基于显式动力学计算的储罐内爆破坏影响分析

储罐作为存储油气资源及其产品的主要设备,一旦发生爆炸并产生破坏,罐内燃烧的液体极有可能会从破坏位置流出,进而形成流淌火,将会造成无法挽回的大规模安全事故。以立式拱顶储罐为研究对象,考虑储罐结构与内外流体间的多相耦合,建立了罐内流体-储罐-罐外流体的内爆破坏三维有限元模型,并基于指数内聚力模型失效准则对储罐材料进行描述,通过在材料中插入黏结单元的方法模拟储罐的裂口扩展过程,开展内爆载荷作用下储罐的显式动力学破坏分析。结果表明:储罐起裂位置均位于液位以上,罐体起裂速度与起爆位置呈现正相关;随着内爆载荷的持续作用,储罐裂口不断扩展延伸至液位时,其扩展速度有所减缓;满罐液位状态下储罐未产生裂口,半罐液位降至空罐液位时,储罐平均破坏比由78.8%增至88.4%,储罐破坏程度与液位高度呈现负相关;储罐偏心起爆平均破坏比较中心起爆高1.6%,即储罐偏心起爆破坏程度更严重;储罐容积由1000m^(3)增至5000m^(3)时,若液位占储罐高度低于46%,储罐平均破坏比由88.2%增至88.6%,反之,储罐平均破坏比由86.4%降至84.4%。研究结果可为储罐爆炸事故的预防以及储罐弱顶结构的补强设计提供参考依据。