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。
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