风险评估可识别导致风险的主要因素，为有效的风险应对提供基于证据的信息和分析，是风险管理的核心内容［2］。风险管理技术推广以来，在各行各业得到了应用［3-4］。国际上已实现液氢风险定量分析评估，建立了较全面的技术规范和标准体系，而国内前期的应用主要集中在航天航空领域，在民用领域的研究相对滞后，亟需开展相关研究，并建立和逐步完善民用液氢标准体系。
故障树分析（fault tree analysis，FTA）是风险可能性分析的一种有效手段，可对故障的潜在原因及途径进行定性分析，也可以在掌握事件概率的相关数据之后，定量计算重大事件的发生概率［5］。缺乏历史的事故数据，是液氢槽车风险评估的一大难点，而液化天然气（liquefied natural gas，LNG）槽罐车和液氢槽车有类似的使用环境，因此可借鉴LNG槽罐车的历史事故数据。综上所述，本文围绕液氢槽车的氢泄漏风险，借鉴LNG槽车的使用经验，采用FTA方法，识别风险事件，建立氢泄漏故障树，通过定性和半定量分析，识别重点风险，并提出氢泄漏事故风险防范措施，为液氢槽车的安全可靠运行提供技术支撑。
1 液氢槽车风险评估流程
风险评估是由风险识别、风险分析和风险评价构成的一个完整过程，液氢槽车氢泄漏风险评估流程见图1。
<G:\武汉工程大学\2024\第3期\张浩天-1.tif>
图1 液氢槽车风险评估流程图
Fig. 1 Risk assessment process diagram for
liquid hydrogen tanker
在明确液氢槽车系统为研究对象，确定“液氢槽车氢泄漏”顶事件后，基于液氢槽车对象的系统分析和相关市情调查，完成风险识别，并建立故障树。基于故障树的风险分析包括定性分析和定量分析，定性分析基于故障树的逻辑分析，对其结构进行简化，求出最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度；定量分析基于各基本事件的发生概率，计算顶事件的发生概率和事件概率重要度。事件发生概率可基于事故数据库直接选用，但我国尚未建立统一完善的液氢槽车氢泄漏事故数据库，本文仅依赖专家经验的模糊判断来预测基本事件概率，是一种半定量分析方法。基于结构重要度和概率重要度分析确定重点风险，以此制定风险防范措施。
2 氢泄漏风险识别及故障树建立
液氢槽车氢泄漏事故的风险分为管理缺陷导致的泄漏和设备本身故障导致的泄漏［6］两类。以液氢槽车氢泄漏为顶事件（符号T），通过故障树原理对事故后续原因进行分析，明确中间事件17项（符号M）、基本事件32项（符号X），建立故障树基本事件分析表（表1），并据此建立故障树（图2）。
3 氢泄漏风险分析
3.1 结构重要度分析
故障树定性分析的主要内容是求解故障树的最小割集，并计算基本事件的结构重要度［7］。最小割集是指引起顶事件发生所必须的最低限度的割集。据此分析统计液氢槽车氢泄漏故障树最小割集29项，见表2。
基本事件的结构重要度由其位于故障树结构中的位置决定，位置差异会影响其对顶事件的作用。通常按式（1）计算第[i]个基本事件的结构重要度[I]：
[Ii=1kj=1m1Rj] （1）
式（1）中：[k]为故障树包含的最小割集的数目；[m]为包含第[i]个基本事件的最小割集的数目；[Rj]为包含第[i]个基本事件的第[j]个最小割集中基本事件的数目。
根据式（1）计算得到的液氢槽车氢泄漏基本事件结构重要度见表3。根据表3可排列出各基本事件的结构重要度顺序，其中，安全阀故障（X22）和泄压失效（X23）两事件的结构重要度最大（0.069），司机和运营单位应该特别注意。
表3 液氢槽车氢泄漏基本事件结构重要度
Tab. 3 Importance of basic event structure for hydrogen leak in liquid hydrogen tanker
[基本事件 I 基本事件 I 基本事件 I X1 0.034 X12 0.034 X23 0.069 X2 0.034 X13 0.034 X24 0.011 X3 0.034 X14 0.034 X25 0.034 X4 0.034 X15 0.034 X26 0.017 X5 0.034 X16 0.034 X27 0.017 X6 0.034 X17 0.034 X28 0.011 X7 0.034 X18 0.034 X29 0.011 X8 0.034 X19 0.034 X30 0.011 X9 0.034 X20 0.034 X31 0.011 X10 0.034 X21 0.034 X32 0.011 X11 0.034 X22 0.069 ]
3.2 事件概率计算
定量分析有助于客观地量化风险，并提供基于数据和统计分析的决策支持。故障树定量分析基于各基本事件的发生概率，计算顶事件的发生概率和事件概率重要度。
（1）基本事件概率获取
本文依赖专家经验的模糊判断来预测基本事件概率，借鉴LNG槽罐车的使用经验，针对武汉地区相关从业人员开展液氢槽车氢泄漏风险基本事件概率预测的专家问卷调查。根据专家知识水平、工作经验等确定专家公信度。专家判断的自然语言包括很小、较小、中等、较大、很大5种程度，采用模糊数学的方法，实现专家自然语言的模糊化，最终利用模糊可能性值求出模糊失效概率［8］。根据调查结果计算得到故障树所有基本事件的预测概率，见表4。具体的调查及计算过程，笔者另撰文介绍。
表4 液氢槽车氢泄漏基本事件发生概率统计表
Tab. 4 Probability statistics table of basic event occurrence for hydrogen leak in liquid hydrogen tanker
[基本
事件 概率值 基本
事件 概率值 基本
事件 概率值 X1 [8.068×10-4] X12 [8.380×10-4] X23 [4.056×10-4] X2 [7.955×10-4] X13 [3.297×10-4] X24 [4.790×10-4] X3 [8.629×10-4] X14 [5.505×10-4] X25 [2.253×10-4] X4 [9.289×10-4] X15 [1.289×10-3] X26 [5.914×10-4] X5 [7.732×10-4] X16 [4.342×10-4] X27 [8.380×10-4] X6 [9.745×10-4] X17 [3.340×10-4] X28 [4.237×10-4] X7 [3.434×10-4] X18 [6.427×10-4] X29 [1.006×10-3] X8 [1.444×10-3] X19 [3.587×10-4] X30 [5.910×10-4] X9 [1.224×10-3] X20 [3.081×10-4] X31 [9.001×10-4] X10 [1.800×10-4] X21 [1.422×10-3] X32 [2.654×10-4] X11 [4.239×10-4] X22 [2.300×10-3] ]
（2）顶事件概率计算
故障树顶事件的概率计算方法有多种，本文采用最小割集计算法［9］。设故障树中的第[j]个最小割集为[Kj]，首先求取最小割集发生概率，再根据首项近似法，近似计算顶事件发生概率［10］。计算公式为：
[PKj=Xi∈KjPi] （2）
[PT=j=1nPKj] （3）
式（2-3）中：[Pi]为基本事件[Xi]的发生概率；[P(T)]为顶事件发生的概率；[P(Kj)]为最小割集发生的概率；[n]为故障树中包含最小割集的数目。
据此计算出“液氢槽车氢泄漏”顶事件的发生概率为[1.549×10-2]，数值小于0.05，属于小概率事件。
（3）基本事件概率重要度计算
概率重要度表示基本事件发生概率的变化对顶事件发生概率的变化的影响程度［11］。概率重要度[Ig]的数学定义为：
[Igij=Pj/Pi] （4）
[Igi=j=1kIgij] （5）
式（4-5）中：[Igij]为第[j]个最小割集中第[i]个基本事件的概率重要度；[Pj]为第[j]个最小割集的发生概率；[Igi]为故障树中第[i]个基本事件的概率重要度。
据此计算的液氢槽车氢泄漏基本事件概率重要度见表5。其中有22项基本事件的概率重要度为1，表示这些事件发生时，顶事件一定发生，需重点关注。
表5 液氢槽车氢泄漏基本事件概率重要度
Tab. 5 Probability importance of basic events for hydrogen leak in liquid hydrogen tanker
[基本
事件 Ig 基本
事件 Ig 基本
事件 Ig X1 1.000 X12 1.000 X23 [8.4300×10-6] X2 1.000 X13 1.000 X24 [9.3288×10-7] X3 1.000 X14 1.000 X25 1.000 X4 1.000 X15 1.000 X26 [8.3800×10-4] X5 1.000 X16 1.000 X27 [5.9140×10-4] X6 1.000 X17 1.000 X28 [9.3288×10-7] X7 1.000 X18 1.000 X29 [9.3288×10-7] X8 1.000 X19 1.000 X30 [9.3288×10-7] X9 1.000 X20 1.000 X31 [9.3288×10-7] X10 1.000 X21 1.000 X32 [9.3288×10-7] X11 1.000 X22 [1.49×10-6] ]
4 风险评价及防范
风险评价的内容较多，最基本的评价是将风险分为需应对和无需应对两类，再对需应对的风险进行分级，对重点因素进行分析，提出防范措施［12］。液氢槽车氢泄漏的发生概率虽然较低，但后果严重，必须应对。
基于前文的概率计算，重点关注概率重要度大（重要度值为1）且发生概率绝对值较大的基本事件，得到4项重点风险因素：外力损坏罐体（X8）、外热损坏罐体（X9）、制止阀卡死（X15）、外力损坏制止阀（X21）。基于结构重要度分析，安全阀故障（X22）和泄压失效（X23）两事件为重点风险。
针对6项重点风险，制定防范措施。从日常定期的检查和维护上入手，加强有针对性的监督检查，降低制止阀卡死发生的概率；增加槽车安全附件定期检查的次数，避免安全阀故障和泄压失效，降低危害影响范围；运输罐车设置防护装置，其强度和性能须保证罐体及其连接附件（管路、阀门、仪表等）发生意外碰撞时起到保护作用；采取有效措施加强液氢储罐失效监测，尤其是绝热层损坏及真空度丧失等导致隔热效果降低的情况，防止外热损坏罐体，确保液氢环境的有效保持。
5 结 论
液氢槽车氢泄漏事故后果严重，有效的风险评估和应对具有重要意义。引发氢泄漏事故的可能原因众多，既有管理缺陷导致的，也有设备本身故障原因，氢泄漏故障树直观描述了原因因素与顶事件的逻辑关系，是类似复杂系统风险分析的有效手段。基于故障树结构重要度分析和事件概率计算，确定了6项重点风险，并从运营单位日常定检、罐车防护装置设置、液氢储罐失效监测等方面提出了针对性的防范措施，对降低氢泄漏事故风险有一定指导意义。