储罐内爆破坏形式预测与弱顶优化方法研究

发布时间：2020-07-18 03:06

【摘要】：立式拱顶储罐在各行业中应用非常广泛,特别是在石油石化行业介质储存中,成品油与原油均用该种结构进行储存。立式储罐作为一种重要的油品储存设备,由于其内部储存介质极易挥发出可燃气体,若有意外因素充当“点火源”,就会导致储罐发生爆炸,造成人员伤亡和财产损失。本文对储罐内可燃气体燃烧爆炸载荷进行计算、对在爆炸冲击载荷作用下储罐结构响应进行分析并结合实验进行验证,结合储罐结构瞬态破坏机理与失效破坏条件,对储罐进行弱顶判定,并进行优化设计,使其满足弱顶性能。具体开展的研究工作如下:将储罐按相似性原理按比例缩小为实验储罐,设计实验方案,对实验储罐进行点火爆炸,实验将对不同液位高度,不同点火位置的储罐分别进行数据测试,监测各种工况下罐内不同位置压力、温度,罐体的位移与应变情况。对内爆载荷作用下实验储罐进行数值模拟,采用计算流体动力学(CFD)方法建立实验储罐内可燃气体爆炸载荷模型,对罐内爆炸载荷进行计算,得到罐内压力与温度分布。采用多场耦合的方法,对储罐结构响应进行分析,得到罐体的应力与变形变化情况。将数值模拟的结果与实验数据进行对比,验证数值模拟的准确性。采用上述实验储罐的数值模拟方法,对不同容积的储罐进行模型的建立,在改变液位高度、改变起爆点位置的不同工况下,对储罐进行数值模拟计算,得出罐内的压力与温度、罐体的应力与变形变化情况。结合储罐结构瞬态破坏机理与失效破坏条件,对储罐在不同工况下破坏形式进行分析。引入储罐弱顶性能判定方法,对储罐进行弱顶评价,并对储罐弱顶影响因素进行分析。对减弱罐顶壁及增强罐底壁两个方向进行优化设计,使改进后的储罐在任何工况下都具备弱顶性能。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE972
【图文】：

储罐,爆炸事故

立式拱顶储罐主要用来储存成品油，由于成品油具有较高的挥发性，当气体挥发过多使得罐顶的呼吸阀不能及时排放时，遇见雷击、静电或油面下降过快产生摩擦生热等情况下，气体极易发生爆炸，产生巨大能量，使得储罐发生破坏，导致储罐发生爆炸[1]。随着石油化工行业的迅猛发展和油气资源储量的急剧下降，世界各国建造了相当数量的储罐来加强油气资源储备。由于储罐中储存介质具有易燃、易爆、易挥发、易产生静电、易受热膨胀等特点，所以储罐内可燃气体一旦因意外诱发将会发生爆炸。爆炸时能释放出大量的能量，产生爆炸冲击波，导致储罐发生失效破坏，造成财产损失和人员伤亡[2-5]，若储罐在爆炸过程中产生非弱顶结构，即破坏位置不为顶壁连接处，则可能会导致其内部介质发生泄漏，引起火灾蔓延，易引发周围储罐发生连锁爆炸反应，造成巨大危害。例如：1994 年 5 月 3 日法国加龙河畔波泰，工人在含有沥青的储罐的排气口附近进行热工作，储罐突然发生爆炸。爆炸使储罐飞出 20 米，两名工人遇难，这一次爆炸引起了火灾和另一个储罐的爆炸。2008 年 7 月 29 日，威斯康星州的美国包装公司，一个 24 米高的储罐爆炸后，三名工人死亡，一名工人受伤[6]。2012 年 5 月 28 日，广东大亚湾兴达石化工业有限公司一座储存 1500m3的苯乙烯储罐着火，火势威胁周边 5 座储罐。如图 1.1 所示为储罐爆炸事故图。

组装结构,实验装置,实验方案设计,储罐

节对实验储罐进行方案设计并进行测试。2.1 实验方案设计与测试参数（1）实验方案设计为了实现的测试目的，本测试装置分为：实验储罐、测试系统、点火系统、注气系统和注水系统共计五个组成部分实验装置组装结构如图 2.1 所示。其中：（a）实验装置三维组装图

储罐结构,储罐

/mm高/mm高/mm头厚度/mm半径/mm/3kg/m量/GPa06 800 712 0.52 953.1 7.85×103210 述参数可知，根据相似关系得到的实验储罐罐体壁厚和封头壁厚构形式和整体刚度相似，加工可行性等条件下，进而将厚度圆整验算得到实验储罐的实际设计封头厚度不是 0.52mm，实际封头到拱顶结构储罐做工复杂，将拱顶做成锥顶。考虑到底板与位移所以底板设计为 1260mm 的正方形，厚度为 5mm。实验储罐的详细参数见表 2-2 所示：表 2-2 实验储罐参数表储罐总高/mm储罐壁高/mm储罐和封头厚度/mm底板边长/mm底板厚度/mm800 712 1 1260 5 上的数据得出实验储罐结构如图 2.3 所示：

【参考文献】