耙吸船疏浚作业遇硫化氢气体采取的技术措施

王权，李晓燕

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290）

0 引言

在一些航道工程和疏浚工程中，待疏浚区域的土质中含有硫化氢气体，在疏浚施工过程中由于耙吸船自挖自装自卸的施工方式，该气体会因为土质扰动而扩散，耙吸船开敞式的泥舱无法控制硫化氢气体的扩散，因硫化氢气体具有剧毒易燃等特性，如防护不当会造成不可估量的严重后果甚至人员伤亡事件。菲律宾某超大型吹填工程项目就遇到了这样的施工难题，本文就该项目如何采取适当技术措施克服含硫化氢气体土质疏浚施工困难，进行安全施工展开探讨。

1 疏浚工程遇含硫化氢土质的风险分析

1.1 工程概述

菲律宾某超大型吹填工程项目位于该国马尼拉湾处，主要施工内容包括回填形成3 个人工岛和相关配套的护岸结构及地基处理等。在项目施工前期需开挖一条长度约6.5 km 的临时航道，以满足大型耙吸船进入其他岛域进行艏吹施工。

在开挖临时航道过程中，作业的耙吸船检测到泥舱和甲板面均有不同浓度的硫化氢气体。耙吸船在开敞式的施工环境下如何采取有效应对措施来防控硫化氢气体对施工人员的危害，成为疏浚行业一个极为重要的课题。

通过分析项目施工区硫化氢的成因和分布特点，在没有对耙吸船船体进行大规模技术改造条件下，提出了采用机械扰动淤泥层提前释放硫化氢气体以降低疏浚开挖过程中硫化氢浓度的施工思路等技术应对措施，并通过现场施工实践证明，提前释放硫化氢的主要技术措施既能确保耙吸船疏浚施工安全，又能保证耙吸船的施工效率，获得良好的经济效益。

1.2 疏浚中的潜在风险

硫化氢气体是疏浚业的一个潜在风险。它是一种无色、恶臭的气体，是一种广谱性有毒气体。它不仅对各种生物具有严重的毒害作用，而且能对许多金属材料造成严重的腐蚀破坏硫化[1]。由于硫化氢密度比空气重，因此它往往会在通风不良的低洼空间积聚。低浓度硫化氢气味非常刺鼻，高浓度时可以麻痹人的嗅觉神经，所以用鼻子作为检测这种气体的手段是致命的。它对人的身体十分有害，会通过人体的呼吸系统进入体内，对人的中枢神经系统产生破坏，甚至可能会危害到人的生命安全。

硫化氢这种物质同时会对疏浚生产设备造成严重的损坏，对整个生产工作造成重大影响。首先，硫化氢气体会对生产中的金属设备造成严重的影响，海上的疏浚作业过程中，空气中的水分子含量非常大，所以在疏浚过程中所产生的硫化氢气体会与水分子发生反应，产生大量电离，电离以后液体呈酸性，这样的液体会和金属发生反应，腐蚀金属导致金属发生损坏；其次，耙吸船上还会用到一些非金属材料的生产装备，如橡胶管、电缆等，当这些材料与硫化氢进行长时间的接触时，会减少塑料的使用寿命，而且橡胶在这样的环境中也非常容易失去弹性出现裂开现象[2-3]。

1.3 硫化氢分布及释放特点

通过对项目疏浚区的地质调查和历史资料的查阅[4]，确定施工区马尼拉湾内存在长期堆积的有机物和微生物硫酸盐还原产生的硫化氢气体。

项目初期安排一艘万方耙吸挖泥船（以下简称万方耙）开挖K3+000—K6+500 航道区段。在该船泥舱左右两侧前、中、后水面以上约50 cm 处各安装了1 个监测传感器，并在甲板面相应位置附近的小泥门拉杆过舱孔口安装了监测传感器。

对该船舶泥舱连续的监测数据进行分析发现，在耙吸船挖泥作业时，泥舱疏浚物逸散出的硫化氢气体主要集中于泥舱中部和前部区域以及小泥门拉杆过舱孔位置，其中尤以泥舱中部和拉杆过舱孔位置浓度最高。收集到的监测数据显示，泥舱内的硫化氢浓度大多维持在（10～50）ppm，偶尔监测到的硫化氢数值超过50 ppm（文中所述ppm为10-6）。

随后安排舱容为2 万m3的超大型耙吸船（以下简称2 万方耙）进场施工，开挖临时航道KP0+000—KP3+000 区段。根据前期地质勘察得知，此区段淤泥层厚度相比万方耙开挖工段要大，可预计该区段的硫化氢气体含量将会比前一区段高。在2 万方耙作业过程中，分别对挖泥装舱、满载航行、抛泥作业等作业工序进行硫化氢连续监测并记录。

2 万方耙在常规疏浚抛泥作业工序下，未封闭泥舱面四周传感器监测数据显示：在挖泥装舱阶段，前15 min 时段传感器测得硫化氢数值基本达到监测仪器最大量程（量程（0～100）ppm），处于“爆表”状态，之后硫化氢浓度保持在（30～50）ppm；满载航行阶段，泥舱内疏浚物受到航行扰动，部分硫化氢气体从疏浚物中逸散出来，监测到浓度在（0～20）ppm 之间；抛泥作业时，在未启用高压冲水时，硫化氢传感器探测数值都为0，如用高压冲水冲洗舱时，泥舱内硫化氢传感器探测到浓度在（0～20）ppm，泥舱甲板面、主甲板和艉甲板基本为0。

根据上述硫化氢气体连续的检测数据分析得知，硫化氢气体分布特点如下：

1）硫化氢在项目施工区域内普遍存在，并不局限于局部施工区。

2）离岸越近硫化氢浓度越高，这与临时航道所在海床地势、海流以及海底淤泥堆积厚度有密切的关系。

常规疏浚作业硫化氢气体释放规律如下：

1）硫化氢集中在疏浚开挖阶段释放，特别是在前15 min 空舱装载阶段。

2）满载航行阶段有少量硫化氢释放，主要受船舶航行扰动影响。

3）开舱抛泥阶段是否有硫化氢释放决定于是否使用舱底高压冲水。

从上述对耙吸船疏浚施工过程硫化氢的连续监测，针对上述硫化氢气体的释放规律，可以确定本项目的硫化氢释放量主要受疏浚物扰动程度影响。根据此规律，在本项目只要因地制宜采取适合工艺技术措施减低对疏浚物的扰动，完全能有效减少硫化氢的释放，同时附加风险管理等措施，从而确保项目临时航道和基槽疏浚开挖的安全、高效推进。

2 耙吸船作业遇硫化氢气体的技术应对措施

针对项目中疏浚区域硫化氢分布特点和释放规律，结合项目的实际施工安排，采取了相应的硫化氢气体防护的技术和管理应对措施，以确保疏浚作业顺利实施[5]。

2.1 低成本船舶技改

现有的耙吸式挖泥船在设计建造时均未专门考虑硫化氢环境下作业安全功能，在现有基础上进行船舶技改，要做到完全本质化安全，改造费用成本难以估量。因硫化氢释放时段主要发生在挖泥和抛泥卸驳阶段，硫化氢释放位置发生在泥舱面附近，结合耙吸船疏浚施工工艺，辨识确定耙吸船重点防控区域，有的放矢实施船舶技改是更为科学经济的方法。具体方法和措施为：使用高韧性帆布对耙吸船泥舱前后各1/3 舱口区域进行“半封闭式”封盖，预留中间约1/3 的泥舱口区域，作为硫化氢集中溢流扩散出口，打破以往全封闭的技改思路，泥舱释放出的硫化氢得以整流扩散在可控的区域和范围以内，以低成本投入获得较好的扩散控制效果。

2.2 全天候实时监测气体含量

在耙吸船可能生产和集聚的区域上设计并安装固定式监测传感器，监测传感器布置如表1 所示。固定式硫化氢监测传感器使用本安防爆型进行全天候实时监测，监测数据传输到船舶监控室进行实时监控和记录。

表1 固定式硫化氢监测传感器安装区域Table 1 Installation area of fixed H2S monitoring sensor

固定式监测系统设置10 ppm、20 ppm、100 ppm三级报警机制，不同层级报警触发阈值以适应不同场所预警处置需要[6]。同时，为作业船员配置足量便携式硫化氢检测仪。船员硫化氢环境下作业，每位船员随身携带便携式检测仪，以弥补固定式监测系统无法覆盖到的区域，实时捕捉船员作业环境周边的硫化氢含量。便携式检测仪只设置10 ppm 警报值，出现报警时，除已经采取了有效的个体防护人员外，其他作业人员需要暂时停止作业，评定排查现场硫化氢情况，待安全后再进行作业。监测报警阈值设置级别如表2 所列。

表2 硫化氢监测报警阈值设置Table 2 H2S monitoring alarm threshold setting

2.3 个体安全防护措施

船舶作业人员的个体安全防护用品是船舶硫化氢气体防范技术措施的重要环节[7-8]。结合船舶作业人员的工作类型和性质，船员的个体防护措施见表3。

表3 硫化氢个体防护配置表Table 3 Individual protection figuration for H2S

实践证明在硫化氢低浓度环境下作业或高浓度应急状态下都能有效保护船员身体健康和生命安全。

2.4 船舶典型施工

根据硫化氢分布及释放特点，结合耙吸船施工工艺，典型的施工方法见表4。经实践，在应对硫化氢方面都取得比较好的成效。尽管这些典型施工方法在施工效率上有所降低，但在生命安全面前，这种施工方法是“低成本高回报”的科学做法。

表4 应对硫化氢典型施工方法Table 4 Typical construction to response H2S

本项目的2 艘大型耙吸船通过采用上述典型施工，都减少了施工过程中对疏浚物的扰动，非常有效地减少疏浚开挖过程中的硫化氢释放，达到了安全施工的良好效果。

3 结语

在广泛研究硫化氢防范措施的基础上，分析本工程的硫化氢成因和分布情况，结合项目工程现场耙吸船实际情况以及耙吸船施工工艺，在加强现场“人、机、环、管”防控措施及应急处置准备等工作的同时，采取低成本船舶技改、全天候实时监测硫化氢浓度、专业防毒保护个体、耙吸船典型施工方法等有效应对防范技术措施，经实际工程施工检验切实可行，确保了本项目疏浚开挖作业的顺利实施。实践证明，本文提出的技术措施可以保障耙吸船硫化氢环境下疏浚作业安全生产，可以为类似项目提供借鉴。