大型在役丙烷球形储罐的可靠性分析

发布时间：2020-08-10 06:34

【摘要】：球形储罐是一种典型的大容量薄壳压力容器,与其他形状的压力容器相比,有着占地面积小、受力情况好、承压能力高、现场安装和运输方便、造价低投资小等诸多优点,在石油化工、城市燃气、轻纺冶金等多个工业领域得到了广泛应用。随着球罐设计不断朝着高参数化和大型化的方向发展,球罐容积不断增大,其安全性和可靠性也变得更加复杂。同时丙烷介质属于易燃、易爆物,一旦发生安全事故,将会导致巨大的经济财产损失,所以对在役丙烷球罐进行可靠性和安全性研究分析很有必要并极其重要。本论文以珠海某能源公司的一个在役5000 m~3丙烷球罐为研究对象,根据结构可靠性理论、ANSYS分析技术以及实习期间收集到的现场数据,对其进行可靠性分析及风险评估。主要结论有:(1)以5000 m~3在役丙烷球罐为研究对象,通过APDL语言建立其有限元参数化模型,求解得到其工作压力为1.42 MPa时,最大等效应力为271 MPa,小于其屈服强度490 MPa,最大位移为6.4 mm,最大应力和最大位移都出现在球壳与托板的连接位置。参照相关标准和规定,对球罐各结构部分进行安全校核,结果表明其处于安全状态。(2)依据结构可靠性理论,建立球罐的极限状态函数,在ANSYS-PDS模块中,选用蒙特卡罗法对其进行10000次抽样循环,得出在置信度95%的情况下,球罐的可靠度为98.61%。进行灵敏度分析,发现屈服强度和壁厚对其可靠度为正影响,内径和工作压力对其可靠度为负影响。(3)探究了工作压力、球壳厚度、托板厚度、支柱厚度和不均匀沉降量对球罐的应力位移及可靠性的影响规律。根据结果将安全阀的动作压力设置为1.7 MPa,可充分发挥球罐的承载能力。也可为后续球罐设计提供借鉴参考,在保证安全可靠的基础上,对球罐结构进行一定的优化,降低球罐的应力水平,达到经济节约的效果。(4)结合实习现场收集到的数据,建立了球罐的综合风险评估体系,以模糊层次分析法确定了球罐各风险指标的权重,最终得出其风险等级为较安全等级。对腐蚀、裂纹、基础不均匀沉降、安全附件等权重值较高的风险指标,提出了相应的改进措施,从而改善球罐系统的风险等级,保障其在安全可靠的状态下运行。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ221.13;TQ053.2
【图文】：

技术路线图,球罐,风险指标,应力位移

华南理工大学硕士学位论文风险指标的权重，定量描述球罐系统的风险等级，对权重值较高的风施，以提高球罐系统的可靠性，保障其安全平稳运行。术路线以 APDL 建立球罐的参数化模型，求解其工作压力下应力位移分布规建立其极限状态函数，采用蒙特卡罗法抽样循环得到其可靠度和随机过设定不同的工况，探究不同因素对球罐应力位移及可靠性的影响规析法确定球罐系统的风险等级及各风险指标的权重，并根据所得结论施，以实现球罐系统可靠性和安全性的改善。技术路线如图 1-2 所示

应力强度干涉模型

图 2-1 应力强度干涉模型度干涉理论，建立功能函数： 1 2 1 2g , , , -S , , ,n nZ R S R x x x x x x态函数，R 为结构强度，S 为工作应力，函数含义如下式所0,0,0,Z R S 结构处于可靠状态结构处于极限状态结构处于失效状态，结构强度 R 和工作应力 S 都不是定值，而是具有离散性变量的函数： 1 2, , ,nR f r r r 1 2, , ,nS f s s s

极限状态方程,标准化变换,极限状态函数,可靠性理论

第二章可靠性理论及分析方法设结构的极限状态方程为：Z g R, S R S 0（2-1式中 R，S 为相互独立的随机变量。其极限状态函数 R S=0 如图 2-2 所示，对随量 R 和 S 进行标准化变换，得到公式（2-13），如图 2-3 所示。sRsSRRSS （2-13

【参考文献】