大型冷库液氨储罐结构强度计算分析与校核

针对大型冷库液氨储罐的安全设计问题,应用SolidWorks、ANSYS分别对液氨储罐进行了三维建模和有限元计算,考虑了储罐自重、液货自重和内外压力载荷,进行了储罐整体变形和应力分析,并采用应力线性化方法重点考核了应力集中区域的强度情况。仿真结果表明：储罐的最大应力集中在鞍座与罐体相连的附件,对应力集中区域进行线性化仿真计算后,一次局部薄膜应力和组合应力均在许用值范围内,满足《钢制压力容器——分析设计标准》（JB 4732—1995）要求,为相关压力容器的设计提供了参考。     

基于反应谱CQC法的桥式起重机抗震薄弱点分布规律研究

结构抗震设计中,广泛应用反应谱CQC法计算结构的地震作用及其效应。本文建立了6个型号的典型双梁桥式起重机有限元模型,在静应力计算的基础上采用模态分析,基于反应谱CQC法,对典型桥式起重机的结构进行了地震响应分析,归纳总结了七个抗震薄弱点。经分析,起重机主梁中部与小车接触点为地震工况中桥架最大应力位置。基于有限元软件的方法,可为其他类型起重机的抗震薄弱点分布确定提供参考。     

基于地震动参数的大型储罐潜在危险性评估方法研究

建设项目安全条件分析中有关自然条件影响分析内容通常采取定性方法加以研究。以地震对大型储罐造成的潜在危险性评估为研究对象,从地震动作用下储罐结构动力响应及破坏特征入手,详细介绍了美国联邦应急管理署(FEMA)开发的HAZUS-MH中的震害危险评估框架及理论模型。重点阐述了地震反应谱、承灾体脆弱性曲线、能力曲线以及需求曲线在危险性评估过程的应用及参数设定。以某大型低温液化气储罐为例,定量计算了地震潜在破坏程度及概率,借此说明该震害危险性评估框架和方法对我国安全评价工作的借鉴意义。     

地基沉降及动水压对储罐屈曲强度的影响

大型油罐在地震载荷作用下的罐壁屈曲属于弹塑性变形失稳。为研究地基沉降对非锚固储罐屈曲性能的影响,基于Ramberg-Osgood本构模型,考虑储罐底板、壁板、加强圈、抗风圈、非锚固环墙式地基等实际几何结构因素,采用三维有限元模型(FEM)数值模拟非锚固储罐在谐波沉降下的屈曲行为,研究水平地震力下罐内液体的动水压力、地基谐波沉降的次数及幅值对罐壁屈曲临界压应力的影响特征。结果表明:在谐波沉降及动水压共同影响下,储罐屈曲发生的位置为壁板加强圈之间,罐壁变形呈现非周期性变化。地基谐波沉降、动水压均降低了储罐的屈曲临界压应力,且相同沉降量下,随着谐波次数的增多,储罐抗屈曲的能力越来越弱。     

地基沉降对石油储罐象足屈曲的影响

为优化大型石油储罐的抗震设计,针对大型非锚固外浮顶储罐,综合考虑地基、非锚固罐底、变壁厚、抗风圈等几何结构和材料特性等因素,采用有限元分析(FEA)法构建储罐全模型,分析地基沉降对罐壁象足屈曲临界载荷的影响;基于Fourier变换,通过若干阶谐波组合的形式模拟储罐地基沉降,分析地基谐波沉降前后储罐的径向变形、屈曲模态与屈曲强度,探明储罐地基单次谐波沉降的谐波次数、谐波幅值、谐波的波峰与波谷对象足屈曲临界载荷的影响。结果表明:地基谐波沉降在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷。储罐象足屈曲临界压应力随地基谐波沉降幅值的增大而减小;相同沉降量下,随着谐波次数的增大,储罐抗屈曲的能力越来越弱。     

高烈度区某特别不规则高层框架剪力墙结构基础隔震设计

以高烈度区某特别不规则的高层框剪基础隔震结构为研究对象,阐述了采用钢板叠层橡胶隔震支座(LNR、LRB)进行隔震的结构设计方法。针对不规则项及结构薄弱部位提出了加强措施。在设防烈度为8度(0.2g)的地震作用下,对该建筑的隔震及非隔震结构进行了动力时程分析。在罕遇地震下,对隔震结构的层间位移角、隔震支座的水平剪切位移、隔震支座的轴向拉应力、隔震层的抗风承载力进行了时程分析验算。研究结果表明:运用基础隔震技术可达到明显降低上部结构的地震作用的效果,提高特别不规则高层框架剪力墙结构的抗震性能及地震安全储备。     

基于裂纹断裂力学对球型液氨储罐临界裂纹尺寸的分析

本文对某化工厂2000m3液氨球型储罐基用断裂力学理论对其临界裂纹尺寸进行分析,并对该球型液氨储罐在定期检验中所发现的两处裂纹与其临界裂纹尺寸进行比较,分析球罐在存在裂纹的情况下,球罐是否会发生泄漏。     

大型储罐不均匀沉降及地震力作用下应力仿真分析

为了探究大型储罐在不均匀沉降、地震力以及二者耦合作用下的应力分布情况,利用Ansys/Workbench有限元软件对某5×10⁴ m³大型浮顶储罐进行了建模仿真。结果显示相较于理想工况下储罐的应力分布,不均匀沉降或地震力工况下储罐结构应力变化均较小,储罐相对安全;但双因素耦合作用下储罐会产生严重的应力集中,Mises应力最大值达835.03 MPa,已远大于材料强度极限值740 MPa,储罐已处于不安全状态,考虑地震力的不可抗性,大型储罐运行中应严格控制不均匀沉降变化范围。     

基于地震易损性的连续梁桥减隔震方案研究

减隔震措施的合理配置是高速铁路地震经济性目标控制的关键。为了对采用不同减隔震装置的高速铁路连续梁桥抗震性能进行量化研究,基于桥梁系统地震易损性分析,选用4种减隔震方案进行对比分析。4种方案分别为:全桥抗震设计方案（方案1）、全桥双曲面球型隔震支座+粘滞阻尼器方案（方案2）、中墩摩擦摆+边墩普通支座与阻尼器配合方案（方案3）和全桥摩擦摆+边墩阻尼器方案（方案4）。结果表明:高烈度高速铁路桥梁须通过减隔震设计才能满足抗震设防目标,综合经济性和抗震性能2方面因素,方案4有效降低了结构内力响应和位移响应,为所列方案中的最优方案。     

丁二烯储罐泄漏事故定量风险评价

为了有效预防丁二烯引发的事故,基于定量风险评价的指标,以某企业丁二烯储罐为工程实例,采用重大危险源区域定量风险评价软件CASST-QRA,模拟丁二烯储罐泄露事故后果影响范围,定量评价其对周边环境所造成的风险大小和可接受程度。结果表明:某企业的丁二烯储罐个人风险和社会风险均可接受,模拟结果可为制订应急救援预案及安全防范措施提供参考;同时,研究成果可以对企业的安全管理和有关行政部门的安全监督提供指导与依据,也为其他丁二烯储罐的管理和运行提供借鉴。     

铁路沿线可燃重气储罐最小隔离区域划分探讨*

为保护铁路线，以某化工厂距离高铁路线最近的丙烯球罐为例，提出丙烯球罐泄漏最小隔离区域划分方法以及2种保护高铁线路方案，利用重气扩散模型和定量风险评价（QRA）软件分别进行丙烯扩散模拟、爆炸模拟，并进行危险与可操作性分析（HAZOP）和保护层分析（LOPA）。结果表明:球罐发生泄漏及火灾爆炸等事故，会给附近铁路线带来严重破坏；丙烯泄漏或球罐因周围其他设备设施或可燃物质着火而温度升高时，保护措施不足；隧道的安全可靠性要高于仅设1道防爆墙，隧道长度需覆盖最小隔离区域的可及范围，在扩散区域内也需设立普通挡墙，在极度危险情况下，需要实施高铁停开等保护措施。     

碳纤维含量对球形非金属阻隔防爆材料防爆性能的影响

在临界起爆能和高起爆能条件下,对装填碳纤维含量分别为6.5%、8.0%、9.5%和 11.0%球形非金属阻隔防爆材料的油箱进行等效静爆试验,探究球形非金属阻隔防爆材 料中碳纤维含量对其防爆性能的影响。利用红外热成像仪、高速摄像机分别记录油箱爆 炸火球的温度场参数及爆炸过程,并与未填装阻隔防爆材料的油箱进行对比。试验结果 表明:在临界起爆能条件下,装填4种材料的油箱均有一定阻燃防爆效果,油箱爆炸产 生的燃料云团面积有依次减小的趋势;在高起爆能量条件下,4种材料的外场防爆性能 分数分别为16.93、22.04、32.51、94.18,材料的防爆能力随着碳纤维含量的增加而增 强。     

基于热-结构耦合分析的液化石油气储罐失效预警判定*

为研究火灾中球罐应力场分布情况,找到球罐失效破裂条件,以液化石油气为研究对象,基于球罐稳态热响应,通过ANSYS热-结构耦合有限元分析法进行研究。结果表明:充装率85%的液化石油气球罐最高温度部位出现在气相区,约619.66 ℃;最大应力值出现在气液交界处,约615.18 MPa;得到球罐破裂失效时温度值和应力值,并设置2次预警值。研究结果可为液化石油气储罐失效预警提供参考和判定依据。     

Numerical study of dynamic response and failure analysis of spherical storage tanks under external blast loading

The performance of energy infrastructures under extreme loading conditions, especially for blast and impact conditions, is of great importance despite the low probability for such events to occur. Due to catastrophic consequences of structural failure, it is crucial to improve the resistance of energy infrastructures against the impact of blasts. A TNT equivalent method is used to simulate a petroleum gas vapor cloud explosion when analyzing the dynamic responses of a spherical tank under external blast loads. The pressure distribution on the surface of a 1000 m³ spherical storage tank is investigated. The dynamic responses of the tank, such as the distribution of effective stress, structural displacement, failure mode and energy distribution under the blast loads are studied and the simulation results reveal that the reflected pressure on the spherical tank decreases gradually from the equator to the poles of the sphere. However, the effects of the shock wave reflection are not so evident on the pillars. The structural damage of the tank subjected to blast loads included partial pillar failure from bending deformation and significant stress concentration, which can be observed in the joint between the pillar and the bottom of the spherical shell. The main reason for the remarkable deformation and structural damage is because of the initial internal energy that the tank obtained from the blast shock wave. The liquid in the tank absorbs the energy of impact loads and reduces the response at the initial stage of damage after the impact of the blast.     

液化天然气储罐火灾爆炸事故的定量分析

介绍了某天然气站的基本情况,利用道化学指数评价法,对该站储罐区的1个3000m3球罐进行风险评价,评价结果表明：该罐火灾爆炸指数为149.1,危险等级是较大。一旦罐内天然气在储存过程中发生火灾、爆炸,将使半径38.17m内,面积4574.82m2内的设备、设施受到损害,最大可能财产损失为0.66A万元。由于罐区采取了一些安全措施对储罐安全进行补偿,有效地降低了事故损失。为操作管理者更加全面地了解整个罐区的风险状况提供参考,有利于天然气储罐区的规划、管理及事故预防等。     

基于疲劳累积破坏机制的储罐结构动力可靠度分析

针对随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性问题，以300 m3的中小型立式低温储罐为研究对象，利用AR模型进行数值模拟得到风载荷的脉动风速时程与脉动功率谱密度函数。采用ANSYS建立储罐三维有限元模型，并对储罐进行动力学分析，计算出储罐结构的随机响应，进而求出随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性所需全部数字特征，最后利用疲劳累积损伤机制计算得到储罐的动力可靠度。结果表明:假设结构强度不随时间退化，前5 a动力可靠度基本保持不变，随着使用年限的延长，动力可靠度下降速度明显增大。研究方法可为储罐的动力可靠性及寿命预测提供一定的理论依据。     

工厂三维建模及其事故模拟

利用Microstation软件对某化工厂区进行三维建模,在考虑实际外界风向、风速,不同点火源位置等重要影响因素的条件下,运用计算流体动力学(CFD)软件FLACS,研究了有毒、易燃易爆的氯乙烯液化气体储罐安全阀气体泄漏和储罐底部物料管线液态氯乙烯的泄漏、蒸发、扩散和爆炸作用等过程,计算结果可以给出氯乙烯火灾、爆炸或扩散中毒等事故后果的影响范围和相关精确物理量。模拟结果表明,对于常温下的氯乙烯液化气体球罐,球罐安全阀泄漏后罐区及周边不会有燃烧或爆炸危险;而物料管线在特定的液相泄漏情景下,蒸发扩散的氯乙烯气云则有可能发生气云爆炸;但在弱约束条件下,爆炸冲击波作用比较微弱。该研究方法及其结果可以为石油化工企业选址、设计布局、安全规划、风险分析、应急救援及事故调查等提供更加准确的依据。     

粉尘密度对20 L球罐内粉尘分散规律影响

为分析不同粉尘因密度的差异对20 L球形爆炸装置球罐内粉尘分散过程流场变量变化和点火延迟时间的影响,利用CFD数值模拟的方法,研究了3种不同密度的粉尘在球罐分散过程中湍流动能、流场速度、粉尘浓度3种流场变量在球心处的变化规律。研究结果表明:在其他条件一致的情况下,粉尘密度越小,湍流动能的峰值越小,粉尘云浓度和流场速度的峰值则越大;粉尘密度对湍流动能的增值速率没有影响,而粉尘密度越小,流场速度和粉尘浓度的增值速率越快,粉尘浓度衰减至稳定值的时间也越短。表明粉尘密度越小,点火延迟时间也越小,因此,建议铝粉点火延迟时间在50~60 ms之间,锆粉和锌粉在60~80 ms之间。     

大型油罐火灾爆炸危害范围研究

针对大型油罐火灾爆炸对人员伤亡危害范围的问题，采用PHAST软件模拟定量分析了外部环境（风速、大气稳定度、空气湿度）、初始条件（泄漏点离地高度、泄漏孔直径）和其他因素（防火堤面积）对火灾爆炸伤亡半径的影响，根据模拟结果拟合了外部环境和初始条件与池火灾和蒸气云爆炸危害范围的关系式。结果表明:在相同条件下，软件模拟与实验结果误差较小，该研究具有可信性；池火灾危害范围随风速、泄漏点离地高度、泄漏孔当量直径和防火堤面积的增加而增加，而与大气稳定度的关系不大；蒸气云爆炸危害范围随风速的增加而降低，随大气稳定度和泄漏孔当量直径的增加而增加，而与泄漏点离地高度和空气湿度影响不大；拟合得到的外部环境和初始条件与池火灾和蒸气云爆炸危害范围的关系式可为大型油罐火灾爆炸事故中相关作业人员的应急撤离提供决策参考。