拱顶储油罐爆炸作用下的动力响应数值模拟

大型钢制储油罐在爆炸事故中极易遭受破坏,使得钢制储油罐结构的抗爆安全问题备受关注。基于此,根据柱壳理论建立了钢制储油罐结构的运动微分方程,并利用LS-DYNA非线性有限元计算软件,对容积为2×10~4 m~3拱顶式储油罐的爆炸破坏过程进行了数值模拟。通过缩比模型的破坏模拟试验对数值模拟结果的可靠性进行了验证,结果表明:在爆炸作用下,拱顶储油罐呈现弹塑性动力响应特性。受罐体轴向拉伸内力影响,顶部罐壁首先产生应力集中并引起结构强度失效,形成了迎爆面罐壁和部分拱顶内凹屈曲的破坏模式。由于爆炸冲击波和液体复合冲量的作用,失效区域带动相邻罐壁沿爆炸作用方向变形运动,最终导致罐体的失稳破坏。研究结果可为大型钢制储油罐的抗爆防护设计提供参考。     

拱顶储油罐的机械清洗

阐述了机械清洗技术在拱顶储油罐中的应用现状,基于拱顶罐与浮顶罐机械清洗技术的差异,分析了两者在喷嘴安装方式上的区别。拱顶罐清洗喷嘴安装在罐顶部,包括利用现有的罐顶管口和在罐顶重新开孔两种形式;当罐顶安装的喷嘴位置或数量达不到清洗作业要求时,亦可在罐壁人孔部位安装喷嘴。此外,介绍了罐顶开孔前的技术准备、储罐清洗喷嘴固定支座的制作方法、罐顶开孔短接管的预制及其与罐顶板的粘接技术要领、开孔机的安装和开孔作业安全措施等拱顶罐罐顶开孔作业技术,总结了拱顶罐机械清洗作业程序及清洗施工中的安全注意事项。     

火灾环境下邻近油罐的热辐射分布规律模拟

油罐火热辐射是导致油罐火灾蔓延的主要因素,为此开展了邻近油罐受热辐射后罐壁热辐射通量分布特点的研究。基于油罐火焰特性和大直径池火灾模型相关研究成果,采用FDS软件建立大直径油罐火灾几何模型,分别模拟3 000 m3、5 000 m3、10 000 m3拱顶汽油罐的燃烧和传热过程,分析油罐燃烧参数的变化,得出L/D(L为油罐间距,D为油罐直径)分别为0.6、1.0、1.5时邻近油罐的热辐射通量分布规律。结果表明:火灾环境下邻近油罐正对着火罐方向罐壁受辐射作用最大,热辐射通量从罐顶至罐底逐渐降低,从中心向两边呈轴对称降低。当L/D相同时,3 000 m3油罐的热辐射通量最大,其次是5 000 m3、10 000 m3的油罐;而当油罐容积相同时,L/D越大,邻近油罐罐壁的热辐射通量越小。将FDS模拟计算得到的热辐射通量与理论计算值进行对比,发现模拟值与理论值相差较小且变化趋势一致。研究结果有助于油罐火灾的预防、控制及扑救,消防规范编制,以及储油罐区的设计。     

基于风洞平台实验的内浮顶罐油气泄漏扩散数值模拟

研究内浮顶罐油气泄漏扩散规律,对于加强环境污染控制、保障罐区安全具有重要意义。建立风洞实验平台,测试小型内浮顶罐风速及浮盘位置对蒸发损耗速率的影响,并考察了风场、浓度场分布规律。基于CFD数值模拟,使用UDF导入环境风,建立了内浮顶罐油气泄漏扩散的数值模型,并通过风洞实验数据验证其模拟的可行性。重点讨论了内浮顶罐外风场及风压分布规律、风速对内浮顶罐油气流场分布及油气扩散浓度的影响。结果表明:浮盘位置越低、风速越大,蒸发速率越快;罐壁的静压力分布规律为迎风侧最大、背风侧居中、罐两侧最小;不同风速下,罐内油气分布整体呈现对称状态;风速越小,油气质量浓度越高,浮盘缝隙处的油气质量浓度最高,并存在安全和环境污染隐患。研究成果对于内浮顶罐设计及运行维护、环保安全管理具有参考价值。     

单盘式浮顶罐保温伴热设计及效果评价

油罐储存凝点较高或黏度较大的油品时需采取保温伴热措施。为了确定单盘式浮顶罐的保温伴热设计方案,结合传热学理论,考虑浮顶单盘下油气空间的热阻,建立了油罐保温伴热模型。以5×104 m3单盘式浮顶罐为例,设计了油罐的保温伴热方案,并基于此建立了油罐二维模型,采用CFD方法对油品的流动和传热过程进行了仿真模拟。研究表明:单盘式浮顶罐的罐顶不需要采取保温措施,单盘下少量的油气空间保温效果显著;罐内油品的温度差造成密度差,使油品处于循环流动状态;除靠近伴热器、罐顶和罐壁的区域外,罐内绝大部分区域油温分布均匀。研究成果为单盘式浮顶罐的保温伴热设计提供了参考方案。     

北方山洞油库冬季收发油料应确保阻火器畅通

某油库接收油时,为加快收油速度,用两台泵分别向洞内六号、三号罐同时注油。作业开始后,现场值班员发现六号罐压力已达700Pa(70mmH_2O),紧接着看了三号罐,压力达1.7kPa(170mmH_2O) [罐压不允许超过2kPa(200mmH_2O),正常情况下为200～300Pa(20～30mmH_2O)]。发现上述问题后,立即到洞口开油气管线放水阀,但阀门已冻死失灵(当时气温-28℃)。此时油罐顶已发出嗞嗞的响声。由于发现及时,当即停止了收油作业,才控制了油罐压力的继续上升,避免了一次难以预料的事故。经多方检查,才发现阻火器内已结满霜,局部已成冰,经处理后继续收油,油罐压力恢复了正常。     

10000m^3拱顶罐罐顶下陷原因及整修

1994年7月23日.长庆输油公司惠安堡泵站的3号10000m~3拱顶储罐在清罐后进行蒸罐作业时.突遭雷雨、狂风袭击.罐顶温降巨大(蒸罐的蒸气温度为130C,考虑散热损失.罐顶的温度至少有90C”,雷雨时的气温只有5C,温差为85C),迫使罐顶瞬时收缩而导致西北方向的罐顶下陷,下陷量最大为2.5m,最小为0.3m,平均下陷量为2m。由于受收缩应力影响,整个罐底的4/5被拉起悬空,其平均高度达到10mm.造成罐前阀室损坏.罐前阀及汇管翘起.整个油罐失去原设计强度和稳定性.已不具备储油能力。     

CFD瞬态模拟楼宇布局对城镇燃气管道泄漏的影响

为了科学预测平行楼宇间天然气扩散形成的爆炸危险区域的危害范围,建立了天然气泄漏速率随时间变化的函数关系,运用瞬态模拟方法,得到泄漏压力和楼宇布局对爆炸危险区域的影响。模拟结果表明:天然气扩散过程中遇到建筑物会在其背风向形成副扩散中心向四周空间扩散,随着距离地面高度的增加,天然气最大体积分数逐渐降低,且随着泄漏的持续达到稳定值;各种工况下处于上风向的楼宇均处在危险区域,而处于下风向的楼宇其危险是暂时的(楼距小的工况除外);有风时,增大楼距,减小平行楼宇的相对高度,减小管道的运行压力均有利于天然气在两楼之间的扩散。研究结果可为相关规范的制定以及事故的预防提供科学依据。(图6,表1,参21)     

油库罐区危险化学品的泄漏扩散实验

危险化学品在储运过程中发生泄漏扩散后会引起中毒、火灾、爆炸等灾害,其理化性质和特殊的扩散规律是决定事故灾害大小的主要因素。准确认识危险化学品泄漏扩散规律是制定应急救援预案和安全监管措施的基础。在实验室对油库罐区的重质危险化学品在不同泄漏位置和不同泄漏方向条件下的泄漏扩散过程进行模拟实验,结果表明:当罐组中心的罐发生泄漏时,气体容易在罐区聚集,扩散速度较慢;当罐组边缘的罐发生泄漏时,气体的扩散速度较快,影响范围大;泄漏方向为垂直向上或垂直向下时,气体容易在泄漏口周围的罐区聚集,其气体体积分数很快达到爆炸极限,危险性大。该研究结果可为制定危险化学品罐区应急救援预案提供参考。     

浮顶油罐降温储存高凝油品

介绍了改进后的浮顶式储罐加热装置的设计原理及结构,对其应用于间歇供热条件下储存高凝油品的安全性与可靠性进行了分析,并用模型罐进行了模拟试验。结果表明,新设计的加热装置可以使因间歇供热而凝结的浮顶式储油罐安全解凝,快速恢复作业。降温储存高凝油品是可行的。     

国内外储油罐防雷标准对比

储油罐防雷标准是储油罐防雷工程的基本依据,而传统的富兰克林避雷针理论得到国内外多数防雷标准认可和使用。梳理了中国、俄罗斯和北美等国家和地区的储油罐防雷标准,对比分析了国内外标准在浮盘与罐壁等电位连接、储油罐接地、内浮顶与固定顶罐防雷、罐顶接闪厚度、电气仪表和防雷系统维护等方面的技术差异。指出等电位连接是储油罐防雷的重要基础,同时建议基于API RP545和国内相关标准,采纳俄罗斯标准关于维护和检测方面的细节要求,制定符合我国生产实际的储油罐防雷标准。     

浮顶罐搅拌器转速对原油加热效率的影响

采用旋转喷射搅拌器对浮顶罐内正在加热的原油进行搅拌可以增强换热,使罐内油品的温度更为均匀.为了研究旋转喷射搅拌器转速对原油加热效率的影响,基于对浮顶罐加热时换热过程的分析,建立了 10 000m3浮顶罐的三维数值模型,模拟了不同搅拌转速工况下的原油加热过程.结果表明:在旋转喷射搅拌器的搅拌作用下,浮顶罐内原油温升速率相...     

CO_2管道介质泄漏体积分数分布及危险区域实验北大核心

CO_2管道发生泄漏时的介质体积分数扩散规律和危险区域范围是CO_2管道安全评估的一项重要内容。基于长度为258 m的工业规模CO_2管道泄放实验装置,开展了气相、密相及超临界相CO_2在不同泄放口径下的泄漏实验,测量了扩散区域不同位置CO_2的体积分数。以各测点体积分数的最大值为对象,分析了泄放口轴向CO_2体积分数随距离的变化规律及扩散区域CO_2体积分数分布情况。结果表明:在3种相态情况下,泄放口轴向CO_2体积分数随距离增加而呈指数衰减。若CO_2体积分数取1%,当泄放口径为15 mm时,3种相态轴向危险距离约为30 m;当泄放口径为50 mm时,轴向危险距离约为40 m。考虑风速、地形条件、测试误差等因素,以2倍安全裕量设定安全距离较为适宜。研究结果为工业应用时安全距离的设定提供了参考。     

贻贝浮筏养殖设施水动力效应及附生海藻碎屑输运的数值模拟

基于三维海洋数值模式(estuarine coastal ocean model, semi-implicit, Ecom-si)对枸杞岛邻近贻贝养殖海域的水动力进行了数值模拟研究。通过在模型动量方程中添加动量损耗项,实现了对贻贝浮筏养殖设施阻流效应的模拟,采用实测数据对模型进行了潮位及流速的验证。利用验证良好的数值模型模拟了潮流驱动下养殖设施附生海藻碎屑漂移及沉降。结果表明,贻贝养殖设施及养殖贝串在海表的阻流效应使表层流速降低了约80%,中、下层流速分别降低了约50%和30%,在养殖海域外围因过流面的减小使得养殖场外围的流速有所增大。应用拉格朗日质点追踪模块模拟的结果表明,当碎屑质点处于悬浮状态即质点沉降速率(w)为0 m/s时,质点需要约600 h才能达到36.79%(e^-1)的沉底率;且无阻流效应时,沉底质点的分布在距养殖区中心9.0～10.5 km的区域内,有阻流效应时,质点的沉底范围分布在距养殖区中心7.5～8.5 km的区域内。当w大于0 m/s时,3种碎屑沉降速度的结果差异不大,大约在80 h内质点的沉底率达到99%,无阻流效应时质点沉降区域为距养殖...     

基于CFD数值模拟的单罐真空吸鱼泵研制

为满足池塘养殖对自动化捕捞装备的迫切需求,设计了一种适合池塘使用的小型真空吸鱼泵,并利用计算流体力学软件(computer fluid dynamic, CFD)数值模拟技术研究了单罐真空吸鱼泵内部的气液两相流的流动特性,重点分析了3种不同流速(1.0、1.5、2.0 m/s)下吸鱼泵内部回流、旋涡和速度跳跃等流动特性的演化及发展规律。结果表明：数值模拟计算显示,当进鱼管道抽吸速度为1.0 m/s时,鱼体损伤率相对较低,当进鱼管道抽吸速度为1.5、2.0 m/s时,鱼体损伤率相对较高,但吸鱼速度较快;基于数值模拟计算结果,研制了一种小型单罐真空吸鱼泵,同时选用草鱼、鲤、鲫、鲢和鳙5种鱼分别进行了单独抽吸试验验证,在最优吸取条件(抽吸速度为1.0 m/s)下,吸鱼量最大可达23 t/h,吸鱼泵可实现20 s吸鱼、10 s放鱼交替循环作业,鱼体损伤率最大为2%。研究表明,本试验中设计的小型单罐真空吸鱼泵能够实现对活鱼的高效自动吸捕与转运,可为设计开发池塘养殖用高效真空吸鱼泵提供有益参考。     

CO_2管道介质泄漏体积分数分布及危险区域实验

CO_2管道发生泄漏时的介质体积分数扩散规律和危险区域范围是CO_2管道安全评估的一项重要内容。基于长度为258 m的工业规模CO_2管道泄放实验装置,开展了气相、密相及超临界相CO_2在不同泄放口径下的泄漏实验,测量了扩散区域不同位置CO_2的体积分数。以各测点体积分数的最大值为对象,分析了泄放口轴向CO_2体积分数随距离的变化规律及扩散区域CO_2体积分数分布情况。结果表明:在3种相态情况下,泄放口轴向CO_2体积分数随距离增加而呈指数衰减。若CO_2体积分数取1%,当泄放口径为15 mm时,3种相态轴向危险距离约为30 m;当泄放口径为50 mm时,轴向危险距离约为40 m。考虑风速、地形条件、测试误差等因素,以2倍安全裕量设定安全距离较为适宜。研究结果为工业应用时安全距离的设定提供了参考。     

5X104^m^3原油储罐改造为内浮顶柴油罐的检测

为了提高某油库储油罐的利用效率,拟将富余的2座5X104m3外浮顶原油储罐改造为内浮顶柴油罐。基于此,分析了改造过程中需要处理的储罐缺陷,针对基础沉降和不均匀沉降,管壁椭圆度、垂直度和水平度,底板腐蚀情况,以及罐体各部位的钢板厚度进行相应检测,按照相关规范要求进行校核,确定各部位改造的具体技术要求。此外,通过调研分析,提出应用双向子午线网壳技术作为改造内浮顶的网壳顶盖。相关经验为后续储罐的改造修复提供了作业依据。（图3,表4,参7）     

基于CFD-DEM耦合的揉丝机排料装置内物料运动模拟与试验

为解决传统物理方法难以对揉丝机排料装置内物料运动进行可视化研究的问题,基于CFD-DEM气固耦合法,采用RNG K-ε湍流模型及Euler-Lagrange耦合算法对揉丝机不同主轴转速下排料装置内物料运动过程、内流道气流速度分布、气流对物料的耦合力分布进行了数值模拟,并对风扇主轴转速3 000r/min时物料运动过程进行分区域研究。结果表明:在风扇主轴额定转速3 200r/min范围内,主轴转速2 000、2 500和3 000r/min在模拟结束时分别排出物料数量为6 191、6 669和7 161个;不同区域内物料平均速度形成梯度分布,由大到小依次为物料出口区域(10.00m/s)、风扇转动区域(6.00m/s)、物料入口区域(0.87m/s);风扇转动区域气流速度最大(峰值50.00m/s),对物料耦合力作用最强,物料入口区域则耦合力最小;物料在入口区域内数量最多并在模拟结束时发生少量堆积,在出口区域未见回流现象发生。对模拟结果进行了试验验证,结果表明利用CFD-DEM气固耦合法对揉丝机排料装置内物料运动进行可视化研究是可行的。     

成品油管网双罐区中转油库油罐收发油计划编制

双罐区的成品油管网中转油库在油罐收发油作业时,既要满足管网运行要求,又要满足罐区与油罐作业工艺流程的复杂要求,导致油罐收发油作业计划难度较大。针对给定的成品油管网批次计划,提出了一种编制双罐区中转油库油罐收、发油计划的时序递推法:通过引入罐容上限、罐容下限、油罐作业连续性、罐区作业连续性、油品沉降时间等经验规则,对罐区与油罐划分优先级,在每个时段均可选择出最合适的油罐来进行收、发油作业,确定整个计划期内任意时刻中转油库各油罐的状态(收油、发油或静置)和收油/发油流量。将该方法应用于某成品油管网的一个双罐区中转油库,验证了方法的可行性与实用性。基于该方法开发的计算机软件可以作为成品油管网双罐区中转油库油罐收、发油计划编制的有效工具。     

防护堤对LNG扩散的抑制作用

除有效容积外,设置高度也是LNG储罐区防护堤设计的关键参数。采用数值模拟技术,对半地下LNG罐池,在不同防护堤高度作用下的LNG液池扩展和LNG低温蒸气扩散行为进行数值模拟,对比分析防护堤高度和罐池底面积对LNG低温蒸气扩散速度、可燃气云隔离距离和云团尺寸的影响。结果表明:增加防护堤高度可以有效减小LNG泄漏后产生的可燃气云体积、尺寸及最大扩散距离,但同时延长了可燃气云的滞留时间,增加燃爆和窒息发生的危险。对于同一种罐池,在液池充分扩展前,可燃气云最大扩散距离与罐池底面积成正比。对于LNG储罐区,可通过提升罐池的防护堤高度减小LNG扩散的安全距离。