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。     

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。     

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。     

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。     

爆炸冲击下钢制浮顶储罐破坏的数值模拟

为获得大型钢制浮顶式储罐结构在爆炸冲击作用下的破坏机制,采用理论分析、缩比模型爆炸模拟试验与数值模拟结合的方法,研究浮顶储罐结构的破坏特征和内力变化过程。结果表明:由于爆炸冲击波的瞬间冲击作用,罐壁沿环向形成巨大的压缩内力,迎爆面罐壁顶部屈服导致罐体失稳破坏;浮顶罐的结构破坏经历了弹塑性动力响应过程,最终形成迎爆面罐壁的内凹塌陷和屈曲变形;并且,罐壁的内力以拉压力和产生弯矩的内力为主,但拉压作用更为明显,罐壁沿其环向处于受压状态,沿轴向处于受拉状态。     

原油储罐腐蚀分析及防护措施

针对储油罐中原油含水、硫酸盐还原菌等腐蚀性介质加速储罐腐蚀发生穿孔的问题,对油罐底板及底圈壁板内外表面腐蚀的原因及机理进行了分析。结合张天渠油田联合站原油储罐实际情况,对储油罐底板、底圈壁板内外表面及罐底边缘板实施了有效的防护措施,降低了储罐的腐蚀速率,延长了油罐检修周期。     

储罐壁板缺陷的漏磁场信号研究

为实现储罐壁板腐蚀缺陷检测,保障储罐安全运行,开展罐壁腐蚀缺陷漏磁检测技术研究。基于漏磁检测原理,利用ANSYS仿真分析在壁板外侧周向励磁与轴向励磁方式下,不同位置(内壁、外壁)不同形状(圆柱形、圆锥形、半球形)的罐壁腐蚀缺陷漏磁场信号;并在实验室条件下开展缺陷检测试验,对仿真结果进行验证。研究表明:试验与仿真结果相同,周向励磁和轴向励磁2种励磁方式下所产生的缺陷漏场信号无明显差异;缺陷均能被检出;外壁缺陷的漏磁场信号强于内壁缺陷;缺陷直径、深度相同时,体积越大漏磁场信号越强。     

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。     

地基沉降条件下储罐结构响应模型对比分析

通过采用傅里叶分解方法,对储罐基础实测沉降数据进行处理,建立3种不同储罐有限元模型进行计算,根据计算结果分析地基沉降条件下储罐的结构响应,通过对比对3种储罐模型进行了评价。所得结论可为保障储罐安全运行提供参考。     

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、因罐底高应力造成罐壁坍塌、灭火难度大等方面;基于系统化理念,从工艺技术、安全管理和应急防护三方面提出了14项措施加强高液位储罐的安全防护。     

新建草莓沟2号隧道近接下穿既有隧道施工安全影响分析

为探明新建草莓沟2号隧道近接下穿施工对既有盘道岭隧道整体结构的安全影响,基于Peck公式和温克尔弹性地基梁理论建立数值模型,对既有隧道受下穿施工影响的变形沉降和应力增量变化进行研究.结果表明:既有隧道结构在下穿隧道施工的影响下产生竖向和横向位移,且横向位移变形较竖向更为明显,结构的最大沉降量为1.33 mm,远小于沉降...     

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。     

考虑非均匀地基原水管道受力特征模型试验研究

为了解决上海市长江引水三期非均匀地基区间管道爆管问题,采用缩尺试验研究非均匀地基条件下原水管道受力变形特征,针对非均匀地基的密实度和长度进行逐级划分,并设计不同的试验工况研究管道的受力特征。结果表明:管道下方非均匀地基的密实度对管道所受应力有较大影响,即密实度越高,应力值越低,管底处的应力受密实度和非均匀地基长度的影响最大。非均匀地基区域边缘处截面应力与管道中央截面应力相比,非均匀地基长度为1D时,截面Ⅰ上测点的应力值与截面Ⅱ的应力值大小相近,而在1.5D和2D长度条件下,呈现出截面Ⅰ的应力值高于截面Ⅱ的规律。研究成果对非均匀地基区域的原水管道运营维护具有重要的指导作用。     

爆炸碎片撞击立式储罐数值模拟

爆炸碎片引发的事故是一种常见的化工园区多米诺效应事故形式。建立了立式拱顶罐的半结构模型以及球体、立方体、圆锥体三种形状的爆炸碎片模型,利用数值模拟,研究储罐在不同形状、速度、入射角的碎片撞击下破坏失效规律,以期更为准确地指导目标设备在多米诺效应事故参数影响下的风险评估。结果表明:罐壁Z轴方向最大位移绝对值随着碎片撞击速度的增大而降低,在相同碎片撞击速度相同的情况下,立方体碎片造成的罐壁Z轴方向最大位移绝对值最大;罐壁贯穿后的孔洞等效直径随入射角的增大而增大,碎片剩余速度随入射角的增大而减小;立方体碎片在贯穿罐壁过程中速度衰减最显著,所需贯穿能量最大。     

交通荷载作用下饱和软基的模型试验及变形分析

采用自行研制的油压式循环加载系统室内模拟交通荷载的作用 ,对饱和软粘土地基的变形性状进行了大比尺的室内模型试验 ;考虑了饱和软基的固结状态、循环应力比的大小对竖向永久变形的影响 ;得出了饱和软粘土地基的临界循环应力比和竖向永久变形及孔隙水压力随加荷周数和固结状态的变化规律 ;模型试验及变形分析研究 ,对交通荷载下饱和软基的工后沉降计算具有重要参考价值。     

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。     

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。     

地表夯击载荷作用下埋地管道力学分析

为研究地基强夯作业中夯击载荷对埋地管道力学性能的影响,基于有限元原理建立了夯锤-管道-围土耦合三维模型,分析了夯击过程中管道截面变形及所受冲击力变化规律,研究了管道壁厚、夯击速度、夯锤体积对管道应力、应变及变形的影响规律。结果表明:夯击载荷下的管道所受冲击力为脉冲型,且随时间推移逐渐降低为0,最大冲击力随管道壁厚、夯击速度、夯锤体积增大而增大;管道最大等效应力、高应力范围及最大等效塑性应变随壁厚增加而减小,但随夯击速度或夯锤体积增大而增大;随着夯击速度、夯锤体积增大,管道截面变形率（椭圆度或凹陷率）逐渐增大,但其随壁厚增加而减小。     

基于谐波沉降的管道力学分析*

为避免地面沉降引发的油气管道事故,研究沉降管道的力学特性,提出基于谐波沉降的管道力学评估方法。以中国石化某沉降管道为研究对象,通过现场测量的方法获得沉降区管道高程,利用傅里叶级数展开对不均匀沉降数据进行处理分析,获得管道谐波沉降的拟合函数。建立ANSYS有限元模型,采用土弹簧模型模拟非沉降区管道与土体相互作用关系,将谐波沉降作为位移载荷施加到沉降区管道,对含内压管道的沉降进行数值模拟,分析其应力、应变分布规律。结果表明:沉降与非沉降交界处管道应变及应力最大,基于应变的评估准则,管道运行状态为安全,为应急响应提供支撑。     

喷射火灾环境下LPG储罐热响应规律模拟研究

为研究喷射火灾环境下,热流密度和受热位置两个主要外界因素对LPG卧式储罐热响应规律的影响,利用CFD软件建立喷射火灾环境下LPG卧式储罐热响应模型,以Birk等人的现场火灾实验来验证模拟模型的有效性。结果表明:储罐压力上升与热流密度成正比;在高热流密度情况下,热流密度的变化对罐内液相温度影响较小,最高温差为22 K,然而对罐壁温度和气相温度影响较大。高热流密度侵袭储罐时,加热位置对罐内压力影响较小,液相介质的汽化作用对压力上升起主导作用;不同加热位置对储罐热响应影响程度从大到小依次是:气液两相同时受热,封头部位受热,储罐底部受热。