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能源供应系统地震灾害研究

李天祺  
【摘要】: 随着国民经济建设的发展,社会与公众对能源供应系统的需求越来越多,依赖性越来越大。近些年国内外破坏性地震震害表明,强烈地震会对能源供应系统造成巨大破坏,从而导致严重的次生灾害和惨重的经济损失,对国计民生和公共安全影响极大。这就使涉及能源供应系统地震安全的若干关键科学问题的研究变得重要与紧迫。近些年来,世界各国都加强了对能源供应系统地震灾害的研究工作。但由于能源供应系统本身构成的多样性和复杂性,迄今为止,对于能源供应系统地震灾害的研究缺乏系统性的方法体系,很多关于能源供应系统地震安全的关键科学问题仍亟待解决。 本文选取能源供应系统中的石油天然气系统作为研究重点,在对国内外相关研究进行了系统的总结和深入的分析的基础上,以理论分析为主,并结合震害调查和数值模拟,对其中一些关键问题进行了研究。本文主要工作可概括如下: 1.研究了石油天然气系统的地震成灾机理和灾害自身的特点,给出了石油天然气系统地震成灾机理模型图,对系统主要次生灾害的特点和相关基本理论进行了探讨。 2.建立了针对石油天然气系统新的地震次生火爆毒灾害危险性分析方法和评估过程。本文建立的危险性分析方法和评估过程首先考虑了地震发生的危险性以及地震对于系统内结构和设备的破坏作用,并应用概率性分析方法对于系统的火爆毒灾害进行了危险性分析和评估。从而为这类复杂灾害的危险性评估提供了可行的方法和途径。 3.在以往对于石油天然气系统地震灾害的研究中,往往只是孤立的研究其中一种或几种灾害形式,而对于整个系统地震灾害的发生、发展过程则缺乏系统、全面及宏观的研究方法。本文引入灾害链的概念,提出了地震灾害链的思路和方法,并用来研究石油天然气系统的地震灾害。为研究地震灾害发展过程提供了一种新的思路和方法。 4.首次提出了地震灾害间相互作用的概念,研究了地震灾害发展过程中,各种灾害之间的相互作用关系。在能源供应系统的地震灾害发展过程中出现了多种灾害形式,这些灾害发生和发展并不是一种单一的传递过程,而是相互联系、相互作用的。灾害之间相互作用的结果使灾害的规模不断扩大,后果更加严重。对灾害相互作用的研究有助于我们全面准确地了解系统地震灾害的发展过程,以便采取相应的措施,控制灾害链的发展,从而减轻灾害的损失。 5.研究了可用来对火灾、爆炸、毒气三种地震主要次生灾害进行数值模拟的数值模型,建立了系统可能发生火灾的概率模型、爆炸损失快速估算模型以及毒气泄漏与扩散的扩散模型,并且给出了次生火灾发生的危险性指标和高危险区域的判定方法。建立了易爆危险物料爆炸后破坏效应与TNT炸药之间的转化关系,只要确定危险品的燃烧值和质量,就可以快速确定爆炸所造成的人员死亡区域、重伤区域和轻伤区域,从而为地震次生爆炸灾害的应急评估提供简便方法。 6.对地震次生火灾、爆炸、毒气泄漏与扩散等进行了数值模拟与动态仿真研究。建立开发了三种有毒有害气体泄漏与扩散模型,分别为:连续稳态泄漏与扩散模型、有限期间稳态泄漏与扩散模型、瞬态泄漏与扩散过程模型。在一定的扩散模型前提下,确定了六个主要的影响参数,分别为:毒气种类、扩散源形式、大气稳定度、喷口高度、喷出速率与风速风向。研究模拟了不同参数的变化对于毒气扩散的影响程度。对于泄漏后成气态的易燃易爆物料,也可以应用此类方法进行模拟,以确定危险物料的分布范围和浓度。


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