高温和爆炸荷载联合作用下架空管道的数值分析

发布时间：2019-12-03 09:48

【摘要】：管道作为当今社会必不可少的运输方式,解决了长距离下危险物品的传输问题。但是,由于设计、施工缺陷和质量问题等可能会引发火灾或爆炸事故,这些管道一旦遇到火灾和爆炸,将会造成生命、财产方面的巨大损失,而泄露的介质也将会造成环境污染。在大多数情况下,爆炸与火灾可能会同时发生。以往单独对爆炸荷载作用下或单独火灾作用下的破坏机理的研究成果有较多报道,但是爆炸与火灾联合起来研究还是甚少。因此,开展对爆炸火灾的研究具有广泛的前景,而这一方面需要解决的问题也日趋增加。现如今,数值模拟不仅仅被看成是理论和实验研究的辅助手段,它已经成为独立于理论和实验的一种基本的科学研究方法。由于爆炸和火灾的高危险性和难操作性,借助数值模拟的方法可以很好地进行复杂问题的计算和相关的力学研究,因此,数值模拟技术在分析此类问题时已成为重要的手段之一。本文利用ANSYS及LS-DYNA程序对输油管道在火灾爆炸荷载作用下的动力响应进行有限元数值分析,总结了爆炸分析与热分析有限元方法的基本原理,通过原理的分析及阅读大量文献比较后确定相关参数及方法,建立了爆炸有限元分析模型,并分别分析了内部有充液充压的管道结构在爆炸荷载作用下的动力响应以及单独火荷载作用下的管道结构的温度场及热应力,最后利用重启动的方法将爆炸与高温荷载联合作用下输油管道动力响应及破坏模式进行分析。首先,通过LS-DYNA解决了管道、内部液体、空气及炸药的流固耦合模型,并利用程序自带TNT材料模型进行爆炸数值模拟,表明内部有充液充压管道对抗爆有积极的作用。随后,对充液管道在不同环境高温下的温度场及热应力进行分析,得出管道结构上各个点的热应力。本文采用了一种方法,即重启动方法,用于将爆炸荷载与温度荷载同时加入管道结构中,从而模拟了爆炸与火灾联合作用下的情况。结构表明,当管道结构先受火后受到冲击荷载作用时,火灾温度越高,管道的抗冲击能力越低,且火灾温度对管道的抗爆炸冲击能力影响较显著；当管道结构先受到冲击荷载后受火灾荷载作用时,爆炸对管道的后续抗火的能力影响不明显,如果在火灾过程中发生爆炸,而若爆炸没有使得管道结构丧失承载能力,那么管道所能够承受的极限温度几乎与未发生爆炸时发生的情况相同。
【图文】：

油气管道,里程

作为当今社会必不可少的运输方式，解决了长距离下危险品石油、化工、±建、核能、航空航天等重要领域，是输送高能、高道。就我国来说，管道运输发展迅速，为了满足民生和国家的需求金进行管道输送线路的建设，并取得了丰硕的成果叫从我国建设初的油气管道，运输长度己经多达２００公里。而到２０世纪５０年代后速，所建立的输油管道己有２０余条，，所分布的线路贯穿了华北及成了我国基本的管道输送网络体系。直到１９７０年，由于我国原油产产量大幅增加，因此，我国投入大量人力、财力和物力来建巧更多的国１９７３年就开始修建用于原油、成品油等介质输送的管道，最长的格尔木市到西藏自治区的拉萨市，管道全长１０８０公里，年输送能力油管道业的一个里程碑。在送之后，我国又大力发展东北、华北地区北地区地大物丰，其地理条件决定了大批原油产量的保证，成为了基地，其中大庆油田、迂河油田最为著名。到２０世纪８０年代，我国输油管道，即东黄复线，全长２４８．５２公里，设计压力６．５兆帕，年随着我国经济的不断发展，我国油气管道的里程和和运输量也呈现

输油管道

艘３０万吨级外籍游轮在卸油过程中操作不当，而引发输油管线爆炸，随后又接连引发火逡逑灾，如图１．２所示。在灭火过程中，消防战－上１人牺牲、１人重伤，１５００吨原油泄漏入海，逡逑给随后的清理工作和人民的生活也带来了巨大的经济损失。２０１３年１１月２２日，青岛输油逡逑管道发生爆炸，造成６２人遇难，爆炸起因为管线破裂，管线油进入市政管网导致爆燃的逡逑发生。２００４年７月２３日，位于广州市开发区下元新村石化总工厂，一段输油管道发生泄逡逑漏后连续两次起火爆炸，原因为一段直径约３０厘米的输油管道裂开了一道１０厘米长的口逡逑子，外流汽油、原油估计有８吨左右。在W外，２０１３年１月，尼日利亚输油管道爆炸起火逡逑导致至少３０人死亡。在此地区，由于贫富差距严重，盗油事件发生频繁，而因油气泄露逡逑引发的火灾，造成了人员伤亡也常有发生。２０１１年１０月，伊拉克南部己±拉省在夜间连逡逑续发生两起输油管道爆炸事故，由此爆炸而引发火灾，造成伊拉克最大的油田原油停止生逡逑产，此为恐怖分子破坏行为，造成１７７亿的油量损失。２０１１年９月，肯尼亚输油管道爆炸逡逑引起大火造成至少１２０人丧生，因一段输油管道发生了不明原因的泄漏，贫民窟里居民涌逡逑向漏油的输油管取油时发生了爆炸。２０１１年７月，伊朗通往±耳其石油管线爆炸，致使油逡逑运中断。１９９９年，美国华盛顿州Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ汽油管道爆炸事故，因疏于监督，没有发现并逡逑及时修理管道的挖掘损伤等等。逡逑
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE973;TE88

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