一种加氢站台风灾害评估方法及系统

本发明涉及台风灾害危险分析，尤其涉及一种加氢站台风灾害评估方法及系统。

背景技术：

1、在当前推动能源结构转型与低碳经济发展的大背景下，氢能源以其清洁高效的特性，作为可再生低碳能源的代表，日益被视为未来能源体系的关键组成要素。作为氢能应用的关键基础设施，加氢站的安全高效运行至关重要，而储氢容器是加氢站不可或缺的关键设备之一，其安全稳定性直接影响着氢能应用的推广与发展。我国氢能产业主要集中在珠江三角洲、长江三角洲及环渤海等沿海地区，这些地区每年都会遭受台风等极端天气的侵袭，平均每年约有14个台风影响，台风带来的极端风载荷使加氢站关键设备剧烈振动导致设备疲劳寿命缩短甚至倒塌失效，极端风载荷的作用对储氢容器的安全性提出了严峻的挑战。目前，我国在加氢站的风险评估领域尚处于发展初期，尤其是台风下加氢站关键设备风险的分析评估工作尚未形成系统性研究，迫切需要对加氢站在台风灾害环境下的安全风险进行系统性的危险性分析及评估，以预见潜在风险并制定有效的防范措施，确保加氢站的安全稳固运作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供，以克服现有技术的不足。

2、一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s1，根据加氢站的类型和等级以及台风等级预测台风灾害场景，建立极端风载荷数学模型；

4、s2，根据台风风场几何模型、加氢站关键设备结构体型特征、及加氢站关键设备工作载荷和约束，建立加氢站台风灾害数值模拟模型；

5、s3，根据极端风载荷数学模型和加氢站台风灾害数值模拟模型，通过模拟计算加氢站关键设备台风下振动响应，确定加氢站关键设备台风下失效情况及薄弱部位，评估加氢站设备安全性及设备台风下疲劳寿命损失。

6、2.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，加氢站的类型包括加氢单建站、加氢加气合建站和加氢加油合建站，加氢单建站和加氢加油合建站的等级包括一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站等级包括一级站和二级站。

7、3.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，台风灾害数值模拟模型包括加氢站关键设备三维几何模型、台风风场模型。

8、4.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，加氢站关键设备包括高压储氢容器，高压储氢容器分为立式钢带缠绕式高压储氢容器、卧式钢带缠绕式高压储氢容器、气瓶组高压储氢容器；加氢站关键设备三维几何模型根据高压储氢容器结构体型特征建立。

9、5.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，极端风载荷数学模型包括台风平均风载荷数学模型和台风脉动风载荷数学模型；台风平均风载荷数学模型采用平均风刨面模型。

10、6.根据权利要求5所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，根据台风平均风的特征物理参数选择平均风刨面数学模型，平均风刨面数学模型主要有：对数律模型、指数律模型和幂函数律模型。

11、7.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，根据加氢站台风灾害数值模拟模型，以fluent数值模拟软件为工具，利用udf程序加载台风平均风风刨面风速边界条件，通过模拟计算得到加氢站关键设备台风下表面承受的平均风载荷和平均压力系数，同时确定加氢站关键设备台风下主要受风载区域。

12、优选的，台风脉动风载荷数学模型采用脉动风谱模型；

13、根据台风下的脉动特征参数、脉动风谱模型、台风平均风模型和加氢站关键设备表面平均压力系数，建立台风脉动风载荷数学模型。结构风载设计常用风谱：水平脉动风速谱主要有davenport谱、kaimal谱和harris谱；竖向和横向脉动风速谱有panofsky－mccormick谱、lumley－panofsky谱；基于monin-obukhov相似理论和均匀各向同性湍流特性的通用脉动风谱模型。

14、优选的，根据随机振动分析原理，利用ansys apdl数值模拟软件，将台风下极端风载荷加载至加氢站关键设备，计算加氢站关键设备台风下随机振动响应，分析加氢站关键设备的失效情况及薄弱部位。

15、一种加氢站台风灾害评估系统，包括预处理模块和评估模块：

16、预处理模块，根据加氢站的类型和等级以及台风等级预测台风灾害场景，建立极端风载荷数学模型；根据台风风场几何模型、加氢站关键设备结构体型特征、及加氢站关键设备工作载荷和约束，建立加氢站台风灾害数值模拟模型；

17、评估模块，根据极端风载荷数学模型和加氢站台风灾害数值模拟模型，通过模拟计算加氢站关键设备台风下振动响应，确定加氢站关键设备台风下失效情况及薄弱部位，评估加氢站设备安全性及设备台风下疲劳寿命损失。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明一种加氢站台风灾害评估方法，根据加氢站的类型、等级和台风等级确定台风灾害场景，根据台风灾害场景，建立台风下加氢站极端风载荷数学模型。根据台风灾害场景、加氢站关键设备结构体型类型、及加氢站关键设备工作状态，建立加氢站台风灾害数值模拟模型。根据加氢站极端风载荷数学模型和加氢站台风灾害数值模拟模型，模拟计算得到加氢站关键设备台风下随机振动响应，分析设备的失效情况及薄弱部位，可为加氢站关键设备的结构改进、预防关键设备失效及加氢站运行可靠性提供数据上的支持。有效保障公共安全和经济效益。

20、进一步的，通过理论计算与数值模拟两种方法确定加氢站关键设备在台风灾害过程中随机振动响应情况，为有效降低加氢站台风灾害的安全风险提供定量支持。

21、一种加氢站台风灾害评估系统，能够快速、准确地对加氢站台风灾害进行数值模拟及预测分析，有效获得各关键设备的薄弱部位及疲劳寿命损伤情况，更加符合实际的台风灾害场景，计算精度更高。

技术特征：

1.一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，加氢站的类型包括加氢单建站、加氢加气合建站和加氢加油合建站，加氢单建站和加氢加油合建站的等级包括一级站、二级站和三级站，加氢加气合建站等级包括一级站和二级站。

3.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，台风灾害数值模拟模型包括加氢站关键设备三维几何模型、台风风场模型。

4.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，加氢站关键设备包括高压储氢容器，高压储氢容器分为立式钢带缠绕式高压储氢容器、卧式钢带缠绕式高压储氢容器、气瓶组高压储氢容器；加氢站关键设备三维几何模型根据高压储氢容器结构体型特征建立。

5.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，极端风载荷数学模型包括台风平均风载荷数学模型和台风脉动风载荷数学模型；台风平均风载荷数学模型采用平均风刨面模型。

6.根据权利要求5所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，根据台风平均风的特征物理参数选择平均风刨面数学模型，平均风刨面数学模型主要有：对数律模型、指数律模型和幂函数律模型。

7.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，根据加氢站台风灾害数值模拟模型，以fluent数值模拟软件为工具，利用udf程序加载台风平均风风刨面风速边界条件，通过模拟计算得到加氢站关键设备台风下表面承受的平均风载荷和平均压力系数，同时确定加氢站关键设备台风下主要受风载区域。

8.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，台风脉动风载荷数学模型采用脉动风谱模型；

9.根据权利要求1所述的一种加氢站台风灾害评估方法，其特征在于，根据随机振动分析原理，利用ansys apdl数值模拟软件，将台风下极端风载荷加载至加氢站关键设备，计算加氢站关键设备台风下随机振动响应，分析加氢站关键设备的失效情况及薄弱部位。

10.一种加氢站台风灾害评估系统，其特征在于，包括预处理模块和评估模块：

技术总结
本发明公开了一种加氢站台风灾害评估方法及系统，根据加氢站的类型、等级和台风等级确定台风灾害场景，根据台风灾害场景，建立台风下加氢站极端风载荷数学模型。根据台风灾害场景、加氢站关键设备结构体型类型、及加氢站关键设备工作状态，建立加氢站台风灾害数值模拟模型。根据加氢站极端风载荷数学模型和加氢站台风灾害数值模拟模型，模拟计算得到加氢站关键设备台风下随机振动响应，分析设备的失效情况及薄弱部位，可为加氢站关键设备的结构改进、预防关键设备失效及加氢站运行可靠性提供数据上的支持。有效保障公共安全和经济效益。

技术研发人员：程光旭,陶亦,胡海军,钟显康,涂圣文
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19