發(fā)布時間：2018-07-28 14:22

【摘要】：天然氣球罐與液化石油氣球罐同屬于承壓狀態(tài)下的壓力容器，其內(nèi)的介質(zhì)均屬于易燃易爆物，在使用過程中一旦發(fā)生事故將造成災(zāi)難性后果，所以對其做好安全防護(hù)非常重要。目前，國內(nèi)外研究大都從液化石油氣球罐在火災(zāi)環(huán)境中的熱響應(yīng)規(guī)律入手，證明水冷卻系統(tǒng)對其的必要性，但對它在火災(zāi)環(huán)境中的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律研究甚少。關(guān)于天然氣球罐的相關(guān)研究更是未見相關(guān)報道，水冷卻系統(tǒng)對天然氣球罐的必要性則沒有得到明確驗證，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中也沒有對天然氣球罐水冷卻保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置做出明確規(guī)定，導(dǎo)致在實際建設(shè)中，天然氣儲配站對球罐水冷卻保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置存在差異，或按照液化石油氣球罐的相關(guān)規(guī)定對天然氣球罐設(shè)置水冷卻保護(hù)系統(tǒng)，或不設(shè)置水冷卻系統(tǒng)。 本文將利用ANSYS Workbench對10000m3天然氣球罐建立三維幾何實體模型，并運用間接法對其進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合分析。首先對火災(zāi)情況下的天然氣球罐進(jìn)行熱分析，得到罐體溫度場的分布；然后將熱分析結(jié)果作為體載荷施加到結(jié)構(gòu)分析中，以計算出罐體的應(yīng)力強度分布；再通過應(yīng)力線性化后處理功能，將計算出的應(yīng)力分為一次局部薄膜應(yīng)力、一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力和一次加二次應(yīng)力；并在第三強度理論的基礎(chǔ)上通過應(yīng)力強度評定原則對各類應(yīng)力進(jìn)行強度評定，以校核強度是否滿足安全要求，從而驗證火災(zāi)情況下水冷卻系統(tǒng)對天然氣球罐的必要性。同時，對天然氣球罐的實際工作數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析，以說明在日曬高溫下水冷卻系統(tǒng)對球罐的作用。 通過分析得出：在火災(zāi)環(huán)境下，溫度越高，，球罐的應(yīng)力強度越大而屈服強度越低，當(dāng)應(yīng)力強度超過許用應(yīng)力時，球罐就會破裂；所以有必要對球罐及時進(jìn)行水冷卻保護(hù)，以達(dá)到滅火與降溫目的，避免罐內(nèi)壓力還未到達(dá)爆破壓力前，球罐由于材料強度不夠而破裂。在日曬高溫情況下，溫度的升高或降低并不會對罐內(nèi)氣體壓力造成明顯的影響，壓力始終不會超過球罐的爆破壓力，不需要對球罐進(jìn)行水冷卻降溫。
[Abstract]:The natural gas spherical tank and the liquefied petroleum gas spherical tank belong to the pressure vessel under the pressure state, the medium in them belongs to the flammable and explosive object, once the accident occurs in the process of using, it will cause the disastrous consequence, so it is very important to do the safety protection to it. At present, most researches at home and abroad begin with the thermal response law of LPG spherical tank in fire environment, which proves the necessity of water cooling system to it, but there is little research on the mechanical response law of LPG spherical tank in fire environment. The related research on natural gas spherical tanks has not been reported, and the necessity of water cooling system for natural gas spherical tanks has not been clearly verified. In the relevant standards and codes, there is no clear stipulation on the setting of water cooling protection system for natural gas spherical tank, which leads to the difference of the installation of water cooling protection system in the natural gas storage and distribution station in the actual construction. Water cooling protection system for natural gas spherical tanks or no water cooling systems are provided according to the relevant regulations of LPG spherical tanks. In this paper, the three-dimensional geometric solid model of 10000m3 gas spherical tank is established by using ANSYS Workbench, and the thermal-stress coupling analysis is carried out by indirect method. Firstly, the thermal analysis of natural gas spherical tank under fire is carried out to obtain the distribution of the temperature field of the tank, and then the thermal analysis result is applied as the body load to the structural analysis to calculate the stress intensity distribution of the tank. Through the post-processing function of stress linearization, the calculated stress can be divided into local stress, one film plus one bending stress and one plus two stress. On the basis of the third strength theory, all kinds of stress intensity are evaluated by the principle of stress intensity evaluation to check whether the strength meets the safety requirements, so as to verify the necessity of launching cooling system for natural gas spherical tank in case of fire. At the same time, the actual working data of natural gas spherical tank are simply analyzed to illustrate the effect of the cooling system in the sun and high temperature water on the spherical tank. It is concluded that in the fire environment, the higher the temperature, the greater the stress intensity of the spherical tank and the lower the yield strength. When the stress intensity exceeds the allowable stress, the spherical tank will break down, so it is necessary to protect the spherical tank by water cooling in time. In order to achieve the purpose of fire extinguishing and cooling, the spherical tank can be broken because of insufficient material strength before the pressure in the tank reaches the blasting pressure. Under the condition of sun and high temperature, the increase or decrease of the temperature will not cause obvious influence on the gas pressure in the tank, and the pressure will never exceed the blasting pressure of the spherical tank, so it is not necessary to cool the spherical tank with water.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE972;X932

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本文編號：2150501