘船舶。尤其需要明确的是，鉴于氨气的高毒性特性，其安全管理不能沿用以液化天然气(LNG)等易燃燃料为核心的传统安全距离理念，而需采用差异化的防控思路。
同时，通过对国内外相关规范及现场作业实际情况的调研分析发现，氨燃料加注作业人员的个人防护装备(PPE)配置需根据作业类型及风险等级实行差异化管理。其中，在应对泄漏事故时，必须使用送风式面具或空气呼吸器等高级别防护装备，并搭配对应防护服，这是保障人员安全的核心要求。
为推动氨燃料加注作业的正式落地应用，未来还需开展多方面针对性工作：一是结合实际港口条件与气象参数，开展更贴合现场的泄漏模拟分析；二是基于氨气的理化特性，科学划定安全管理区域；三是明确各作业环节的防护装备配置标准，同时制定完善的应急处置流程，为氨燃料加注作业的安全开展提供全方位支撑。