地基沉降下油罐罐壁的变形分析

储罐地基沉降常引起罐壁的几何变形,严重危害储罐的运行安全。基于地基沉降的实测数据,采用有限元方法研究地基沉降下大型浮顶石油储罐的结构变形响应。有限元模型中,综合考虑了环墙式地基、加强圈及肋板、抗风圈及支撑、包边角钢等实际结构,以及材料特性对罐壁变形的影响。采用Fourier级数将储罐地基沉降的实测离散数据拟合为若干阶谐波组合的形式,模拟地基单次谐波沉降对罐壁变形的影响,在此基础上,提出地基组合谐波沉降在最高液位下引起的罐壁径向变形公式,并与有限元仿真计算结果进行对比,结果表明,两者吻合较好,此拟合公式可普遍用于工程实践中10×10~4m~3大型储罐地基沉降引起的罐壁变形计算,评估在役储罐的运行安全。     

石化企业储罐高液位运行风险分析与防护系统建设探讨

针对炼化企业低负荷运行导致的储罐高液位储存问题,全面分析了近些年国内外储罐火灾爆炸事故,指出高液位运行储罐应重点防范储存汽油、原油等易燃轻质油品的固定顶储罐和浮顶储罐全面积火灾、群罐火灾;储罐因高液位运行造成的风险增加主要体现在上游轻组分因生产波动容易进罐、雷击、冒罐溢油、浮盘沉没或卡盘、因地震罐体坍塌、硫化物自燃、因...     

大型原油储罐火灾多米诺效应概率计算模型及应用

随着油品储罐区规模的不断扩大,近年来多储罐火灾事故呈上升趋势。现有的储罐防火间距是在以往事故经验的基础上设定的,通过罐组内的火灾多米诺效应概率计算,可从风险的角度为罐组内储罐防火间距的设定提供理论依据。通过综合考虑火灾环境下受辐射储罐失效时间和着火储罐火灾得到控制时间,确定了罐组内火灾多米诺效应的判定原则,并在火灾得到控制时间模型和储罐失效时间模型的基础上建立了火灾多米诺效应概率计算模型。以2万立外浮顶原油储罐为例进行模拟计算,得出在现行标准给出的防火间距下,发生罐组火灾多米诺效应的概率为3.94×10-8/a-1,属于可接受风险,为罐组内储罐的合理布局提供了理论依据。     

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。     

常压储罐罐顶结构力学性能分析

立式圆筒形储罐带肋拱形顶板为自支承式结构,工程中的失稳现场多发于该类结构。通过对某炼化厂不同规格储罐的带肋顶板建立有限元数值模型,分别进行线性静力分析、特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,结合数值仿真结果,分析研究带肋顶板的强度和稳定性等力学性能,并从设计、检验和运行维护角度给出相关建议。分析结果表明,不同尺寸储罐带肋拱形顶板结构受力最大位置均出现在顶板边缘附近,设计许用载荷作用下罐顶板处于低应力状态。随着罐顶结构尺寸的增加,罐顶稳定性问题成为结构失效的主要考虑因素。     

LNG火灾事故下相邻储罐水喷淋热辐射防护研究

为研究LNG储罐火灾事故下水喷淋对相邻储罐的热辐射防护影响,以某LNG罐区为研究对象,基于动态火灾仿真软件FDS建立LNG水喷淋冷却防护下火灾仿真模型,研究喷淋流量和风速对热辐射防护的影响,并对火灾热辐射导致罐壁钢材热应力失效进行分析。结果表明,水喷淋可以有效降低相邻储罐接收到的热辐射值,热辐射防护效率随着喷淋流量的增加相应提高,总体保持在30%～40%;同时水喷淋装置能有效延长罐壁因热辐射导致升温发生热应力失效的时间,但随着风速的增加,整体热应力失效的时间明显缩短;最不利点的喷淋流量应基于火灾应急响应时间进行设计。     

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。     

大型原油储罐泄漏隔堤池火灾后果研究

为了研究储罐大孔泄漏后可能产生的隔堤局部面状液池火灾,以10万立方大型原油储罐为例,采用计算流体力学软件FLUENT和火灾模拟软件FDS计算储罐在真实泄漏场景下的液池区域,模拟发生隔堤池火的分布特征及对临罐热辐射影响。研究结果表明:储罐原油泄漏后将在隔堤内形成相对稳定面积的液池,在储罐不同方位处泄漏形成的液池面积与储罐壁距雨水收集槽长度相关;储罐正下方的隔堤池火对储罐造成的热辐射极大;风对临罐受到的池火热辐射强度影响明显,指向罐组中心方向的来风对临罐热辐射强度影响较大。     

火灾影响下储罐热后屈曲行为分析

研究了火灾影响下立式钢制储罐的热后屈曲行为。基于固体双层火焰模型,首先利用有限元分析软件Abaqus计算目标储罐的温度场分布,然后将温度场作为结构分析中的热载荷,通过人工阻尼法求解储罐的热后屈曲行为。在不同的环境因素下,根据罐壁径向位移幅度与壁厚的比值来判别热后屈曲行为对罐体造成的破坏,同时利用耐火时间来判断不同因素对热后屈曲行为的影响。结果表明,罐体的变形程度与风速和源罐直径成正比,与储罐间距成反比。储罐合理的排列布置,能够增大储罐的耐火时间,并且提高最低临界屈曲温度,防止热后屈曲行为的发生。该研究对于避免火灾险情的升级和扩大,防治罐区多米诺效应具有指导作用。     

浮顶储罐二次密封油气空间放电分析

为避免浮顶储罐在遭受雷击时由于导电片设施在二次密封油气空间中放电引起密封圈火灾,在实验室建立了2 m直径油罐模型,开展导电片火花放电起始电流试验、导电片与罐壁形成空气间隙击穿放电初始电压试验,系统研究导电片在二次密封油气空间中的放电危险性。试验结果表明:导电片靠自身弹性与罐壁贴合时,雷电流大约在400 A时导电片开始产生点燃性火花放电;如导电片与罐壁贴合不良形成空气间隙,雷击情况下雷电流泄放瞬时浮顶与罐壁之间的电位差足以使一定大小的间隙击穿放电,当间隙大小为20~30 mm时,放电电压为26~40 kV。因此,储罐在遭受雷击时,导电片火花放电现象不可避免。结合储罐的实际运行情况,提出取消二次密封导电片、液下刮蜡器与浮顶进行可靠电气连接的改进措施,避免导电片在二次密封油气空间中放电发生,大大降低浮顶储罐雷击火灾事故。     

氯乙烯储罐注水堵漏腐蚀风险的预测方法研究*

为更好地解决氯乙烯储罐注水堵漏可能导致储罐发生腐蚀泄漏的实际问题,提出1种基于ASPEN和神经网络的氯乙烯储罐注水堵漏腐蚀风险的预测方法。运用ASPEN流程模拟软件,对氯乙烯储罐注水堵漏工艺进行模拟,得到不同泄漏孔径下注水速率和HCl浓度的关系;以HCl浓度作为导致腐蚀的主要影响因素,对不同种钢材进行挂片腐蚀实验;结合神经网络分析,得出HCl浓度与腐蚀速率之间的拟合式,预测储罐腐蚀情况。结果表明:神经网络预测结果平均相对误差7.63%,随注水速率的提高,HCl浓度变化呈下降趋势,腐蚀速率变化呈下降趋势;在等效泄漏孔径24 mm、注水速率0.87 m/s时,Q345R腐蚀速率13.93 mm/a,20#腐蚀速率10.48 mm/a,201不锈钢腐蚀速率7.09 mm/a为3者中最低,但此工况下,201不锈钢有点蚀倾向,储罐易发生穿孔,故201不锈钢不宜用作氯乙烯储罐母材,并提出对《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》的修订建议。     

A failure analysis of fillet joint cracking in an oil storage tank

This paper has studied failure of an oil storage tank. During operation, several cracks were observed at the fillet weldment between reactor shell and annular plates in the bottom of oil storage tank. Extreme stresses in the structure during its operation were determined taking into account shape and geometry imperfections as well as corrosion influence. Both reactor shell and annular plates are made of carbon steel (SM53C). In this study, in order to identify the causes for the fillet weldment cracking, failure analysis such as fractography, tensile test, hardness test, corrosion test(SSRT), chemical analysis was performed. The failure of oil storage tank is the result of the combined and synergistic interaction of mechanical stress and corrosion reactions. Although cracks were initiated by corrosion, failure was generated by propagation of crack caused by stresses concentration. It was recommended that (1) the local stresses be reduced by improved weld toe geometry, and (2) the reinforcement be used in order to avoid failure by stresses concentration.     

Analysis of pitting corrosion on steel under insulation in marine environments

Corrosion under insulation (CUI) is an important issue in marine environments. Pitting corrosion is a significant contributor to this issue. The ability to understand and model pitting behavior is integral to designing and maintaining assets in marine environments to decreased costs and increase safety and productivity. This paper reviews and analyses six categories of pitting knowledge to assess the current depth and breadth of understanding and to identify knowledge gaps in each category. The categories investigated are: identification of pitting, experimental methods, mechanism of pitting, modeling of pitting corrosion rates, remaining life assessment modeling, and risk-based inspections. This analysis finds that the depth of knowledge on pitting corrosion rate modeling and pitting mechanism is limited and requires further detailed study. The outcome of such study will strengthen pitting corrosion rate modeling, the accuracy of fitness-for-service assessments and risk-based inspection strategies.     

拱顶储罐气相层惰化过程数值模拟及工艺参数研究

针对油罐在检测、维修前须先将气相层可燃气体用氮气惰化到安全浓度,现场凭经验操作效率低且难以掌握氮气合理用量,容易造成氮气浪费或达不到安全浓度引发事故的问题,为确保惰化过程的安全经济,以常见拱顶储罐为例,首先利用改进后的公式法得出多组分可燃气体惰化效果评价指标;然后根据所得指标采用仿真对储罐气相层惰化过程进行数值模拟,并验证了仿真结果的正确性;最后采用仿真计算方法开展储罐气相层氮气惰化工艺参数的影响研究。研究结果表明:惰化效率与进口压力无关,只随进口流速变化,且大于1 m/s流速后,惰化效率已显著变化,此时可以增加进口管道数量,进一步提高惰化效率。理论研究结果可为现场实施提供参考和指导。     

基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计

为了研究大型储罐事故后果的严重性，针对大型储罐火灾爆炸试验难以实施的情况，以虚拟现实技术为研究手段，重现大型储罐火灾和爆炸事故过程；通过对储罐火灾和爆炸事故进行理论分析，优选出大型储罐火灾爆炸事故后果数学模型；基于某商业原油储备库布置，利用3Ds Max软件对库区进行建模，结合Qt界面编写技术和OSG粒子效果技术进行交互式设计，划分火灾和爆炸2大仿真模块，设计各模块下属基本功能，形成1套基于真实场景的大型储罐火灾爆炸事故后果三维仿真模拟软件。研究结果表明:基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件具有较强的沉浸感和交互性等特点，能够实时仿真大型储罐火灾爆炸事故动态演变过程，降低大型储罐火灾爆炸试验成本，同时为制定事故应急预案和应急处置措施提供科学参考。     

危化品储罐区多灾种耦合效应风险分析

基于危化品储罐区内发生的多米诺效应,以单灾种引发的多米诺事故研究为基础,根据物理学中的触发器原理解释多灾种耦合引发储罐区其他罐体失效的场景,并提出基于物理学理论的多灾种耦合效应模型;基于一储罐区实例分别建立在火灾、爆炸情况下罐区的灾害扩展网络图,并通过无量纲化处理得到综合灾害扩展网络图;分析储罐区在多储罐受灾情况下的灾害扩展情形,得到当D1,D2发生灾害时,D4,D5灾害扩展概率最大;当D1,D8发生灾害时,D4灾害扩展概率最大,建立了多灾种耦合效应的关联图。研究结果对化工园区多灾种耦合的后果预测评估具有指导意义,有助于减少危化品储罐区多米诺效应的发生以及强化危化品储存的安全基础。     

Development of HGAPSO-SVR corrosion prediction approach for offshore oil and gas pipelines

Managing the oil and gas pipelines against corrosion is one of the major challenges of the oil and gas sector because of the complexities associated with the initiation, stabilization, and growth of the corrosion defects. The present research attempts to develop a model for predicting the maximum depth of pitting corrosion in oil and gas pipelines using SVM algorithm. In order to improve the SVM performance, Hybrid PSO and GA was utilized. Monte Carlo simulation was used to determine the time lapse for the pit depth growth. In order to implement the above modeling approaches and to prove their efficiency and accuracy against a large database, a total of 340 data samples for corrosion depth and rate are retrieved from the Iranian Oilfields. The performance of the new algorithm shows that it has higher stability and accuracy. In addition, the forecasting results of the new algorithm are compared with the 11 intelligent optimization algorithms, it shows that the novel hybrid algorithm has higher accuracy, better generalization ability, and stronger robustness. The coefficient of determination (R²) value in the testing phase for SVM-HGAPSO was estimated by 0.99. Proposed hybrid model and Monte-Carlo simulations pitting corrosion based on Poisson square wave process have been used to predict the time evolution of the mean value of the pit depth distribution for different categories of maximum pitting rates (low, moderate, high and sever). The models was validated with 4 field data for each of the pitting corrosion categories and the results agreed well. The pipelines under severe pitting corrosion rate were, more conservatively predicted by HGAPSO-SVR than those under low, moderate and high pitting corrosion rates. The results obtained demonstrate the potentials of this technique for the integrity management of corroded aged pipelines.     

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。     

304L不锈钢废水管线腐蚀泄漏失效分析

某304L不锈钢废水管线使用30天左右即发生腐蚀泄漏.采用宏观检验、化学成分分析、金相检验、电镜观察、三氯化铁试验等分析方法,对该废水管道的腐蚀泄漏进行失效分析.分析结果表明,该不锈钢管线所通的废水中含有高浓度的Cl-,且试运行后一直未使用,最终在管内残留废水的作用下发生了点蚀穿孔.     

基于改进PSO-BPNN的输油管道内腐蚀速率研究

为解决输油管道易腐蚀,且腐蚀程度难以测量的问题,提出使用改进的粒子群算法（PSO）优化误差反向传播神经网络（BPNN）对输油管道内腐蚀速率进行预测。改进的PSO算法提升了自身搜索到全局最优的能力,可为BPNN提供最优初始权值和阈值,从而有效避免BPNN易陷入局部最优的问题发生。以某条输油管线为例,分别运用标准的BPNN模型、PSO-BPNN以及改进的PSO-BPNN对该管线内腐蚀速率进行预测。结果表明:基于改进的PSO-BPNN的预测结果平均相对误差为5.57%,预测精度较BPNN和PSO-BPNN有明显提升。使用改进的PSO-BPNN预测输油管道的腐蚀速率可为管道的检测维修提供可靠的理论和技术支撑。