团 体 标 准
T/CIN 064—2024
燃料电池船舶氢系统安全要求和风险评估
Safety requirements and risk assessment for hydrogen systems
in fuel cell ships power
2024-11-28 发布 2025-02-28 实施
中国航海学会 发布
前 言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由中国航海学会提出并归口。
本文件起草单位：特嗨氢能检测(保定)有限公司、大连海事大学、海大清能船舶(大连)有限公司、大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司、中国船级社秦皇岛分社、广东电网有限责任公司广州供电局、承德应用技术职业学院、季华实验室、武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司。
本文件主要起草人：段志洁、胡乃武、王大威、马强、张英、魏一、邢辉、刘岩、尹大和、王守志、顾延玲、武晓飞、杨浩、郑贺婷、何彬彬、张青松、李岩、乔建毅、杨军、孙辉。
燃料电池船舶氢系统安全要求和风险评估
1 范围
本文件给出了燃料电池船舶氢系统的安全要求和风险评估方法。
本文件适用于燃料电池船舶氢系统的安全管理和风险评估。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅注日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3836.1 爆炸性环境 第 1 部分：设备 通用要求
GB/T 14536.19 家用和类似用途电自动控制器 电动燃气阀的特殊要求，包括机械要求
GB/T 26990—2023 燃料电池电动汽车 车载氢系统技术条件
GB/T 27748.1 固定式燃料电池发电系统 第 1 部分：安全
GB/T 29729—2022 氢系统安全的基本要求
GB/T 29838 燃料电池 模块
GB/T 34872 质子交换膜燃料电池供氢系统技术要求
GB/T 35544 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶
GB/T 42612 车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶
GB/T 43942 智能船舶风险评估方法
GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范
GB 50217 电力工程电缆设计规范
TSG 23 气瓶安全技术规程
IEC 62282-3-200 燃料电池技术第 3-200 部分：固定式燃料电池发电系统-性能试方法(IEC 62282-
3-200 Fuel cell technologies - Part 3-200: Stationary fuel cell power systems - Performance test methods)中华人民共和国海事局 《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》
中国船级社 《船舶应用燃料电池发电装置指南》
中国船级社 《电气电子产品型式认可试验指南》
中国船级社 《氢燃料电池》(E-23)
中国船级社 《氢气瓶》(B-07)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
涉氢系统 hydrogen related system
氢在船舶上的加注、储存、处理、输送和应用系统的总称。
4 安全要求
4.1 一般要求
4.1.1 鉴于氢易燃易爆炸的特性以及燃料电池在船舶的内部使用环境，氢安全将直接影响到船舶整体
的安全性。燃料电池船舶整体氢安全设计一般原则如下：
a) 失效安全原则。在进行涉氢系统设计时，应保证即使在某一零部件失效时，也不会因之导致更加严重的后果。即当系统单一零部件出现故障时，系统是安全的。
b) 最简化原则。在进行涉氢系统设计时，在满足安全和使用需求的前提下，系统应精简，避免繁杂。
c) 区域布置原则。在进行涉氢系统安装时，系统零部件宜集中布置，并根据压力等级分区域布置。
d) 氢电隔离原则。在进行涉氢系统安装时，应将涉氢系统与电气系统进行有效隔离。隔离措施可以是系统的物理隔离，也可以是针对可能产生火花或表面高温的零部件自身的隔离，例如采用防爆电器。
e) 智能监控原则。在进行涉氢系统运行时，涉氢系统及系统所在处所内，宜配置智能监控系统，在识别到有氢泄漏等安全风险时，能够及时发出警报并自动关闭相应设备。
4.1.2 与氢接触的所有组件(包括但不限于氢气存储、供应、连接装置及管路等)使用的材料应能预防氢腐蚀及氢脆。
4.1.3 供氢系统应有过流保护装置或其他措施，当检测到氢储存容器或供氢管路内压力异常降低或流量异常增大时，能自动关断氢供应;如采用过流保护阀，该阀应安装在主关断阀上或紧靠主关阀处;还应设置压力释放装置，在释放管路的出口采用必要的保护措施和阻火装置，防止在使用过程中被异物堵塞影响气体排放，阻止火焰进入管路。
4.1.4 涉氢系统可能产生静电的地方应有静电消除装置;或采取控制氢泄漏量及浓度的措施，以使得即便在产生静电的地方也不会发生安全问题。
4.1.5 涉氢系统应安装氢气浓度检测装置，当检测到氢气浓度超过规定数值时，能自动关断氢气瓶内的氢气供应。
4.1.6 涉氢系统应具备自动释放功能，一旦氢气瓶或管道内氢气超过一定的温度或压力，安全泄放装置将自动打开，通过排空管将氢气排到外部大气环境中。
4.1.7 由氢气管理模块为主的监控系统应与通风系统、消防系统以及船舶控制系统联动，在工作过程中时刻监控涉氢系统安全、氢气泄露状态及船舶运行状态，只要出现异常，随时主动关闭供涉氢系统和电气系统，保证船舶安全。
4.2 涉氢系统及零部件
4.2.1 材料
4.2.1.1 涉氢系统及其零部件材料应具有耐盐雾、耐腐蚀性、耐磨性、耐老化性、冲击强度、耐热性、耐高低温冲击性能、高低温存储适应性能、高低温动态响应性、耐紫外线照射性能、及抗氢脆性能。材料的选择应符合 GB/T 29729—2022 中的相关规定。
4.2.1.2 涉氢系统中与氢气接触的材料应具有良好的氢相容性，并应充分考虑氢脆现象对设计使用寿命的影响。
4.2.2 燃料电池电堆
燃料电池电堆设计、测试、安全应符合中国船级社《船舶应用燃料电池发电装置指南》，IEC62282- 3-200 、GB/T 29838 和 GB/T 27748.1 的规定。
4.2.3 燃料电池系统
燃料电池系统安全性、部件安装及防护、系统安全测试、电气安全性、安全监控要求、冲击震动和碰撞、电池兼容应符合中华人民共和国海事局《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》，中国船级
社《电气电子产品型式认可试验指南》，中国船级社《船舶应用燃料电池发电装置指南》以及中国船级社《氢燃料电池》的规定。
4.2.4 氢气瓶
氢气瓶应依据中国船级社《氢气瓶》(B-07)，GB/T 35544 ，GB/T 42612 ，TSG 23 等规范和标准进行设计、制造与检验;氢气瓶充装、运输、储存、使用与检验须符合 TSG 23 的规定。
4.2.5 管路、阀门及附件
4.2.5.1 涉氢系统管路应符合 GB/T 26990—2023 中 5.4 和中国船级社《船舶应用燃料电池发电装置指南》中第 4 章的规定。
4.2.5.2 氢气供应阀组应具有减压和安全关闭功能，电气操作的氢气供应阀应符合 GB/T 14536.19 中的相关规定。
4.2.5.3 安全泄压装置、阀门、密封件及过滤器应符合 GB/T 29729—2022 中 7.2.5 的规定，其中集成式瓶口阀和温度驱动的压力释放装置，除了单独进行型式试验之外，还应与高压氢瓶一起进行火烧试验，并出具型式试验报告。
4.2.6 电子元器件
4.2.6.1 涉氢系统中使用的元器件应符合 GD22—2015 和 GB/T 3836.1 中Ⅱ类设备的防爆安全规定。
4.2.6.2 涉氢系统铺设的电线及导线应符合 GB 50217 的规定，电线及导线需用具有阻燃功能的波纹管或其他措施包裹，起到对线束的保护作用。
4.2.6.3 浓度传感器测量精度应符合 GB/T 26990—2023 中对体积浓度测量准确度和分辨率的要求。
4.2.6.4 电气设备工作时的表面温度应低于氢在空气中的着火温度。
4.2.6.5 浓度传感器、压力传感器、碰撞传感器及温度传感器等测量元器件符合 GB/T 29729—2022 中
7.2.5.5 对仪表和控制器的规定。
4.3 通风
4.3.1 有氢存储、涉氢设备或途经含氢管路的处所内，应设通风系统。
4.3.2 有爆炸危险的房间，事故排风机的选型应符合 GB 50058 的规定，且不低于氢气爆炸混合物的级别和组别。
4.3.3 通风系统中涉氢处所的新风进口宜设于底部，出口宜设于顶部且应朝向安全区域，通风系统的进出口布置和有泄漏风险的通风管道应避免通风系统将氢带入不涉氢区域。
4.4 安全与应急措施
4.4.1 加氢安全
4.4.1.1 氢气加注宜在空旷、自然通风良好的环境下操作，氢气加注如在围蔽或半围蔽处所，应保证其良好的通风，并有防止泄漏氢气聚集和预防火灾事故的安全措施。
4.4.1.2 船舶在加氢站加氢之前，燃料电池系统、高压电系统应关闭且做好接地保护。
4.4.1.3 加氢枪与加氢口之间宜有通讯协议，使得加氢站的管理系统和船舶主动监控系统可实时监控加氢站系统和船舶涉氢系统的压力、温度、警报信号等安全数据。
4.4.1.4 高压氢气在氢气瓶快速加注过程中，会产生热量，导致氢气瓶内温度伴随着加氢过程快速升高，给氢气瓶的使用带来安全隐患，应通过限制加注速率或增加必要的预冷功能等方式控制加注过程中
的温升，确保高压氢气安全的快速加注，加注氢气最大流量不应大于 7.2kg/min。
4.4.1.5 涉氢系统主动安全监控系统应具有防止超压加注及超量加注的自动程序，加注到设定的压力和容量时，自动停止加注。
4.4.1.6 加氢机应设置紧急切断按钮以及与加氢系统配套的自动控制装置，当紧急切断警报被触发时，船舶应有控制装置自动关闭船舶的加氢管道。
4.4.2 储氢安全
4.4.2.1 氢气瓶及其系统在使用或存放时应安装牢固，具有缓冲保护措施，以防止其使用时发生移动或损坏，并定期检查其固定结构松紧程度，检查氢气瓶是否有移动。
4.4.2.2 氢气瓶及其系统放置地点不宜靠近人员、明火及易受电击的地方，应采取可靠的防晒、防潮、防腐蚀、防碰撞等防护措施保证气瓶瓶体安全。氢气瓶在使用过程中，发现有严重腐蚀、损伤或对其安全可靠性有怀疑时，应提前进行检验。
4.4.2.3 当氢气瓶内部压力或温度过高超过额定值，气瓶的安全泄压装置应自动释放氢瓶氢气并通过排空管路安全排放到外部大气环境中。
4.4.3 氢泄露安全
4.4.3.1 在涉氢系统中易发生氢气泄露或者氢气积聚，且人员容易识别的部位应安装氢气泄露提醒装置，根据氢泄漏量的等级启动相应等级警告信号，根据不同的警告级别进行发出警告、关闭有氢泄露的部分涉氢系统以及关闭整个涉氢系统的处理，并开启通风系统进行排空。
4.4.3.2 发生氢气泄露时，应及时疏散人员，避开气流，往上风处迅速撤离，对漏气场所进行隔离，避免无关人员入内，同时停止周围一切能产生明火或火花的作业。
4.4.3.3 氢泄漏安全要求应符合中华人民共和国海事局《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》的规定。
4.4.4 消防
消防应满足中华人民共和国海事局《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》的要求。
4.5 其他
涉氢系统其它安全要求，宜符合中华人民共和国海事局《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》中的规定。
5 风险评估
5.1 总则
5.1.1 评估时机
为了尽可能确保相关利益方安全，评估主体应在燃料电池船舶设计、使用过程、定期维护、燃料电池系统部件更换时，开展安全风险评估。
5.1.2 评估主体
燃料电池船舶安全风险评估的主体宜为船公司和驾驶人员(包括岸基操控人员)，宜建立评估工作组，并将船舶设计师、结构工程师、机械工程师、验船师、辅助员、记录员以及海事监管主体等相关人员纳入评估工作组。
5.1.3 评价内容
燃料电池船舶安全风险评估主要从涉氢系统技术因素方面进行分析。评价内容主要对碰撞、火灾、爆炸、电气安全等技术方面进行有效评估。
5.1.4 评估方法
风险评估常用方法包括事件树分析(ETA)、故障树分析(FTA)、风险贡献树(RCT)、失效模式和影响分析(FMEA)、危险与可操作性研究(HAZOP)等。
船舶综合安全评估宜基于全面、综合地考虑影响安全的诸方面因素，建立结构化和系统化的评估模式，不断改进和提高燃料电池船舶安全性，可采用综合安全评估(FSA)方法。
5.1.5 评估程序
燃料电池船舶安全风险评估的程序宜包括风险评估准备、风险识别、风险分析、风险评价和风险应对，见图 1。
图 1 评估程序
5.2 风险评估准备
5.2.1 工作范围
界定待评估的问题以及有关的边界条件或限定条件，成立风险评估工作组，协调准备工作，促成专家以团队的形式开展工作，并对于要开展的风险评估工作形成文件记录。
5.2.2 风险准测确定
5.2.2.1 风险准则确定原则
燃料电池船舶安全风险准则可直接引用国家、地方政府或本行业组织给出的风险准则;无可适用风险准则的，可按照本标准的5.2.2.2～5.2.2.4给出的定性、半定量或定量方法确定。
5.2.2.2 定性方法确定风险准测
定性分析方法对分析对象的危险状况进行系统、细致的检查，根据检查结果对其危险性做出大致的评价。定性分析应对每项风险的概率级别及其对每项目标的影响进行评估，对风险进行等级评定，并以概率和风险矩阵型式表现。
5.2.2.3 半定量方法确定风险准测
半定量分析方法则将对象的危险状况表示为某种形式的分度值，从而区分出不同对象的危险程度，以此选出重要程度较高的危险。
半定量分析方法确定燃料电池船舶安全风险准则可采用风险矩阵法。风险矩阵由事故发生频率和危害后果组成。概率指数(PI)见表1，后果指数(SI)见表2 ，安全风险指数(RI)见表3。
表 1 概率指数(PI)定义
表 2 后果指数(SI)定义
表 3 风险指数(RI)定义
当概率或者后果难以进行量化估计时，可采取风险分析团队认可的其他方法进行风险估计并得出风险等级。
5.2.2.4 定量方法确定风险准测
定量分析方法以基于统计方法的事故概率和数值模拟计算事故后果。定量分析重要的是真实准确的客观数据，客观数据可以通过现场观测、调查统计和数据库等途径获取。当缺少客观数据时，可通过专家判断、物理模型、数值模拟等来获得有价值的结果，以对客观数据进行补充。
5.3 风险识别
5.3.1 风险源的识别
5.3.1.1 涉氢系统风险因素
涉氢系统的风险因素包括氢气泄露和渗漏、与燃烧有关的危险因素、与压力有关的危险因素、与温度有关的危险因素、氢腐蚀和氢脆、生理危害等。
5.3.1.2 燃料电池系统风险因素
燃料电池系统主要包含氢气供应系统、空气供应系统、热管理系统、控制系统等关键子系统，其风险因素主要来自于外壳防护、控制系统策略、软管和金属管路及其附件、橡胶部件、电气安全、热安全等因素。
5.3.1.3 燃料电池电堆风险因素
燃料电池电堆主要包含膜电极、质子交换膜、气体扩散层、碳纸、双极板、端板等关键部件，燃
料电池电堆风险因素包括外部振动、冲击、温湿度交变、高压、腐蚀环境导致的风险和内部气体窗口串漏、短路、水淹、绝缘、工作温度过高、冷启动等风险。
5.3.1.4 储氢系统风险因素
储氢系统主要包含氢瓶、阀门、控制仪表等部件组成，其风险因素主要来自于安装、振动与冲击、腐蚀、氢气泄露、超压超温、泄压等风险因素。
5.3.1.5 燃料电池船舶风险因素
燃料电池船舶的潜在风险因素应参考GB/T43942 附录B内容。
5.3.2 识别方法
燃料电池船舶安全风险识别方法，可采用德尔菲法、头脑风暴、检查表法、事件树法或故障树法等方法中的一种或多种方法进行识别。
5.3.3 信息收集分析
风险评估需要界定风险信息，根据风险发生的几率和实际要求，确定目标影响的程度。信息包括但不限于法律法规相关信息、船舶信息、氢系统及其部件相关信息、操作和维护信息、安全防护设施信息、电气安全信息、消防安全信息、员工安全行为信息、紧急情况应急处理信息等。
5.4 风险分析
5.4.1 分析原则
识别的相对重要的事故场景的原因和初始事件及后果进行详细调查，确定风险的分布，并识别和评估影响风险水平的因素。分析应确定风险类型、风险度量单位、风险模型、风险假定、方法与工
具、风险贡献树、风险可接受衡准、敏感性分析和不确定性分析等内容。
5.4.2 事故原因分析
基于风险源的识别，分析安全事故发生的直接、间接原因。
5.4.3 潜在后果分析
根据统计数据和专家判断对潜在后果及其出现概率或频率进行评估，根据概率或频率值和潜在后果按照严重程度从高到低进行排序，并以此作为评价依据。
5.5 风险评价
5.5.1 风险值计算方法
燃料电池船舶安全风险评价宜采用风险矩阵进行表征，通过建立概率和后果的评估结果与风险矩阵中标准化概率指数和后果指数之间的映射关系，将风险评估结果运用风险矩阵进行表达。风险指数(RI)按公式(1)计算：
风险指数(RI) = 概率指数(PI) + 后果指数(SI) ……………………(1)
式中：
概率指数(PI)-定义见表 1;
后果指数(SI)-定义见表2;
风险指数(RI)-定义见表 3。
5.5.2 风险评价方法
5.5.2.1 风险评价宜采用与确定风险准则相同的方法。采用风险矩阵法的，风险矩阵的纵、横坐标应按照 5.2.2.3 要求采用相同的参数。
5.5.2.2 可将风险值与风险准则进行比较，给出如下风险可接受程度结论：
a) 经比较分析，风险可忽略的，可不采取风险应对措施;
b) 风险不可接受的，可通过采取风险应对措施将风险降低到可接受程度或终止任务;
c) 风险可接受的，仍应采取必要的风险应对措施以尽可能地降低风险。
5.6 风险应对
5.6.1 在设计阶段应将风险因素纳入考虑范围，尽可能在设计阶段消除风险因素。
5.6.2 针对已知风险因素，应制定预防措施。
5.6.3 针对无法消除、难以预防的已知未知风险因素，应制定风险减轻措施。
5.6.4 针对未知的风险因素，应进行应急预案储备。
5.7 监督和检查
风险评估过程中和评估结束后，应对影响风险评估结论的前提条件和环境因素进行持续的监督和检查。
5.8 记录和沟通
开展风险评估前应掌握风险评估建设项目或区域的内、外部环境和实施风险管理的过程。应对风险评估过程和结果进行记录，在组织各层级通报风险管理活动及结果。沟通应真实、准确、简洁易懂，记录各利益相关方的风险认知和接受程度，并在确定风险准则和风险风险评价时予以考虑。
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