【摘要】：隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,安全與環(huán)境要求的日益嚴格,化工園區(qū)已然成為化學(xué)工業(yè)發(fā)展的主流模式,它在帶來巨大經(jīng)濟效益的同時,也帶來了較高的安全風(fēng)險問題。由于化工園區(qū)設(shè)備布置相對集中,一旦發(fā)生設(shè)備的爆炸,產(chǎn)生的爆炸碎片往往成為化工園區(qū)引發(fā)多米諾爆炸事故的重要原因。多米諾事故是源目標發(fā)生破壞失效時產(chǎn)生的熱輻射、沖擊波與碎片等危害因素而影響臨近裝置的現(xiàn)象。一旦引發(fā)臨近裝置的失效破壞造成區(qū)域內(nèi)的連鎖反應(yīng),其造成的破壞規(guī)模和經(jīng)濟損失將遠超單個源目標失效破壞所造成的損失。因此,對儲罐設(shè)備在受到爆炸碎片撞擊時的動力學(xué)響應(yīng)特性開展系統(tǒng)的研究,為其失效與風(fēng)險評估提供理論基礎(chǔ),具有重要的工程意義和理論價值。本文主要應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了工程上常用的球罐結(jié)構(gòu)與立式儲罐封頭結(jié)構(gòu)在碎片撞擊下的動力學(xué)響應(yīng)特性。論文首先對球罐結(jié)構(gòu)在爆炸碎片撞擊下的動力學(xué)過程進行了數(shù)值模擬研究,得到了球罐結(jié)構(gòu)在碎片撞擊下的撞擊變形過程與規(guī)律(未穿透狀態(tài))。通過改變碎片形狀、撞擊速度、撞擊角度、轉(zhuǎn)速、質(zhì)量以及罐體內(nèi)壓等主要影響因素,系統(tǒng)研究分析了各因素對球罐撞擊變形的影響程度,模擬結(jié)果表明:不同形狀的爆炸碎片撞擊球罐將導(dǎo)致不同的撞擊效果,同等條件下立方體碎片對球罐的撞擊變形最大,球體碎片最小。球罐在受到碎片撞擊變形過程中,罐體內(nèi)壓力有助于提高球罐的穩(wěn)定性。碎片以不同的入射角撞擊球罐將導(dǎo)致不同的撞擊效果,在0~60°的范圍內(nèi),隨著入射角的增大,碎片對球罐的撞擊位移逐漸減小。當碎片以飛行方向為旋轉(zhuǎn)軸時,碎片轉(zhuǎn)速對球罐罐壁撞擊位移影響并不明顯。在發(fā)生貫穿現(xiàn)象時,破孔形狀大小與碎片對球罐的最大投影面密切相關(guān),并且球體碎片造成的凹陷影響范圍最大。隨著撞擊角度的增加,破孔部位水平和豎直方向的距離均逐漸增大,但豎直方向的距離增幅較大。對不同壁厚的儲罐貫穿能量的研究表明,儲罐的臨界貫穿能量與壁厚存在較好的指數(shù)關(guān)系。同等條件下,壁厚越大,其所需的臨界貫穿能量越高。其次,考慮到工程實際中圓筒形儲罐封頭受碎片打擊的可能性較大,論文對立式圓筒形儲罐的封頭受到爆炸碎片撞擊時的動力學(xué)過程進行了數(shù)值模擬研究,對其撞擊變形過程及封頭內(nèi)徑、長短軸之比以及撞擊部位等主要影響因素對其撞擊變形的影響進行了分析。結(jié)果表明:在相同工況條件下,封頭長短軸之比對抵抗碎片撞擊變形能力影響較大,長短軸之比越大,碎片越容易擊穿封頭。封頭內(nèi)徑變化對抵抗碎片撞擊變形能力影響相對較小。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.221
【圖文】：

罐具有非常大的危險性，保證儲罐的安全顯得尤為重要。薄殼結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中的重要組成之一，在空間中呈三維受力狀態(tài)。薄有很多優(yōu)勢如受力合理、自重輕、造價低以及結(jié)構(gòu)形式多樣化等，在國跨空間結(jié)構(gòu)如車站、體育場館、展出中心、機場、影劇院、飛機庫、大工廠車間、煤棚與倉庫等建筑中應(yīng)用廣泛[4]。儲罐作為一種典型的薄殼結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如石油、液、糧食、水泥等各種液體和固體的貯備。其中，石油化工業(yè)中的鋼制儲常見[5][6]。石油作為世界經(jīng)濟發(fā)展的重要資源，儲備有限的石油資源已濟發(fā)展及應(yīng)對重大政治、經(jīng)濟危機的重要戰(zhàn)略，因而作為石油貯存的主儲罐的建設(shè)就變得尤為重要[7]。鋼制儲罐根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何形式的不同可以歸納為三類：分別是立式圓柱儲圓柱儲罐和雙曲儲罐。其中立式儲罐是最為常見的一種類型如圖 1.1 所儲罐通常由儲罐底板、圓柱殼罐壁、頂蓋及其附屬構(gòu)件如角鋼、加強構(gòu)及平臺等構(gòu)成如圖 1.2 所示。按其罐頂結(jié)構(gòu)劃分，立式圓筒形儲罐又可頂儲罐和浮頂儲罐兩種類型[8]。

固定頂儲罐按罐頂?shù)男问接挚煞譃轫攦轠9]。1）錐頂儲罐可分為自支撐錐頂和支于正圓錐體表面的罐頂。自支撐錐結(jié)構(gòu)強肋錐頂和加強肋錐頂兩種結(jié)構(gòu)。支撐勻沉陷的地基或地勢荷載較大的地區(qū)。2）拱頂儲罐的罐頂如圖 1.3（c）所自支撐拱頂又可分為無加強肋拱頂、有鋼板和加強肋以及由拱形架和薄鋼板構(gòu)的剩余壓力且儲存介質(zhì)蒸發(fā)量少，是一3）傘形頂儲罐是自支撐拱頂?shù)淖児揄斴d荷靠傘形板作用于罐壁上，傘形4）網(wǎng)殼頂儲罐，球面網(wǎng)殼頂?shù)闹黧w內(nèi)單層球面網(wǎng)殼圖 1.3（d）。當罐頂受外撐作用。在罐頂受內(nèi)壓作用時,則對包邊

4（c）拱頂儲罐 （d）網(wǎng)殼頂儲罐圖 1.3 固定蓋儲罐不同結(jié)構(gòu)形式（2浮頂罐可分為外浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐。1）外浮頂儲罐，這種罐的浮動頂漂浮在儲液面上。浮頂與罐壁之間有一個環(huán)形空間，環(huán)形空間中有密封元件，浮頂與密封元件一起構(gòu)成了儲液面上的覆蓋層，隨著儲液上下浮動2）內(nèi)浮頂罐，內(nèi)浮頂罐是在固定頂罐內(nèi)部再加上一個浮動頂蓋。主要由罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、導(dǎo)向和防撞裝置、靜電導(dǎo)線、通氣孔、高低位液體報濕器等組成。內(nèi)浮頂罐與其他儲罐相比具有以下優(yōu)點：1.密封效果好，能減少介質(zhì)的揮發(fā)。2.對儲存危險介質(zhì)更安全。3.易于改造且造價低。4.對環(huán)境適應(yīng)性強。5結(jié)構(gòu)易于施工和維護[9]。

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘科;許開立;;儲罐爆炸事故中拋射碎片初速度預(yù)測[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年07期

2 紀沖;龍源;方向;劉強;高福銀;;鋼質(zhì)圓柱殼在側(cè)向局部沖擊荷載下的變形及失效破壞[J];振動與沖擊;2013年15期

3 左哲;;基于蒙特卡洛法的儲罐爆炸碎片沖擊失效模型研究[J];中國安全科學(xué)學(xué)報;2012年03期

4 孫東亮;蔣軍成;張明廣;王志榮;;隔板與保護層對球罐爆炸碎片連鎖破壞概率的影響[J];化工學(xué)報;2011年S1期

5 錢新明;徐亞博;劉振翼;;基于運動軌跡分析的儲罐爆炸碎片攔截方法研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2010年09期

6 陳剛;朱霽平;武軍;賈敬蕊;王國棟;;爆炸球罐尺寸對拋射碎片擊中相鄰罐體概率的影響[J];化工學(xué)報;2010年06期

7 錢新明;徐亞博;劉振翼;;球罐BLEVE碎片拋射的Monte-Carlo分析[J];化工學(xué)報;2009年04期

8 張新梅;陳國華;;爆炸碎片拋射速度及飛行軌跡分析方法[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年04期

9 陳德志;米廣生;張繼軍;瞿帆;;中國大型儲罐建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];石油化工建設(shè);2009年01期

10 張新梅;陳國華;;化工罐區(qū)爆炸碎片多米諾效應(yīng)影響概率計算模型[J];化工學(xué)報;2008年11期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 林寅;大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和風(fēng)致屈曲[D];浙江大學(xué);2014年

2 陳剛;半穿甲戰(zhàn)斗部彈體穿甲效應(yīng)數(shù)值模擬與實驗研究[D];中國工程物理研究院;2006年

3 路國運;充水壓力管道受彈體側(cè)向沖擊動力響應(yīng)及穿透破壞研究[D];太原理工大學(xué);2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 朱東;大型鋼儲罐在撞擊和爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)分析[D];浙江大學(xué);2016年

2 冀健龍;圓柱殼軸向沖擊屈曲及內(nèi)充介質(zhì)對其影響的研究[D];太原理工大學(xué);2010年

本文編號：2784724