【摘要】：立式拱頂儲罐在各行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛,特別是在石油石化行業(yè)介質(zhì)儲存中,成品油與原油均用該種結(jié)構(gòu)進行儲存。立式儲罐作為一種重要的油品儲存設(shè)備,由于其內(nèi)部儲存介質(zhì)極易揮發(fā)出可燃?xì)怏w,若有意外因素充當(dāng)“點火源”,就會導(dǎo)致儲罐發(fā)生爆炸,造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文對儲罐內(nèi)可燃?xì)怏w燃燒爆炸載荷進行計算、對在爆炸沖擊載荷作用下儲罐結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行分析并結(jié)合實驗進行驗證,結(jié)合儲罐結(jié)構(gòu)瞬態(tài)破壞機理與失效破壞條件,對儲罐進行弱頂判定,并進行優(yōu)化設(shè)計,使其滿足弱頂性能。具體開展的研究工作如下:將儲罐按相似性原理按比例縮小為實驗儲罐,設(shè)計實驗方案,對實驗儲罐進行點火爆炸,實驗將對不同液位高度,不同點火位置的儲罐分別進行數(shù)據(jù)測試,監(jiān)測各種工況下罐內(nèi)不同位置壓力、溫度,罐體的位移與應(yīng)變情況。對內(nèi)爆載荷作用下實驗儲罐進行數(shù)值模擬,采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法建立實驗儲罐內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸載荷模型,對罐內(nèi)爆炸載荷進行計算,得到罐內(nèi)壓力與溫度分布。采用多場耦合的方法,對儲罐結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行分析,得到罐體的應(yīng)力與變形變化情況。將數(shù)值模擬的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,驗證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。采用上述實驗儲罐的數(shù)值模擬方法,對不同容積的儲罐進行模型的建立,在改變液位高度、改變起爆點位置的不同工況下,對儲罐進行數(shù)值模擬計算,得出罐內(nèi)的壓力與溫度、罐體的應(yīng)力與變形變化情況。結(jié)合儲罐結(jié)構(gòu)瞬態(tài)破壞機理與失效破壞條件,對儲罐在不同工況下破壞形式進行分析。引入儲罐弱頂性能判定方法,對儲罐進行弱頂評價,并對儲罐弱頂影響因素進行分析。對減弱罐頂壁及增強罐底壁兩個方向進行優(yōu)化設(shè)計,使改進后的儲罐在任何工況下都具備弱頂性能。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE972
【圖文】：

立式拱頂儲罐主要用來儲存成品油，由于成品油具有較高的揮發(fā)性，當(dāng)氣體揮發(fā)過多使得罐頂?shù)暮粑y不能及時排放時，遇見雷擊、靜電或油面下降過快產(chǎn)生摩擦生熱等情況下，氣體極易發(fā)生爆炸，產(chǎn)生巨大能量，使得儲罐發(fā)生破壞，導(dǎo)致儲罐發(fā)生爆炸[1]。隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展和油氣資源儲量的急劇下降，世界各國建造了相當(dāng)數(shù)量的儲罐來加強油氣資源儲備。由于儲罐中儲存介質(zhì)具有易燃、易爆、易揮發(fā)、易產(chǎn)生靜電、易受熱膨脹等特點，所以儲罐內(nèi)可燃?xì)怏w一旦因意外誘發(fā)將會發(fā)生爆炸。爆炸時能釋放出大量的能量，產(chǎn)生爆炸沖擊波，導(dǎo)致儲罐發(fā)生失效破壞，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡[2-5]，若儲罐在爆炸過程中產(chǎn)生非弱頂結(jié)構(gòu)，即破壞位置不為頂壁連接處，則可能會導(dǎo)致其內(nèi)部介質(zhì)發(fā)生泄漏，引起火災(zāi)蔓延，易引發(fā)周圍儲罐發(fā)生連鎖爆炸反應(yīng)，造成巨大危害。例如：1994 年 5 月 3 日法國加龍河畔波泰，工人在含有瀝青的儲罐的排氣口附近進行熱工作，儲罐突然發(fā)生爆炸。爆炸使儲罐飛出 20 米，兩名工人遇難，這一次爆炸引起了火災(zāi)和另一個儲罐的爆炸。2008 年 7 月 29 日，威斯康星州的美國包裝公司，一個 24 米高的儲罐爆炸后，三名工人死亡，一名工人受傷[6]。2012 年 5 月 28 日，廣東大亞灣興達(dá)石化工業(yè)有限公司一座儲存 1500m3的苯乙烯儲罐著火，火勢威脅周邊 5 座儲罐。如圖 1.1 所示為儲罐爆炸事故圖。

節(jié)對實驗儲罐進行方案設(shè)計并進行測試。2.1 實驗方案設(shè)計與測試參數(shù)（1）實驗方案設(shè)計為了實現(xiàn)的測試目的，本測試裝置分為：實驗儲罐、測試系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)和注水 系統(tǒng)共計五 個 組成部 分實驗 裝置 組裝結(jié)構(gòu) 如圖 2.1 所示 。其中：（a）實驗裝置三維組裝圖

/mm高/mm高/mm頭厚度/mm半徑/mm/3kg/m量/GPa06 800 712 0.52 953.1 7.85×103210 述參數(shù)可知，根據(jù)相似關(guān)系得到的實驗儲罐罐體壁厚和封頭壁厚構(gòu)形式和整體剛度相似，加工可行性等條件下，進而將厚度圓整驗算得到實驗儲罐的實際設(shè)計封頭厚度不是 0.52mm，實際封頭到拱頂結(jié)構(gòu)儲罐做工復(fù)雜，將拱頂做成錐頂�？紤]到底板與位移所以底板設(shè)計為 1260mm 的正方形，厚度為 5mm。實驗儲罐的詳細(xì)參數(shù)見表 2-2 所示：表 2-2 實驗儲罐參數(shù)表儲罐總高/mm儲罐壁高/mm儲罐和封頭厚度/mm底板邊長/mm底板厚度/mm800 712 1 1260 5 上的數(shù)據(jù)得出實驗儲罐結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示：

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡可;趙陽;王震;;錐頂鋼儲罐內(nèi)部可燃?xì)怏w爆炸沖擊荷載的CFD模擬[J];振動與沖擊;2015年12期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 丁宇奇;立式拱頂儲罐超壓破壞機理與弱頂結(jié)構(gòu)研究[D];東北石油大學(xué);2014年

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 萬昊天;固定頂儲罐弱壁防護結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 鄭力

本文編號：2760314