压力容器裂纹失效路径仿真平台开发与应用研究

基于安全性评定理论,提出了失效路径理念,探寻了压力容器裂纹缺陷失效路径仿真平台开发思路,并利用VB编程语言完成了相关平台的开发。以某一穿透裂纹为例,通过设定裂纹不同的尺寸变化量和延迟时间,应用仿真平台得到了裂纹在失效评定图上评定点的变化轨迹,得到失效路径仿真曲线,并对结果进行分析。以失效路径的仿真曲线为基础,为预测裂纹的临界尺寸所处的精确范围提供了一种新的方法。     

钢制卧式储罐被洪水破坏概率分析

为研究钢制卧式储罐的洪水破坏概率和泄漏频率,基于洪水作用下储罐的荷载分析,构建储罐机械破坏简化模型,获得了卧式储罐失效曲线;利用简化模型建立147种钢制卧式储罐的洪水破坏失效数据库,获得了储罐临界装量系数与洪水深度的拟合关系式;以洪水流速和临界装量系数为参数,建立卧式储罐破坏概率和危险物质泄漏频率快速计算模型。结果表明:储罐失效曲线是安全区和失效区的分界线;临界装量系数与洪水深度满足线性关系,系数由储罐外形特征参数确定;用破坏概率和泄漏频率,可定量表征卧式储罐的洪水灾害风险。     

失效路径长度对结构系统安全可靠性的影响

运用钢结构系统可靠性的安全评定原则,以立体车库钢结构系统为研究对象,建立主要失效模式安全余量方程,计算失效概率.在对风载荷和地震载荷分布进行模拟的基础上,通过对立体车库大型钢结构系统的算例进行分析,探讨了失效路径长度对大型钢结构系统失效准则与安全可靠性的影响,提出在结构整体承载能力未出现下降的情况下,失效路径长度取得越大越好的结论.该结论对大型钢结构可靠性的工程应用有指导意义.     

基于贝叶斯分析的储罐失效概率修正方法研究

为了确定大型地上常压储罐的失效概率,分析了储罐失效数据特点。针对当前风险评价中大型地上常压储罐失效概率并没有以大型地上常压储罐失效样本为基础的情况,提出了用贝叶斯分析方法修正其基本失效概率,并以国外统计数据为样本,采用贝叶斯分析方法对12组储罐的失效概率进行了修正。结果表明:1贝叶斯分析方法以同类失效数据为历史数据估计了先验分布参数,失效数据变异系数变小,降低了失效数据的不确定性;2贝叶斯分析方法修正后失效概率均值更加集中,更新后失效概率有一定程度的提高,中间个别年份失效概率较高,总体上失效概率逐年降低;因此,实际应用中可根据储罐新旧情况选择合适的失效概率值。     

基于模拟的腐蚀管道可靠性分析

腐蚀失效是压力管道失效的主要模式之一。通常采用腐蚀管道剩余强度估算的方法 ,评价腐蚀管道的安全性。腐蚀管道的剩余寿命则采用可靠性理论计算得到。以各种局部腐蚀缺陷的评定方法来建立模拟模型 ,直接采用蒙特卡罗模拟可以计算得到不同时间下的管道的失效概率 ,同时根据目标可靠度来确定腐蚀管道的剩余寿命。含多个腐蚀缺陷的管道的失效概率需要考虑缺陷间的相关性。采用模拟方法可以计算失效概率的秩相关 ,避免采用独立假设来计算管道的失效概率     

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。     

平行钢丝吊索强度安全性分析与评估

评估不同断丝数目时吊索的安全性能.在对某大跨径钢管混凝土拱桥三维有限元实体模型仿真分析的基础上,以拉索在恒载及汽车活载作用下的拉力安全系数为拉索失效判据,建立拉索失效功能函数.确定拉索失效功能函数中各参数的概率分布,采用Matlab计算软件生成各参数的随机样本,进而通过编程实现功能函数的计算机求解.采用Monte-Carlo法(蒙特卡洛法)评估吊索在不同损伤程度时的强度安全概率,计算各工况下吊索强度可靠性指标值并推导出吊索失效的临界断丝数.结果表明,吊索失效概率随断丝数的增加而急剧增大,吊索强度安全可靠性指标值随断丝数的增加近似呈线性衰减趋势.确定吊索失效的临界断丝数对吊索宏观检查和评估具有较大的工程实用价值.     

基于FITNET FFS模型的腐蚀管道失效概率敏感性分析

为了获取影响腐蚀管道失效概率的关键因素及敏感性规律，基于FITNET FFS模型，采用可靠性理论对国内某腐蚀管道的失效概率进行计算和分析。通过全寿命方法计算了腐蚀增长速率，从而得到了与时间相关的腐蚀管道损伤概率模型，并采用蒙特卡罗模拟算法进行求解，得出了不同年限下腐蚀管道的失效概率；采用变异系数法对各影响因素进行参数敏感性分析。研究结果表明:管道直径、壁厚及径向腐蚀速率的分散性对管道失效概率具有双向扰动作用，其机理在于随机变量的分散性和腐蚀速率同时影响失效概率的波动，开始阶段随机变量分散性起主导作用，两者在管道失效概率达到50%会趋于一个平衡状态，之后腐蚀速率起主要支配作用；另外，管材的抗拉强度对腐蚀管道失效概率的影响较屈服强度的影响更大，可靠性分析时采用只考虑屈服强度的强度模型将存在一定的局限性，建议同时考虑管材抗拉强度的影响。     

泥石流冲击下立式储罐失效概率分析

为评估泥石流引发的Natech事故风险,定量分析泥石流冲击对立式储罐的影响,首先建立泥石流作用下储罐的力学简化模型,将泥石流作用下储罐破坏模式分为弯曲破坏、罐体失稳、储罐浮离及储罐滑移;然后基于该分类,分别构建4组极限状态方程;其次基于贝叶斯网络和可靠性理论,建立储罐失效概率计算方法;最后,利用该方法分析计算某事故场景。结果表明:该事故场景下储罐失效概率为81.19%;在泥石流多发区,适当提高储罐充装率及降低大型储罐高径比可有效防控该类事故。     

洪水灾害下化工装置的脆弱性评估

针对洪水灾害下化工装置的脆弱性评估,提出了综合考虑洪水类型、装置结构特征和危险物质泄漏模式的脆弱性定量评估方法。该方法在厘定化工装置结构破坏模式、破坏等级和物质泄漏风险等级的前提下,构建洪水作用下装置的结构极限状态方程,获得结构极限状态曲线和结构失效控制参数阈值,进而得到结构破坏概率和危险物质泄漏频率,并将这两个参数作为洪水灾害脆弱性快速评估指标。以常压立式储罐为分析对象,对上述方法进行详细阐述,并结合实例验证了方法的适用性。结果表明,结构极限状态曲线可以用于快速区分结构安全状态和失效状态,临界装量系数是决定储罐洪水脆弱性的关键工艺参数,随罐壁高度和储液密度增加,洪水灾害脆弱性逐渐降低。     

Dynamic safety analysis of process systems with an application to a cryogenic ammonia storage tank

A method for calculating the dynamic reliability of safety systems and its application to a refrigerated liquid cryogenic ammonia storage tank is presented. The method is based on the theory of Markov chains and can model dynamic phenomena of the process and its safety systems. It offers the capability of modelling realistically the competing process of repairing failed safety systems and the exceeding of safe limits by some critical physical parameters of the process. The results of the Markovian analysis are compared to those of the classical Fault Tree/Event Tree methods and it is shown that the proposed method offers a substantial improvement over the classical approach. The probability of failure from overpressure of a cryogenic ammonia storage tank depends in general on the level of the ammonia in the tank at the time of accident initiation. Assuming a uniform distribution for the ammonia level in the tank, the average upper and lower limits for the failure probability over a year provided by the FT/ET methods span three orders of magnitude [1.4×10⁻¹–1.0×10⁻⁴] depending on whether repair is considered or not. The proposed approach realistically determines this failure probability at 3.3×10⁻³. Additional results from specific levels of ammonia are also provided.     

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。     

管式加热炉的抗震可靠性分析

本提出了管式加热炉的可靠性分析方法，并运用该方法对现行抗震设计出来的管式加热炉进行可靠性分析，验证了该方法的适用性，均得到比较满意的结果。     

模糊事故树在分析氯乙烯单体槽爆炸风险中的应用

在对氯乙烯单体槽爆炸事故构建事故树的基础上,根据现场设备实际运行状况的统计及依据专家经验所提供的模糊信息,运用模糊事故树理论,引入L-R型模糊数,应用其尖态型隶属函数,对氯乙烯单体槽进行了模糊可靠性分析,求出了氯乙烯单体槽爆炸事故的模糊概率可能性分布;并利用结构重要度系数近似值法对其进行结构重要度分析,运用对事故树底部事件进行排序分级的加权结构重要度分析法,确立了影响系统的最主要因素,为系统安全分析提供了新的方法和途径。     

浮顶储罐导电片间隙放电危险性研究

储罐在实际运行中,受浮盘的上下移动、机械应力、老化、油污、金属腐蚀等因素的影响,很难确保导电片与罐壁紧密贴合,容易形成微小间隙,在这种情况下遭受雷击易产生间隙放电,出现打火现象.为了分析导电片与储罐罐壁导电片产生间隙放电的危险性,根据Townsend气体放电理论计算了导电片和储罐罐壁间的击穿电压,采用1.2/50μs冲击电压波开展了导电片间隙放电实验,分析了导电片击穿电压与空气间隙距离的关系.结果证明:当导电片和罐壁贴合不良时,导电片和罐壁之间极易产生火花放电;当空气间隙d=0.1cm时,平均空气击穿电压仅为5280V;随着间隙的增大,空气击穿电压也随之增大;导电片间隙放电实验数据与Townsend气体放电理论值吻合.最后,根据以上结论,针对浮顶储罐导电片间隙放电的危险性,提出了改进措施.     

Determination of the critical length of the crack-like flaws and its effect on safety

Methodologies of API 579 have been widely accepted as the de-facto standard guideline for fitness for service assessment on crack-like flaws in pressure equipment. For different purposes and needs, the evaluation is divided into three levels, from critical length estimation in level 1, use of the failure analysis diagram (FAD) in level 2, to performing finite element stress analysis in level 3, that is from simplified to accurate. It is generally considered safe as long as the crack is smaller than the critical crack, but not all of them are actually the case. Therefore, it is very important to study the physical meaning behind the critical crack and understand the conservativeness of it.In this study, numerous examples of critical cracks determined according to API 579 Level 1 were put into Level 2 analysis for comparison. Each case is mapped onto the FAD of level 2 analysis to see its position and distance from the borderline between safe and danger zones. A huge amount of examples covering the majority of possible scenarios, including the geometry, thickness, inner diameter, pressure and half-length of the flaw, depth of the crack, crack tip and crack bottom, as a whole, there are 960 cases to be analyzed.Results show that cracks on the circumferential direction of the cylindrical and spherical vessels are distributed tightly in a small area far from the borderline on the FAD diagram. In these cases, the vessel is actually not as dangerous as the critical crack implies, since most of the points lie quite far from the danger zone. As for the longitudinal cracks of a cylindrical vessel, the results are scattered around, and three data points are located outside the allowable zone. The peculiar results are partly due to a discrepancy of interpolating procedure as the influence coefficient is being computed. Through this study, it is also found that the cumbersome process of estimating the critical crack length can be greatly simplified for longitudinal cracks in a cylindrical vessel.     

原油储罐基础沉降在线监测与安全性研究

为满足我国各地原油储备及周转需要，油田企业建设有大型原油储罐。部分储罐随着服役年数的增加，出现由于储罐地基的不均匀沉降而导致的罐壁变形，进而浮盘不能自由升降的现象。通过对储罐基础实测沉降数据建立储罐有限元模型，由计算结果分析研究基础沉降储罐的结构响应，并提出该储罐的安全运行液位，可为使用年限较久的储罐的安全评估提供一定的指导。     

油气井井筒系统可靠性评价方法与应用

为了保障油气井尤其是高温高压含腐蚀性流体油气井的安全长效生产，针对油气井井筒结构设计的可靠性开展研究。利用可靠性原理，通过分类分析典型油气井井筒部件构成，开展井筒可靠性定量分析方法设计，建立了油气井井筒系统可靠性框图和井筒部件、系统可靠性定量分析数学模型；采用该分析方法对Y油田进行井筒系统可靠性定量估评，估评结果表明:如果采用针对性的措施工艺设计，该油田井筒系统可靠度在投产十年后为0.794 8，与常规设计相比可靠度提高165.64%；评估结果可为Y油田井筒系统设计提供参考；从应用情况来看，与预计情况相符。     

表土厚度对浅埋工作面采空区自燃的影响规律

鄂尔多斯地区的煤层埋藏浅,表土层厚度对地表漏风影响明显,继而导致采空区的自燃危险区域发生变化。为此以某煤矿4201工作面为研究对象,先通过二维离散单元程序UDEC模拟确定地表与采空区连通时的表土层厚度范围,再根据该模拟结果建立不同表土层厚度条件下的采空区漏风模型,用Fluent数值模拟软件对采空区自燃危险区域进行模拟。结果表明:当采空区上覆基岩厚度一定、表土厚度小于74 m时,煤层开采后地表裂隙会与采空区连通,从而导致地表漏风;表土层厚度越小,采空区自燃危险区域的范围和地表漏风量就越大,两者近似呈对数函数关系;地表漏风不但使采空区自燃危险区域的范围明显增大,而且使回风侧宽度大于进风侧宽度。     

基于区间分析的履带起重机结构非概率可靠性研究

臂架结构作为履带起重机的重要部件,其结构的强度、刚度和稳定性决定了整个起重机的安全性和使用性能。为了预测履带起重机臂架结构的可靠度,采用区间非概率研究履带起重机的可靠性,只需知道不确定参量的界限而不需知道其分布情况,就能求出各功能函数的可靠性指标;将履带起重机臂架的额定起重量、起升载荷偏摆角度、起升冲击系数等不确定参量看成区间变量,建立了以臂架强度、刚度、整体稳定性为失效模式的可靠性分析模型;将区间变量标准化,在标准化区间变量的扩展空间中,按无穷范数度量从坐标原点到失效面的最短距离,以此来判断结构的非概率可靠度。最后,用该模型对现有某型号履带起重机臂架进行了可靠性分析,结果表明,用该方法得到的履带起重机区间非概率可靠度η1,符合实际情况。