【摘要】：沸騰液體擴(kuò)展蒸汽云爆炸(BLEVE)是液化烴介質(zhì)壓力容器處于火災(zāi)環(huán)境而極易發(fā)生的一類多米諾效應(yīng)災(zāi)難事故。在火災(zāi)環(huán)境液化石油氣(LPG)臥罐兩節(jié)點(diǎn)集中溫度參數(shù)模型基礎(chǔ)上,基于隨機(jī)擴(kuò)散過程和首次穿越失效理論,對(duì)其動(dòng)態(tài)可靠性進(jìn)行建模與分析。集中溫度參數(shù)模型通過轉(zhuǎn)化為一個(gè)二維伊藤隨機(jī)微分方程,得到漂移與擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式;根據(jù)首次穿越失效理論,定義條件動(dòng)態(tài)可靠性函數(shù),導(dǎo)出函數(shù)滿足的后向柯爾莫哥洛夫方程(KBE);應(yīng)用有限差分法并結(jié)合適當(dāng)邊界條件求解KBE,得到動(dòng)態(tài)可靠性結(jié)果。與靜態(tài)可靠性不同,動(dòng)態(tài)可靠性方法可描述整個(gè)時(shí)間軸的破壞失效可能性,為多米諾效應(yīng)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供更可靠、更精確的概率結(jié)果。
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圖片說明： 液化石油氣臥罐動(dòng)態(tài)可靠性分析·3233·初始條件與邊界條件如式(11)～式(13)。uw0uw0crM0M0cg01,TTTRTTT＜＜(11)uw0uw0crM0M0cg0,TTTRtTTT(12)uw0uw0M0M00finite,0TTRtTT(13)式(11)與式(12)不相容，理論上僅存在廣義解，但對(duì)數(shù)值解沒有影響。式(13)中，由于絕對(duì)0度不可達(dá)到，finite取值為1。另外，根據(jù)集中溫度參數(shù)模型的破壞失效判斷式，Tcr與TM相關(guān)，所以實(shí)際計(jì)算域是一個(gè)由Tuw0=0、TM0=0及Tcr曲線構(gòu)成的封閉曲面，如圖1所示。罐壁材料為TC-128，室溫抗拉強(qiáng)度為560MPa，Tcr曲線兩個(gè)端點(diǎn)由假設(shè)TM0=Tcg=369.83K和=S(Tuw0)=0MPa計(jì)算獲得。圖1動(dòng)態(tài)可靠性計(jì)算域示意圖條件破壞失效概率Pd(·)計(jì)算如式(14)。uw0uw0dM0M01TTPtRtTT(14)條件首次穿越時(shí)間概率密度p(·)如式(15)。uw0dM0ttTPRpTtt(15)式中，τ為首次穿越時(shí)間或壽命，s。條件平均首次穿越時(shí)間或平均壽命E(τ)如式(16)。uw0M00()dTEpT(16)由于系統(tǒng)初始狀態(tài)是給定的，且處于安全域，所以對(duì)應(yīng)無條件量與條件量結(jié)果一致。另外，計(jì)算E(τ)時(shí)，模擬時(shí)間應(yīng)足夠長，使p(·)充分趨近于0。1.4有限差分法式(10)～式(13)構(gòu)成的拋物型偏微分方程是對(duì)流占優(yōu)的，為減小數(shù)值震蕩的影響，當(dāng)a1(xi,xj)≤0且a2(xi,xj)≤0時(shí)，使用如式(17)迎風(fēng)型差分格式，進(jìn)行有限差分法數(shù)值計(jì)算[21]。1,,,1,,,112121,,1,1121,1,,12222,,11,1,11212,,21,221,2()()()()(()())(,)nnnnnnijijijijijijijijnnniji
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圖片說明： ·3234·化工進(jìn)展2017年第36卷圖2破壞失效概率結(jié)果視圖看出：Pd存在一個(gè)上升的時(shí)間區(qū)間；Tuw0、TM0對(duì)該時(shí)間區(qū)間的大小與起始點(diǎn)影響很大；邊界上Pd的變化趨勢(shì)如圖2(c)所示。圖3是指定TM0=26℃、Tuw0=28℃時(shí)，Pd關(guān)于ΔTf圖3破壞失效概率關(guān)于火焰溫度偏差的敏感性的敏感性結(jié)果。ΔPd表示相對(duì)于ΔTf=56℃時(shí)，Pd的增加量�？梢钥闯觯害f影響是比較小的，數(shù)量級(jí)在10 5；ΔPd(t)呈近似半周期的正弦曲線形狀，有別于理論預(yù)測(cè)的單周期，原因是模擬時(shí)間不夠長，未能使Pd充分趨近于1，見圖3(a)。圖4是平均首次穿越時(shí)間或平均壽命E(τ)與初始體系溫度的關(guān)系。當(dāng)近似從0℃增加到35℃時(shí)，E(τ)從1569s下降到1114s，主導(dǎo)因素是TM0，表明過熱態(tài)比最大拉應(yīng)力破壞失效更敏感。圖4平均首次穿越時(shí)間3結(jié)論（1）在兩節(jié)點(diǎn)集中溫度參數(shù)模型基礎(chǔ)上，基于隨機(jī)擴(kuò)散過程和首次穿越失效理論，建模并表征火災(zāi)環(huán)境液化烴介質(zhì)壓力容器動(dòng)態(tài)可靠性的方法是有效可行的，可描述整個(gè)時(shí)間軸的破壞失效可能性，可為多米諾效應(yīng)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供更可靠、更
【作者單位】： 華南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(21576102) 國家重點(diǎn)研究開發(fā)計(jì)劃(2016YFC0801500)項(xiàng)目
【分類號(hào)】：TE972

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本文編號(hào)：2513474