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化工罐区地震—爆炸耦合致灾机理与防控技术研究

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化工罐区地震—爆炸耦合致灾机理与防控技术研究

作者：黄海玲华南理工大学

学位级别：硕士

石油与化工行业是国民经济发展的支柱产业,化工园区作为石化行业的重要载体,其规模随着经济快速增长呈大型化、聚集化的态势。在化工园区集中管理模式下,一旦发生地震等区域性自然灾害会严重破坏园区内的储罐,极可能导致爆炸技术灾害,... 详细信息

石油与化工行业是国民经济发展的支柱产业,化工园区作为石化行业的重要载体,其规模随着经济快速增长呈大型化、聚集化的态势。在化工园区集中管理模式下,一旦发生地震等区域性自然灾害会严重破坏园区内的储罐,极可能导致爆炸技术灾害,这类由自然灾害引发的技术灾害称为Natech(Natural Hazard Triggering Technological Disasters)事件,并且地震衍生的爆炸灾害会进一步造成多米诺效应,扩大储罐破坏的事故后果。因此,本文从储罐的失效破坏过程与模式、动力学响应、易损性三个方面开展化工罐区地震-爆炸耦合致灾机理研究,基于多米诺效应事故概率分析开展防控技术研究,对防范化工园区地震-爆炸耦合事故具有重要的理论和工程应用意义。主要研究内容如下:(1)模拟地震-爆炸耦合作用下储罐破坏实验研究。耦合实验由两阶段组成:地震损伤模拟试验、爆炸破坏模拟实验。地震损伤模拟试验采用拟静力试验法对储罐施加竖向恒定荷载与水平往复荷载模拟储罐在地震作用下的受力过程,获得不同震损程度的储罐;基于储罐的损伤过程、损伤模式、力学性能分析,提出震损储罐的定量和定性分级标准。爆炸破坏模拟实验利用压缩空气快速泄放形成冲击波作用于震损储罐模拟地震-爆炸耦合作用,研究耦合作用下不同震损程度、不同冲击波强度对储罐失效过程与失效模式的影响,为后续数值模拟的有效性验证奠定基础。(2)地震-爆炸耦合作用下储罐动力学响应数值模拟。利用动力分析软件LSDYNA建立地震与爆炸冲击波耦合作用下储罐的有限元模型,结合第二章的实验研究从地震加载、爆炸加载、材料模型三方面验证数值模型的有效性,对比分析地震-爆炸耦合作用与爆炸作用下的储罐变形特性、应力响应与能量变化,研究不同地震烈度与不同爆炸强度的耦合作用对储罐损伤放大效应的影响,并进一步探究震损储罐变形特性对其抗爆性能的影响。(3)地震-爆炸耦合作用下储罐易损性研究。以临界倾倒角度为失效准则,建立地震-爆炸耦合作用下储罐倾倒失效的极限状态方程,通过对比耦合作用下储罐最大转动角度理论值与数值模拟结果,验证极限状态方程的有效性。基于该方程探究储罐高径比对临界倾倒角度的影响,结合Monte-Carlo算法研究耦合作用下储罐易损性,分析不同等效TNT(Trinitrotoluene)当量、不同PGA(Peak Ground Acceleration)、不同充装率、不同爆源距离对储罐失效概率的影响,为后续多米诺效应概率计算提供理论基础。(4)地震-爆炸耦合作用下罐区防控技术研究。基于化工罐区地震诱发的爆炸多米诺效应事故演化过程分析,结合区域灾害链形成机理与断链减灾理论,构建罐区地震-爆炸耦合事故防控模型。提出基于重要事故链路识别、关键事故单元识别、多米诺效应事故概率计算的防控效果量化方法。开展案例应用分析实际罐区中各阶多米诺效应事故概率及其链路演化过程,针对重要事故链路中的关键事故单元,从提高设备单元抵抗自然灾害的能力、降低事故单元对其他单元的影响、提高目标单元抵抗技术灾害的能力等三方面采取不同的防控技术措施并量化防控效果。

关键词：化工罐区地震Natech事件爆炸多米诺效应耦合致灾机理防控技术

化工罐区爆炸冲击波与碎片耦合作用机理及系统韧性研究

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化工罐区爆炸冲击波与碎片耦合作用机理及系统韧性研究

作者：赖恩华南理工大学

学位级别：硕士

我国石油和化工行业结构逐步进入由量变到质变的重要阶段,化工园区作为石化产业高质量发展和石化强国的重要支撑,随着经济的快速发展其数量与规模进一步增加、扩大,大型化工园区产业协同和集群发展的优势不断增强的同时也提高了生产运... 详细信息

我国石油和化工行业结构逐步进入由量变到质变的重要阶段,化工园区作为石化产业高质量发展和石化强国的重要支撑,随着经济的快速发展其数量与规模进一步增加、扩大,大型化工园区产业协同和集群发展的优势不断增强的同时也提高了生产运行风险。化工园区内危险化学品种类多、数量大、密集度高等因素导致多米诺效应事故发生的可能性增加,其中爆炸事故产生的爆炸冲击波与碎片是造成人员伤亡、化工装置失效及园区建筑破坏的两类主要致损因子。因此,研究爆炸冲击波与碎片耦合作用下的化工储罐失效机理及化工园区增韧策略对于防控多米诺效应事故和提高园区安全水平具有重要意义。主要研究内容如下:(1)通过小尺寸实验研究爆炸冲击波与碎片耦合作用下内浮顶储罐破坏与失效模式。设计预制圆孔、预制裂缝及组合损伤类型表征碎片对储罐的损伤,通过不同超压峰值的冲击波冲击带预制损伤的小尺寸内浮顶储罐从而模拟研究冲击波与碎片耦合作用对储罐的破坏。通过实验分析冲击波强度、预制损伤方式、充装系数等因素对小尺寸内浮顶储罐破坏及失效模式的影响,为有限元模型建立的合理性验证奠定基础。(2)基于数值模拟研究爆炸冲击波与碎片耦合作用下立式拱顶储罐破坏失效机理。以一起典型爆炸冲击波与碎片耦合作用导致的事故案例为研究背景,建立爆炸冲击波和碎片耦合作用下立式储罐破坏失效有限元模型,分析不同爆炸强度与两种类型碎片的耦合作用下储罐应力、应变、位移、能量等动力学响应特性,详细阐述立式拱顶储罐的破坏过程,并总结储罐主要的失效模式。(3)基于可靠性理论研究爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐易损性。以爆炸冲击波与碎片耦合作用下储罐最严重失效模式为前提,根据能量密度与最大塑性应变准则、综合考虑致损因子的作用顺序及强冲击荷载作用下储罐的应变率效应,建立爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐破坏失效的极限状态方程,通过对比分析耦合作用下储罐理论临界破裂速度与数值模拟结果验证方程的合理性。通过易损性方程分析耦合作用下材料应变率效应、致损因子作用顺序、爆源强度、碎片撞击载荷、碎片撞击角与撞击面积对典型立式拱顶储罐易损性的影响。(4)基于复杂网络拓扑结构研究爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工罐区系统韧性。通过建立耦合作用导致的多米诺效应事故场景下化工罐区事故单元相互影响的累计概率与事故发生概率方程,进一步提出耦合作用下化工罐区多米诺效应概率计算框架与流程,用于识别出耦合作用多米诺效应事故可能扩展链路。由复杂图论理论提出化工罐区系统韧性的量化方法,基于化工罐区系统的网络拓扑最大连通量指标定量分析事故过程系统的初始及最终恢复性能从而评估化工罐区系统韧性。以实际化工罐区为例,验证耦合作用下多米诺效应概率计算与链路识别、化工罐区系统韧性量化方法的可行性。

关键词：化工罐区多米诺效应爆炸冲击波爆炸碎片耦合作用系统韧性

化工罐区两源爆炸冲击波耦合作用机理及增韧原理

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化工罐区两源爆炸冲击波耦合作用机理及增韧原理

作者：王番华南理工大学

学位级别：硕士

化工罐区作为化工成品与原料的重要集散基地,是化工园区的重要组成部分。因罐区内储罐排列紧密且储存介质具有易燃、易爆特性,一旦发生火灾爆炸事故易引发多米诺效应,造成周边其他储罐的破坏失效。爆炸冲击波作为导致多米诺事故发生的... 详细信息

化工罐区作为化工成品与原料的重要集散基地,是化工园区的重要组成部分。因罐区内储罐排列紧密且储存介质具有易燃、易爆特性,一旦发生火灾爆炸事故易引发多米诺效应,造成周边其他储罐的破坏失效。爆炸冲击波作为导致多米诺事故发生的主要致损因子,其中多源冲击波耦合作用时有发生,相比单个冲击波作用将造成更严重的事故后果。因此,研究多源爆炸冲击波耦合作用机理及增韧原理,对遏制园区多米诺事故具有实际意义,本文以其中的两源冲击波耦合作用为例进行分析,主要内容如下:（1）不同起爆时间间隔两源冲击波耦合作用对储罐破坏影响分析。确定冲击波耦合作用的不同情况,构建储罐受爆炸冲击作用的全尺寸实际场景模型并通过小尺寸储罐冲击实验进行可靠性验证。考虑单荷载爆炸、两荷载爆炸中同时起爆以及起爆时间间隔分别为2ms、4ms、6ms和8ms的6种情况,对冲击波耦合作用下超压在空气域中的传播规律以及在罐壁表面的分布规律进行研究,并从能量损耗、罐壁应力、变形位移和储罐宏观破坏形状四个方面分析不同起爆间隔对储罐破坏的影响。（2）同时起爆两源冲击波耦合作用下储罐动力学响应分析。对四种两荷载夹角情况下储罐动力学响应的变形位移、速度与振动加速度、应力与应变参量展开研究,并将所得结果与仅受单源爆炸冲击波作用下储罐的相应数值结果进行对比,得出耦合作用对储罐破坏效应的增强程度,分析四种耦合情形对罐壁破坏程度的差异性,解释储罐的失效模式与破坏机理。（3）两源冲击波耦合作用下化工罐区多米诺效应分析。基于多米诺事故的发生条件以及事故升级概率的计算方法,通过贝叶斯网络,分析四种两源冲击波耦合作用初始事故场景下罐区多米诺效应发展的整体事故链路,识别两源冲击波耦合作用下最危险事故链路场景,为下一章不同增韧措施探究奠定基础。（4）两源冲击波耦合作用下化工罐区增韧措施探究。通过韧性指数函数定量表征与分析储罐韧性,绘制储罐具有可恢复韧性的区域范围。从增强储罐抗爆性能和减小荷载强度两方面,分析罐内石油充装高度、防爆墙设置高度、罐顶类型、储罐间距以及储罐壁厚五种增韧措施的有效性,得出相对实际有效的罐区增韧措施。

关键词：化工罐区两源爆炸冲击波耦合作用动力学响应增韧措施

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化工罐区洪水和飓风耦合作用机理及事故防控

化工罐区洪水和飓风耦合作用机理及事故防控

作者：黄敏华南理工大学

学位级别：硕士

洪水和飓风作为典型的多灾种自然灾害,对化工园区内的化工设备尤其是立式储罐造成巨大破坏,继而导致火灾、爆炸等一系列技术事故,此类由自然灾害引发的技术事故被称为Na-Tech(Technological accidents triggered by natural hazards)事... 详细信息

洪水和飓风作为典型的多灾种自然灾害,对化工园区内的化工设备尤其是立式储罐造成巨大破坏,继而导致火灾、爆炸等一系列技术事故,此类由自然灾害引发的技术事故被称为Na-Tech(Technological accidents triggered by natural hazards)事件。在沿海地区中,飓风会进一步引发次生洪水灾害,进而导致灾难性的洪水-飓风耦合事故,使得化工罐区同时受到洪水和飓风耦合作用。因此开展洪水和飓风耦合作用机理研究,对化工罐区多灾种耦合事故防控具有重要借鉴意义。主要内容如下:(1)洪水和飓风耦合作用下储罐模型动力响应实验研究。研究单罐和双罐在单风、单水流、风-水流、风-波浪-水流作用下的动力响应,分析在不同风速、水速和波浪荷载作用下储罐位移、加速度和动水压力的变化规律,探讨不同荷载加载对储罐动力响应的影响,对比洪水和飓风耦合作用下单罐和双罐的动力响应值,引入影响系数量化分析洪水和飓风干扰效应对动力响应的影响,为后续数值模拟研究和易损性分析提供数据验证。(2)洪水和飓风耦合作用下储罐数值模拟研究。使用FLUENT软件建立洪水和飓风耦合作用下的三维数值模型,开展洪水和飓风耦合作用下单罐、双罐、三罐和四罐数值模拟研究,分析在不同风速、水速和水深作用下储罐压力的变化规律,对比不同储罐间距对双罐、三罐、四罐压力的影响,量化研究洪水和飓风耦合作用下双罐、三罐、四罐的干扰效应和遮挡作用,为储罐易损性分析提供数据支持。(3)洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析。针对洪水与飓风耦合作用下储罐的屈曲行为,建立洪水与飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方程,利用Monte Carlo方法进行抽样,计算洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效概率,绘制洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效易损性曲线和曲面,揭示在不同风速作用下立式储罐受不同水速、水深、充装率影响的易损性规律,为事故防控奠定基础。(4)洪水和飓风耦合作用下化工罐区事故防控对策。从技术和管理两方面提出洪水和飓风耦合作用下化工罐区事故防控对策,分为结构性措施和组织性措施。结构性措施主要有增加储罐充装率、锚固储罐和使用加强圈等,对比储罐内原油和水两种不同的介质,定量分析充装率对事故防控的效果。

关键词：洪水飓风化工罐区耦合作用机理防控

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化工罐区两池火耦合作用机理及增韧原理

化工罐区两池火耦合作用机理及增韧原理

作者：张心语华南理工大学

学位级别：硕士

化工罐区作为化工园区布局中不可或缺的重要组成部分,具有储罐数量多、布局较为紧凑且储存物质易燃易爆等特点,一旦储罐发生事故极有可能波及其他邻近储罐,引发多米诺效应。池火是造成多米诺事故的主要因素之一,化工罐区两池火由于火焰... 详细信息

化工罐区作为化工园区布局中不可或缺的重要组成部分,具有储罐数量多、布局较为紧凑且储存物质易燃易爆等特点,一旦储罐发生事故极有可能波及其他邻近储罐,引发多米诺效应。池火是造成多米诺事故的主要因素之一,化工罐区两池火由于火焰之间耦合作用,相较于单池火事故会造成更严重的人员伤亡和财产损失。深入研究两池火耦合作用机理及增韧原理,对有效遏制化工罐区多米诺效应事故具有重要意义。本文研究内容主要包括:（1）化工罐区两池火燃烧特性研究。比较两池火小尺寸实验中四个热辐射强度探测点的实验值与模拟值,在验证数值方法合理性的基础上,从热释放速率、火焰形态、目标储罐热辐射强度等特征参数探究化工罐区两种典型场景下两池火耦合作用机理,为热响应及多米诺效应场景定量研究奠定基础。（2）两池火作用下目标储罐热响应研究。从传热角度探讨储罐的热响应过程,结合目标储罐热辐射强度分布,建立目标储罐数值模型,从温度、应力、位移三方面研究化工罐区两种典型场景下目标储罐热响应,并探究储罐间距、充装高度这两个因素对热响应的影响。（3）两池火作用下化工罐区多米诺效应场景定量研究。基于贝叶斯网络理论,系统梳理两池火多米诺效应事故定量研究的分析步骤和概率计算,并以某石化企业的化工罐区为例,建立化工罐区贝叶斯网络模型,识别造成事故传播的危险链路及危险储罐,为增韧原理研究奠定基础。（4）两池火作用下化工罐区增韧原理研究。基于化工罐区韧性定义及指标确定原则,量化表征化工罐区韧性相关参数,从安全屏障和应急救援的角度提出科学合理的化工罐区增韧措施,以某石化企业的化工罐区为例,根据识别出的危险场景,建立考虑增韧措施的化工罐区贝叶斯网络模型,定量评估不同增韧措施的增韧效果,此方法对化工罐区多米诺效应防控具有重要参考意义。

关键词：化工罐区两池火耦合机理热响应增韧

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大型化工罐区储罐类型配备及配管技术研究

中国石油和化工标准与质量 2019年第19期39卷 236-237,239页

作者：李辉寇志军金齐杰中国石油工程建设有限公司北京设计分公司

大型化工罐区储存介质种类复杂,储罐数量和管路数量众多,其罐区布置及配管技术就显得尤为重要。因此,本文针对大型化工罐区的储罐类型和配管工艺,从储存介质种类、储罐类型、配管技术、清管等方面进行了分析,以期为大型化工储罐的安全... 详细信息

大型化工罐区储存介质种类复杂,储罐数量和管路数量众多,其罐区布置及配管技术就显得尤为重要。因此,本文针对大型化工罐区的储罐类型和配管工艺,从储存介质种类、储罐类型、配管技术、清管等方面进行了分析,以期为大型化工储罐的安全运行和设置提供借鉴。

关键词：化工罐区配管风险评价

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施耐德安全PLC在某化工罐区的应用

机械制造与自动化 2015年第4期44卷 202-204页

作者：唐虹王波郑健中自控自动化技术有限公司北京100026

介绍了施耐德安全PLC在化工罐区的应用。罐区存储丙烯,是易燃低毒物品,若泄漏将会对水体,土壤和大气造成污染。为了提高罐区的安全系数,CPU采用施耐德安全PLC昆腾系列,构架采用CPU热备和IO热备,达到安全SIL3级别;同时系统增加了SOE功能... 详细信息

介绍了施耐德安全PLC在化工罐区的应用。罐区存储丙烯,是易燃低毒物品,若泄漏将会对水体,土壤和大气造成污染。为了提高罐区的安全系数,CPU采用施耐德安全PLC昆腾系列,构架采用CPU热备和IO热备,达到安全SIL3级别;同时系统增加了SOE功能,使操作人员能实时监控数据,提高安全性。重点描述施耐德安全PLC的特点、系统架构、实现的功能以及系统中SOE记录功能的实现。

关键词：化工罐区安全可编程控制器施耐德热备 SOE

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化工储罐区事故多米诺效应概率分析

石油化工设备 2010年第3期39卷 31-35页

作者：周成华南理工大学安全科学与工程研究所广东广州510641

以某化工储罐区为实例分析了热辐射、爆炸冲击波及爆炸碎片等事故参数引发的事故多米诺效应,计算了液化气储罐冲击波超压、池火灾对邻近设备和人员的损害概率以及被损害储罐发生爆炸时爆炸碎片撞击周围储罐的概率。结合化工罐区特点及... 详细信息

以某化工储罐区为实例分析了热辐射、爆炸冲击波及爆炸碎片等事故参数引发的事故多米诺效应,计算了液化气储罐冲击波超压、池火灾对邻近设备和人员的损害概率以及被损害储罐发生爆炸时爆炸碎片撞击周围储罐的概率。结合化工罐区特点及生产管理实践提出了相应的安全防护措施,为预防化工罐区事故多米诺效应的发生扩展提供了依据,更有效地保障了化工罐区的安全。

关键词：储罐化工罐区多米诺效应概率评价

化工罐区危险化学品倒装作业危害分析及控制策略

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化工设计通讯 2017年第4期43卷 162-162,204页

作者：金炳华中国石油四川石化四川彭州611930

在化工企业快速发展的今天,为了更好地满足实际生产的需要,往往需要对企业化工罐区进行改扩建,而这就需要及时的将液体化工产品进行转移,在转移过程中,势必涉及到危险化学品的倒装。

关键词：化工罐区危险化学品倒装作业危害控制