[发明专利]一种着火储罐失效模式研究系统和研究方法

说明书

本发明提供了一种着火储罐失效模式研究系统，包括测试着火储罐应力应变以及储罐壁温度实验装置和利用热模拟试验机测定构件的热疲劳特性、蠕变特性以及屈服强度，判断着火储罐失效模式装置。通过测取着火储罐的应变以及温度，进而通过建模得到整个储罐的应变和温度；利用热模拟试验机测量试件的屈服强度、弹性模量、整体变形随时间变化曲线等，利用相应的准则和失效模式特性，判断储罐失效模式。

技术领域

本发明属于石油化工储罐安全技术领域，具体涉及一种着火储罐失效模式研究方法。

背景技术

随着石油化工行业的蓬勃发展，储罐的数量和体积逐渐增加，随之而来的是储罐安全问题日益严重。在众多的储罐安全事故中，储罐火灾占很大比重。

储罐发生全表面火灾时，由于高温火焰随着气流变化的不稳定性，罐内液体温度的不均匀，水喷淋冷却的不均匀，导致罐壁受力非常复杂。国内外专家学者长期以来对火灾情况下储罐的失效机理进行了大量研究，初步认为：在不考虑材料的结构缺陷、损伤以及焊接等工艺对结构的影响的情况下，着火储罐失效的模式主要有：疲劳破裂、蠕变破裂以及韧性破裂。

长期以来，鉴于火灾情况下实验的困难以及成本问题，国内外专家主要通过建模的方式来求解罐壁受力以及温度，进而通过比较高温时钢材的屈服强度和罐壁受力判断着火储罐是否会发生韧性破裂；对疲劳破裂和蠕变破裂由于机理复杂的缘故，研究很少。

目前，国内没有专门的实验方法来研究着火储罐的失效模式，为此，本专利提出一种主要借助实验来研究罐壁受力以及温度的实验系统，同时用热模拟试验机测量处于失效温度下的试件的力学特性，进而判断具体的失效模式。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供一种着火储罐失效模式研究系统和研究方法，为研究着火储罐热响应及安全时间提供技术保障。

本发明提供一种着火储罐失效模式研究系统，其包括测试着火储罐应力应变以及储罐壁温度实验装置和利用热模拟试验机测定构件的热疲劳特性、蠕变特性以及屈服强度，判断着火储罐失效模式。

其中，所述测试着火储罐应力应变以及储罐壁温度实验装置包括储罐、储罐顶端的水喷淋设备、位于储罐外壁的应变片、位于储罐内壁的应变片、位于储罐顶端的应变片、位于储罐外壁的温度传感器、位于储罐内壁的温度传感器、位于储罐顶端的温度传感器、数据采集系统以及电脑。

其中，所述应变片分布在储罐外壁、储罐内壁和储罐钢板的顶端。

其中，所述储罐内壁和储罐外壁的每个布置应变片的位置都布置两个应变片，两个应变片相互垂直，其中一个沿着储罐轴向。

其中，布置在储罐罐壁钢板顶部的每个位置的应变片的数量为一个，指向储罐中心方向，即沿着径向。

其中，紧挨着每个应变片位置处贴有温度传感器。

本发明提供一种采用上述着火储罐失效模式研究方法，通过测试着火储罐的应变应力以及温度，同时利用热模拟试验机对处于失效温度的试件进行力学特性测试，所述试件是仿照没有进行实验的储罐失效部位制作的样品，测量其屈服强度和热疲劳特性以及蠕变特性，并与着火储罐失效部位的部件应变应力特性进行比较，得出其最终的失效模式。

其中，所述着火失效储罐失效模式研究方法具体包括：

第一步，储罐着火时，对储罐表面的变形和温度进行测量和记录；标记着火时，储罐表面大幅变形失效部位；

第二步，利用记录下来的各个测点的储罐变形和温度值，对储罐表面的变形及温度建模；

第三步，仿照失效部位在火灾前的样式，制作试件，测量弹性模量和屈服强度，判断失效模式是否为韧性破裂；