基于多判别条件的储罐内爆弱顶性能评价分析

储罐在偶发爆炸载荷作用下易发生结构破坏，致使罐内储液流出，从而造成巨大的经济损失，但采用弱顶设计的储罐在此类事故发生时能减少损失。为此，以立式拱顶储罐为研究对象，综合考虑储罐破坏过程中内部压力、应力以及裂纹扩展等因素，建立了基于多判别条件的储罐内爆弱顶性能评价方法。同时，通过数值模拟手段，采用CEL(coupled Euler-Lagrange,耦合欧拉-拉格朗日)流固耦合算法建立了储罐内爆三维有限元模型，对内爆载荷作用下储罐的破坏过程及不同影响因素下储罐的弱顶性能开展研究。计算结果表明：在基于压力和应力的弱顶性能评价中，储罐在90°，135°，180°位置处的峰值压力比大于1，满足弱顶要求；在基于结构断裂的弱顶性能评价中，由于裂纹延伸到液位以下，2条裂纹分别穿过液位1.99 m和5.21 m，储罐不具备弱顶性能。随着储罐容积的增加、液位的升高，储罐的弱顶性能增强。根据计算所得结果，采取在液位以上设置防护圈的方法对储罐进行优化，使得非弱顶储罐满足弱顶结构设计要求。所建立的储罐弱顶性能评价条件可为储罐的弱顶设计及分析提供参考。     

蒸气云爆炸作用下钢储罐动力响应的双向流固耦合分析

对于钢储罐内部发生的蒸气云爆炸,储罐结构在爆炸流场的作用下会产生运动与变形,这些运动变形又会反过来作用于内部爆炸流场,因此求解钢储罐在内爆作用下的结构动力响应实际上是一个复杂的双向流固耦合问题。利用弱耦合方法,基于ANSYS Workbench仿真平台建立了能够有效模拟内部爆炸流场与钢储罐结构相互作用的双向流固耦合模型,获得了钢储罐的结构动力响应。同时,进行了解耦计算,并将解耦与耦合两种方法进行了对比分析。研究表明:在内部蒸气云爆炸作用下,钢储罐结构最大塑性应变一般出现在顶盖与罐壁的环向连接处,该区域会因塑性应变最先超过失效应变而发生破坏;耦合分析所得钢储罐结构变形情况和与失效破坏模式与解耦分析所得结果大致相同,解耦分析可以较为方便地进行内爆作用下的钢储罐结构动力响应与薄弱危险区域的初步预测。     

拱顶钢储罐内部蒸气云爆炸冲击荷载的数值模拟

利用TNT当量模型模拟储罐内部的蒸气云爆炸,对拱顶钢储罐内部爆炸流场和壁面爆炸冲击荷载进行数值模拟。首先将储罐壁面视为刚性,系统考察拱顶罐在各种不同工况下的爆炸流场及壁面反射冲击荷载分布情况;然后进一步考察爆炸流场与罐壁之间的耦合效应对爆炸冲击荷载的影响。研究表明：储罐壁面爆炸冲击荷载最大值出现在顶盖中心区域,且往往出现在第2个波形峰值位置,而壁面其他位置的冲击荷载最大值一般出现在第1个反射超压峰值位置;爆炸流场和容器壁面间的耦合效应对内部爆炸冲击荷载的影响不大,计算分析时可近似采用非耦合模型。     

立式柱形钢储罐内部爆炸数值模拟及动力响应分析

针对立式柱形钢储罐内部蒸气云爆炸,采用TNT当量模型进行数值模拟。首先采用非耦合方法(刚性壁面)研究立式柱形储罐内部爆炸流场演变情况,获得罐壁附近超压时程变化;接着采用耦合方法(变形壁面)研究不同壁厚时罐壁附近超压时程变化,考察爆炸流场与罐壁变形之间耦合效应的影响,同时获得储罐变形和von Mises应力分布的动力响应情况。研究表明:除顶盖中心区域外,可将第1个反射超压作为储罐内壁面爆炸冲击荷载,顶盖中心区域建议考虑到后续2~3个波形;除顶盖中心区域外,耦合效应对内部爆炸冲击荷载的影响不大;罐壁-顶盖、罐壁-底板连接和顶盖中心区域是动力响应中的变形和应力薄弱位置,实际结构设计中需进行加强。     

5000m^3立式拱顶储罐应力分析与弱顶性能评价

根据国内外相关设计标准与规范,石油天然气等易燃易爆气体的储罐必须设计成弱顶结构,以最大限度地降低因内部超压而发生事故的危害程度。为了得到合适的弱顶结构设计方法,以常见的5 000 m^3立式拱顶储罐为对象展开分析。首先,根据GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》,对储罐结构参数进行设计并对其弱顶性能进行初步评价;然后,利用有限元分析方法对储罐结构进行分析,获得储罐在空罐、半罐、满罐工况下的提离高度、提离半径、最大等效应力和薄膜应力等关键参数,并在此基础上对储罐强度、稳定性、破坏形式和弱顶性能进行综合评价;最后,分析了顶壁连接焊角高度、罐顶曲率半径、边缘板厚度和罐体高径比等关键参数对储罐弱顶性能的影响。结果表明:基于GB 50341-2014设计的5 000 m^3立式拱顶储罐并不具备弱顶性能,顶壁连接焊角高度减小到3.75 mm,或罐顶曲率半径增大到3.0D(D为储罐直径),或边缘板厚度增大到15 mm,或罐体高径比增大到2.0都能使该储罐满足弱顶结构的设计要求。研究结果可为储罐弱顶结构的改进提供参考。     

天然气爆炸效应及应用探讨

为防止天然气"井喷"发生蒸气云爆炸造成的伤害,运用TNT当量法估算爆源总能量,按爆炸冲击波超压值对爆炸伤害进行分区,经计算给出各分区的半径,认为天然气钻井中的最小安全距离为230 m.     

用于油库安全监控的立式储罐钢板变形激光测量方法

建造质量或操作不当会导致立式金属储罐发生形变,影响油罐的正常使用和安全运行及容积计量的准确度。应用激光扫描三维建模技术,研究了一种基于点云数据分析的大型立式金属罐变形测量新方法,通过迭代算法计算出每个圈板的几何半径,使用计算得到的几何半径为基础建立立式罐圈板模型的高精度模型。采用壁式移动测量平台进行局部区域形变参数的测量,实现了立式罐圈板整体和局部形变的同步测量。并以一个10104m3立式浮顶罐(直径为79.937m)为试验研究对象,验证了这种方法的有效性。     

基于BP人工神经网络的蒸气云爆炸超压预测的研究

探讨用BP神经网络预测蒸气云爆炸超压的基本原理.重点分析影响蒸气云爆炸超压的各种因素,在此基础上利用BP神经网络算法,通过对80组不同反应活性气体在不同环境条件下爆炸的实验数据进行训练建立了预测蒸气云爆炸超压的网络模型,并对另外20组实验数据进行了爆炸超压预测.预测结果与实测结果基本吻合,说明该模型能够反映蒸气云爆炸超压与其多种影响因素的映射关系,可用于蒸气云爆炸超压预测.该方法为预测蒸气云爆炸超压提供了一条新途径,具有工程实际意义.     

大型原油浮顶储罐非稳态传热过程数值模拟

随着石油储备建设的高速发展,油罐规模正向大型化以及能适应极限工况的方向发展.为了避免油温过低而造成凝罐等安全事故,需要准确掌握罐内油品温度场的变化规律.本文根据能量守恒定律,采用分步式算法求解储罐传热系数,将其代入到由Taylor级数展开法所建立的节点非稳态传热离散方程中,并进行数值求解.对大庆某10×104m3浮顶储罐的应用分析表明:随着环境温度的降低,罐内油品温度降速率逐渐增大,储罐液位越高,容积越大,罐内原油温度就越高,温降速率就越小.研究结果对于优化大型浮顶罐的储存工艺设计,保障油库安全经济运行提供了重要的技术支持.     

基于点云分析的大型立式液态石化产品储罐容量计量方法研究

采用点云分析的容量计量方法对大型立式液态石化产品储罐容量测量问题进行了研究。利用光学相位测距原理和光栅度盘测角原理,在伺服系统控制下,实现了立式罐圈板空间坐标点云的获取,空间点云位置允差达到2mm。并用迭代算法和最小二乘算法对立式罐测量点坐标的数据进行了分析处理,拟合出立式罐不同圈板处的等效半径。以1000m³立式罐为比对试验对象,点云测量分析方法计算结果与国际仲裁标准围尺法测量结果的最大半径偏差为2.8mm。     

基于三维激光扫描原理的球形罐容量计量方法研究

采用三维点云数据采集和建模技术对球形储罐容量计量进行了研究,主要包括球形储罐罐壁坐标采集原理、数据噪声滤波、粗差剔除、半径拟合和容量计算方法研究,并进行了试验数据分析。1000m³球形罐试验数据表明:在赤道内半径测量方面,全站仪方法和三维激光扫描方法的测量的差值小于1mm;在竖向内半径测量方面,用全站仪测量方法和三维激光扫描方法的测量值之间的差值为16.1mm。三维激光扫描方法用于试验中球形罐容量测量的相对扩展不确定度为0.4% (k=2)。     

半地下覆土立式油罐内部油气爆炸冲击荷载实验研究

半地下覆土油罐常用于储存汽油、柴油等易燃易爆油品,一旦被引燃,短时间内将产生极强的爆炸压力波,造成储罐的严重破坏并带来灾难性后果,油气爆炸冲击荷载的研究是进行储罐安全设计的基础。利用等比例模拟容器,基于实验对覆土立式油罐罐内油气爆炸冲击载荷特性进行了实验研究,获得了密闭条件下油罐内不同位置处的压力荷载的变化规律,油气爆炸压力荷载变化分为四个阶段:点火孕育期、加速突变期、衰弱振荡期、惯性波动期;罐顶位置处的压力荷载数值要明显大于罐壁和罐底处的压力荷载数值;进一步考察了初始油气浓度、初始点火能量、初始温度等相关参数对爆炸冲击荷载的影响规律。研究结果表明:爆炸超压随浓度的变化呈先增大后减小的规律,当初始浓度为1.71%时,爆炸超压荷载达到最大值。爆炸超压值与点火能成正比关系,与初始环境温度成反比关系。     

天然气储罐蒸气云爆炸事故个人风险分析

采用TNT当量法计算天然气储罐蒸气云爆炸形成的冲击波超压,运用人体脆弱性模型计算死亡概率,得到了天然气储罐的个人风险模型。根据《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险和社会可接受风险基准(征求意见稿)》所规定的个人风险可接受水平,结合实例,确定了安全距离,可为安全规划及防护措施的制定提供科学依据。     

近地面云雾爆轰超压场的数值模拟及其毁伤效应

采用爆炸动力学程序Object-MMIC数值模拟了FAE爆炸超压场的时空分布,分析了针对有生力量的冲击波毁伤半径及面积的变化规律。研究表明:云爆超压场可分为三个区,由爆炸中心向外分别为云雾爆轰直接作用区、爆轰产物和冲击波联合作用区及冲击波作用区;云爆冲击波的毁伤面积随固定云爆体积内总能量线性增加。     

地震激励下储罐内液体的减晃试验研究及有限元分析

为了避免因液体晃动过大而引起的储罐"象足"型失稳破坏,采用减晃板作为抑晃装置并对其进行了减晃优化设计。分别采用缩尺模型试验(缩尺比1∶30)和有限元分析等手段对有、无安装减晃板的储罐内的液体晃动波高、罐底剪力及罐壁压应力等关键指标进行了实测和仿真模拟。研究结果表明:关键指标的模拟值与实测值较为接近,进而验证了储罐减晃有限元分析的可靠性;当减晃板在距液面0.125倍~0.225倍的储罐高度且其宽度在0.15倍的储罐半径附近时,减晃板对储液晃动波高、罐底剪力及罐壁压应力都具有较好的抑制效果;减晃优化设计后,"象足"失稳区(接近罐底处)的罐壁压应力峰值得到了较为显著的抑制。     

LNG低温储罐泡沫玻璃砖国产化应用

<正>我国已建及在建液化天然气(LNG)低温储罐一般为全容型LNG低温储罐,主要由预应力混凝土外罐、内罐、热角保护系统、保冷系统、管道等部分组成。LNG低温储罐处于低温-162℃微正压状态,外界的热量漏入会引发LNG蒸发、增加能耗,因此LNG低温储罐的保冷系统尤为重要。保冷系统由罐底保冷、内罐壁保冷、铝吊顶保冷、内外罐环形空间保冷及管道保冷组成,保冷材料的选择需要根据LNG低温储罐结构特点、材料的绝热性能、经济性及方便安装等方面考虑,一般罐底选取抗压强度较高的泡沫玻璃砖,内罐壁、铝吊顶保冷选取弹性玻璃纤维毡,环形空间由膨胀珍珠岩填充[1]。     

净油罐动态油量计量方法研究

在原油集输自动监控系统中,利用测量得到的净油罐液位、界面和进出油罐原油的含水率,通过计算机对测量信号进行分析,判断原油储罐的不同运行状态,由此推导出各种状态下净油储量的计算公式,实时计算净油储罐中的动态油量.     

LNG容器蒸气膨胀爆炸特性研究

对液化天然气容器机械破损后的液体过热汽化建立了非平衡相变模型.根据非平衡相变理论,讨论了蒸气膨胀爆炸的过减压极限,并按照气泡半径是否超过临界半径,把气泡的增长分成了束缚和逃逸两个时区,分时区讨论了系统各物理量的变化.通过对液化天然气典型储运工况的计算,得出了不同条件下的过减压极限、压力下降及反弹演化过程,状态参量核化速率的变化过程及最大超压.分析了蒸气膨胀爆炸的基本特性:快速显著核化和沸腾延迟,以及初始条件、损口面积和容器尺度等对物理过程的影响.     

十万方原油储罐浮顶渗漏原因和防渗漏方法

某原油商业储备库工程10座10万方储罐年底完工投产,7座罐在进油半年后,出现不同程度渗漏。对剩余三座罐采用"船舱底板搭接缝正压试漏法"进行检查、修补后,进油后至今未出现渗漏,效果十分明显。本文针对浮顶底板渗漏,从浮船底板焊接设计和试漏检测两方面,阐述浮顶渗漏的原因,并提出防渗漏措施和方法。     

易燃液体储罐区危险性分析及控制措施

本文以易燃液体储罐区发生的安全事故为例,初步辨识罐区火灾爆炸事故的危险源,对罐区发生泄漏、火灾爆炸事故进行定性分析,并在此基础上提出相应的预防与控制措施。