《Journal of Marine Science and Engineering》：A Critical Review of Risk Assessment and Control Strategies for Ammonia Storage and Handling in Maritime Decarbonisation
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氨是一种有前景的零碳能源载体，可用于海事脱碳，但其部署受到安全性风险的限制，而传统的海洋燃料安全框架未能充分应对这些风险。本研究采用基于PRISMA（系统综述和荟萃分析优先报告条目）的文献综合方法，对海事应用中氨储存与处理的安全评估、风险管理和控制策略进行了批
氨是一种有前景的零碳能源载体，可用于海事脱碳，但其部署受到安全性风险的限制，而传统的海洋燃料安全框架未能充分应对这些风险。本研究采用基于PRISMA（系统综述和荟萃分析优先报告条目）的文献综合方法，对海事应用中氨储存与处理的安全评估、风险管理和控制策略进行了批判性评述。证据分析涵盖了危害特征描述、储存配置、转运操作、风险评估方法、缓解屏障和监管框架。综述表明，氨安全性受控于耦合的释放-暴露-屏障交互作用，这些交互作用由储存条件、储罐配置、压力-温度行为、材料兼容性、转运模式、通风、船舶几何结构和人工干预共同塑造。现有方法，包括危害识别（HAZID）、危险与可操作性分析（HAZOP）、风险矩阵和定量风险评估（QRA），支持危害筛选和优先级排序，但在表征闪蒸两相释放、重气扩散、受限空间积聚、暴露持续时间、通风有效性和海事条件下的防护时机方面仍存在局限性。计算流体动力学（CFD）、故障树分析（FTA）、贝叶斯方法和蒙特卡洛分析提供了更高的分析分辨率，但其可靠性受到有限的验证数据、不确定的泄漏频率输入以及简化的暴露和应急响应假设的制约。因此，有效的风险控制需要一种以毒性为中心的屏障策略，该策略将包容完整性、氨兼容材料、气体与过程监测、紧急停机、通风、水基缓解、个人防护装备（PPE）、基于能力的培训和应急计划联系起来。当前的法规和分类指导提供了重要基础，但仍不够完善，且与氨在暴露建模、安全区域定义和审批途径方面的特定要求未能充分对齐。本研究通过连接危害行为、储存设计、转运操作、风险评估局限性、控制屏障逻辑和监管审批需求，提供了针对海事氨储存与处理安全性的综合评述。研究结果强调，需要经过验证的源项模型、全尺寸释放与扩散数据、基于暴露的安全准则以及协调统一的监管途径，以支持氨在海事脱碳中的安全且可规模化使用。
**1. Introduction**
海事运输在全球经济中占主导地位，但依赖传统化石燃料导致温室气体（GHG）排放增长。国际海事组织（IMO）设定了减排目标，推动向低零碳燃料转型。氨作为一种零碳能源载体，在燃料组合中的占比预计从2040年的10%升至2050年的40%，这直接对储存与处理安全性提出新要求。氨的安全性以急性毒性为主，而非易燃性，其暴露阈值（如PAC-1、PAC-2、PAC-3）远低于可燃下限，因此风险需以毒性为中心进行评估。现有研究分散于不同主题，缺乏统一的船基与港基系统综合评估。本研究采用释放-暴露-屏障框架，将危害特性、储存设计、转运操作、风险评估方法、缓解屏障与监管要求整合为单一的海事安全结构，旨在填补该空白。
**2. Research Methodology**
采用基于PRISMA框架的系统文献综述方法，通过Scopus和Web of Science检索，限定2021年以后的英文同行评审文献，兼顾早期基础研究。筛选过程包括识别、筛选、合格性评估和最终纳入，共75篇文章被作为核心证据。引入质量评估框架，按范围相关性、方法清晰度、证据可靠性、建模支持、不确定性处理、海事适用性和风险控制相关性对研究进行加权解释。围绕四个研究问题展开：危害特性、方法适用性、管控措施有效性、监管框架支持度。辅以文献计量分析，展示年度出版趋势。局限性包括语言和数据库限制、术语差异以及部分研究依赖简化假设。
**3. Ammonia Storage and Handling in Maritime Applications**
氨主要以液态储存在加压、冷冻或半冷冻条件下。加压（8–10 bar）储存紧凑但释放动量大；冷冻（–33 °C）降低压力风险但引入低温危害和蒸发气（BOG）生成；半冷冻为折中方案。与LNG和氢相比，氨储存条件温和，体积能量密度适中，但需更大容积。氨还可用作氢载体，支持直接燃烧或分解供氢。储存系统设计受IGC Code（国际散装液化气体船舶构造与设备规则）指导，常用A型或C型罐，压力和温度控制通过冗余泄压阀、再液化或蒸气利用实现。材料兼容性至关重要，氨可引起应力腐蚀开裂（SCC），需选用兼容材料并加强检测。船载储存空间受限制，需紧凑布局并与生活区隔离；港基储存则容量更大、布局灵活但后果更严重。船-岸接口转移（如船对船、卡车对船、终端对船）的配置不同，风险特征各异，需在风险评估中明确整合。
**4. Hazard Identification and Risk Characteristics**
氨在储存与处理中的危害主要由毒性主导。泄漏是最常见的初始事件，可能来自管道、阀门、软管等。释放后形成闪蒸两相射流，演变为重气云团，其扩散受储存状态、环境风速和场地几何影响。吸入是主要暴露途径，尤其在密闭空间。除毒性外，火灾与爆炸风险在通风不良时仍需关注，但非主导。历史事故数据显示设备故障、操作缺陷是主要致因。关键危害还包括水锤、相变引起的超压、以及材料退化导致的SCC。危害机理通过因果结构层次化展示，连接初始事件、释放行为、暴露途径、升级机制和最终后果。
**5. Risk Assessment Approaches for Ammonia Storage and Handling in Maritime Applications**
风险评估需涵盖稳态储存和瞬态操作（如加注）。定性方法（HAZID、HAZOP）适用于早期识别和筛选，但无法量化暴露后果。半定量方法（风险矩阵、期望风险得分ERS）可排序风险，但对氨特殊释放行为（闪蒸、两相分散等）分辨率不足。定量风险评估（QRA）结合概率建模与后果分析，支持安全区和审批决策，但可靠性受数据质量和模型简化限制。计算流体动力学（CFD）能模拟氨扩散，但源项和验证数据缺乏。不确定性方法（贝叶斯、蒙特卡洛）可处理参数变异性，但同样受输入数据约束。建议采用分层框架：先用HAZID/HAZOP和风险矩阵筛选，再对高风险场景用QRA、CFD和不确定性方法深入评估。
**6. Risk Management and Control Strategies**
风险控制需采用以毒性为中心的屏障策略，包括：工程设计与包容系统（如双层管道、通风密闭空间）、连续监测与紧急停机（ESD）、后果降低措施（如通风、水幕）、暴露减少（如PPE、应急计划）。各屏障按顺序协调作用：检测、隔离、包容、抑制、暴露减少。训练应基于能力框架，并考虑人为因素分析（HRA）。程序控制需明确加注操作规程和应急响应步骤。
**7. Regulatory Framework and Safety Standards**
当前监管框架处于过渡状态。IMO的IGF Code、IGC Code和SOLAS公约提供了基础，但缺乏氨特定的毒性暴露限、双相释放模型和加注安全区定义。船级社（如DNV、ABS、KR）和行业组织（如IACS、EMSA）发布指导性文件，但未充分统一。定量风险评估未完全融入审批流程，需发展氨特定的暴露准则、验证扩散模型和统一的安全区方法论。
**8. Integrated Assessment and Future Challenges**
氨安全需作为耦合的释放-暴露-屏障系统来治理。现有方法在表征闪蒸释放、重气扩散、防护时序等方面受限。未来研究需优先：（1）近中期的验证源项数据、全尺寸释放试验、泄漏频率数据库；（2）中期验证CFD和QRA工作流、集成加注场景；（3）长期建立统一的安全区框架和数字安全管理系统。监管发展需基于氨特定证据，而非延伸LNG假设。整合框架强调储存条件、释放行为、暴露途径、控制屏障与监管影响的闭环联系。
