弱顶储罐安全性研究

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石化行业储罐中多储存易挥发、易燃易爆等物质,当这些物质遇到点火源并达到爆炸极限后就会引发火灾爆炸,造成巨大的安全隐患和经济损失。基于固定顶储罐意外超压容易导致罐体整体失效破坏的缺陷,储罐通常被设计成弱顶结构,其优势在于意外超压下罐顶位置掀开,避免了罐体整体报废的风险。但该起事故的弱顶储罐发生罐底提离,罐体报废,并没有按照人们的预期在罐顶位置掀开。鉴于弱顶储罐的发展历史较短,相关研究成果有限。弱顶储罐是否存在缺陷,还有待进一步研究。因此研究弱顶储罐的安全性具有十分重要的现实意义。本文的主要内容及结论如下:(1)以典型储罐爆炸事故为背景,进行事故树分析。找出导致储罐爆炸的46种故障模式,并通过事故树结构重要度的排序,得到:阀门密封失效、法兰密封失效、罐体破损和误操作引起的罐内介质泄漏是导致储罐爆炸的主要影响因素。(2)超压工况下弱顶储罐破坏位置的影响因素为:超压形式和储液高度。物理超压下,表现为罐顶破裂;燃爆超压下,与储液高度有关。当储液高度不低于最高液位的1/2时,表现为罐顶破裂;当储液高度低于最高液位的1/2时,表现为罐底破裂。(3)采用TNT当量法,对5000m~3粗苯储罐在不同液位状态下的蒸气云爆炸后果定量分析,储液高度分别是最高液位的1/2、2/3、3/4、4/5、5/6。分别计算蒸气云爆炸导致罐顶破裂和罐底破裂后的各级损伤半径的大小。结果表明:与罐底破裂相比,罐顶破裂造成的损失更接近各级损伤半径的最小值。(4)依据GB50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计标准》设计弱顶储罐。采用TNT当量法,计算内爆载荷下,不同液位的储罐薄弱位置处冲击波超压值的相对大小。结果表明:当储液高度接近最高液位的3/4时,超压值最大。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-17页
    1.1 选题背景及意义第10-12页
        1.1.1 课题研究背景第10-11页
        1.1.2 课题研究意义第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-16页
        1.2.1 储罐爆炸研究现状第12-14页
        1.2.2 储罐超压破坏研究现状第14页
        1.2.3 弱顶储罐研究现状第14-16页
    1.3 课题主要研究内容第16-17页
2 燃烧爆炸的理论基础第17-30页
    2.1 燃烧爆炸的基本概念第17页
        2.1.1 燃烧第17页
        2.1.2 爆炸第17页
        2.1.3 燃烧爆炸的区别与联系第17页
    2.2 爆炸的类型、特点及其危害第17-20页
        2.2.1 爆炸的分类第17-19页
        2.2.2 爆炸的特点第19-20页
        2.2.3 爆炸的主要危害第20页
    2.3 储罐爆炸事故成因分析第20-22页
        2.3.1 储罐内部爆炸事故成因分析第20-21页
        2.3.2 储罐外部爆炸事故成因分析第21-22页
    2.4 储罐爆炸事故树分析第22-29页
        2.4.1 事故树分析法第22-23页
        2.4.2 事故树的构成第23-24页
        2.4.3 事故树的建立第24-26页
        2.4.4 事故树定性分析第26-29页
    2.5 本章小结第29-30页
3 弱顶储罐内部超压研究第30-38页
    3.1 超压理论第30-31页
        3.1.1 超压准则第30页
        3.1.2 冲量准则第30页
        3.1.3 超压-冲量准则第30-31页
    3.2 储罐内部超压形成机理第31-32页
    3.3 储罐失效破坏的主要形式第32-34页
        3.3.1 顶壁连接处失效第33页
        3.3.2 底壁连接处失效第33-34页
        3.3.3 罐壁失效第34页
        3.3.4 储罐燃爆超压后的失稳现象第34页
    3.4 储罐失效破坏影响因素分析第34-35页
        3.4.1 储罐超压形式第34-35页
        3.4.2 储罐内液位高度水平第35页
    3.5 储罐超压经验公式第35-37页
    3.6 本章小结第37-38页
4 粗苯储罐蒸气云爆炸后果定量分析第38-46页
    4.1 蒸气云爆炸理论第38-41页
        4.1.1 TNT当量法第38-39页
        4.1.2 TNT当量法特点第39页
        4.1.3 蒸气云爆炸定量评价第39-41页
    4.2 粗苯储罐蒸气云爆炸后果定量评估实例分析第41-45页
        4.2.1 粗苯的基本特性第41页
        4.2.2 实例分析第41-45页
    4.3 本章小结第45-46页
5 内爆载荷下储罐薄弱位置处压力的简化计算第46-54页
    5.1 储罐强度破坏理论分析第46-47页
    5.2 储罐强度破坏解析计算第47-50页
        5.2.1 储罐内气相空间体积计算第47-49页
        5.2.2 储罐内可燃气体爆炸压力计算第49-50页
    5.3 弱顶储罐破坏条件分析第50-51页
        5.3.1 在动压作用下的储罐材料性能变化分析第50-51页
        5.3.2 储罐强度破坏条件分析第51页
    5.4 不同液位状态下储罐爆炸超压计算第51-53页
        5.4.1 立式拱顶储罐的弱顶设计要求第51-52页
        5.4.2 确定储罐基本参数第52页
        5.4.3 不同液位状态下储罐爆炸超压计算第52-53页
    5.5 本章小结第53-54页
6 结论与展望第54-56页
    6.1 结论第54页
    6.2 创新点第54-55页
    6.3 展望第55-56页
参考文献第56-60页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果第60-61页
致谢第61-62页
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