化工罐区洪水和飓风耦合作用机理及事故防控

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洪水和飓风作为典型的多灾种自然灾害,对化工园区内的化工设备尤其是立式储罐造成巨大破坏,继而导致火灾、爆炸等一系列技术事故,此类由自然灾害引发的技术事故被称为Na-Tech(Technological accidents triggered by natural hazards)事件。在沿海地区中,飓风会进一步引发次生洪水灾害,进而导致灾难性的洪水-飓风耦合事故,使得化工罐区同时受到洪水和飓风耦合作用。因此开展洪水和飓风耦合作用机理研究,对化工罐区多灾种耦合事故防控具有重要借鉴意义。主要内容如下:(1)洪水和飓风耦合作用下储罐模型动力响应实验研究。研究单罐和双罐在单风、单水流、风-水流、风-波浪-水流作用下的动力响应,分析在不同风速、水速和波浪荷载作用下储罐位移、加速度和动水压力的变化规律,探讨不同荷载加载对储罐动力响应的影响,对比洪水和飓风耦合作用下单罐和双罐的动力响应值,引入影响系数量化分析洪水和飓风干扰效应对动力响应的影响,为后续数值模拟研究和易损性分析提供数据验证。(2)洪水和飓风耦合作用下储罐数值模拟研究。使用FLUENT软件建立洪水和飓风耦合作用下的三维数值模型,开展洪水和飓风耦合作用下单罐、双罐、三罐和四罐数值模拟研究,分析在不同风速、水速和水深作用下储罐压力的变化规律,对比不同储罐间距对双罐、三罐、四罐压力的影响,量化研究洪水和飓风耦合作用下双罐、三罐、四罐的干扰效应和遮挡作用,为储罐易损性分析提供数据支持。(3)洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析。针对洪水与飓风耦合作用下储罐的屈曲行为,建立洪水与飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方程,利用Monte Carlo方法进行抽样,计算洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效概率,绘制洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效易损性曲线和曲面,揭示在不同风速作用下立式储罐受不同水速、水深、充装率影响的易损性规律,为事故防控奠定基础。(4)洪水和飓风耦合作用下化工罐区事故防控对策。从技术和管理两方面提出洪水和飓风耦合作用下化工罐区事故防控对策,分为结构性措施和组织性措施。结构性措施主要有增加储罐充装率、锚固储罐和使用加强圈等,对比储罐内原油和水两种不同的介质,定量分析充装率对事故防控的效果。
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