火灾环境液化石油气卧罐动态可靠性分析

发布时间：2019-07-11 20:51

【摘要】：沸腾液体扩展蒸汽云爆炸(BLEVE)是液化烃介质压力容器处于火灾环境而极易发生的一类多米诺效应灾难事故。在火灾环境液化石油气(LPG)卧罐两节点集中温度参数模型基础上,基于随机扩散过程和首次穿越失效理论,对其动态可靠性进行建模与分析。集中温度参数模型通过转化为一个二维伊藤随机微分方程,得到漂移与扩散系数表达式;根据首次穿越失效理论,定义条件动态可靠性函数,导出函数满足的后向柯尔莫哥洛夫方程(KBE);应用有限差分法并结合适当边界条件求解KBE,得到动态可靠性结果。与静态可靠性不同,动态可靠性方法可描述整个时间轴的破坏失效可能性,为多米诺效应定量风险评价提供更可靠、更精确的概率结果。
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图片说明：液化石油气卧罐动态可靠性分析·3233·初始条件与边界条件如式(11)～式(13)。uw0uw0crM0M0cg01,TTTRTTT＜＜(11)uw0uw0crM0M0cg0,TTTRtTTT(12)uw0uw0M0M00finite,0TTRtTT(13)式(11)与式(12)不相容，理论上仅存在广义解，但对数值解没有影响。式(13)中，由于绝对0度不可达到，finite取值为1。另外，根据集中温度参数模型的破坏失效判断式，Tcr与TM相关，所以实际计算域是一个由Tuw0=0、TM0=0及Tcr曲线构成的封闭曲面，如图1所示。罐壁材料为TC-128，室温抗拉强度为560MPa，Tcr曲线两个端点由假设TM0=Tcg=369.83K和=S(Tuw0)=0MPa计算获得。图1动态可靠性计算域示意图条件破坏失效概率Pd(·)计算如式(14)。uw0uw0dM0M01TTPtRtTT(14)条件首次穿越时间概率密度p(·)如式(15)。uw0dM0ttTPRpTtt(15)式中，τ为首次穿越时间或寿命，s。条件平均首次穿越时间或平均寿命E(τ)如式(16)。uw0M00()dTEpT(16)由于系统初始状态是给定的，且处于安全域，所以对应无条件量与条件量结果一致。另外，计算E(τ)时，模拟时间应足够长，使p(·)充分趋近于0。1.4有限差分法式(10)～式(13)构成的抛物型偏微分方程是对流占优的，为减小数值震荡的影响，当a1(xi,xj)≤0且a2(xi,xj)≤0时，使用如式(17)迎风型差分格式，进行有限差分法数值计算[21]。1,,,1,,,112121,,1,1121,1,,12222,,11,1,11212,,21,221,2()()()()(()())(,)nnnnnnijijijijijijijijnnniji
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图片说明： ·3234·化工进展2017年第36卷图2破坏失效概率结果视图看出：Pd存在一个上升的时间区间；Tuw0、TM0对该时间区间的大小与起始点影响很大；边界上Pd的变化趋势如图2(c)所示。图3是指定TM0=26℃、Tuw0=28℃时，Pd关于ΔTf图3破坏失效概率关于火焰温度偏差的敏感性的敏感性结果。ΔPd表示相对于ΔTf=56℃时，Pd的增加量。可以看出：ΔTf影响是比较小的，数量级在10 5；ΔPd(t)呈近似半周期的正弦曲线形状，有别于理论预测的单周期，原因是模拟时间不够长，未能使Pd充分趋近于1，见图3(a)。图4是平均首次穿越时间或平均寿命E(τ)与初始体系温度的关系。当近似从0℃增加到35℃时，E(τ)从1569s下降到1114s，主导因素是TM0，表明过热态比最大拉应力破坏失效更敏感。图4平均首次穿越时间3结论（1）在两节点集中温度参数模型基础上，基于随机扩散过程和首次穿越失效理论，建模并表征火灾环境液化烃介质压力容器动态可靠性的方法是有效可行的，可描述整个时间轴的破坏失效可能性，可为多米诺效应定量风险评价提供更可靠、更
【作者单位】：华南理工大学安全科学与工程研究所;
【基金】：国家自然科学基金(21576102) 国家重点研究开发计划(2016YFC0801500)项目
【分类号】：TE972

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