CN114186464A - 一种加氢站地震事故评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢站地震事故评估方法及系统，根据加氢站的类型、等级、地理特征进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定场地类别、地震特征，对基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，建立加氢站关键部件地震事故有限元模型；根据地震事故有限元模型，储氢容器在内压载荷和地震载荷的联合作用下，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位，可为加氢站关键部件的结构改进、确定关键部件间安全距离及加氢站的选址提供定量的数据支持，防止重要设备倾倒及管路泄露引起火灾爆炸造成的二次灾害，降低加氢站地震事故的安全风险，减少经济损失。

Description

一种加氢站地震事故评估方法及系统

技术领域

本发明涉及地震事故危险分析技术领域，尤其涉及一种加氢站地震事故评估方法及系统。

背景技术

氢能作为目前最具发展潜力的清洁能源，也是我国能源政策重点关注的对象。加氢站作为新能源汽车推广应用的必备基础设施，是氢能产业的重要组成部分，加氢站的关键部件包括高压储氢容器及连接输氢管线等。我国位于世界两大地震构造系的交汇区域，地震灾害频发，对加氢站的安全造成了极大威胁。强烈的地震动会导致站用高压储氢容器的直接失效破坏、输氢管道的直接变形断裂、站内各关键部件与管道连接处松动脱开、高压储氢容器底座失效造成倾倒撞击等危险情况的发生。氢气是易燃易爆物质，一旦氢气泄露，受到电火花引燃或外界明火、高热的影响，会造成火灾、爆炸等严重的次生灾害，严重威胁人民群众的生命财产安全。对于加氢单建站，尤其是加氢加气合建站、加氢加油合建站都是极其危险的情况。目前我国加氢站领域的风险评估还处于初期阶段，尤其是对于地震事故的危险分析还在起步阶段，尚不完善，因此形成加氢站地震事故的分析评估系统十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加氢站地震事故评估方法及系统，以克服现有技术的不足。

一种加氢站地震事故评估方法，包括以下步骤：

S1，根据加氢站的类型、等级及地理位置确定场地类别并进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定地震特征；

S2，根据场地类别，地震特征，储氢压力容器结构类型，内压载荷与地震载荷耦合作用，建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故有限元模型；

S3，根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数，根据关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数分析关键部件的失效情况及薄弱部位，从而计算关键部件间安全设置距离。

进一步的，加氢站的类型包括加氢单建站、加氢加油合建站和加氢加气合建站；按照储氢容量，加氢单建站分为一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站分为一级站和二级站，加氢加油合建站分为一级站、二级站和三级站。

进一步的，储氢容器内压包括22MPa，45MPa和90MPa；固定方式包括立式和卧式。

进一步的，根据加氢站建址确定当地场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期；根据加氢站建址当地的场地类别、设置的地震场景对地震类型、基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，获得符合当地情况的地震特征。

进一步的，根据符合当地情况的场地类别、地震类型、调整地震动峰值加速度、调整地震动加速度反应谱特征周期，生成地震影响系数曲线，模拟生成相应的人工地震波。

进一步的，按照加氢站的类型和等级建立相应的加氢单建站、加氢加油合建站、加氢加气合建站的数学模型，根据容量确定数学模型中高压储氢容器、压缩机机组、输氢管道等关键部件的数量及分布位置，建立加氢站关键部件地震事故几何模型，并进行网格划分。

进一步的，根据地震场景的预测，确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件。

进一步的，根据场地类别，地震特征建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故的有限元模型，根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

进一步的，对于加氢站地震事故有限元模型，基于BlockLanczos算法，采用模态分析的方法确定加氢站各关键部件的前十阶共振频率和振型特点；

根据获得的加氢站关键部件前十阶共振频率，基于Rayleigh阻尼理论，通过结构的质量矩阵和刚度矩阵确定结构在振动过程中的阻尼矩阵；

采用时程分析的方法，将模拟得到的符合地震场景预测的人工模拟地震波输入模型进行瞬态动力学分析，计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位。

一种加氢站地震事故评估系统，包括预测模块和评估分析模块；

预测模块用于根据加氢站等级、地理特征及地震特征进行地震场景预测；评估分析模块根据地震场景预测结果建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，根据不同地震参数的综合分析对比，确定加氢站在地震事故中的易失效薄弱部位，确定各关键部件间的安全距离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种加氢站地震事故评估方法，根据加氢站的类型、等级、地理特征进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定场地类别、地震特征，对基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，获得符合当地情况的地震特征，根据符合当地情况的地震特征，生成地震影响系数曲线，模拟生成相应的人工地震波。建立加氢站关键部件地震事故有限元模型；根据地震事故有限元模型，储氢容器在内压载荷和地震载荷的联合作用下，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位，可为加氢站关键部件的结构改进、确定关键部件间安全距离及加氢站的选址提供定量的数据支持，防止重要设备倾倒及管路泄露引起火灾爆炸造成的二次灾害，降低加氢站地震事故的安全风险，减少经济损失，有效保护人民群众的生命财产安全。

通过理论计算与数值模拟两种方法确定加氢站关键部件在符合当地特征的地震事故过程中的应力应变响应及位移分析，为有效降低加氢站地震事故的安全风险提供定量支持。

一种加氢站地震事故评估系统，能够快速、准确地对加氢站地震事故进行数值模拟及预测分析，有效获得各关键部件的薄弱部位及危险的失效情况，更加符合实际的地震场景，计算精度更高。

附图说明

图1为本发明实施例中所示的一种加氢站地震事故评估方法流程图。

图2为本发明实施例中地震影响系数曲线。

图3为本发明实施例中模拟地震波。

图4为本发明实施例中加氢站关键部件各危险截面应力图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种加氢站地震事故评估方法，包括以下步骤：

S1，根据加氢站的类型、等级及地理位置确定场地类别并进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定地震特征；

S2，根据场地类别，地震特征，储氢压力容器结构类型，内压载荷与地震载荷耦合作用，建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故有限元模型；

S3，根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数，根据关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数分析关键部件的失效情况及薄弱部位，从而计算关键部件间安全设置距离。

加氢站的类型包括加氢单建站、加氢加油合建站和加氢加气合建站。按照储氢容量，加氢单建站分为一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站分为一级站和二级站，加氢加油合建站分为一级站、二级站和三级站。

根据加氢站建址确定当地的场地状况，根据场地土层等效剪切波速和场地剪切层厚度确定场地类别，包括Ⅰ类场地，Ⅱ类场地，Ⅲ类场地和Ⅳ类场地。其中Ⅰ类场地又分为Ⅰ0类场地和Ⅰ1类场地。

储氢容器内压包括22MPa，45MPa和90MPa。固定方式包括立式和卧式，具体为立式裙座支撑和卧式鞍座支撑。

地震特征包括地震类型，地震峰值加速度，特征周期和地震持续时间。

地震类型包括基本地震动，多遇地震动和罕遇地震动。

根据加氢站建址确定当地场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。根据加氢站建址当地的场地类别、设置的地震场景对地震类型、基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，获得符合当地情况的地震特征。

根据符合当地情况的场地类别、地震类型、调整地震动峰值加速度、调整地震动加速度反应谱特征周期，生成地震影响系数曲线，模拟生成相应的人工地震波。

按照加氢站的类型和等级建立相应的加氢单建站、加氢加油合建站、加氢加气合建站的数学模型，根据容量确定数学模型中高压储氢容器、压缩机机组、输氢管道等关键部件的数量及分布位置，建立加氢站关键部件地震事故几何模型，并进行网格划分。

确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件：根据地震场景的预测，确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件。

建立加氢站关键部件地震事故的有限元模型。

加氢站内的部件包括加氢单建站的加氢机、固定式高压储氢容器、压缩机机组、输运氢气的长管拖车、氢气输送管道，加氢机机组、主控制室；加氢加气合建站的加氢机机组、加气机机组、压缩机机组、固定式高压储氢容器、天然气储罐、输运氢气和天然气的长管拖车、氢气输送管道、天然气输送管道、主控制室；加氢加油合建站的加氢机机组、加油机机组、固定式高压储氢容器、地下油库、输运氢气的长管拖车、输运油品的罐车、氢气输送管道、油品输送管道、主控制室。关键部件是指：固定式高压储氢容器、无缝管式储氢瓶、氢气输送管道、运输氢气长管拖车。

加氢站关键部件的薄弱部位包括固定式高压储氢容器的封头、底座和接口与管道连接处，加氢机机组与输氢管道的连接处，压缩机机组与输氢管道的连接处，输氢管道接头及转向处，长管拖车接口与输氢管道连接处。

根据场地类别，地震特征建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故的有限元模型。根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

根据不同地震场景的加氢站事故模型，分析关键部件的失效情况及易失效的薄弱部位，为加氢站关键部件的结构改进、确定关键部件间安全距离提供依据，防止立式储氢压力容器倾倒及管路泄露引起火灾爆炸造成的二次灾害。根据我国的地理特征，结合加氢站地震事故评估方法及系统，为加氢站的选址提供重要理论依据。

根据场地类别，地震特征建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故的有限元模型。以大型有限元分析软件Ansys的力学计算模块MechanicalAPDL，建立不同地震场景的加氢站地震事故有限元模型，进行不同特征的地震模拟，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

具体包括以下步骤：

对于加氢站地震事故有限元模型，基于BlockLanczos算法，采用模态分析的方法确定加氢站各关键部件的前十阶共振频率和振型特点。

根据获得的加氢站关键部件前十阶共振频率，基于Rayleigh阻尼理论，通过结构的质量矩阵和刚度矩阵确定结构在振动过程中的阻尼矩阵。

采用时程分析的方法，将模拟得到的符合地震场景预测的人工模拟地震波输入模型进行瞬态动力学分析，计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位。

综上所述，本发明的技术方案，高精度的还原了加氢站地震事故的真实场景，采用大型有限元分析软件Ansys的力学计算模块Mechanical APDL，建立加氢站地震事故有限元模型，为加氢站地震事故危险分析和风险评估提供了可靠的理论依据和三维数值模拟模型，为加氢站关键部件的结构改进、关键部件间的安全距离及加氢站建址的选择提供数据上的技术支持，降低加氢站地震事故的安全风险，减少经济损失，有效保护人民群众的生命财产安全。

一种加氢站地震事故评估系统，包括预测模块和评估分析模块；

预测模块用于根据加氢站等级、地理特征及地震特征进行地震场景预测；评估分析模块根据地震场景预测结果建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，根据不同地震参数的综合分析对比，确定加氢站在地震事故中的易失效薄弱部位，确定各关键部件间的安全距离。

本发明一种加氢站地震事故评估方法，根据加氢站的类型、等级、地理特征进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定场地类别、地震特征，对基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，获得符合当地情况的地震特征，根据符合当地情况的地震特征，生成地震影响系数曲线，模拟生成相应的人工地震波。建立加氢站关键部件地震事故有限元模型；根据地震事故有限元模型，储氢容器在内压载荷和地震载荷的联合作用下，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位，可为加氢站关键部件的结构改进、确定关键部件间安全距离及加氢站的选址提供定量的数据支持，防止重要设备倾倒及管路泄露引起火灾爆炸造成的二次灾害，降低加氢站地震事故的安全风险，减少经济损失，有效保护人民群众的生命财产安全。

通过理论计算与数值模拟两种方法确定加氢站关键部件在符合当地特征的地震事故过程中的应力应变响应及位移分析，为有效降低加氢站地震事故的安全风险提供定量支持。

一种加氢站地震事故评估系统，能够快速、准确地对加氢站地震事故进行数值模拟及预测分析，有效获得各关键部件的薄弱部位及危险的失效情况，更加符合实际的地震场景，计算精度更高。

如图1所示，本发明的一种加氢站地震事故评估方法：

具体包括以下步骤：

步骤1：确定加氢站等级及类型：

加氢站按照储氢容量分为一级、二级、三级。其中，加氢单建站分为一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站分为一级站和二级站，加氢加油合建站分为一级站、二级站和三级站。具体如表1、表2所示。加氢站内储氢罐容量根据氢气来源、氢能汽车数量、储罐压力等级等因素确定。在城市建成区内的储氢罐总容量不得超过1000kg。

表1加氢站单建站及加氢加气合建站等级划分

表2加氢加油合建站等级划分

表中，1、V为油罐总容积(m3)。

2、柴油罐容积可折半计入油罐总容积。

3、当油罐总容积大于60m3时，油罐单罐容积不得大于50m3；当油罐总容积小于或等于60m3时，油罐单罐容积不得大于30m3。

4、当储氢罐总容积大于4000kg时，单罐容量不得大于2000kg；当储罐总容量大于1000kg时，单罐容量不得大于1000kg。

5、“×”表示不得合建。

步骤2：根据加氢站地理位置，确定当地的场地类别、基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。

步骤2-1：确定当地的场地类别

局部特殊地形、地基土性质、地质构造等场地特性会导致地震波传播的差异，进一步导致地震动的差异。根据场地土层等效剪切波速(或岩石剪切波速)和场地覆盖层厚度值，确定场地类别，如表3所示。

表3构筑物的场地类别划分

v_se＝d₀/t

式中：v_se为场地土层等效剪切波速，m/s；d₀为计算深度，m；t为剪切波在地面至计算深度之间的传播时间，s。

步骤2-2：确定当地的基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。

根据中国地震动峰值加速度区划图、反应谱特征周期区划图、全国城镇Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期；在标准中，可以确定全国城镇街道的基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。

步骤3：调整地震动峰值加速度和地震动加速度反应谱特征周期。

步骤3-1：调整地震动峰值加速度。

根据步骤2-1确定的场地类别，需要对Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度进行调整，将Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度乘以表4中规定的调整系数。

表4场地地震动峰值加速度调整系数

步骤3-2：调整地震动加速度反应谱特征周期。

地震动加速度反应谱特征周期可按场地类别及地震分组进行调整，调整方式如表5所示。

步骤4：预测地震场景。

确定了加氢站类型、等级等加氢站相关本体特征，及建址、当地场地类型等加氢站地理位置特征，并根据以上两种特征确定了调整地震动峰值加速度、调整地震动加速度反应谱特征周期。以下预测地震场景。

步骤4-1：确定地震类型

地震类型包括基本地震动，多遇地震动，罕遇地震动。

超越概率为某场地遭遇大于或等于给定的地震动参数值的概率。其中，多遇地震动为相应于50年超越概率为63％的地震动；基本地震动为相应于50年超越概率为10％的地震动；罕遇地震动为相应于50年超越概率为2％的地震动。

多遇地震动峰值加速度按不低于基本地震动峰值加速度的1/3倍确定；基本地震动峰值加速度采用基本地震动的峰值加速度本身；罕遇地震动峰值加速度按基本地震动峰值加速度的1.6-2.3倍确定。

步骤4-2：确定地震持续时间

根据加氢站建址当地的历史地震记录，确定预测的地震场景中的地震持续时间。对于地震持续时间有如下两个要求：1.地震波的不同时段有不同的振动特点，选取的作用时间一方面至少要包含地震波的一个卓越周期；2.地震作用时间不能太短，如果作用时间太短，计算结果很难反映结构对地震的响应特点。

步骤5：生成地震影响系数曲线及相应的人工地震波。

根据以上设置的地震场景，生成地震影响系数曲线。地震影响系数曲线分为直线上升段、水平段、曲线下降段、直线下降段四部分。

下述公式为曲线下降段：

式中：T_g为特征周期，按场地图的类型及震区类型确定；α_max为地震影响系数的最大值；γ为衰减指数；η₂为阻尼调整系数。γ的表达式如下所示：

式中：ξ_i为结构的阻尼比，根据实测值确定。无实测数据时，一阶振型阻尼比可取0.01～0.03.高阶振型阻尼比可参照第一振型阻尼比选取。

η₂的表达式如下所示：

下述公式为直线下降段：

α＝[η₂0.2^γ-η₁(T-5T_g)]α_max

式中：η₁为直线段下降斜率的调整系数。

在实施例中，直线上升段：在0s<T<0.1s时，α＝2.62T+0.144；水平段：在0.1s<T<T_g时，α＝α_max；曲线下降段：在T_g<T<5T_g时，

直线下降段：在5T_g<T<6.0s时，α＝[η₂0.2^γ-η₁(T-5T_g)]α_max

根据生成的地震影响系数曲线，模拟生成符合预测地震场景的地震波。

步骤6：根据场地类别，地震特征建立加氢站地震事故数学模型和有限元模型。

根据加氢站的类型和等级建立相应的加氢单建站、加氢加油合建站、加氢加气合建站的数学模型，根据储氢容量、加氢流量确定数学模型中高压储氢容器、压缩机机组、输氢管道等关键部件的数量、型号及分布位置，建立加氢站关键部件地震事故几何模型，并进行网格划分。

确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件：根据地震场景的预测，确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件，建立加氢站关键部件地震事故有限元模型。

步骤7:通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

根据加氢站地震事故有限元模型，以大型有限元分析软件Ansys的力学计算模块Mechanical APDL为工具，将生成的人工地震波导入加氢站有限元模型中进行数值模拟，真实还原加氢站关键部件遭遇地震影响时的响应情况。具体包括以下步骤：

步骤7-1：模态分析

任何结构在受到外界激励时，都会产生受迫振动，当激励频率等于结构固有频率时，会产生共振的现象，引起机械和结构较大的变形和动应力，甚至造成破坏性事故。

对于加氢站地震事故有限元模型，基于Block Lanczos算法，确定加氢站各关键部件的前十阶共振频率和振型特点。

结构无阻尼自由振动的运动方程可以表示为：

式中：[M]为结构的质量矩阵；[K]为结构的刚度矩阵；{x}为位移向量；

为加速度向量

([K]-ω²[M]){φ}＝{0}

为结构振动的特征方程，对其求解，得到特征值ω_i及其对应的特征向量{Ф_i}。

步骤7-2：确定结构的真实阻尼：

阻尼是一种能量随时间或距离耗散的表示方法，是结构体系在振动过程中，由于外界作用或结构自身的原因引起的能量耗散、振幅逐渐减小的特性。

根据获得的加氢站关键部件前十阶共振频率，基于Rayleigh阻尼理论，通过结构的质量矩阵和刚度矩阵确定结构在振动过程中的阻尼矩阵。阻尼矩阵、质量矩阵、刚度矩阵的关系如下式：

[C]＝α[Μ]+β[K]

式中：[C]为结构阻尼矩阵；[M]为质量矩阵；[K]为刚度矩阵；α、β为阻尼的比例常数，可通过阻尼比和振型频率得到。

式中：ω_i，ω_j为结构第i阶和第j阶的自振频率；ξ_i，ξ_j为结构的阻尼比。

步骤7-3：进行瞬态动力学分析，模拟真实的地震响应。

采用瞬态动力学分析的方法，将模拟得到的符合地震场景预测的人工模拟地震波输入模型进行瞬态动力学分析，计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

式中：[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；

为加速度矩阵；

为速度矩阵；{X}为位移矩阵；F(t)为随时间变化的载荷向量。

加速度、速度、位移的时间积分效应如下所示：

式中：Δt为时间增量步，表示速度和位移依据这些值的初始值加上一个积分表达式。速度表达式的积分项是加速度的积分，位移表达式的积分项是速度的积分。

将地震波对加氢站内关键部件造成的加速度载荷，通过时间步积分得到相应的速度载荷和位移载荷，代入瞬态动力学方程中，根据结构的质量矩阵、阻尼矩阵进行求解，获得加氢站关键部件的应力应变数据及位移数据。

步骤8：分析关键部件的失效情况及薄弱部位，确定关键部件间安全距离。

根据步骤7中通过数值模拟计算得到的加氢站内关键部件在设定地震场景中的真实响应，获得加氢站内各关键部件的应力应变响应数据及位移数据。查看关键部件的应力应变集中部位；以材料属性及国家标准为依据，分析应力应变数据，评判各关键部件的失效情况；失效情况是在整个地震过程中最危险的情况下分析的，查看关键节点的位移曲线，分析关键部位在整个地震过程中的振动位移情况，综合评价失效情况。

加氢站关键部件的薄弱部位包括：固定式高压储氢容器的封头、底座、接口与管道连接处，加氢机机组与输氢管道的连接处，压缩机机组与输氢管道的连接处，输氢管道接头及转向处，长管拖车接口与输氢管道连接处。对于加氢加气合建站、加氢加油合建站，输气管道及输油管道的接头及转向处也是易失效的薄弱部位，同时进行分析评价。

对于加氢单建站、加氢加气合建站、加氢加油合建站，在保证各部件安全的条件下，经济性随着站用面积的减小而提高。对于立式高压储氢容器及卧式高压储氢容器，在强震中若裙座或底盘失效变形破坏，可能造成高压储氢容器倾倒，与其它设备碰撞导致泄露，甚至直接导致着火爆炸等危险情况的发生。通过数值模拟计算分析高压储氢容器的裙座、底盘失效情况，评价其破坏失效的风险，对各关键部件间安全距离的设置提供依据。

本发明通过分析加氢站地震事故危险情况，采用理论计算和数值方法建立加氢站地震事故相关模型，为加氢站地震事故危险分析和风险评估提供了可靠的理论依据及数据上的技术支持。降低加氢站地震事故的安全风险，减少经济损失，有效保护人民群众的生命财产安全。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知基本创造性概念后，可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据加氢站的类型、等级及地理位置确定场地类别并进行地震场景预测，根据地震场景预测结果确定地震特征；

S2，根据场地类别，地震特征，储氢压力容器结构类型，内压载荷与地震载荷耦合作用，建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故有限元模型；

S3，根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数，根据关键部件在地震过程中的位移参数及应力应变参数分析关键部件的失效情况及薄弱部位，从而计算关键部件间安全设置距离。

2.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，加氢站的类型包括加氢单建站、加氢加油合建站和加氢加气合建站；按照储氢容量，加氢单建站分为一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站分为一级站和二级站，加氢加油合建站分为一级站、二级站和三级站。

3.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，储氢容器内压包括22MPa，45MPa和90MPa；固定方式包括立式和卧式。

4.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，根据加氢站建址确定当地场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期；根据加氢站建址当地的场地类别、设置的地震场景对地震类型、基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期进行调整，获得符合当地情况的地震特征。

5.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，根据符合当地情况的场地类别、地震类型、调整地震动峰值加速度、调整地震动加速度反应谱特征周期，生成地震影响系数曲线，模拟生成相应的人工地震波。

6.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，按照加氢站的类型和等级建立相应的加氢单建站、加氢加油合建站、加氢加气合建站的数学模型，根据容量确定数学模型中高压储氢容器、压缩机机组、输氢管道等关键部件的数量及分布位置，建立加氢站关键部件地震事故几何模型，并进行网格划分。

7.根据权利要求1所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，根据地震场景的预测，确定加氢站地震事故数值模拟的边界条件。

8.根据权利要求7所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，根据场地类别，地震特征建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立加氢站地震事故的有限元模型，根据加氢站地震事故有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况。

9.根据权利要求8所述的一种加氢站地震事故评估方法，其特征在于，对于加氢站地震事故有限元模型，基于BlockLanczos算法，采用模态分析的方法确定加氢站各关键部件的前十阶共振频率和振型特点；

根据获得的加氢站关键部件前十阶共振频率，基于Rayleigh阻尼理论，通过结构的质量矩阵和刚度矩阵确定结构在振动过程中的阻尼矩阵；

采用时程分析的方法，将模拟得到的符合地震场景预测的人工模拟地震波输入模型进行瞬态动力学分析，计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，分析关键部件的失效情况及薄弱部位。

10.一种基于权利要求1所述评估方法的加氢站地震事故评估系统，其特征在于，包括预测模块和评估分析模块；

预测模块用于根据加氢站等级、地理特征及地震特征进行地震场景预测；评估分析模块根据地震场景预测结果建立加氢站地震事故数学模型，根据数学模型建立有限元模型，通过数值模拟计算得到加氢站内关键部件在地震过程中的位移情况及应力应变情况，根据不同地震参数的综合分析对比，确定加氢站在地震事故中的易失效薄弱部位，确定各关键部件间的安全距离。

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