化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (7): 3372-3378.DOI: 10.11949/0438-1157.20200030
收稿日期:
2020-01-08
修回日期:
2020-03-20
出版日期:
2020-07-05
发布日期:
2020-07-05
通讯作者:
李玉
作者简介:
李玉(1981—),男,博士,副教授,基金资助:
Yu LI1,2(),Chunming XU1,Shuai HAN3,Hongye LI4
Received:
2020-01-08
Revised:
2020-03-20
Online:
2020-07-05
Published:
2020-07-05
Contact:
Yu LI
摘要:
拱顶油罐受外部火焰烘烤发生失效爆炸,易造成严重人员伤亡和巨大经济损失。为对火灾条件下拱顶油罐的失效爆炸进行预警,通过高温材料力学性能实验平台对拱顶油罐弱连接结构进行破坏测试,得出不同火灾温度条件下弱连接结构失效的拉断力和应力值。实验结果表明,当温度高于300℃时,拉断力和失效应力值变化显著,其中450℃为变化峰值温度。在此基础上,构建了拱顶油罐失效压力计算模型,推导出了不同容积拱顶油罐在不同火灾温度下的失效压力。所得结果可作为拱顶油罐失效的判定依据,为油罐的爆炸预警提供数据支撑。
中图分类号:
李玉, 徐春明, 韩帅, 李鸿烨. 火灾条件下拱顶油罐弱连接结构的失效分析[J]. 化工学报, 2020, 71(7): 3372-3378.
Yu LI, Chunming XU, Shuai HAN, Hongye LI. Failure analysis of weak connection structure of vaulted oil tank under fire condition[J]. CIESC Journal, 2020, 71(7): 3372-3378.
试件 方向 | 编码 | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 50℃ | 80℃ | 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | 350℃ | 400℃ | 450℃ | 500℃ | 550℃ | 600℃ | |
竖直 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | A10 | A11 | A12 | A13 | A14 |
水平 | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 | B7 | B8 | B9 | B10 | B11 | B12 | B13 | B14 |
表1 实验工况
Table 1 Experimental condition
试件 方向 | 编码 | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 50℃ | 80℃ | 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | 350℃ | 400℃ | 450℃ | 500℃ | 550℃ | 600℃ | |
竖直 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | A10 | A11 | A12 | A13 | A14 |
水平 | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 | B7 | B8 | B9 | B10 | B11 | B12 | B13 | B14 |
图4 高温力学性能实验平台示意图a—电子计算机;b—温控仪;c—手动液压控制器;d—传输线;e—上手柄;f—上皮夹;g—支撑架;h—加热炉;i—下皮夹;j—下手柄;k—液压泵;l—油品储存箱
Fig.4 Sketch map of experimental platform for high temperature mechanical properties
温度/℃ | 拉断力/kN | 应力值/MPa | ||
---|---|---|---|---|
垂直试件 | 水平试件 | 垂直试件 | 水平试件 | |
20 | 34.24 | 34.48 | 428 | 431 |
50 | 33.1 | 33.44 | 414 | 418 |
100 | 31.96 | 32.5 | 400 | 406 |
150 | 30.88 | 31.52 | 386 | 394 |
200 | 30.51 | 31.31 | 381 | 391 |
250 | 29.52 | 30.38 | 369 | 380 |
300 | 28.8 | 29.68 | 360 | 371 |
350 | 26.14 | 26.96 | 327 | 337 |
400 | 23.76 | 24.46 | 297 | 306 |
450 | 20.48 | 21.04 | 256 | 263 |
500 | 18.44 | 18.7 | 231 | 234 |
550 | 16.19 | 16.12 | 202 | 201 |
600 | 14.56 | 15.04 | 182 | 188 |
表2 不同温度下试件实验结果
Table 2 Experimental results of specimens at different temperatures
温度/℃ | 拉断力/kN | 应力值/MPa | ||
---|---|---|---|---|
垂直试件 | 水平试件 | 垂直试件 | 水平试件 | |
20 | 34.24 | 34.48 | 428 | 431 |
50 | 33.1 | 33.44 | 414 | 418 |
100 | 31.96 | 32.5 | 400 | 406 |
150 | 30.88 | 31.52 | 386 | 394 |
200 | 30.51 | 31.31 | 381 | 391 |
250 | 29.52 | 30.38 | 369 | 380 |
300 | 28.8 | 29.68 | 360 | 371 |
350 | 26.14 | 26.96 | 327 | 337 |
400 | 23.76 | 24.46 | 297 | 306 |
450 | 20.48 | 21.04 | 256 | 263 |
500 | 18.44 | 18.7 | 231 | 234 |
550 | 16.19 | 16.12 | 202 | 201 |
600 | 14.56 | 15.04 | 182 | 188 |
容积/m3 | 失效压力/Pa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 100℃ | 200℃ | 300℃ | 400℃ | 450℃ | 500℃ | 550℃ | 600℃ | |
500 | 38610 | 36118 | 34428 | 32559 | 26954 | 23305 | 21081 | 18500 | 16721 |
1000 | 25955 | 24292 | 23164 | 21916 | 18174 | 15738 | 14253 | 12531 | 11343 |
2000 | 15600 | 14616 | 13949 | 13211 | 10998 | 9558 | 8680 | 7662 | 6959 |
3000 | 11683 | 10956 | 10463 | 9917 | 8282 | 7218 | 6569 | 5816 | 5297 |
5000 | 9558 | 8970 | 8571 | 8129 | 6806 | 5944 | 5419 | 4809 | 4389 |
10000 | 8035 | 7547 | 7216 | 6851 | 5754 | 5039 | 4604 | 4099 | 3751 |
表3 不同温度下的承压极限
Table 3 Failure pressure at different temperatures
容积/m3 | 失效压力/Pa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 100℃ | 200℃ | 300℃ | 400℃ | 450℃ | 500℃ | 550℃ | 600℃ | |
500 | 38610 | 36118 | 34428 | 32559 | 26954 | 23305 | 21081 | 18500 | 16721 |
1000 | 25955 | 24292 | 23164 | 21916 | 18174 | 15738 | 14253 | 12531 | 11343 |
2000 | 15600 | 14616 | 13949 | 13211 | 10998 | 9558 | 8680 | 7662 | 6959 |
3000 | 11683 | 10956 | 10463 | 9917 | 8282 | 7218 | 6569 | 5816 | 5297 |
5000 | 9558 | 8970 | 8571 | 8129 | 6806 | 5944 | 5419 | 4809 | 4389 |
10000 | 8035 | 7547 | 7216 | 6851 | 5754 | 5039 | 4604 | 4099 | 3751 |
容积/m3 | 失效压力/Pa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 400℃ | 600℃ | |||||||
a | b | 偏差 | a | b | 偏差 | a | b | 偏差 | |
500 | 38610 | 39052 | 1% | 26954 | 27099 | 0.5% | 16721 | 16606 | 0.6% |
1000 | 25955 | 26402 | 1% | 18174 | 18321 | 0.8% | 11343 | 11227 | 1% |
2000 | 15600 | 16076 | 3% | 10998 | 11155 | 1% | 6959 | 6836 | 1% |
3000 | 11683 | 12163 | 4% | 8282 | 8440 | 2% | 5297 | 5172 | 2% |
5000 | 9558 | 10033 | 5% | 6806 | 6962 | 2% | 4389 | 4266 | 3% |
10000 | 8035 | 8523 | 6% | 5754 | 5914 | 3% | 3751 | 3624 | 3% |
表4 计算结果对比
Table 4 Comparison of calculation results
容积/m3 | 失效压力/Pa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20℃ | 400℃ | 600℃ | |||||||
a | b | 偏差 | a | b | 偏差 | a | b | 偏差 | |
500 | 38610 | 39052 | 1% | 26954 | 27099 | 0.5% | 16721 | 16606 | 0.6% |
1000 | 25955 | 26402 | 1% | 18174 | 18321 | 0.8% | 11343 | 11227 | 1% |
2000 | 15600 | 16076 | 3% | 10998 | 11155 | 1% | 6959 | 6836 | 1% |
3000 | 11683 | 12163 | 4% | 8282 | 8440 | 2% | 5297 | 5172 | 2% |
5000 | 9558 | 10033 | 5% | 6806 | 6962 | 2% | 4389 | 4266 | 3% |
10000 | 8035 | 8523 | 6% | 5754 | 5914 | 3% | 3751 | 3624 | 3% |
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