尹奇志[1]2002年在《液化气容器的瞬态应力分析及失效机理仿真》文中研究表明随着石油工业的迅速发展，液化气在工业与民用领域得到了日益广泛的应用。但液化气是易燃易爆的物品，随着起用量不断增加，它在运输和贮存过程中发生的爆炸事故，对人类正常的生产和生活造成了严重威胁。为此，人们高度重视并积极开展了液化气事故的相关研究工作。其中，计算液化气容器在高温环境下的瞬态应力分布，预测含有裂纹的液化气压力容器在高温环境下是否进一步扩展，以及在此基础上开展液化气爆炸机理的研究，对于确保液化气的安全运输和贮存有着直接的指导作用。 本文针对高温环境下液化气压力容器的热响应特性问题，结合交通部重点科技项目“液化气体类危险品运输安全预警系统的研究”和湖北省自然科学基金项目“液化气容器爆炸机理研究及数值模拟”，对在火焰包围下的液化气压力容器的温度场分布、强度计算、裂纹扩展预测以及爆炸事故机理等方面开展了多学科的交叉研究。文章主要从叁个方面进行了探讨。 首先，工件安全与否与其所受应力大小和其温度高低有很大关系，这对液化气压力容器也是适用的。为便于对液化气压力容器的安全状况进行判断，本文对液化气压力容器的瞬态温度场分布以及其瞬态应力分布分别进行了计算。在液化气容器的温度场分布计算中，本文首先建立了火焰包围下液化气容器的传热模型，然后根据传热学理论确定了液化气容器瞬态传热的边界条件，并结合PLGS99软件计算出了填充量为41％的球形液化气压力容器模型的换热边界条件，最后应用ANSYS计算了该模型的瞬态温度场分布，并进行了分析。在液化气容器的应力计算中，液化气加压容器的应力主要是由热应力和机械应力共同作用引起的。为了弄清这两种应力分别对总压力的影响的大小，首先单独对液化气压力容器仅受温度载荷时的瞬态当量热应力以及仅受内壁压力时的瞬态当量机械应力进行了计算分析，然后计算了液化气容器的当量总应力并对其进行了分析比较。 其次，液化气容器的失效过程通常分为裂纹形成和裂纹扩展两个阶段，本文在对无裂纹液化气容器的瞬态温度场和应力场进行了计算后，对含有初始表面裂纹的液化气容器的瞬态应力强度因子进行了计算和分析。 武汉理工大学硕士学位论文 — — 论文最后分析了高温环境下液化气容器爆炸的事故机理，即高温环境下液化气容器爆炸的主要诱因为：1）阀门打开时的压力骤降；2）容器壁温度过高，导致容器壁的材料强度降低；3）容器壁的温度不均匀引起的热应力。在常见的预防保护措施之中，喷淋装置、热绝缘层保护简单易行，保护效果好。另外，对减压阀的改进也有利于防止液化气贮罐爆炸。
米静[2]2014年在《油罐热应力失效机理研究》文中提出随着大型原油罐区的建设,油罐区的风险问题也相继出现。在石油石化行业涉及到石油的储存、运输、加工及使用管理等环节,有不少油罐火灾爆炸的例子。引起这样事故的重要原因之一就是油罐受到外部火灾的侵袭,由于石油具有易燃、易爆、腐蚀、毒害等特性,油罐易发生火灾,在高温场和重力场的综合作用下,罐壁温度会迅速升高,并引起罐壁强度下降,造成罐壁破裂而引发火灾爆炸或中毒事故。本文通过基础性的研究,充分认识火灾发生机理、材料失效机理及材料的强度要求等,为油罐的安全设计、安全运输以及防火与救火都起到了一定的指导性作用。本文的主要内容如下：(1)常温下油罐力学响应数值模拟研究。采用有限元分析软件ANSYS对油罐进行建模、网格划分、加载求解,分析常温下油罐的力学性能。(2)火灾环境下油罐的力学响应数值模拟的研究。根据热-结构耦合原理和弹塑性力学理论,使用有限元分析软件ANSYS热-结构静力模块,对处在不同温度场和压力场作用下的球罐罐体及支柱进行有限元应力分析,同时进行强度校核。(3)火灾环境下油罐的失效机理初步分析、失效预测和预防。通过对油罐失效机理分析,提出意外火灾环境下油罐的爆破失效时间点和失效压力的理论预测方法。首先对油罐进行失效机理分析,提出失效准则,根据失效机理研究,提出了油罐安全消防对策。
洪汇勇[3]2006年在《液化气船C型球罐货舱失效风险评估研究》文中指出随着液化气使用量的不断增加,液化气运输量也大幅度增加,相应的事故发生率也不断上升。液化气运输船在其靠港装卸货物和海上运输过程中存在着很多事故的隐患,其危险性主要是由于液化气本身的低温、易燃和易爆等特性所致。 火灾是船舶航行的多发事故,一旦液化气船的液货舱在火灾的影响下发生爆炸,后果会非常严重,分析和研究液化气船货舱在非正常热源下的失效机理,对于确保液化气船的安全运输有着直接的指导作用。 本文是液化气船风险评估的一个子系统,重点研究的是液化气船发生突发性非正常热源事故后货舱失效的风险评估。论文主要从以下几个方面进行探讨和研究:根据失效理论,研究和分析了液化气船货舱失效原因及机理,探索液货舱失效事故发生的形成过程及失效模式;运用有限元原理对液货舱在高温环境中液货舱壁应力进行分析,在应力计算中,为了研究机械应力和热应力分别对总应力的影响大小,文章对液货舱仅受内壁压力时的瞬态机械应力以及仅受温度载荷时的瞬态热应力进行了计算分析,并对迭加后液化气船货舱的当量总应力进行了分析比较,获得了舱壁的机械应力、热应力及当量总应力的变化规律;分析了营运中液化气船货舱的疲劳与腐蚀机理,并详细探讨了疲劳和腐蚀对液货舱强度的影响。最后,运用计算机技术开发了操作使用方便的液化气船货舱失效风险评估软件,加强了研究成果的实用性。初步提供了一个较系统的液化气船货舱失效风险评估方法,从而为事故应急决策提供了有力的辅助支持,以达到尽可能减少人员伤亡和财产损失,减轻对环境的污染。
刘娟[4]2013年在《天然气球罐安全及其水冷却系统研究》文中研究指明天然气球罐与液化石油气球罐同属于承压状态下的压力容器，其内的介质均属于易燃易爆物，在使用过程中一旦发生事故将造成灾难性后果，所以对其做好安全防护非常重要。目前，国内外研究大都从液化石油气球罐在火灾环境中的热响应规律入手，证明水冷却系统对其的必要性，但对它在火灾环境中的力学响应规律研究甚少。关于天然气球罐的相关研究更是未见相关报道，水冷却系统对天然气球罐的必要性则没有得到明确验证，在相关标准与规范中也没有对天然气球罐水冷却保护系统的设置做出明确规定，导致在实际建设中，天然气储配站对球罐水冷却保护系统设置存在差异，或按照液化石油气球罐的相关规定对天然气球罐设置水冷却保护系统，或不设置水冷却系统。本文将利用ANSYS Workbench对10000m3天然气球罐建立叁维几何实体模型，并运用间接法对其进行热-应力耦合分析。首先对火灾情况下的天然气球罐进行热分析，得到罐体温度场的分布；然后将热分析结果作为体载荷施加到结构分析中，以计算出罐体的应力强度分布；再通过应力线性化后处理功能，将计算出的应力分为一次局部薄膜应力、一次薄膜加一次弯曲应力和一次加二次应力；并在第叁强度理论的基础上通过应力强度评定原则对各类应力进行强度评定，以校核强度是否满足安全要求，从而验证火灾情况下水冷却系统对天然气球罐的必要性。同时，对天然气球罐的实际工作数据进行简单分析，以说明在日晒高温下水冷却系统对球罐的作用。通过分析得出：在火灾环境下，温度越高，球罐的应力强度越大而屈服强度越低，当应力强度超过许用应力时，球罐就会破裂；所以有必要对球罐及时进行水冷却保护，以达到灭火与降温目的，避免罐内压力还未到达爆破压力前，球罐由于材料强度不够而破裂。在日晒高温情况下，温度的升高或降低并不会对罐内气体压力造成明显的影响，压力始终不会超过球罐的爆破压力，不需要对球罐进行水冷却降温。
赵在理[5]2006年在《压力容器的结构分析与安全评估研究》文中指出压力容器通常在承压状态下工作，并且所接触的介质多为高温或易燃易爆物，一旦发生事故，将会给人们的生命财产造成不可估量的损失。锅炉压力容器的低周疲劳失效，是最常见的恶性事故之一，许多锅炉因此而报废；液化气压力容器发生事故造成的危害更大，其引发的火灾及爆炸不仅会毁坏大量的工业和生活设施，而且还会造成严重的环境污染。 压力容器出现的事故，许多都与容器结构中存在的缺陷或裂纹有关。由于国内外对容器失效和断裂力学机理的研究仍不成熟，许多实际问题仍然得不到有效的解决。针对锅炉和液化气压力容器，文中系统运用叁维瞬态有限元方法计算和分析了各种压力容器工作或事故状态下的温度场和应力场，探讨了影响应力的各种因素，并结合这四种压力容器的工作特点，进行了结构分析和安全评估研究。 主要研究工作可分为四个方面：锅炉汽包、锅炉受热排管、液化石油气(LPG：liquefied petroleum gas)球形储罐和液化乙烯气(LEG：liquefied ethylene gas)椭圆货舱。 对锅炉汽包，统地运用叁维瞬态方法计算和分析了在各种典型工况下锅炉汽包的温度场和应力场，探讨了汽包上下、内外壁温差和局部温度不均匀对应力的影响规律。在结构分析的基础上，结合裂纹尖端张开位移(CTOD：crack tip opening displacement)法，计算了汽包危险部位的总应力以及该点裂纹的年扩展量，并根据材料的断裂韧度确定了裂纹的临界尺寸；进行了锅炉汽包的疲劳分析，预测了锅炉使用寿命。并且将锅炉汽包计算和分析结果应用于某电厂实际，取得了较大的经济效益。 对锅炉受热排管，计算和分析了某锅炉蒸发器及Ⅰ、Ⅱ级省煤器排管在不同设计方案下的温度、热应力、机械应力和总应力，通过不同方案的比较与分析，为其设计提供了优化依据。文中采用平面二维排管模型分析了排管断面温度及应力分布规律，找出了影响应力大小和分布的主要因素；采用叁维排管模型，发现了高温区出现在中间肋板上并引起附加热应力，从而确定了在设计中去掉中间肋板的优化设计方案。这与国外类似锅炉为降低热应力在各管间鳍片
李骁骅[6]2007年在《火灾环境下LPG储罐的失效机理研究及其数值模拟》文中研究说明本文综合分析了国内外关于液化气储罐失效的研究进展。通过对相关理论进行分析的基础上，分别从内部因素（传热行为和应力分析）和外部因素（破片撞击）两个方面对火灾环境下液化石油气储罐的失效过程进行探讨，并借助ANSYS和ANSYSLS-DYNA软件对其进行数值模拟。在此基础上，分别针对内部因素和外部因素两方面，进一步分析了各参量对其的影响，并对液化石油气储罐的失效机理作初步的研究和探讨。其主要内容如下：1.针对火灾环境，进行了液化石油气储罐的传热行为的分析，综合考虑空间和时间两方面的因素，以数学方法对传热过程进行描述。2.尝试用有限元分析的方法和ANSYS软件的热分析模块，建立用于分析计算的球罐叁维模型。并分析了不同火灾条件下，各参量对传热行为的影响。3.在有限元传热分析的基础上，综合考虑了球罐受热后温度场及压力的变化，采用ANSYS的热-结构耦合计算方法，对球罐的应力进行分析。4.对火灾环境下导致储罐失效的外部因素（破片撞击）进行分析，采用有限元的方法，通过有限元软件ANSYS LS-DYNA对其进行数值模拟，分析了不同条件下，破片撞击对储罐失效的影响。并从事故的多米诺效应入手，对罐间安全距离设计作初步定性的探讨。5.对火灾环境下液化石油气储罐的失效机理进行分析，并提出了预防措施。
李红英[7]2012年在《火灾环境下车用CNG钢瓶热力响应及失效机理研究》文中提出在汽车保有量高速增长、世界能源格局变化和环保要求日益提高的背景下,具有良好经济和环保效益的天然气(CNG)汽车得到大力推广和普及,CNG气瓶使用量随之增加,其中CNG钢瓶占据CNG气瓶比例的90%以上。CNG钢瓶使用过程中出现的燃烧、爆炸事故往往引发灾难性后果。由于火灾试验耗资大、危险性高、结果重复性差等原因,数值模拟研究受到越来越广泛的重视。本文对火灾环境下车用CNG钢瓶的热及力学响应进行了数值模拟研究、失效机理分析、失效时间预测和提出安全消防策略,具有一定的理论价值和现实意义。本文主要内容如下：(1)火灾环境下车用CNG钢瓶的热响应数值模拟研究。基于分区求解、边界耦合数值解法和流固耦合传热理论,按真实的火灾试验模型和合理的假设,分别建立火灾环境和CNG钢瓶的物理数学模型；然后利用大型流体动力学分析软件FLUENT对无风和有风火灾环境进行叁维数值模拟,计算得到火焰的流场、温度场和钢瓶外壁的热流密度分布,证明无风环境下能提供相对均匀和充足的热量。无风火灾环境下得到的钢瓶外壁的热流密度分布作为钢瓶模型的热边界；同样运用FLUENT软件对钢瓶进行叁维瞬态热响应过程进行数值模拟,计算得到在420秒内瓶内介质温度、压力及气瓶壁温度随时间的变化规律。(2)火灾环境下车用CNG钢瓶的力学响应数值模拟研究。根据顺序热-结构耦合思想和弹塑性力学理论,运用ANSYS workbench13.0集成流体力学分析模块FLUENT和热-结构静力模块ANSYS Mechanical,首先验证了有限元模型具有良好的计算精度,然后对处在不同温度场和压力场共同作用下的气瓶壁进行有限元应力分析,并进行强度校核,证明了钢瓶在420秒前满足强度要求。(3)火灾环境下车用CNG钢瓶的失效机理初步研究、失效预测和预防。通过失效机理分析,提出了意外火灾环境下钢瓶爆破失效时间点与爆破失效压力的理论预测方法。首先对钢瓶进行失效机理分析,提出失效准则,根据极限载荷有限元分析法得到不同温度和性能条件下气瓶爆破压力的叁次多项式拟合曲线,继而根据FLUENT计算气瓶内压变化的热响应曲线,通过二曲线交汇点准确预测意外火灾环境下气瓶爆破失效时间点与爆破失效压力,CNG钢瓶气瓶的失效时间在火烧420秒左右；根据失效机理分析,提出了气瓶安全消防对策。
参考文献：
[1]. 液化气容器的瞬态应力分析及失效机理仿真[D]. 尹奇志. 武汉理工大学. 2002
[2]. 油罐热应力失效机理研究[D]. 米静. 西安石油大学. 2014
[3]. 液化气船C型球罐货舱失效风险评估研究[D]. 洪汇勇. 大连海事大学. 2006
[4]. 天然气球罐安全及其水冷却系统研究[D]. 刘娟. 重庆大学. 2013
[5]. 压力容器的结构分析与安全评估研究[D]. 赵在理. 武汉理工大学. 2006
[6]. 火灾环境下LPG储罐的失效机理研究及其数值模拟[D]. 李骁骅. 中北大学. 2007
[7]. 火灾环境下车用CNG钢瓶热力响应及失效机理研究[D]. 李红英. 南昌大学. 2012
标签：安全科学与灾害防治论文; 机械工业论文; 液化石油气论文; 压力容器论文; 热应力论文; 数值模拟论文; 失效模式分析论文; 应力状态论文; 机理分析论文; 油罐论文;