【专业解析】煤炭运输安全之——甲烷爆炸

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CPI 资讯 No. 350

摘要

煤炭作为世界上第二大干散货，通过海上运输由来已久，针对煤炭的化学危险性和易液化的特性，《IMSBC规则》有详细的规定和指导，但是煤炭释放甲烷发生爆炸事故的概率低，容易被船员疏忽。基于近期参与的案件处理，协会对煤炭释放甲烷的特性及处理要点进行梳理，提醒会员船舶正确处理煤炭释放甲烷的情况以避免事故的发生。

案例一

某船从美国巴尔的摩港装运煤炭到日本福山港，2018年5月在航行途中第二货舱发生甲烷爆炸，造成舱盖严重损坏不能正常开闭，从而导致货舱内的部分货物不能卸岸只能留在船上。船东苦于一直寻求修理和卸货方案，直到最近船舶辗转印度港口才卸掉所有煤炭，给船东造成了很大的损失。

案例二

某船从印尼装运煤炭到中国，途中发生煤炭自热，船上封舱隔绝通风并冷却货舱周围，成功控制了煤炭的自热。但在随后的舱内气体检测中发现，一旦舱内氧气浓度降到10%以下，甲烷浓度就显示超过限值。协会建议船长在海上进行有限通风控制甲烷的浓度在最低爆炸极限以下，并阻止大量新鲜空气进入大舱来控制煤炭的自热，靠港卸货前进行旺盛通风，并在甲板上控制一切火源，并尽快安排卸货。但实际上船在到港后由于堆场受限以及台风影响，多次停止卸货甚至移到锚地避台，卸掉部分煤炭后舱内存有丰富的氧气，煤炭自热重新复苏，后经船方的谨慎操作，最后有惊无险的卸完所有货物。此案例为船舶装运自热并释放甲烷的煤炭敲响了警钟。

煤炭为什么会释放甲烷

煤碳是具有孔隙一裂隙二元结构的吸附体，其内部吸附着大量煤化作用过程中形成的甲烷气体，从地下开采出来后，由于压力和温度等条件的变化，在整个加工和运输过程吸附的甲烷会从煤炭释放出来，直至达到新的平衡。影响煤炭释放甲烷的因素有：

煤层越深，开采出的煤越易释放甲烷；

煤中含水量越大，对甲烷的吸附能力越差，即越易释放甲烷；

煤被开采到地面的时间越短，运输过程中越易释放甲烷；

煤化程度低的煤比煤化程度高的煤易释放甲烷，即释放甲烷的能力：泥炭>褐煤>次烟煤>烟煤>无烟煤。

自热等引起煤炭温度升高，甲烷的释放率会加大。

如何判定装运的煤炭易释放甲烷？

《IMSBC规则》要求托运人或其代理人在煤炭货物装运前应书面向船长提供货物的特征以及有关货物装载和运输的安全操作建议。作为最低限度，应说明货物合同中有关含水量、硫含量和颗粒大小的规定，特别是货物是否可能易释放甲烷。但需注意在一些港口托运人提供的货物声明里并没有提供准确的信息，如案例一托运人提供的货物声明就没有包含散发甲烷的信息。为避免类似事故，装运煤炭时船长应谨慎预见释放甲烷的可能性，精准测量甲烷含量不超过爆炸下限（LEL）20%，排除甲烷在货舱内散发的可能性。

如何正确测量甲烷气体浓度？

《IMSBC规则》要求装运煤炭的船舶应配备测量氧气、可燃气体和一氧化碳并已进行定期检定和校准的气体探测仪。为获取正确的读书，测量甲烷浓度应在关闭通风至少4小时后进行。

船用便携式气体检测器通常配有易燃气体催化传感器，若氧气量降至10%甚至更低时，催化传感器测出的甲烷气体读数可能不准确（案例二可能存在类似的情况）。另外如果在货舱中甲烷浓度超过其爆炸上限（UEL）100%，催化传感器获取的读数也可能不准确。为获取准确的读书，建议使用和气体探测仪匹配的稀释装置进行稀释采样，具体详情可联系仪器厂商获得更多指导。或建议配备红外线气体检测器可替代催化传感器和稀释装置，测量货舱内部甲烷气体的含量，该种检测器不受氧气量高低的影响。红外线检测器也可以测量高于UEL的易燃气体浓度。

甲烷的爆炸极限和氧气浓度的关系？

在正常气压下，甲烷的爆炸下限（LEL）为5%-6%，爆炸上限（UEL）为15%-16%，甲烷在空气中浓度达到9.5%时,会发生最强烈的爆炸。其中氧浓度降低时爆炸下限变化不大而爆炸上限明显降低，当氧浓度低于12%时，混合气体就失去爆炸性。