大型冷库液氨储罐结构强度计算分析与校核

针对大型冷库液氨储罐的安全设计问题,应用SolidWorks、ANSYS分别对液氨储罐进行了三维建模和有限元计算,考虑了储罐自重、液货自重和内外压力载荷,进行了储罐整体变形和应力分析,并采用应力线性化方法重点考核了应力集中区域的强度情况。仿真结果表明：储罐的最大应力集中在鞍座与罐体相连的附件,对应力集中区域进行线性化仿真计算后,一次局部薄膜应力和组合应力均在许用值范围内,满足《钢制压力容器——分析设计标准》（JB 4732—1995）要求,为相关压力容器的设计提供了参考。     

池火灾环境下石化管廊管道热响应规律数值模拟

以上海化工园区某段管廊为研究对象，采用FDS软件构建在池火灾环境下石化管廊管道模型，研究石化管道在池火灾下的受火过程及管道热响应规律。结果表明，火灾功率对池火灾影响最大；随着火灾功率的增大，池火上方管道达到最高温度时间缩短，温升速率增大，管道位置对于温度上升的影响逐渐减小，不同位置管道的温差呈现先增加后减小的趋势；当风速大于1 m/s时，风速每增加0.5 m/s，管道峰值温度降低20%；增大油池尺寸可有效增强火焰对油池位置偏移的抗性；并根据石化管廊管道池火灾下热响应规律，建立管廊管道温升公式。     

破碎煤体再造矩形通道受力分析

为了在煤层巷道垮落后快速建立安全稳定的再生救援通道，并了解通道垮落后垮塌体的力学性质，将煤层通道垮落后破碎的煤块视为均质散粒体，通过理论分析及数值模拟，分析了在散粒体中修复新通道的基本力学特性。研究结果表明:理论分析可知，当散粒体作用在通道顶板上时，应力集中区域在顶板中部，并向两侧逐渐减小；当散粒体作用在通道两帮时，应力集中区域在两帮的底部，最大值与通道一侧的散粒体面积与截面周长的比值呈正相关；与理论分析结果相比，数值模拟分析忽略了两帮上部散粒体的影响，模拟计算所得出的应力与理论分析结果有所不同。     

基于ANSYS的球型储罐抗震模拟分析

在地震作用下,球型储罐结构由于地震激发引起振动,从而使结构产生随时间变化的位移、速度、加速度、内力和变形。通过ANSYS结构动力学有限元程序对球型储罐结构进行抗震模拟分析,得出球壳与盖板连接区、支柱区域及拉杆区域三种典型的不连续结构及其应力云图,分析对比各区域的应力响应。数值模拟结果对建立健全重大危险源抗震安全体系及化工设施安全投入有着重要的理论意义     

水平应力对半圆拱形巷道围岩应力分布及变形特征影响

水平应力是影响巷道围岩应力分布及变形破坏特征的重要因素,通过数值模拟方法研究了水平应力对直墙半圆拱形巷道围岩应力场、塑性区、位移场分布规律的影响,进而为确定巷道支护形式提供一定的理论依据。研究表明:影响巷道稳定性的关键因素是巷道周边的环向应力集中,随侧压力系数λ的增大,帮部围岩的竖向应力集中向顶、底板转移,从而引起塑性区向顶、底板转移,塑性区范围向顶、底板围岩内部扩展,巷道稳定性降低。当λ取值不同时,在巷道顶底板会产生相应的环向或径向拉应力区域,在拉伸作用下围岩整体性能降低,易发生压拉破坏。随λ增大,巷道帮部变形量逐渐增大,顶板下沉量先减小后增大最后减小,底鼓量先减小后增大。     

力磁效应下螺栓拉伸过程中磁信号检测试验

为探究高压设备在承压过程中法兰连接处螺栓受应力情况，基于力磁耦合效应，结合对螺栓拉伸过程中应力分布的有限元仿真，对螺栓进行了轴向拉伸过程中的应力检测，探究了螺纹连接不同位置的磁信号在拉伸过程的变化。试验结果表明:螺母前几扣处应力较大，后几扣处几乎没有应力集中；对螺栓六角头进行磁信号检测，发现六角头处应力集中不明显；对比42CrMo及35CrMo材料试样在相同拉伸及卸载载荷情况下的磁信号，反映了不同材料应力增大均可促进其磁信号发生变化；通过检测螺母有无铁磁性时螺栓拉伸过程中的磁信号，发现螺母所受压应力对磁信号变化影响较大。结果对工程应用磁信号检测金属法兰密封性具有指导性作用。     

基于热应力有限元的天然气深冷装置关键设备风险分析

高温、低温及温度交变工况对天然气生产装置长期稳定运行带来不利的影响,开展天然气深冷装置关键设备在温度载荷下的应力分析,是保障气田安全运行的关键。本文基于瞬态热力学基础理论,针对某采气厂天然气深冷关键设备建立全尺寸有限元模型,分析了温度载荷下关键部位热应力分布规律,并对最大等效应力位置进行强度评估。结果表明：塔器、换热器的应力薄弱点分布在进出口接管开孔和塔底焊缝位置;储罐的应力薄弱点分布在顶部开孔位置储罐外壁与支撑架连接位置;管线的应力薄弱点分布在橇装管线弯头法兰处以及表面裂纹处;支座的应力薄弱点分布在管道与管托接触位置以及支座接触位置。希望所得结论能够为关键容器在复杂温度工况下的强度设计、寿命预测及维护提供参考。     

磁记忆技术在储罐罐壁应力集中检测中的应用

将磁记忆技术应用于储罐罐壁应力状态检测,发现了典型的整圈应力突变现象。利用常规无损检测方法复验,排除了宏观缺陷存在,判定是由于应力集中引起的早期损伤。并针对罐壁的应力分布状态及储存介质腐蚀特性进行了应力集中原因的研究和分析,为后期储罐使用及维护提供相应的对策。     

池火灾情况下可燃液体储罐孔洞泄漏量的研究

对石化领域中池火灾情况下可燃液体储罐孔洞泄漏的实际泄漏量进行了研究,分析了立式固定顶罐、球罐及卧罐3种储罐内液体的实际孔洞泄漏过程。针对罐内可燃液体孔洞泄漏量的确定方法进行了研究,获得求解模型。利用Visual Basic语言开发了适用于石油化工领域池火灾情况下可燃液体储罐孔洞泄漏量确定的计算软件,该软件可使储罐液体孔洞泄漏量的计算更加简便、精确,并由此可较准确地确定池火灾的伤害范围,为石化厂区的装置平面布局及事故应急救援预案的制定提供指导依据。     

偏置炉胆锅炉管板角焊缝裂纹原因分析及处理

对一偏置炉胆卧式燃油锅炉的管板角焊缝产生裂纹的原因进行了分析，主要是金属疲劳、温差应力和过冷沸腾三者共同作用的结果；制定出了管板角焊缝裂纹修复的方案，为锅炉的安全运行和修理改造提供了参考。     

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。     

温度交变下液态乙烷回气管线热应力数值计算与现场测试*

为解决低温交变载荷下液态乙烷回气管线面临的安全问题,采用有限元法和现场试验研究管线在低温交变载荷下无裂纹和含轴向裂纹管线的热应力分布。结果表明:管内温度沿周向和轴向分布具有较大的不均匀性,内外壁温度分布趋势基本相似;随着计算时间的延长,管线整体热应力先增大再减小;卸压、温度回升过程中,管内温差逐渐减小,热应力逐渐减小;裂纹处的热应力大于远离裂纹及无裂纹处的热应力;对管线热应力变化进行现场监测,试验数据与仿真结果吻合。研究结果可为低温情况下液态乙烷回气管线的方案设计提供参考和指导。     

大型浮顶油罐的危险性分析及安全对策

随着我国经济的飞速发展,国内储油罐趋向大型化发展。大型储罐具有节约钢材、占地少、投资低、便于操作管理等优点。油罐内储存的各种油品一般都具有易挥发、易流失、易燃烧、易爆炸等性质,一旦发生火灾,就会造成重大的经济损失。而且油罐火灾损失巨大,难以扑救,所以说油罐的安全已成为石油化工行业的焦点。针对大型浮顶油罐的危险性,对大量的事故案例进行了分析。在此基础上,提出了强调使用二次密封技术,设计、施工和管理上加强浮船与罐壁之间的密封,安装火灾报警和自动泡沫灭火系统,重视中央排水叠管的密封性及油罐基础的稳定性等安全对策措施。     

圆锥形喷嘴出口直径对水射流冲击动力特性的影响研究*

为探讨喷嘴结构对水射流冲击动力特性的影响,以圆锥形喷嘴为研究对象,基于COMSOL数值模拟软件,建立不同出口直径的圆锥形喷嘴模型,研究出口直径对水射流冲击动力特性的影响。研究结果表明:圆锥形喷嘴水射流冲击煤岩体过程中,不同喷嘴出口直径下水射流流场分布特征相似,整个流场可分为集中区、发散区、回流区和卷吸区4个区域,随喷嘴出口直径增大,卷吸区逐渐消失,其余3个区域分布也明显减弱;煤岩体应力分布可分为中心应力集中区和两侧应力集中区,随喷嘴出口直径不断增大,中心应力集中区与两侧应力集中区的范围逐渐减小,当喷嘴出口直径为6 mm时,两侧应力集中区基本消失;主体段入口速度恒定条件下,圆锥形喷嘴优选以2~3 mm出口直径为宜,此时水射流冲击煤岩体效果较佳,且不会对喷嘴产生结构破坏。     

大跨度偏压隧道受火损伤分析

为探明火灾对大跨度偏压隧道造成的不利影响，依托贵州省某公路隧道工程，基于ANSYS有限元软件分析不同埋深及偏压条件下大跨度隧道结构的最大损伤和相对温度损伤变化规律，并对其温度场分布和应力分布规律进行总结。结果表明:衬砌高温损伤约60 mm，温度影响深度约300 mm，内部温升过程逐渐由曲线变化转变为直线变化；最大损伤深度随偏压角度增加近似呈指数增长变化，而相对温度损伤略有减小，当偏压角度较大时，火灾将成为隧道破坏的诱导因素而非直接因素；最大损伤深度与偏压隧道埋深近似呈抛物线变化，火灾对偏压隧道影响显著，必须采取有效预防措施；随着受火时间的增加，临火侧衬砌混凝土在热膨胀及围岩约束作用下，压应力快速增加，存在较大的压溃风险。     

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。     

On the thermal rupture of 1.9 m propane pressure vessels with defects in their thermal protection system

This paper describes the results from a series of fire tests that were carried out to measure the effect of defects in thermal protection systems on fire engulfed propane pressure vessels.

In North America thermal protection is used to protect dangerous goods rail tank-cars from accidental fire impingement. They are designed so that a tank-car will not rupture for 100 min in a defined engulfing fire, or 30 min in a defined torching fire. One common system includes a 13 mm blanket of high-temperature ceramic fibre thermal insulation covered with a 3 mm steel jacket. Recent inspections have shown that some tanks have significant defects in these thermal protection systems. This work was done to establish what levels of defect are acceptable from a safety standpoint.

The tests were conducted using 1890 l (500 US gallon) ASME code propane pressure vessels (commonly called tanks in the propane industry). The defects tested covered 8% and 15% of the tank surface. The tanks were 25% engulfed in a fire that simulated a hydrocarbon pool fire with an effective blackbody temperature of 870 °C.

The fire testing showed that even relatively small defects can result in tank rupture if the defect area is engulfed in a severe fire, and the defect area is not wetted by liquid from the inside. A wall failure prediction technique based on uniaxial high-temperature stress rupture test data has been developed and agrees well with the observed failure times.     

受限空间环境压力对三元锂离子电池热失控影响*

为研究三元锂离子电池在空运低压环境中的安全性,通过自主设计搭建的封闭式变压实验舱开展相关实验,对不同荷电状态（SOC）下的三元锂离子电池在不同压力环境（101,80,60,40 kPa）下的热失控特性进行研究,采集电池热失控过程中的温度以及实验舱内的压力变化,并对热失控后实验舱内的气体成分进行分析。结果表明:三元锂离子电池热稳定性随着SOC的升高而下降,常压下100%SOC的电池热失控温度可达650.8 ℃,初始环境压力越低,相同SOC的电池热失控最高温度越低。随着环境压力的降低,相同SOC的电池在热失控后会生成更多CO,且电解液占比升高。研究结果可为锂离子电池空运安全性研究提供理论依据。     

综放采空区瓦斯与煤自燃多场耦合模拟研究

为了分析瓦斯与煤自燃多场耦合致灾特性,结合瓦斯抽采引起的采空区混合气体流动、气体组分渗流与采空区渗透率变化、固气两相热量传输等多物理过程,建立了基于综放采空区高位钻孔瓦斯抽采的热-流-化多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟了综放采空区高位钻孔抽采瓦斯诱导煤自燃过程,阐明了瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理,得到了寸草塔二矿31102综放采空区氧化带范围与高温范围,并探讨了抽采强度对综放采空区氧浓度场与温度场的影响。研究结果表明:高位钻孔抽采瓦斯有效地降低了回风巷瓦斯浓度,保证了31102综放工作面安全高效回采。增大综放采空区高位钻孔抽采瓦斯强度不能保证煤自燃安全性,二者存在矛盾,在得到高效抽采瓦斯的同时,会造成进风侧氧化带宽度增加,采空区氧化带边界向深处蔓延,扩大煤自燃高温区域,漏风携氧充分的参与煤氧复合反应,采空区最高温度逐渐上升,煤自燃风险增大。     

基于热流固耦合工作面前方瓦斯渗流数值模拟

通过分析温度和地应力对深部煤体瓦斯运移规律的影响，建立了瓦斯渗流热流固耦合模型，以贵州省松和煤矿15#煤层12150采煤工作面为例，利用ComsolMultiphysics软件对深部煤层工作面前方瓦斯渗流进行数值模拟。研究结果表明:受采动影响，在工作面前方“三带”中，卸压区存在大量新裂隙和通道，瓦斯压力梯度最大；在应力集中区至卸压区过渡段瓦斯压力下降速度最快，解释了在该区容易导致瓦斯突出的原因；在应力集中区，瓦斯压力和有效应力较高，压缩煤体，导致煤颗粒排列紧密，渗透率降低；在卸压区，煤体体积形变逐渐变大，产生了很多新裂隙，发生扩容，渗流通道贯通，导致渗透率急剧增加，因此在应力最大处形成了煤层渗透率最低点，随着时间的推移，渗透率最低点逐步远离工作面；在采煤工作面前方，虽然温度升高后瓦斯热运动加剧，有促进瓦斯渗透率的趋势，但由于工作面前方有效应力较大，煤体受热膨胀应力小于有效应力，导致煤体内膨胀，渗流空间减小，造成渗透率降低。